郭金松

【摘要】? ? 為探究空間電磁場(chǎng)對(duì)有線通信設(shè)備的干擾，通過(guò)確定空間電磁場(chǎng)干擾邊界條件、構(gòu)建空間電磁場(chǎng)長(zhǎng)線耦合模型、有線通信設(shè)備時(shí)域有限差分計(jì)算，設(shè)計(jì)一種全新的分析思路。通過(guò)將該分析思路應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，證明了分析可行性的同時(shí)，得出了空間電磁場(chǎng)的入射強(qiáng)度會(huì)對(duì)有線通信設(shè)備造成不同程度干擾的結(jié)論。同時(shí)，通過(guò)進(jìn)一步分析得出，當(dāng)空間電磁場(chǎng)的入射強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，有線通信設(shè)備負(fù)載端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓會(huì)不斷增加。

【關(guān)鍵詞】? ? 空間電磁場(chǎng)? ? 有線通信? ? 設(shè)備干擾

引言：

近幾年，由于在軍事領(lǐng)域當(dāng)中發(fā)生了利用電磁干擾發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭(zhēng)的問(wèn)題，因此人們對(duì)于電磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)得到了全面的提升，并逐漸認(rèn)為電磁干擾是威脅世界和平的主要因素之一[1]。最早出現(xiàn)的電磁現(xiàn)象即為電磁干擾，部分電子設(shè)備在其使用的過(guò)程中，常常會(huì)受到另一電子設(shè)備的干擾，使得其無(wú)法正常運(yùn)行，并產(chǎn)生故障或?qū)е滦盘?hào)傳輸效率降低甚至消失的問(wèn)題產(chǎn)生。電磁干擾在人類社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的危害體現(xiàn)在諸多方面，其中電磁干擾會(huì)在極大程度上影響到有線通信設(shè)備的傳輸[2]。因此，為了提高有線通信設(shè)備的抗干擾能力，本文開(kāi)展空間電磁場(chǎng)對(duì)有線通信設(shè)備的干擾研究，為后續(xù)抗干擾能力提升技術(shù)的研發(fā)提供依據(jù)。

一、空間電磁場(chǎng)對(duì)有線通信設(shè)備的干擾研究

1.1確定空間電磁場(chǎng)干擾邊界條件

在對(duì)空間電磁場(chǎng)對(duì)有線通信設(shè)備的具體干擾進(jìn)行分析前，首先需要明確空間電磁場(chǎng)的干擾邊界條件，并以此 得出有線通信設(shè)備愛(ài)進(jìn)入到空間電磁場(chǎng)當(dāng)中使得入射形式[3]。在傳輸范圍中，確定傳輸兩個(gè)端點(diǎn)，并通過(guò)積分計(jì)算得出各個(gè)分量的時(shí)域表達(dá)式：

公式（1）中，V（0，t）表示為從通信開(kāi)始到某一通信時(shí)刻t的分量時(shí)域;E（x，0）表示為在該段分量當(dāng)中的頻域。通過(guò)上述公式可知，分量時(shí)域和頻域之間存在直接的比例關(guān)系，因此若當(dāng)?shù)玫侥骋环至康念l域表達(dá)式，則在完成積分計(jì)算之后，通過(guò)逆Fourier進(jìn)行變換，可以進(jìn)一步得出V（0，t）的時(shí)域表達(dá)式。為了探究有線通信設(shè)備在運(yùn)行中在空間電磁場(chǎng)當(dāng)中的入射方式，假設(shè)其入射波為高斯脈沖，則空間電磁場(chǎng)分量應(yīng)當(dāng)為垂直于平行傳輸線路所在的平面。根據(jù)有線通信設(shè)備傳輸線的特點(diǎn)，當(dāng)高斯脈沖的寬度達(dá)到3dB時(shí)，則在傳輸線上脈沖峰值產(chǎn)生時(shí)各個(gè)分量時(shí)域數(shù)值均相等。

