王曉陽 林勝際 李向遠

（1.中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430250）（2.浙江邊防總隊海警第一支隊 臺州 318000）

1 引言

在艦船電氣或電子系統(tǒng)中，電纜主要用于聯(lián)接不同的設備或系統(tǒng)，并實現它們之間能量與信息的有效傳輸［1］。通常，系統(tǒng)和設備內部廣泛分布了各類電纜，而由于艦船內部布置安裝空間有限使得電纜密集，常因電纜的輻射與傳導的耦合而發(fā)生電磁干擾，這些干擾對設備特別是弱電信號類的設備影響較大。雖然這些電纜大多已裝有各類防護屏蔽層，但由于自身屏蔽層工藝處理、敷設走向以及接地措施等的差異，仍有可能由于大功率射頻電纜的接地不良在空間產生電磁輻射通過耦合產生電磁兼容干擾現象［2］，進而影響相關設備的技術性能。

電磁輻射干擾問題在一定程度上限制了設備的性能發(fā)揮并妨礙其正常工作。在艦船通信系統(tǒng)中，由于通信報務室內通信設備多，艦船外的天線多，連接的電纜多而長，其電磁兼容性受到高度重視和關注。艦船設備的電磁兼容性在系統(tǒng)和設備的設計、生產及安裝過程中都會加以考慮。然而由于系統(tǒng)和設備的調試、使用時間長久以及升級改造等種種變化，導致不同程度地發(fā)生電磁干擾的問題。如在某型船的改造調試中，就曾發(fā)現在報務室內使用大功率通信電臺進行通話時，其它系統(tǒng)的某弱電設備引起串擾現象，在該弱電設備上甚至可以較清晰的聽到電臺的話音信號，若串擾嚴重將會影響到整個船的工作效能。為了消除可能存在的通信電臺對弱電設備的干擾，對通信電臺的干擾產生機理和輻射干擾的場分布展開了研究工作。

2 干擾的產生分析與查找

在電磁兼容分析中形成電磁干擾的三要素［3］為干擾源、干擾傳播途徑、敏感設備，三者缺一不可，其示意圖如圖1所示。

圖1 電磁干擾途徑

電磁干擾可分為傳導干擾和輻射干擾兩種方式。傳導干擾必須在干擾源和敏感器（設備）之間有完整電路連接，干擾信號沿著連接電路傳遞到敏感器而發(fā)生干擾。連接電路包括導線、設備的導電構件、供電電源、公共阻抗、接地平面、電阻、電感、電容和互感元件等。這樣就可能使一個設備或單元電路的電磁能量沿著這類導線傳輸到相鄰設備和單元電路，造成干擾。輻射干擾是指通過空間傳播的電磁干擾。干擾源的電源電路，輸入／輸出信號電路和控制電路等的導線，在一定條件下都可以構成輻射天線，當干擾源的外殼流過高頻電流時，此外殼本身也就成為輻射天線。常見輻射耦合有3種：天線A 發(fā)射的電磁波被天線B 接收，稱為天線對天線耦合；空間電磁場經導線感應而耦合，稱為場對線耦合；兩根平行線導線之間的高頻信號感應；稱為線對線感應耦合。

在查找產生電磁干擾的原因之前，首先應對相關通信設備的接地進行了全面檢查，對系統(tǒng)的電源電纜、控制電纜、音頻電纜及射頻電纜屏蔽層與連接器之間的連接情況進行了檢查，特別強調的是要確保射頻電纜屏蔽層均是360°范圍與連接器可靠連接。

為找出弱電設備在通信電臺工作時產生串擾的原因，根據電磁干擾產生的機理，采用了“假負載替代法”替代天線發(fā)射進行試驗等工作，以檢查電源線和地線是否存在傳導干擾。通過測試發(fā)現：使用“假負載替代法”替代天線接入電臺進行發(fā)射時，無串擾現象發(fā)生，說明設備電源線傳導不是產生串擾的主要原因，即不是發(fā)信設備通過電源線和地線傳導產生的串擾。

通過干擾分析與查找工作，可得出結論：通信電臺對弱電設備產生串擾問題的主要原因是由于同軸射頻電纜的電磁輻射過大造成。理論上，符合標準并且外觀完好的射頻電纜在其橫切面周圍沒有電磁場，高頻信號通過電纜時所建立的電磁場處于同軸射頻電纜的中心內導體和外導體之間，即所建立的電磁場是封閉在同軸射頻電纜內部。

