合福高鐵短波電磁干擾實(shí)測(cè)與分析

江建興，朱 杰，陳弘揚(yáng)

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門 3610004）

合福高鐵短波電磁干擾實(shí)測(cè)與分析

江建興，朱 杰，陳弘揚(yáng)

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門 3610004）

本文首先介紹了電氣化高速鐵路的結(jié)構(gòu)及其電磁干擾來(lái)源，并參照國(guó)標(biāo)GB/T 24338.2對(duì)合福高鐵列車通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的短波電磁干擾進(jìn)行了實(shí)測(cè)與分析。

電氣化高速鐵路；短波；電磁干擾；

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，福建監(jiān)測(cè)站短波測(cè)向天線場(chǎng)周邊陸續(xù)建成寧上高速公路、合福高速鐵路等，且均未達(dá)到國(guó)標(biāo)GB13614-2012[1]規(guī)定的對(duì)短波無(wú)線電測(cè)向臺(tái)（站）的保護(hù)間距，對(duì)測(cè)向天線場(chǎng)的電磁環(huán)境造成一定程度的惡化，影響了監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確度[2]。

目前已有很多關(guān)于電氣化鐵路電磁干擾的研究，但大部分都是對(duì)超短波頻段進(jìn)行測(cè)試。文獻(xiàn)[3]對(duì)武廣高鐵超短波30-1000MHz的電磁干擾進(jìn)行了實(shí)測(cè)與分析，然而，在測(cè)試中RBW設(shè)置過(guò)大，雖能加快掃描速度，但會(huì)抬高底噪影響弱信號(hào)、窄帶信號(hào)的測(cè)量。文獻(xiàn)[4]研究了電氣化鐵道的無(wú)線電噪聲對(duì)短波發(fā)信場(chǎng)的影響，選取3，10，30MHz作代表性頻率進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，但由于電氣化鐵路電磁干擾是寬帶干擾，且具有一定的隨機(jī)性，幾個(gè)代表性頻率的實(shí)測(cè)數(shù)值并不能說(shuō)明整個(gè)短波頻段的干擾情況。

為了對(duì)電氣化高速鐵路短波頻段的電磁干擾進(jìn)行定量分析，本文對(duì)干擾類型、產(chǎn)生原因進(jìn)行詳細(xì)研究，并參照國(guó)標(biāo)GB/T 24338.2[5]在合福高鐵鐵軌旁進(jìn)行實(shí)測(cè)，最后給出分析結(jié)果。

2 電氣化高速鐵路電磁干擾

2.1 電氣化高速鐵路的結(jié)構(gòu)

采用受電弓與接觸網(wǎng)之間的滑動(dòng)接觸完成能量的傳輸，我國(guó)電氣化高速鐵路大部分采用50Hz牽引供電，電能由發(fā)電廠經(jīng)變電所、電網(wǎng)送到牽引變電所，牽引變電所把來(lái)自電網(wǎng)的電壓變成25kV送至接觸網(wǎng)，電力機(jī)車通過(guò)車頂?shù)氖茈姽杉佑|網(wǎng)電能。機(jī)車上的變壓器和功率變換模塊接受受電弓的電能后經(jīng)過(guò)變壓變頻傳給牽引電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)列車輪轂旋轉(zhuǎn)，同時(shí)把牽引電流引入鋼軌，最后流回牽引變電所，形成牽引供電回路，如圖1所示。電氣化高速鐵路對(duì)無(wú)線電測(cè)向天線場(chǎng)的電磁干擾可分為無(wú)源干擾和有源干擾。

圖1 電氣化鐵路結(jié)構(gòu)圖

2.2 無(wú)源干擾

對(duì)無(wú)線電測(cè)向天線場(chǎng)的無(wú)源干擾，主要是由于線路的金屬部件，即支柱、吊弦、承力索、接觸導(dǎo)線等受電磁波激勵(lì)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而形成二次輻射電磁波，此二次輻射波與主電磁波發(fā)生作用后，使得到達(dá)測(cè)向天線場(chǎng)的電磁波波前發(fā)生變化，產(chǎn)生測(cè)向誤差。此外，鐵路高架橋梁也有可能成為地波傳播的障礙物，使得電磁波發(fā)生繞射，進(jìn)而影響測(cè)向準(zhǔn)確度。

