朱華進

摘 要 隨著艦船航行距離與航行時間的不斷增長，對通信的要求越來越高，在推動艦船信息化水平不斷提高的同時，也使得艦載通信裝備的種類與數(shù)量不斷增長。艦載通信裝備的豐富在給艦船通信帶來便利的同時，卻也不可避免地造成了電磁兼容問題，裝備相互之間的干擾嚴(yán)重影響了通信裝備的正常工作。本文主要針對艦載通信裝備的電磁兼容問題進行了分析與研究，并對其解決措施進行了簡要的闡述。

【關(guān)鍵詞】艦載通信設(shè)備 電磁兼容 電磁干擾

1 引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對電磁波的使用越來越頻繁，手機通訊、導(dǎo)航、雷達等輻射的電磁波導(dǎo)致電磁環(huán)境變得越來越復(fù)雜。當(dāng)有限的空間內(nèi)存在大量電磁設(shè)備同時運行時，將導(dǎo)致嚴(yán)重的電磁干擾現(xiàn)象，影響設(shè)備的正常運行。隨著艦船信息化水平的提升，艦載通信設(shè)備的種類與數(shù)量日益增長，在有限的艦船空間中產(chǎn)生了嚴(yán)重的電磁兼容問題，影響了艦載通信裝備的正常工作，對艦船的安全具有不利的影響。針對艦載通信裝備的電磁兼容問題，本文主要研究分析了其產(chǎn)生原因，并對其解決措施進行了簡要的闡述。

2 艦載通信裝備的電磁兼容問題分析

隨著艦船信息化水平的提高，電磁設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，雷達系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等各類電磁設(shè)備都需要產(chǎn)生、接受電磁信號。在艦船有限的空間中，大量電磁設(shè)備的天線密集分布，且頻譜分布較為擁擠，加之大量成束電纜的敷設(shè)，都有可能造成設(shè)備間的電磁干擾，影響裝備的正常運行。除了自身電磁裝備間的相互干擾外，電磁兼容問題還與艦船所處的電磁環(huán)境密切相關(guān)，隨著海洋電磁環(huán)境的日趨復(fù)雜以及艦船編隊航行等，來自艦船外部的電磁干擾也變得越來越嚴(yán)重。

通信設(shè)備作為艦船重要的電磁設(shè)備之一，負(fù)責(zé)艦船與外部的通信與聯(lián)絡(luò)，對艦船的安全航行有著重要的意義。艦船通信的方式較多，從微波通信、衛(wèi)星通信再到激光通信，一方面其電磁波譜段幾乎覆蓋全部頻譜范圍，另一方面其輻射功率一般較大，因此其容易受到電磁兼容問題的影響。電磁兼容問題的產(chǎn)生需要具備干擾源與耦合路徑兩個必要成分，因此本文主要從這兩方面對艦載通信裝備電磁兼容的產(chǎn)生進行分析。

2.1 干擾源分析

在艦船復(fù)雜的電磁環(huán)境中，可以產(chǎn)生電磁干擾的信號源種類繁多，主要可以分為自然界干擾源與人工干擾源兩大部分。自然界干擾源主要包括雷電以及船體靜電等，一般與艦船所處的地理與氣候環(huán)境密切相關(guān)；人工干擾源主要包括艦載的各類電子設(shè)備以及外部設(shè)備，艦載設(shè)備不僅包括雷達系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等發(fā)射電磁波的設(shè)備，還包括電機等機電設(shè)備，其在正常運行時也可能產(chǎn)生寬頻譜范圍內(nèi)的電磁輻射，而外部干擾源主要包括附近海域其他艦船等。

2.2 耦合路徑分析

除了干擾源外，電磁干擾的產(chǎn)生還需要具備耦合路徑。一般來說，艦載通信裝備主要采用無線通信方式，因此無線傳導(dǎo)是其最主要耦合路徑；其次各類艦載設(shè)備都需要與電源相連接，一些設(shè)備運行產(chǎn)生的高次電流諧波將通過電源線傳導(dǎo)至其他設(shè)置，形成了耦合湖經(jīng)；另外成束的電纜中由于信號傳輸線路將會在周圍空間中產(chǎn)生電磁場，因此平行的導(dǎo)線將會產(chǎn)生串?dāng)_現(xiàn)象，也形成了電磁干擾的耦合路徑。

3 艦載通信裝備電磁兼容解決措施

根據(jù)對電磁兼容問題產(chǎn)生原因的分析，解決艦載通信裝備電磁兼容問題主要可以從降低干擾源的輻射，切斷耦合路徑以及提高通信裝備抗干擾能力等幾個方面入手，具體來說主要可以分為優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備布局以及系統(tǒng)原理等三個部分。如圖1所示。

3.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化

艦載設(shè)備的外殼不僅起到支持固定的作用，在另一方面也起著屏蔽電磁信號的作用，通過對外殼材質(zhì)及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理，能夠大大增強設(shè)備對外部電磁干擾的屏蔽效果。

3.1.1 材質(zhì)選擇

不同的材質(zhì)對電磁信號的屏蔽特性各不相同，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際艦載通信設(shè)備的工作環(huán)境，針對待屏蔽信號的特性選擇相應(yīng)的材料作為屏蔽體，屏蔽電場時選擇電導(dǎo)率較高的材料，屏蔽磁場時則選擇磁導(dǎo)率較高的材料。在常見金屬材料相對電導(dǎo)率與相對磁導(dǎo)率中，金的相對電導(dǎo)率最高為1.7，銀為1.05；鋼的相對磁導(dǎo)率最高為1000，其它均為1。

