歐盛春，屈骎宇，朱新平

(1. 中電科海洋信息技術研究院有限公司，北京 100041；2. 中國電子科技集團有限公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

0 引 言

綜合試驗船搭載的無線電設備及天線較多，除船舶航行需要及海事部門規(guī)定的航行所需器材外，通常還需配置包括搜索雷達、光電監(jiān)視設備、衛(wèi)星通信、短波及LTE通信設備等在內的多類電子設備，以及試驗設備，電磁覆蓋波段較寬，因此對綜合試驗船的電磁兼容性提出了較高要求。

作為國內首艘民用綜合試驗船，“電科1號”在設計建造階段將全船電磁兼容性設計作為重點進行關注。本文以該船為例對綜合試驗船電磁兼容性設計進行分析說明。

1 電磁兼容性設計分析

在設計階段，項目組參照《GJB 1389-92系統(tǒng)電磁兼容性要求》，對“電科1號”設備電纜選型、系統(tǒng)供電設計、線纜布放設計及甲板天線布局等方面分別進行了電磁兼容性需求分析，核心要求可概括為：在不顯著增加建造成本的情況下，通過合理設計使得綜合試驗船全船設備及臨時加裝的待驗設備彼此間干擾及外部電磁波干擾最小化且可控，保障各設備使用壽命及功能性能不受影響。

為達到上述需求，“電科1號”電磁兼容性設計主要分為4個方面：設備單機電磁兼容性設計、設備安裝布置設計、系統(tǒng)布線與供電設計及系統(tǒng)設備頻率功率使用管理設計。

2 設備單機電磁兼容性設計

“電科1號”電子任務系統(tǒng)各主要組成設備電路板、機箱及機柜全采用數(shù)字地、模擬地及機殼地分開設計。電路的數(shù)字信號地線、模擬信號地線和電源地線均分別走線，然后按支流、干流匯集到一點，降低地線回流干擾。各組成設備機箱的上、下蓋板及前面板接觸面做導電氧化處理，保證機箱接地電連續(xù)性，并在接觸面上嵌入導電橡膠條，前面板上安裝的連接器加裝導電橡膠墊。各設備機柜殼體設計有防電磁泄露金屬網(wǎng)，防止電磁輻射對其它設備造成影響。

對于計算機、交換機、ADS-B設備、AIS設備、氣象設備及北斗設備等通用設備，需根據(jù)各型號的技術規(guī)格書及使用維護說明書選擇符合系統(tǒng)電磁兼容相關要求的型號進行采購，保障設備工作時不會對其他電子設備產生干擾。

3 設備安裝布置設計

3.1 天線的安裝布置

“電科1號”的電磁環(huán)境可劃分為露天區(qū)和艙室內兩部分。露天區(qū)電磁環(huán)境是由多個輻射源的電磁場合成，其主要發(fā)射源包括船上的各種通信、導航及探測設備的發(fā)射天線。在有限的羅經(jīng)甲板和雷達桅桿上布置天線是無法按理論布置達到完美，只能進行折中妥協(xié)，減少盲區(qū)，減少干擾[1]。為避免高功率發(fā)射源在船體表面形成高場強區(qū)，危害船載電子設備，干擾正常的導航、通信和指揮，“電科1號”經(jīng)過等效電路[2]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡[3]等建模方法分析及仿真[4]，最終采用如下天線布局形式，如圖1所示。

對于導航雷達、衛(wèi)星通信天線及搜索雷達天線等4個高功率發(fā)射源優(yōu)先進行布局：S波段和X波段導航雷達天線高低錯開布置于通導桅桿頂部；衛(wèi)星通信天線布置于中間高度層，其與X波段導航雷達天線的水平夾角33°大于導航雷達發(fā)射波束的最大俯角26°；搜索雷達天線布置于底層，保障搜索雷達發(fā)射波束避開衛(wèi)星通信天線。在此基礎上，其余設備天線根據(jù)設備天線形式、波束范圍、功率頻率等因素分別布置[5]。