2.3 有源干擾

電氣化高速鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)電磁環(huán)境復(fù)雜，牽引變電所設(shè)備、供電接觸網(wǎng)、機(jī)車內(nèi)部設(shè)備、受電弓與接觸網(wǎng)的滑動(dòng)接觸點(diǎn)都有可能是電磁干擾源，根據(jù)空間特性，可將它們分為固定干擾源和移動(dòng)干擾源，如圖2所示。

圖2 電氣化高速鐵路的電磁干擾源

在固定干擾源中，由于交流牽引供電，變電所內(nèi)沒(méi)有大型整流設(shè)備，不會(huì)產(chǎn)生高次諧波和放電噪聲，所以牽引變電所設(shè)備并不造成嚴(yán)重的電磁干擾。牽引供電系統(tǒng)使用的是25kV、50Hz交流供電，供電電壓較低，不會(huì)產(chǎn)生電暈噪聲，線路放電屬于局部故障，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)即可排除。在流動(dòng)干擾源中，電力機(jī)車本身產(chǎn)生的干擾一般可以不予考慮，這主要是機(jī)車內(nèi)部的干擾源都將受到機(jī)車金屬體的屏蔽而向外輻射較少。因此，受電弓在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上滑動(dòng)和離線時(shí)所產(chǎn)生的電磁噪聲是最重要的電磁干擾來(lái)源，這主要包括三個(gè)方面：弓網(wǎng)接觸電阻微小變化引起的電平相對(duì)穩(wěn)定的連續(xù)電磁干擾，在低速與啟動(dòng)時(shí)表現(xiàn)明顯；列車正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的脈沖連續(xù)電磁干擾；弓網(wǎng)離線產(chǎn)生的不連續(xù)脈沖電磁干擾即弓網(wǎng)離線電弧電磁干擾。由于高速鐵路軌道不平順、列車運(yùn)行速度變快等原因造成弓網(wǎng)分離的瞬間，受電弓和接觸網(wǎng)之間的電壓差急劇增加，使得兩者之間的氣體發(fā)生擊穿，從而引起氣體放電，形成電弧[6]。弓網(wǎng)離線電弧電磁干擾幅度高、頻域?qū)挘漠a(chǎn)生具有一定的隨機(jī)性，且隨著列車速度提高而增加。

3 電磁干擾的測(cè)量

3.1 測(cè)量地點(diǎn)的選取

弓網(wǎng)電弧的產(chǎn)生是幾率性事件，為了較為準(zhǔn)確地反映列車通過(guò)測(cè)向天線場(chǎng)附近時(shí)弓網(wǎng)滑動(dòng)、離線電磁噪聲的頻率特性，本文的測(cè)試地點(diǎn)沒(méi)有特意選擇電分相處，而是在天線場(chǎng)周邊選取了一個(gè)較為平坦，沒(méi)有高壓供電線路影響的地點(diǎn)。同時(shí)，參照國(guó)標(biāo)GB/T 24338.2的測(cè)試方法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)布置，但由于列車運(yùn)行速度快，且鐵軌沿線設(shè)有混凝土護(hù)欄，出于安全和實(shí)際考慮，最終將測(cè)試天線架設(shè)在距離鐵軌中心線20m遠(yuǎn)處，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖

3.2 測(cè)量系統(tǒng)及參數(shù)設(shè)置

本文現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)使用的是德國(guó)R&S公司的監(jiān)測(cè)接收機(jī)PR100，其FFT實(shí)時(shí)帶寬為10MHz，配套環(huán)形天線HE300HF處于無(wú)源模式，并采用垂直極化方式，天線因子如圖4所示。接收機(jī)使用頻段掃描模式，檢波方式為峰值檢波，因?yàn)榻邮諜C(jī)RBW并無(wú)國(guó)標(biāo)GB/T 24338.2中建議的9kHz選項(xiàng)，所以測(cè)量時(shí)采用6.25kHz。由于列車運(yùn)行速度快，約為290km/h，通過(guò)測(cè)試點(diǎn)時(shí)間約為3～5s，為了提高掃描速度，將短波頻段分成3段：3-10MHz，10-20MHz，20-30MHz，依次進(jìn)行測(cè)量。