3.1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在選定外殼材質(zhì)后，通過對其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，也能進一步提高其屏蔽效果。一般來說，在裝備四周分別采用接地導(dǎo)體進行屏蔽才能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的屏蔽效果，但在艦船環(huán)境中不可實現(xiàn)。另一方面，考慮到為了便于對艦載通信設(shè)備進行散熱、觀測及調(diào)試，一般其屏蔽外殼多留有口徑，通過孔徑的合理布置，能最大化外殼的屏蔽效果，同時與開槽相比，同等散熱效果下孔徑的屏蔽效果要明顯更優(yōu)。

3.2 設(shè)備布局優(yōu)化

除了在設(shè)備外殼設(shè)計中要考慮電磁兼容問題，在艦載設(shè)備的布局設(shè)計中，也要充分考慮不同設(shè)備間可能存在的電磁干擾問題，合理地布置通信裝備，同時還需要對天線等進行特殊處理以減少耦合路徑。

3.2.1 設(shè)備的合理布局

由于艦船的空間有限，不同裝備的布局十分重要，一般來說為了減少不同裝備間的電磁干擾，通常將艦船內(nèi)部進行功能區(qū)域的劃分，將雷達、導(dǎo)航、通信等不同功能的裝備布置于不同的層次之中，并在層次之間進行電磁屏蔽以減少裝備間的干擾。為了避免雷達天線與通信天線的相互照射，一般將二者分置安裝并確保雷達的掃描扇區(qū)與通信天線的主瓣方向錯開，同時通信裝備的發(fā)射與接受天線在條件允許時也應(yīng)盡量分開布置，并控制好二者的方向，避免相互干擾。對于其他具有天線的電磁設(shè)備，一般根據(jù)其頻譜進行布局，確保相同頻譜帶上的裝備要分開布置。

3.2.2 傳輸線路的優(yōu)化布置

除了通過設(shè)備的合理布局減少天線上的耦合外，還要優(yōu)化電力電纜以及控制電纜等傳輸線路的布置，做到強電弱電分離、交流直流分離以及輸入輸出分離，同時盡量使用光纜完成信號的傳輸，通過光電耦合進一步減少耦合路徑。

3.3 系統(tǒng)原理優(yōu)化

由于艦船的空間有限，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化與空間布局優(yōu)化的增益有限，此時還需要通過系統(tǒng)原理層面的優(yōu)化設(shè)計，從信號處理層面削弱電磁兼容問題對艦載通信設(shè)備帶來的不利影響。

3.3.1 系統(tǒng)硬件優(yōu)化

艦載通信設(shè)備中配置有大量印刷電路板，其中高頻電路板的電磁兼容問題較為嚴(yán)重，通過對電路板的合理優(yōu)化能夠有效提高電磁抗干擾能力，一般來說主要包括以下幾種措施：

（1）配置去耦合旁路電容。在印刷電路特別是高頻電路中，在電源與接地之間配置去耦合旁路電容，不僅能夠起到蓄能的效用，還能夠起到濾波的作用，有效減少電磁干擾的影響。

（2）合理布局元器件。合理地設(shè)計布局電路板各類元器件能夠大大提高其抗干擾能力，在高頻電路板中，盡量采用多層PCB板的設(shè)計，并保證元件的平行布局，同時盡可能縮小高頻元件的距離，以提高其抗干擾能力。

（3）合理設(shè)計走線。印刷線路板的走線設(shè)計也要十分注意，一方面要避免使用直角布線，另一方面盡量加粗電源線與接地線，并采用獨立的電源層和接地層，表面相互間的電磁干擾。

3.3.2 系統(tǒng)軟件優(yōu)化

除了硬件層面外，還可以在軟件層面通過信號處理算法提高系統(tǒng)的電磁抗干擾能力，一般來說可以分為以下幾種措施：

（1）自適應(yīng)技術(shù)。自適應(yīng)技術(shù)是提高艦載通信系統(tǒng)電磁抗干擾能力的重要手段之一，通過自適應(yīng)技術(shù)通信設(shè)備可以根據(jù)實際運行時外部的電磁環(huán)境自適應(yīng)選擇通信模式、信號頻率、信道帶寬以及編解碼方式，并根據(jù)干擾信號的方向自適應(yīng)調(diào)整各個方向的增益，實現(xiàn)干擾信號的低效。

（2）天線復(fù)用技術(shù)。由于艦船空間有限，雷達系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)等存在較多天線需要布置，難免相互之間產(chǎn)生電磁干擾，此時可以通過天線復(fù)用技術(shù)，根據(jù)實際需求通過時分復(fù)用、頻分復(fù)用等方式，減少艦載設(shè)備的天線數(shù)量，從而削弱存在的電磁兼容問題。

4 結(jié)束語

隨著艦船信息化水平的提高，電磁兼容問題已經(jīng)成為制約艦載通信裝備發(fā)展的瓶頸，嚴(yán)重影響了通信裝備的正常運行。本文針對艦載通信裝備電磁兼容問題的產(chǎn)生進行了深入的分析，并針對其產(chǎn)生原因提出了相應(yīng)的解決措施，相信隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，艦載通信裝備的電磁兼容問題必將得到進一步的解決。

參考文獻

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作者單位

91469部隊 北京市 100000