那么是什么原因導致連接天線的同軸射頻電纜電磁輻射過大，下文將主要對產生的原因進行分析和研究。

3 同軸線外導體電磁輻射產生機理分析

艦船用的天線一般都是同軸線饋電的單極天線，如鞭狀天線、桿天線等。同軸線的芯線連接天線體，同軸線的外導體通過桅桿或船體與海水相連，船體及海水表面可以看成天線的另外一極［4］。

同軸線芯線上電流流向天線，海水表面上感應的電流經過露出水面的桿天線表面流進同軸線外導體內壁，這樣在船艙內的同軸線外導體外壁是沒有電流的，船艙內不會造成電磁場泄露，如圖2所示。箭頭所示為電流流向。

如果天線桿或同軸線饋電末端未能與船體外殼完整連接（沿著同軸線外導體一周多點或連續(xù)的電氣連接），會導致海水和船體表面上感應的電流不能有效地流向同軸線外導體內壁，這樣就會在同軸線外導體外壁產生電流，流向同軸線外導體內壁［5］。如圖3所示。而外導體外壁上產生的射頻電流則會像天線一樣產生輻射，從而產生電磁干擾。

圖2 天線與同軸線的電流流向

圖3 天線與同軸線連接不良時可能的電流流向

4 實驗室的驗證測試

根據同軸線外導體電磁輻射產生機理，我們在實驗室對天線和同軸線連接的接地影響進行了驗證的測試。

試驗在有六層高度的試驗樓進行，樓頂平臺為天線架設場地，平臺地面敷設有地網，地網的接地電阻≤1Ω。天線架設在樓頂平臺，天線長6m。

天調放置在六樓天線附近，發(fā)射電臺放置在1樓屏蔽室內。試驗場地設備安裝布置見圖4所示。

“真的嗎？”方同學似乎對我說的話感興趣了，他說，“老師，我在午睡時玩‘三國殺’是不對的，但是我睡不著，感到很難受。另外，‘三國殺’是別的同學借我的，您可以還給我嗎？”

圖4 試驗場地設備安裝布置圖

4.1 試驗檢測設備

場強測試儀：Narda公司SRL-3000；單向磁場天線：PN3551／01。

4.2 試驗項目及測試結果

分別對天線的天線體、射頻電纜等部位進行測試（場強測試探頭與電纜垂直）。測試結果如下：

1）天線底座用螺釘固定在鐵制四角支架上，天線電纜外導體一周與金屬底座呈連續(xù)電氣連接，鐵支架直接放置在地網上，電纜穿過樓頂平臺進入六樓，饋線1m 處通過電纜連接器1與一根25m 長的電纜相連。

測試不同接地情況下，天線體、天線根部饋線、電纜連接器及連接器后各點場強，包括不另接地線、引3根地線、引五根地線等情況。測試數據見表1。

2）去掉接地線，并將鐵支架墊上木板絕緣，讓天線底座與地網沒有連接，各點場強均達到56V／m 左右。在天線底座引1根地線到地網，測試各點場強基本不變。測試數據見表1。

表1 天線場強測試記錄表

5 驗證測試的結果分析

結合同軸線外導體電磁輻射產生機理，對驗證測試的結果分析結論如下：

1）由表1可以看出，天線鐵支架不接地（墊上木板絕緣），測得電纜各處的場強值與天線體的輻射場強相同，均在56V／m 左右。將絕緣木板去掉鐵支架接地，使得天線底座與地網相連，此時測得場強值明顯減小。其中，天線底座接五根地線與接三根地線相比，電纜輻射場強更小。

2）上述結果表明，同軸線饋電的單極天線系統(tǒng)，饋電點附近的同軸線外導體與地網或艙壁連接的有效程度將直接決定了地網下方或艙壁內同軸線外表面的電流大小及其附近的電磁輻射程度。

6 結語

本項目分析了同軸線饋電的單極天線系統(tǒng)饋電點附近的同軸線外導體、天線根部與電纜連接等處的場強以及接地的好壞與空間場強分布的關系，并通過實驗室的測試驗證了分析結果，可有效指導通信系統(tǒng)的改裝設計和工程施工設計，并應用到串擾的整改中，使連接天線的同軸射頻電纜屏蔽層有效接地，以減少輻射干擾；同時使其它系統(tǒng)弱電設備的搭接與接地更有效，從而減少空間電磁干擾的耦合。通過各種電磁屏蔽措施，最終將有效地消除大功率電臺對其它系統(tǒng)弱電設備的串擾問題。

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