鐵路通信信號產(chǎn)品的電磁兼容檢測技術(shù)研究

肖篤売

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通壓力的增加，我國鐵路交通建設(shè)步伐漸快，鐵路運(yùn)輸在當(dāng)今社會的地位變得不可忽視。鐵路運(yùn)輸不僅帶來了便捷、舒服的運(yùn)輸環(huán)境，還給人們的出行提供了最大的安全保障。鐵路信號系統(tǒng)作為鐵路交通非常重要的一部分，從多方面保證了鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩⒏咝浴Ｎ恼轮饕獙﹁F路通信信號產(chǎn)品的電磁兼容的概念檢測技術(shù)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：鐵路通信；信號產(chǎn)品；電磁兼容；檢測技術(shù)

隨著鐵路交通運(yùn)輸系統(tǒng)的日漸完善，信號系統(tǒng)對于鐵路交通系統(tǒng)越來越重要，當(dāng)今的信號系統(tǒng)己將數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)等進(jìn)行結(jié)合，逐漸跟隨科技發(fā)展的腳步走向自動化。對于先進(jìn)技術(shù)的大量應(yīng)用也使得鐵路信號系統(tǒng)的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，電磁兼容問題也隨之產(chǎn)生。近些年來，人們對鐵路通信信號產(chǎn)品的電磁兼容檢測技術(shù)開展了大量研宄，并制定了相關(guān)的電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)等國家標(biāo)準(zhǔn)。通過鐵路通信信號產(chǎn)品的電磁兼容的檢測，最大程度保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩院透咝浴?/p>

1 電磁兼容技術(shù)簡介

電磁兼容是指在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，通信設(shè)備或者通信系統(tǒng)能夠保持正常工作并且不會對電磁環(huán)境中其他工作的設(shè)備產(chǎn)生巨大的、不可忽視的電磁影響的能力。先進(jìn)的通信技術(shù)及設(shè)備所造就的復(fù)雜電磁環(huán)境致使電磁兼容的設(shè)計(jì)充滿了不確定性。設(shè)計(jì)人員需要經(jīng)過大量的研宄和實(shí)驗(yàn)論證，使電磁兼容能夠?qū)崿F(xiàn)。為了及時(shí)對通信設(shè)備的電磁兼容性進(jìn)行檢測，最直接的方法就是對通信設(shè)備進(jìn)行電磁兼容檢測。電磁兼容檢測有現(xiàn)場系統(tǒng)電磁兼容測試和標(biāo)準(zhǔn)檢測，現(xiàn)場檢測能夠最真實(shí)地反映通信系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境中的電磁兼容能力，通過對現(xiàn)場測試和標(biāo)準(zhǔn)測試之間的差異以及測試的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行掌握，能夠更加透徹地了解通信信號產(chǎn)品的電磁兼容檢測技術(shù)。

2 標(biāo)準(zhǔn)測試

測試標(biāo)準(zhǔn)可以分為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)等。

2.1 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)僅針對檢測的現(xiàn)象、檢測所處的環(huán)境及檢測中所用到的檢測方法、儀器等進(jìn)行詳細(xì)描述，并給出相應(yīng)的定義，不涉及具體的廣品。基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)不給出指定的相關(guān)檢測限值，同時(shí)不會對產(chǎn)品性能做出直接的判據(jù)，僅僅是編制一些其他各級電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)范圍包括的標(biāo)準(zhǔn)有《電磁兼容術(shù)語》《無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范》《無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范和測量方法第二部分：騷擾和抗擾度測量方法》以及其他有關(guān)產(chǎn)品抗擾度測量的系列標(biāo)準(zhǔn)等[1]。

2.2 通用標(biāo)準(zhǔn)

通用標(biāo)準(zhǔn)是對于通用環(huán)境中所有產(chǎn)品必須所要具有的最基礎(chǔ)的電磁兼容要求的基本條件。所用通用環(huán)境中產(chǎn)生的

其他標(biāo)準(zhǔn)都必須具備通用標(biāo)準(zhǔn)所要求具備的條件，而通用標(biāo)準(zhǔn)又是建立在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)之上的，通用標(biāo)準(zhǔn)中所要求或提及的檢測方法及檢測項(xiàng)目在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)中體現(xiàn)。通用標(biāo)準(zhǔn)可以為其他檢測標(biāo)準(zhǔn)提供編制準(zhǔn)則，對于一些沒有先例的檢測也可以先用通用檢測的相關(guān)檢測要求及方法進(jìn)行檢測。