1.2構(gòu)建空間電磁場(chǎng)長(zhǎng)線耦合模型

本文主要采用傳輸線方法完成。在基于Maxwell方程的基礎(chǔ)上，利用分布集總參數(shù)的方式表示，在得到分析結(jié)果的同時(shí)，進(jìn)一步提高了分析精度[4]。在利用Maxwell方程求解前，構(gòu)建空間電磁場(chǎng)長(zhǎng)線耦合模型，并將有線通信設(shè)備的傳輸感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換為一部分入射電壓和一部分散射電壓，將前一部分作為空間電磁場(chǎng)的激勵(lì)源。為了在模型中得到終端附近電流更加及時(shí)地響應(yīng)，只針對(duì)設(shè)備傳輸線路上終端響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

在對(duì)空間電磁場(chǎng)長(zhǎng)線耦合模型計(jì)算式，假設(shè)有線通信設(shè)備的所有傳輸線的長(zhǎng)度均相同，將其半徑設(shè)置為r，將其各個(gè)傳輸線之間的距離設(shè)置為l，同時(shí)l的數(shù)值應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于r。根據(jù)上述假設(shè)，得出空間電磁場(chǎng)長(zhǎng)線耦合模型表達(dá)式為：

公式（2）中，V（z）表示為空間電磁場(chǎng)長(zhǎng)線耦合響應(yīng)參數(shù);V'（z）表示為兩條傳輸線之間的切向電場(chǎng)之差;I表示為電流;R表示為有線通信設(shè)備傳輸導(dǎo)線金屬材料的電導(dǎo)率。通過(guò)上述公式計(jì)算，可通過(guò)已知的有線通信設(shè)備傳輸線分布集總參數(shù)，對(duì)各個(gè)傳輸線上的電感、電容等進(jìn)行計(jì)算和表達(dá)[5]。由于不同類型的通信設(shè)備其導(dǎo)線的材質(zhì)不同，因此在計(jì)算過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)明確各個(gè)傳輸導(dǎo)線技術(shù)材料的電導(dǎo)率，其計(jì)算公式為：

公式（3）中，R表示為傳輸導(dǎo)線金屬材料的電導(dǎo)率;σ表示為傳輸導(dǎo)線金屬材料的電導(dǎo)率;δ表示為趨膚深度。按照公式（3），計(jì)算得出傳輸導(dǎo)線技術(shù)材料的電導(dǎo)率，并將該數(shù)據(jù)帶入到上述空間電磁場(chǎng)長(zhǎng)線耦合模型當(dāng)中，為后續(xù)有線通信設(shè)備時(shí)域有限差分提供數(shù)據(jù)條件。

1.3有線通信設(shè)備時(shí)域有限差分計(jì)算

首先構(gòu)建針對(duì)差分表達(dá)的技術(shù)方程，定位方程中空電磁場(chǎng)對(duì)其設(shè)備導(dǎo)線分解造成的電壓與電流異常，并在完成對(duì)設(shè)備異常導(dǎo)線的定位后，進(jìn)行定位過(guò)程中導(dǎo)線差分格柵的計(jì)算。計(jì)算公式如下：

公式（4）中：C表示有限差值;x表示時(shí)域差分信息;y表示一個(gè)數(shù)據(jù)行為迭代周期。根據(jù)上述計(jì)算公式，可以按照前部計(jì)算結(jié)果=0的方式，進(jìn)行有限差值計(jì)算結(jié)果的離散處理，為了確保上述計(jì)算公式在實(shí)際應(yīng)用中具有一定離散性，應(yīng)當(dāng)保證其中的參數(shù)y滿足下述計(jì)算條件：

公式（5）中：v表示電磁波在空間介質(zhì)中的傳播速度。當(dāng)識(shí)別到此條導(dǎo)線屬于有功傳輸導(dǎo)線，則需要進(jìn)行此條導(dǎo)線距離周?chē)鷮?dǎo)線長(zhǎng)度的計(jì)算，并分析導(dǎo)線外部是否存在絕緣層對(duì)干擾判斷造成干預(yù)。此過(guò)程可采用前端信號(hào)減去后端信號(hào)的反向值進(jìn)行分析，根據(jù)計(jì)算得到的最終差分結(jié)果，進(jìn)行有線通信設(shè)備時(shí)域有限差分的分析，將此作為通信設(shè)備干擾識(shí)別的依據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)及干擾分析

