基于FEKO的超短波通信对抗系统电磁兼容性仿真分析

丁亚非，张传勇，吴微露

（电子工程学院，合肥230037）

0 引 言

超短波通信对抗系统是电子对抗装备的主要组成部分，是夺取制电磁权的重要力量。超短波通信对抗系统由侦察站、干扰站组成，为了将多个站连成系统，在侦察站和干扰站中一般配备站间通信设备。假设超短波通信干扰站干扰天线采用对数周期偶极子天线（LPDA）。该天线是一种性能较好的非频变天线，具有高增益、宽频带、强方向性等优点，同时存在发射功率大、副瓣抑制能力弱的问题，对己方导航、雷达、制导等设备会产生干扰，也会对通信对抗系统内的站间通信设备形成干扰。因此，在运用超短波通信对抗系统时，除了要考虑侦察站、干扰站与目标之间的相对位置关系外，还应考虑系统内各站之间的电磁兼容问题，即研究超短波通信干扰站的干扰发射对侦察站中站间通信接收机的电磁干扰等问题。

下面依据电磁干扰余量方程建立站间电磁兼容最小部署距离模型，采用FEKO软件仿真了超短波通信干扰系统干扰天线（对数周期偶极子天线）的方向特性，仿真分析站间通信设备不受干扰时的最小配置距离。

1 站间最小电磁兼容部署距离计算模型

通信对抗系统中，被干扰设备输入端口的干扰电平Pr（f，t，d，p）的数学模型为：

在通信对抗系统内部，干扰与接收（如站间通信设备的接收机）间的电磁干扰余量模型［1］为：

式中：I（f，t，d，p）为干扰余量（dB）；Pt（f，t）为干扰系统发射机在发射频率f下的发射功率（dBm）；Gt（f，t，d，p）为干扰系统发射机的发射天线在发射频率f对应接收天线方向的增益（dB）；L（f，t，d，p）为干扰系统与被干扰系统之间的电波传播损耗（dB）；Gr（f，t，d，p）为被干扰系统接收机的接收天线对应发射天线方向的增益（dB）；Ps（f，t）为被干扰系统的敏感度门限值（dBm）；CF（Bt，Br，Δf）为计入发射机和接收机带宽Bt、Br及发射机发射与接收机响应之间的频率间隔Δf的校正系数（dB）。

在发射机调谐且Br＞Bt时，发射机功率完全被接收，不需校正；在发射机调谐且Br＜Bt时，仅接收 部 分 发 射 功 率，其 校 正 系 数 为 CF（Bt，Br，Δf）＝10lg（Br／Bt）；在发射机失谐情况下，校正系数为CF（Bt，Br，Δf）＝20lg（Br／Bt）。

在实际应用中，由于敏感设备经常受到n个干扰源的共同作用，则此时电磁干扰余量模型为：

若I＞0，则表示通信对抗系统中的干扰系统与被干扰系统存在潜在干扰；

若I＝0，则表示通信对抗系统中的干扰系统与被干扰系统处在临界状态；

若I＜0，则表示通信对抗系统中的干扰系统与被干扰系统能兼容工作；

若干扰频率不在被干扰系统的频带内，一般认为干扰余量I≥60dB时，存在潜在干扰。

依据电磁干扰余量模型，要保证站间通信等设备不受超短波通信干扰站发射的影响，被干扰接收机的敏感度门限值Ps（f，t）应满足：

当Ps（f，t）＝Pr（f，t，d，p）时，表示此时通信干扰系统发射的干扰功率刚好达到接收机的敏感度阈值，对应的放置距离为电磁兼容最小部署距离rmin，要保证站间通信等设备不受干扰的影响，则放置距离r应满足：