圖4 環(huán)形天線HE300HF天線因子

4 測(cè)量結(jié)果與分析

測(cè)量時(shí)，聽(tīng)見(jiàn)地面?zhèn)鱽?lái)的列車“轟轟”聲后（約通過(guò)測(cè)試點(diǎn)前10秒）開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，至列車通過(guò)測(cè)試點(diǎn)30秒后停止。經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的整理，可以得到列車通過(guò)測(cè)試點(diǎn)這段時(shí)間3-10MHz，10-20MHz，20-30MHz的統(tǒng)計(jì)頻譜圖，如圖5所示。

圖5 列車通過(guò)測(cè)試點(diǎn)時(shí)的統(tǒng)計(jì)頻譜圖（dBuv）

其中，藍(lán)色曲線代表沒(méi)有列車通過(guò)時(shí)接收機(jī)記錄的瞬間電平值，可以看出，測(cè)量系統(tǒng)能接收到正常短波信號(hào)，大信號(hào)主要是廣電臺(tái)廣播，集中在4-5MHz，9-10MHz，11-12MHz，15-16MHz，17-18MHz等頻段，其他頻段信號(hào)較為稀疏或電平值較弱，與日常監(jiān)測(cè)情況相符。

紅色曲線表示列車通過(guò)測(cè)試點(diǎn)時(shí)接收機(jī)捕捉到的最大電平值。在短波頻段，干擾普遍存在，本次測(cè)量，3-10MHz噪聲電平值普遍較大，在35-50dBuv之間，頻率為3.45MHz的噪聲電平最大，達(dá)到50dBuv；10-20MHz噪聲電平值普遍在25-40dBuv之間；而20-30MHz噪聲電平值最小，一般在5-20dBuv之間。

圖6 多次測(cè)量后選取噪聲電平最大值得到的統(tǒng)計(jì)頻譜圖

通過(guò)多次測(cè)量，并選取噪聲電平最大值，可描繪出整個(gè)短波頻段的電磁干擾情況，如圖6所示。結(jié)果顯示，噪聲電平隨著頻率的變大而降低，但不是連續(xù)下降，呈現(xiàn)一定的抖動(dòng)，干擾最大值出現(xiàn)在3.23MHz，幅值達(dá)到67.2dBuv。通過(guò)對(duì)比可知，電磁干擾的頻點(diǎn)及其幅值偶發(fā)性較強(qiáng)，選取幾個(gè)代表性頻點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)值并不能說(shuō)明整個(gè)短波頻段的干擾情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文首先介紹了電氣化高速鐵路的結(jié)構(gòu)及其電磁干擾來(lái)源，并通過(guò)實(shí)際測(cè)量詳細(xì)分析了列車通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的短波電磁干擾情況。由測(cè)量結(jié)果可見(jiàn)，離鐵軌中心橫向距離20m處的電磁干擾嚴(yán)重，正常信號(hào)淹沒(méi)在噪聲之下。福建監(jiān)測(cè)站測(cè)向天線場(chǎng)離合福高鐵線路具有一定距離，電磁干擾橫向傳播特性及測(cè)向天線場(chǎng)實(shí)測(cè)分析是下一階段的研究重點(diǎn)。

[1] GB13614-2012：短波無(wú)線電測(cè)向臺(tái)（站）電磁環(huán)境要求[S]

[2] 陳弘揚(yáng)，王心塵，江建興．福建監(jiān)測(cè)站短波測(cè)向天線場(chǎng)電磁環(huán)境測(cè)試分析[J]．?dāng)?shù)字通信世界，2015(9):8-12