在電磁兼容檢測中，由于場地及環(huán)境對檢測結(jié)果有很大的影響，所以需要對檢測場地進(jìn)行認(rèn)真選擇。因?yàn)檫x擇檢測場地的不同，會導(dǎo)致空間中各種波的直射及反射產(chǎn)生不同的影響，同時(shí)在空中的接收點(diǎn)也是不同的。在最初的檢測標(biāo)準(zhǔn)中要求電磁兼容檢測試驗(yàn)應(yīng)該在一些比較開闊、外界影響小的場地進(jìn)行試驗(yàn)。對開闊場地的選擇一般需要注意以下幾個方面：首先場地的四周不能有建筑物，即空曠無反射體；其次檢測場地的地面需要平整；最后要求地面為導(dǎo)電率均勻的金屬接地表面。對于場地形狀的要求則是橢圓形，尺寸根據(jù)測試頻率下限的波長進(jìn)行確定，橢圓的長度要大于橢圓焦點(diǎn)之間距離的2倍、橢圓的寬度要大于橢圓焦點(diǎn)之間距離的1.73倍。在進(jìn)行電磁輻射干擾測試時(shí)，需要將EUT和接收天線按照檢測計(jì)劃及檢測標(biāo)準(zhǔn)，安放在橢圓的兩個焦點(diǎn)位置上，需要根據(jù)所選檢測場地的實(shí)際建筑情況及周邊環(huán)境限制為EUT和接收天線確定合適的距離，國外將檢測距離規(guī)定為3m和10m。對于3m檢測，要求橢圓長大于6m，寬大于5.2m；對于10m檢測，則要求橢圓長大于20m，寬大于17.3m。

3 現(xiàn)場測試

標(biāo)準(zhǔn)檢測根據(jù)其檢測特點(diǎn)，主要應(yīng)用在通信系統(tǒng)的設(shè)備或者部件的檢測，但是對于通信系統(tǒng)整體來說，標(biāo)準(zhǔn)檢測存在著很大的局限性，不能夠完整地反映整個通訊系統(tǒng)的電磁兼容性能。這種局限性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）標(biāo)準(zhǔn)檢測所針對的通信部件或者設(shè)備的檢測不能體現(xiàn)通信系統(tǒng)組合后的電磁兼容性，同時(shí)未考慮環(huán)境對通信系統(tǒng)整體的影響，因此檢測不具有代表性。（2）由于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)場所自身空間及環(huán)境的限制，導(dǎo)致局部設(shè)備無法對整體系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行反饋。（3）標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)場所中所采用的電源，其阻抗為可以與設(shè)備匹配的標(biāo)準(zhǔn)阻抗，但是無法對上裝環(huán)境下的通信設(shè)備的實(shí)際阻抗特性進(jìn)行體現(xiàn)。

4 近場抗飽和測試技術(shù)

對于電磁兼容檢測的現(xiàn)場測試，例如通信系統(tǒng)中大信號的檢測，一般會使用一些發(fā)射功率大的電臺，由于現(xiàn)場測試的距離較近，頻譜儀非常容易出現(xiàn)飽和和失真現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)會使檢測結(jié)果出現(xiàn)一定的誤差，導(dǎo)致頻譜儀非常容易出現(xiàn)飽和和失真現(xiàn)象的原因主要是：（1）頻譜儀的測試動態(tài)范圍小于現(xiàn)場實(shí)際測量信號的所要求的范圍，實(shí)際測量信號的一部分不能被有效測量，致使測試失真，發(fā)生頻譜儀飽和現(xiàn)象；（2）現(xiàn)場實(shí)際測量信號的功率不能有效地與頻譜儀進(jìn)行對應(yīng)，會出現(xiàn)功率位于頻譜儀非線性失真區(qū)，導(dǎo)致最終的檢測結(jié)果出現(xiàn)非線性失真現(xiàn)象[2]。

因此需要對近場抗飽和測試技術(shù)進(jìn)行深入的研究，通過一些有效的技術(shù)和措施減少飽和現(xiàn)象的出現(xiàn)，以及飽和現(xiàn)象對檢測結(jié)果的影響。一般會通過衰減器來防止大信號進(jìn)入頻譜儀，阻止飽和現(xiàn)象的出現(xiàn)。由于減衰器不僅會防止大信號進(jìn)入頻譜儀，還會使進(jìn)入頻譜儀的正常信號被削弱，導(dǎo)致信號在頻譜儀中被忽略，不能正確反映檢測結(jié)果。針對這種現(xiàn)象可以通過使用中心頻率可調(diào)的帶通或帶阻濾波器進(jìn)行改善、解決。在檢測過程中將濾波器的中心頻率調(diào)至和電臺發(fā)射頻率相同就可以有效阻止大信號的進(jìn)入，又可以接收到所有正常信號。endprint