將本文上述提出的空間電磁場(chǎng)對(duì)有線通信設(shè)備的干擾分析方法應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)環(huán)境當(dāng)中，對(duì)其具體干擾進(jìn)行分析。按照GJB882A-2020標(biāo)準(zhǔn)，選擇阻值為750Ω，線纜橫截面半徑為2.5mm，傳輸線路長(zhǎng)度為25cm的有線通訊設(shè)備作為研究對(duì)象，利用本文上述提出的方法對(duì)其受到空間電磁場(chǎng)干擾時(shí)的具體表現(xiàn)情況進(jìn)行分析。分別將該有線通信設(shè)備兩條導(dǎo)線距離設(shè)置為1.5cm、3cm、4.5cm和 6cm，將其通信過(guò)程中產(chǎn)生的入射波峰值場(chǎng)強(qiáng)設(shè)置為15V/m。結(jié)合本文上述論述內(nèi)容，得出該有線通信設(shè)備連接導(dǎo)線上的入射電場(chǎng)幅度變化情況，并將其繪制成如圖1所示。

從圖1可以看出，在0～18ns時(shí)，入射電場(chǎng)的幅度呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)，在通信時(shí)間為18ns時(shí)，入射電場(chǎng)的幅度達(dá)到了最大值，隨后又呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢(shì)，直到最終完成通信時(shí)入射電場(chǎng)的幅度逐漸趨于0。在上述基礎(chǔ)上，再對(duì)有線通信設(shè)備不同通信傳輸線路長(zhǎng)度下的傳輸線負(fù)載感應(yīng)電壓進(jìn)行測(cè)量，并將其繪制成如圖2所示的結(jié)果。

圖2中A表示為傳輸線路長(zhǎng)度為10cm時(shí)的負(fù)載感應(yīng)電流曲線;B表示為傳輸線路長(zhǎng)度為20cm時(shí)的負(fù)載感應(yīng)電流曲線;C傳輸線路長(zhǎng)度為30cm時(shí)的負(fù)載感應(yīng)電流曲線;D表示為傳輸線路長(zhǎng)度為40cm時(shí)的負(fù)載感應(yīng)電流曲線。從圖2可以看出，當(dāng)兩條導(dǎo)線距離保持不變時(shí)，隨著傳輸線路長(zhǎng)度的不斷增加，有線通信設(shè)備電壓越大。當(dāng)兩條導(dǎo)線之間的距離為6cm時(shí)，此時(shí)有線通信設(shè)備的傳輸路線上的電壓峰值能夠達(dá)到386.2mV。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲瑫r(shí)證明，當(dāng)空間電磁場(chǎng)的入射場(chǎng)強(qiáng)不斷增加，有線通信設(shè)備負(fù)載端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓會(huì)表現(xiàn)出線性的增漲變化趨勢(shì)。當(dāng)有線通信設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，其傳輸線路對(duì)于外界空間電磁場(chǎng)的耦合強(qiáng)度主要取決于入射波的強(qiáng)度以及入射波的方向。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合上述論述內(nèi)容得出，空間電磁場(chǎng)對(duì)于有線通信設(shè)備具有較強(qiáng)的干擾，當(dāng)空間電磁場(chǎng)的入射場(chǎng)強(qiáng)不斷增加，有線通信設(shè)備負(fù)載端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓會(huì)表現(xiàn)出線性的增漲變化趨勢(shì)。同時(shí)，本文基于空間電磁場(chǎng)的特點(diǎn)，針對(duì)其對(duì)有線通信設(shè)備的干擾特性，提出了一種全新的研究分析思路，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式證明了該研究思路的合理性。由于在真實(shí)野外空間電磁場(chǎng)環(huán)境當(dāng)中存在較多的不確定性，其均會(huì)對(duì)本文上述分析思路及分析得出的結(jié)果造成一定的影響。因此在后續(xù)的研究中為了得到更加準(zhǔn)確地分析結(jié)果，還將對(duì)其進(jìn)行更加深入研究。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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