在“電科1號”天線布設方案制定過程中，充分考慮了各天線頻率的影響，對頻率存在交疊的天線采用高度錯層布置、波束方向錯開布置及使用場景分析等手段，保障了在海上試驗過程中各自電磁波影響降到最低。

3.2 設備機柜的布置

在“電科1號”設備機柜布置設計中，把小功率、低電壓的設備和大功率、高電壓的設備分開布置，盡量減少干擾。如在高頻室中，搜索雷達的收發(fā)機柜就是大功率、高電壓設備。設計布置位置時，將該雷達的收發(fā)機柜布置在高頻室最內側位置，使設備機柜距離外部雷達天線最近，減少設備之間的波導和線纜損耗，同時保障了盡量遠離其他設備的要求。

4 系統(tǒng)布線與供電設計

“電科1號”系統(tǒng)選用電磁屏蔽電纜。高中頻信號采用屏蔽效果好的高質量同軸電纜傳輸，低頻及數(shù)據(jù)線傳輸采用屏蔽導線、雙絞屏蔽導線及雙絞線，使得兩線之間存在的干擾電流幾乎大小相等,方向相反,其干擾場地空間可以相互抵消,因而減少了干擾[6]，可解決大部分干擾和輻射問題。

圖1 “電科1號”羅經(jīng)甲板天線布置圖Fig. 1 Dian ke 1 compass deck antenna layout

圖2 “電科1號”全船設備及天線電磁頻譜圖Fig. 2 Dian ke 1 system electromagnetic spectrum

系統(tǒng)中除部分設備使用的是隨機電纜外，其它電纜多用低煙無鹵低毒船用鎧裝電纜。供電電源輸入端設置電源濾波電路，隔離外部電源輸入的干擾以及向外部輻射干擾[7]：在每個機柜內部對于交流電源的輸入都通過交流濾波器濾波后給機柜內部的設備供電。

“電科1號”艙室設備間連接線纜：功率（電源）纜、信號纜、視頻線纜分開布放，減小或消除大功率信號對高頻、小電平信號的影響。

5 系統(tǒng)設備頻率功率使用管理設計

在“電科1號”系統(tǒng)的設計中考慮了頻譜管理。在實際使用中需根據(jù)頻譜表管理船上各個設備的使用并安排設備的開關機。特別是在進行電子設備海上試驗時，需對新增待測設備的收發(fā)頻率和收發(fā)功率進行預先調研并統(tǒng)一管理[8]。從圖2可以看出，除部分通信導航設備頻率有重疊外，其他設備收發(fā)頻率基本不存在交疊或干擾，對于部分交疊的設備，系統(tǒng)采用分層布局等形式盡量降低了對使用層面的影響[9]，不僅有利于保證船舶正常通信及航行安全，也能防止和減少天線電磁輻射對人的影響和危害[10]。

作為國內首艘民用綜合試驗船，“電科1號”運營以來已完成大量海上及水下試驗任務，在電磁兼容性方面獲得了高校、企事業(yè)單位及軍方用戶的一致好評。在“電科1號”運營過程中，搜索雷達等大功率信號源工作正常，各目標探測設備及通信導航設備等主要設備均未發(fā)現(xiàn)電磁兼容性方面的問題。針對地波雷達等臨時加裝的大功率待測設備，通過靈活運用本文涉及的設計要素合理安排布局，將設備間影響降到最低，保障了各類待驗設備海上試驗任務的圓滿完成，本船的電磁兼容性設計效果得到了良好檢驗。

6 結 語

通過各類實際應用的檢驗，充分驗證了“電科1號”通過前期完善的設備單機電磁兼容性設計、設備安裝布置設計、系統(tǒng)布線與供電設計及系統(tǒng)設備頻率功率使用管理設計，在復雜電磁環(huán)境下實現(xiàn)了良好的全船電磁兼容性。在未顯著增加建造難度及成本的情況下，通過合理設計及優(yōu)化布局，保障了綜合試驗船上固定及臨時安裝的各類電子設備相互影響最小化，為后續(xù)民用綜合試驗船電磁兼容性設計提供了優(yōu)秀范例。