車載通信系統共址干擾分析及抑制措施?

聶 毅 徐 皓 劉 振

（中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430200）

1 引言

隨著電磁環境的日益復雜，車載通信系統都正在向高度的綜合化、標準化、通用化和序列化等方面發展，一般同時裝配多部短波、超短波電臺等電子設備，當這些電臺同時在一狹小區域內工作時，由于天線間距很近，發射機發射的電波會在接收機輸入端產生很強的電磁干擾，即共址干擾。

共址干擾會嚴重影響車載通信系統的正常工作，造成電臺通信距離縮短、話音質量變差、噪聲增大、誤碼率提高等惡劣后果，嚴重時將導致各個通信信道完全阻塞。共址干擾問題已經成為系統電磁兼容設計必須要解決的難題，進行精確的共址干擾預測和合理的共址干擾抑制，不但可以使系統由干擾造成的不良影響降到最低，而且可以提高系統的電磁兼容性。

2 共址干擾類型

共址的主要特點是干擾設備與敏感設備相距較近，對于車載通信系統而言尤其如此，通常干擾電臺與接收電臺天線間的距離不足兩米，因此其耦合度很強。共址干擾的種類有很多［1～2］，一般有以下幾種：

1）同頻干擾：凡由其他信號源發送出來與有用信號的頻率相同并以同樣的方法進入收信機中頻通帶的干擾都稱為同頻干擾。由于同頻干擾信號與有用信號同樣被放大、檢波，當兩個信號出現載頻差時，會造成差拍干擾；當兩個信號的調制度不大同時，會引起失真干擾；當兩個信號存在相位差時也會引起失真干擾。干擾信號越大，接收機的輸出信噪比越小。當干擾信號足夠大，便可造成接收機的阻塞干擾。這種干擾大都是由于同頻復用距離太小造成的。

2）鄰頻干擾：凡是在收信機射頻通帶內或通帶附近的信號，經變頻后落入中頻通帶內所造成的干擾，稱為鄰頻干擾。這種干擾會使收信機信噪比下降，靈敏度降低，強干擾信號可使收信機出現阻塞干擾。這種干擾大部分是由于設備不符合標準造成的。

3）基波干擾：由于發射機在發射頻點處輸出功率導致共址工作的接收機接收到非期望的信號。

4）諧波干擾：由于發射機在發射頻點的諧波點處的輸出功率導致共址工作的接收機接收到非期望的信號。

5）互調干擾：由二個或二個以上的信號同時作用于非線性元件產生多種頻率組合，并由接收機接收所形成的。其產生的原因大致分為三種：發射機互調、接收機互調、外部效應引起的互調。發射機互調是多個發射機同時工作時，因合路系統的隔離度不夠，使一個發射機的信號進入其他發射機，并在其他發射機的輸出端與其它發射信號混頻形成互調干擾；接收機互調是指在接收機的前端電路（高放、混頻器）中，同時侵入兩個處于互調關系的非工作頻率信號，因非線性作用發生相互調制，產生工作頻率上的干擾信號；由外部效應而產生的互調干擾是由于發射機的高頻濾波器和天線、饋線等插接件接觸不良在強射頻電場中起檢波作用而引起的。

6）交調干擾：在接收機調諧頻率鄰近頻道區中的強信號可能產生大的交調干擾，在這種類型的電磁干擾中，無用信號對有用信號進行了調制。交調干擾也產生于非線性效應，并要求干擾源具有幅度變化，不是通過調幅方式來傳輸信息的接收機不受非線性交調的影響。交調干擾主要是在共址環境下模擬發射機對數字接收機產生的。

7）鄰道干擾：當在接收機調諧頻率相鄰信道上存在非期望信號時，所造成的干擾稱為鄰道干擾。它主要取決于接收機鄰道選擇性、發射機鄰道邊帶輻射和邊帶噪聲。鄰道干擾可以分為基波鄰道干擾、諧波鄰道干擾和互調鄰道干擾。

3 車載通信系統共址干擾模型

車載通信系統由于車體空間有限，各電臺天線之間的距離很近，電臺之間的耦合度有限，很難保證電臺之間正常工作，典型的通信電臺收發信機的設備流程圖如1所示。

圖1 車載電臺定頻方式語音信號聲碼化流程圖

從電磁兼容的角度出發［3］，系統可分為兼容、不兼容和臨界兼容三種狀態。為確定一個系統是否存在干擾，通常用電磁干擾余量（IM）來衡量，這也是通常所說的耦合干擾裕度。對于車載通信系統，其共址干擾模型可用圖2簡化表示。

圖2 收-發信機間耦合干擾模型

設干擾有效功率為PR(f)，敏感體門限值為SR(f)，干擾設備的發射功率為Pt(f)，設備間耦合度為C設備(f)，則干擾余量IM 表示為

對于敏感設備的工作性能可以用IM(f)值的大小來評價，通常認為

IM(f)＜0，則表示敏感設備不會受到干擾，|IM(f)|值為安全裕度；

IM(f)=0，則表示敏感設備處于干擾臨界狀態，安全裕度為0；

IM(f)＞0，則表示敏感設備將會受到干擾，|IM(f)|值表示干擾的大小。

設備間耦合度即發射機與接收機間耦合度可由下式表示：

其中：C設備(f)表示收發電臺間的耦合度，C設備(f)=Pr-Pt（dB）；CA(f)表示收發天線間的耦合度，CA(f)=Pout-Pin（dB）；Pin為由饋線輸入到發射天線的功率，單位以dBm表示；Pout為由接收天線輸出到饋線的功率，單位以dBm表示；γ為代表饋電系統引起的損耗，主要指發射機末端和接收機前端的饋電系統由于反射而引起的損耗。CF為發射機帶寬BT和接收機帶寬BR的修正系數，CF=BR/BT，當 BR≥BT時取CF=1。