在超短波频段，当接收天线架高大于10m，电波传播损耗可用下列egli模型［2］描述：

式中：f为发射机工作频率（MHz）；r为收发天线间的距离（km）；ht为发射天线架高（m）；hr为接收天线架高（m）。

电磁兼容最小部署距离rmin可以认为是一个临界距离，此时有干扰余量I＝0，依据电磁干扰余量模型2，这时的电波传播损耗L是一个确定的值：

结合电波传播损耗模型，得出电磁兼容最小部署距离rmin计算公式：

2 对数周期偶极子天线结构

对数周期偶极子天线结构见图1。它由N根平行排列的对称阵子组成，天线用均匀双线馈电［3］。

图1 对数周期偶极子天线示意图

所有振子尺寸以及振子之间的距离等都有确定的比例关系。若用τ来表示该比例系数并称为比例因子，则有：

式中：Ln和an为第n个对称振子的全长及半径；Rn为第n个对称振子到天线顶点o的距离；dn为相邻振子之间的距离；n为对称振子的序列编号，从离开馈电点最远的振子（即最长的振子）算起。

3 对数周期偶极子天线建模与仿真分析

假定超短波通信干扰系统所用对数周期偶极子天线的工作频率范围为20～150MHz，采用FEKO软件建立天线模型并进行仿真，仿真结果可用于通信对抗系统的电磁兼容性分析。

在远场分析中选择40MHz、60MHz 2个频点进行仿真，远场分析方向图如图2所示。

假定超短波通信干扰站的工作频段为20～150MHz，干扰功率为400W，对数周期天线（干扰用）的主瓣增益为6dB，副瓣增益约为0dB，天线零点处的增益约为－10dB（从图2近似得到），天线架高为10m；站间通信设备的工作频段为180～250MHz，通信天线也采用对数周期天线，侦察站通信天线方向对着干扰站，其主瓣增益为6dB，天线架高为10m。

图2 对数周期偶极子天线远场分析方向图

下面按2种情况进行仿真分析：一是假设干扰天线的某个副瓣朝向侦察站，得到的仿真结果如图3所示；二是假设干扰天线的某个零点朝向侦察站，得到的仿真结果如图4所示。

图3 仿真结果1

图4 仿真结果2

站间通信设备接收机的灵敏度大约为－90～－110dBm［4］，那么，可以设通信接收机带内敏感度阈值为－100dBm，带外敏感度阈值为－40dBm。由于通信干扰站工作频段与站间通信设备工作频段不重合，故通信接收机采用带外干扰敏感度阈值。所以，只有当通信侦察站中的通信接收机收到的干扰功率小于－40dBm时，才能保证超短波通信对抗系统内各站间的电磁兼容。分析图3和图4的数据，可以得出以下结论：

（1）当干扰天线的某个副瓣朝向侦察站时，从图3可知，随着干扰频率的降低，通信干扰站与侦察站之间的最小电磁兼容配置距离逐渐增大，当干扰频率为20MHz时，配置距离达到4.0km。

（2）当干扰天线的某个副瓣朝向侦察站时，从图3可知：通信干扰站与侦察站之间的最小电磁兼容配置距离约为4.0km；当干扰天线的某个零点朝向侦察站时，从图4可知，通信干扰站与侦察站之间的最小电磁兼容配置距离约为1.2km。综合起来看，配置距离应大于等于4.0km。

4 结束语

超短波通信对抗侦察站和超短波通信对抗干扰站的配置距离直接影响到超短波通信对抗系统的电磁兼容性。本文通过建模仿真的方法分析了超短波通信对抗系统的电磁兼容性问题，得出了站间通信设备不受干扰时的最小配置距离，这对实际应用超短波通信对抗系统有一定参考意义。下一步需要开展的工作是：通过实验验证或修正本文仿真所得的数据和结论。

［1］王定华，赵家升.电磁兼容原理与设计［M］.成都：电子科技大学出版社，1995.

［2］石昭祥.通信对抗系统仿真［M］.北京：解放军出版社，2000.

［3］宋铮，张建华，黄冶.天线与电波传播［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2011.

［4］冯小平，李鹏，杨绍全.通信对抗原理［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2009.