艦載通信裝備電磁兼容問題及對策

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。

【關鍵詞】艦載通信設備 電磁兼容 電磁干擾

1 引言

隨著信息技術的不斷發展，人們對電磁波的使用越來越頻繁，手機通訊、導航、雷達等輻射的電磁波導致電磁環境變得越來越復雜。當有限的空間內存在大量電磁設備同時運行時，將導致嚴重的電磁干擾現象，影響設備的正常運行。隨著艦船信息化水平的提升，艦載通信設備的種類與數量日益增長，在有限的艦船空間中產生了嚴重的電磁兼容問題，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，電磁設備得到了廣泛的應用，雷達系統、導航系統、通信系統等各類電磁設備都需要產生、接受電磁信號。在艦船有限的空間中，大量電磁設備的天線密集分布，且頻譜分布較為擁擠，加之大量成束電纜的敷設，都有可能造成設備間的電磁干擾，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境密切相關，隨著海洋電磁環境的日趨復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重。

通信設備作為艦船重要的電磁設備之一，負責艦船與外部的通信與聯絡，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生進行分析。

2.1 干擾源分析

在艦船復雜的電磁環境中，可以產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境密切相關；人工干擾源主要包括艦載的各類電子設備以及外部設備，艦載設備不僅包括雷達系統、導航系統等發射電磁波的設備，還包括電機等機電設備，其在正常運行時也可能產生寬頻譜范圍內的電磁輻射，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，因此無線傳導是其最主要耦合路徑；其次各類艦載設備都需要與電源相連接，一些設備運行產生的高次電流諧波將通過電源線傳導至其他設置，形成了耦合湖經；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生電磁場，因此平行的導線將會產生串擾現象，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

根據對電磁兼容問題產生原因的分析，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化設備結構、設備布局以及系統原理等三個部分。如圖1所示。

3.1 設備結構優化

艦載設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，通過對外殼材質及結構的優化處理，能夠大大增強設備對外部電磁干擾的屏蔽效果。

3.1.1 材質選擇

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

3.1.2 結構優化

在選定外殼材質后，通過對其結構的優化，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體進行屏蔽才能夠實現最佳的屏蔽效果，但在艦船環境中不可實現。另一方面，考慮到為了便于對艦載通信設備進行散熱、觀測及調試，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。

3.2 設備布局優化

除了在設備外殼設計中要考慮電磁兼容問題，在艦載設備的布局設計中，也要充分考慮不同設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，通常將艦船內部進行功能區域的劃分，將雷達、導航、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與通信天線的主瓣方向錯開，同時通信裝備的發射與接受天線在條件允許時也應盡量分開布置，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備，一般根據其頻譜進行布局，確保相同頻譜帶上的裝備要分開布置。

3.2.2 傳輸線路的優化布置

除了通過設備的合理布局減少天線上的耦合外，還要優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 系統原理優化

由于艦船的空間有限，通過結構優化與空間布局優化的增益有限，此時還需要通過系統原理層面的優化設計，從信號處理層面削弱電磁兼容問題對艦載通信設備帶來的不利影響。

3.3.1 系統硬件優化

艦載通信設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重，通過對電路板的合理優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）合理設計走線。印刷線路板的走線設計也要十分注意，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 系統軟件優化

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）自適應技術。自適應技術是提高艦載通信系統電磁抗干擾能力的重要手段之一，通過自適應技術通信設備可以根據實際運行時外部的電磁環境自適應選擇通信模式、信號頻率、信道帶寬以及編解碼方式，并根據干擾信號的方向自適應調整各個方向的增益，實現干擾信號的低效。

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

4 結束語

隨著艦船信息化水平的提高，電磁兼容問題已經成為制約艦載通信裝備發展的瓶頸，嚴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生進行了深入的分析，并針對其產生原因提出了相應的解決措施，相信隨著相關技術的不斷發展與完善，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