4 共址干擾的抑制措施

1）頻率管理

從頻率管理角度出發，抑制車載系統的電磁干擾就要計算收發電臺之間的共址安全帶寬，根據計算的安全帶寬值優化車載系統。

共址安全帶寬［4］就是用來評價共址收發電臺正常工作需要的最小頻率間隔，是為了保證處于臨界通信狀態的電臺不被同車內以極限功率發射的另一部電臺的干擾，兩部電臺調諧頻率至少需要偏開的頻帶寬度。共址干擾帶寬的定義：設發射機的發射頻率為 fT，接收機的調諧頻率為 fR，在電磁干擾的臨界情況下，發射機和接收機之間的最小頻率間隔就為

如果 fT＞fR，定義Δfmin為共址干擾的下限安全帶寬，即接收電臺為了避免干擾需要向下偏開發射中心頻率的間隔；相反則定義為共址干擾的上限安全帶寬。

共址干擾中安全帶寬的計算準則：根據式（3），如果干擾余量IM(fT，fR)≤0，則滿足收發兼容狀態的最小間隔Δfmin=

運用信納德模型，測試中根據信納德從12dB下降到9dB時就認為干擾電臺已經影響了工作臺的正常工作，從這個測試原理出發可以得出安全帶寬的信納德計算方法。12dB即為在干擾情況下工作臺能正常工作的狀態，而9dB即為在干擾情況下工作臺不能正常工作的臨界狀態。計算準則為建立接收機正常通信，即：無發射臺的干擾PR=0dBm，然后代入干擾電臺在不同頻點時的功率值，當信納德下降3dB時，這個頻點的頻率減去發射機的中心頻率即為安全帶寬的數值，如果數值為負的，就是下限帶寬，正值為上限帶寬。其原理圖如圖3所示。

2）改進和優化收發信機的設計

由于共址工作的頻帶有限，為了提高系統的抗共址干擾能力，必須使頻率間隔減到更小，這就需要我們改進和優化收發信機的設計，從而提高電臺的工作性能。通過對收發信機內部的電路模塊進行優化設計，改善各模塊的性能，抑制不必要的非線性狀態出現，能實現降低共址接收機的敏感性，提高發射機輸出頻譜純度，抑制邊帶噪聲的效果。

圖3 信納德判據法原理圖

在規定的電源電壓和環境溫度內，對工作在各類頻段的發射機的頻率誤差做出嚴格的控制；發射帶寬應滿足傳送信號的頻帶要求，不要過多占用頻帶；接收機應具有良好的選擇性和雜散響應，除接收規定寬帶內的有用信號外，不得對其它所有頻率產生響應。

3）合理天線布局

增加天線的隔離度可以減小耦合干擾量，通常改變天線的物理位置可以達到增加隔離度的目的［5］。然而由于車載平臺空間有限，在軍事通信中用的中小車輛的天線隔離度通常很低，不能充分提供所要求的隔離度。

一種方法是在極化方向隔離，通常是使兩根天線以互相處置的空間位置放置，便可以增加隔離度。假如兩根天線必須放置在同一水平面上，另一種方法是水平與垂直隔離。此時可以使其中一根天線在垂直方向上高出另外一條天線一段距離，也可以達到增加隔離度的要求。

4）良好的EMC設計

對于抑制共址干擾，一般的EMC設計也有很重要的作用［6］，主要包括：

屏蔽：使用合適的高導磁率或高導電率的材料在兩個空間區域隔離，用以控制以輻射場或感應場形式出現的干擾信號在兩個區域之間進行感應或傳播。

接地：通過收發信機機殼與大地相連，可以使由于靜電感應而在機殼上積累的大量電荷通過大地泄放，否則這些電荷形成的高壓，可能引起內部火花放電造成干擾。

濾波：濾波是抑制干擾的常用方法。為了抑制輻射干擾，常在干擾源的入口或出口進行濾波；為了抑制共址干擾，我們在共址工作的收發信機之間也可以設置共址濾波器，共址濾波器通常是串接在電臺收發信機與天線之間的。在接收模式下作為預選濾波器，在發射模式下作為后端噪聲抑制濾波器。

5 結語

在車載通信系統總體電磁兼容性設計中，為了在有限的空間最大限度地裝備各種電子設備和武器系統以及通訊、導航和雷達等天線，提高通信車適應性，保證各種天線間產生最小的相互耦合，保證各設備間不相互產生干擾，能兼容地工作，必須解決共址干擾帶來的影響。本文通過對車載通信系統共址干擾分析建模，提出了一些解決措施，具有一定的工程指導意義。