[3] 李希煒，朱峰．武廣高速鐵路軌旁電磁干擾實(shí)測(cè)及分析[J]．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，58(9):121-124, 2014

[4] 李煥然．電氣化鐵道的無(wú)線電噪聲對(duì)短波發(fā)信場(chǎng)的影響[D]．北京交通大學(xué)，2006

[5] GB/T 24338.2-2011：軌道交通 電磁兼容 第2部分：整個(gè)軌道系統(tǒng)對(duì)外界的發(fā)射[S]

[6] MILENKO B, VALERY K, NIKOLAI M.著．徐良軍譯．電接觸理論、應(yīng)用與技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010:477-479

MoCA聯(lián)盟正式推出全新寬帶接入技術(shù)規(guī)范MoCA ACCESS?

2017年6月7日，憑借在高性能和高可靠性的固有優(yōu)勢(shì)，MoCA（同軸電纜多媒體聯(lián)盟）宣布正式推出全新MoCA Access寬帶接入規(guī)范。基于MoCA 2.5標(biāo)準(zhǔn)，MoCA Access利用現(xiàn)有樓內(nèi)同軸電纜，實(shí)際數(shù)據(jù)速率可達(dá)到2.5Gb/s。

MoCA Access作為一項(xiàng)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)接入技術(shù)，可最多接入63個(gè)調(diào)制解調(diào)器（用戶端），能夠兼容電視、DOCSIS和蜂窩（4G/5G）技術(shù)等傳統(tǒng)服務(wù)，工作頻率范圍為400MHz至1675MHz。

此外，MoCA Access的延遲不超過(guò)5毫秒，下行和上行速率分別高達(dá)2.5Gb/s和2Gb/s。

作為一種光纖擴(kuò)展技術(shù)，MoCA Access十分適用于已經(jīng)安裝光纖到地下室（FTTB）或光纖入網(wǎng)，并希望利用現(xiàn)有同軸電纜連接每個(gè)公寓或單元的運(yùn)營(yíng)商和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商。此外，MoCA Access對(duì)在建筑中使用同軸電纜的細(xì)分市場(chǎng)中的商業(yè)集成商也極具吸引力，例如酒店/賓館、餐廳、辦公樓及任何其他建筑。

MoCA聯(lián)盟總裁Charles Cerino表示：“MoCA Access充分利用了MoCA在高性能、高可靠性以及無(wú)需鋪設(shè)新線路方面的核心優(yōu)勢(shì)。如今，世界各地的服務(wù)提供商都能夠充分利用這項(xiàng)受到行業(yè)承認(rèn)且專為未來(lái)設(shè)計(jì)的高速技術(shù)。此外，憑借極低的延遲率，MoCA Access同樣能夠與即將推出的5G等蜂窩技術(shù)的有線回程架構(gòu)實(shí)現(xiàn)完美互補(bǔ)。”

MoCA Access可為最多八(8)類流量提供標(biāo)準(zhǔn)流量調(diào)整和服務(wù)質(zhì)量支持（QoS）。同時(shí)，它還能夠提供強(qiáng)大的安全性、并具有三種傳輸功率模式，包括45dB，55dB或65dB鏈路預(yù)算，以及節(jié)能模式。

Measurement and Analysis of Shortwave EMI Produced by Hefei-Fuzhou High-Speed Railway

Jiang Jianxing, Zhu Jie, Chen Hongyang
(State Radio Monitoring Center Fujian Station, Xiamen, 361004)

This paper introduces the structure of electrified high-speed railway and the source of electromagnetic interference (EMI). To analysis the shortwave EMI produced by Hefei-Fuzhou high-speed railway, field test according to GB/T 24338.2 is conducted when the train passes by.

Electrified high-speed railway; Shortwave; EMI

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.06.018

U228.3文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）06-0054-04

江建興，男，1989年生，現(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站助理工程師。

朱 杰，男，1986年生，現(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站工程師。

陳弘揚(yáng)，男，1989年生，現(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站助理工程師。