5 電磁干擾的影響案例

5.1 美國研制B1轟炸機(jī)時(shí)電子設(shè)備之間的電磁干擾

B1轟炸機(jī)的機(jī)頭上裝有大量的電子設(shè)備，分離試驗(yàn)時(shí)這些設(shè)備都符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，把這些設(shè)備裝上機(jī)頭再測試，許多設(shè)備的性能大幅度下降。經(jīng)過專家們大量的試驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)是由于這些設(shè)備之間相互的電磁干擾造成的。

5.2 民兵導(dǎo)彈的飛行故障

1962年，民兵導(dǎo)彈進(jìn)行實(shí)彈飛行試驗(yàn)時(shí)，前兩次都失敗了。故障現(xiàn)象相似，都是在第I級發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)前炸毀了，一個高度為7.6km，另一個為21.8km，炸毀前，用于制導(dǎo)的計(jì)算機(jī)都受到了脈沖干擾。經(jīng)過分析和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)故障是由于導(dǎo)彈飛行到一定高度時(shí)，在相互絕緣的彈頭和彈體之間發(fā)生了靜電放電，使導(dǎo)彈提前爆炸。

5.3 英國謝菲爾德號導(dǎo)彈驅(qū)逐艦的慘劇

英阿馬島戰(zhàn)爭中，英國謝菲爾德號導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上的雷達(dá)和通信系統(tǒng)互相干擾，為了確保通信不受干擾而暫時(shí)關(guān)閉了本艦雷達(dá)，導(dǎo)致沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)來襲的飛魚導(dǎo)彈，造成艦毀人亡的后果。

5.4 廣州白云機(jī)場的導(dǎo)航系統(tǒng)受到嚴(yán)重的干擾

2002年1月20日，廣州白云機(jī)場由于附近無線尋呼臺發(fā)射機(jī)群信號的干擾（互調(diào)、帶外輻射），迫使導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)閉通信扇面，導(dǎo)致大量的飛機(jī)在空中盤旋等待，使90多架航班延誤，6000多名旅客滯留機(jī)場。類似事件我國己發(fā)生多起。

6 電磁兼容的檢測項(xiàng)目及檢測標(biāo)準(zhǔn)

電磁兼容的檢測項(xiàng)目包括輻射騷擾、傳導(dǎo)騷擾、靜電放電抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、浪涌抗擾度、射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度、工頻磁場抗擾度、電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化、電源電壓變化、電源過電壓等。

涉及的檢測標(biāo)準(zhǔn)包括：EN50121-1，EN50121-3-1，EN50121-3-2，EN50121-3-2，EN50121-4，EN50121-5，EN50155，EN50500，GB/T25119，GB/T24338.1/2/3/4/5/6系列，TB/T3034，IEC60571，IEC62236-1，IEC62236-2，IEC62236-3-1，正C62236-3-2，IEC62236-4等。

7 電磁兼容檢測的注意事項(xiàng)

電磁兼容性在通信設(shè)備運(yùn)行中占據(jù)著舉足輕重的重要地位，它的性能優(yōu)劣將直接影響到通信系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在電磁兼容檢測中，需要注意以下問題：（1）電磁兼容現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)果由于其在試驗(yàn)過程中可能的影響因素比較多，在重復(fù)性試驗(yàn)中，試驗(yàn)結(jié)果的再現(xiàn)比較困難；（2）隨著電磁兼容技術(shù)的發(fā)展，新的標(biāo)準(zhǔn)己經(jīng)對電磁兼容試驗(yàn)的頻率范圍進(jìn)行了擴(kuò)展，并要求在實(shí)際測試的試驗(yàn)級別之下的級別也要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；（3）通信設(shè)備種類繁多，相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)可在本文基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正。如試驗(yàn)級別和判定方法等；（4）對于特殊的通信設(shè)備，應(yīng)當(dāng)增加專門的電磁兼容試驗(yàn)項(xiàng)目，如增加對外輻射的限值，工頻磁場以及工頻諧波和諧間波等項(xiàng)目。

8 結(jié)語

隨著電子技術(shù)飛速發(fā)展，各類電子產(chǎn)品的大量研制，使得電磁環(huán)境的復(fù)雜程度日益加重，電子設(shè)備間的電磁兼容問題隨之突出，因此對于鐵路通信信號產(chǎn)品的電磁兼容變得越來越重要，只有保障通信系統(tǒng)的電磁兼容性，才能夠最大程度保障鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩裕醎鐵路運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)工作效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]范季陶，李天石，蘇立軒.鐵路通信信號產(chǎn)品的電磁兼容檢測技術(shù)[J].鐵道通信信號，2014（7）：70-73.

[2]焦媛.鐵路信號產(chǎn)品的電磁兼容分析與研究[D].西安：長安大學(xué)，2013.endprint