通信车电磁兼容性设计方案

杨 洋，戈建伟，徐传旭，郭 人，蔡 娜

（北京计算机技术及应用研究所，北京 100039）

新型多信道通信车作为新一代通信车载单元，为进一步完善通联体系和提高多样化通联任务的保障能力、适应现代信息技术发展演变趋势，实现在灵活机动条件下的信息通联及保障任务，上装有各类通信设备，以建立多种通信链路实现信息的互联互通。在如此有限的车内空间中集成有如此多种不同频带及功能的通信电子设备造成了车载系统内极大的电磁功率密度，且各种通信电子设备经由车辆的供电系统、互联系统、接地系统和辐射等引起的电磁干扰耦合，给新型多信道通信车系统的电磁兼容性设计带来了前所未有的巨大技术挑战。因此，如何对车载通信系统的电磁兼容性进行合理设计，以保证车载通信系统中各类电子设备正常工作，防止因电磁干扰造成的电台通信距离缩短、通信噪声增大、话音质量降低、误码率升高等问题，使通信车辆在完成各项通联任务的同时，又能保证稳定可靠的通信质量，成为了本文研究的主要问题。

1 电磁干扰分析

下面分别从无线设备干扰分析、开关电源干扰分析和计算机等数字电路干扰分析这三个方面对新型多信道通信车系统内的电磁干扰要素进行分析。

1.1 无线设备干扰分析

卫星、电台发射产生的高频信号以及各电台的主振和本振信号，均可通过天线、电缆接头、壳体、散热窗向外辐射，也可通过电源线、控制线等传导到车载设备内。车内无线信道设备自身的接收机是受干扰最敏感的部分。接收机的灵敏度在微伏级，频段内任何微小的干扰，都会串入接收机，特别是当车内频谱密度较高时，各组合干扰会造成接收机灵敏度下降。尤其是落在接收机各级中频附近的干扰，极易造成中频阻塞。发射机的低电平调制部分也极易受到电磁干扰，造成输出频谱不纯，寄生调制加大等问题。较强的干扰串入，还会造成车载设备内的频率合成器失锁，导致卫星、电台等设备不能正常工作，严重影响到车辆系统的通信功能。

1.2 开关电源干扰分析

新型多信道通信车的综合电源采用了多路开关电源，电源中的各种功率器件在工作时处在开关状态，频率在几十到几百千赫兹之间。因分布参数，电源开关的波形前后沿存在过冲，过冲的存在导致高频的衰减振荡，其功率谱处于几千到几十千赫兹之间，因此，会产生极强的宽带电磁发射源，其输出的功率越大，相应的电磁发射也就越严重。

此外，开关电源带有过流过压保护电路，为使保护电路反应速度快，保护电路的取样时间常数较小，当发射机处于大功率发射状态时，在保护电路上会产生感应电流，这一电流会产生误保护动作，影响电源工作。

1.3 计算机等数字电路干扰分析

新型多信道通信车内各设备均有微机控制器和自己的总线和时钟，一般脉冲宽度从几十毫秒到几纳秒，且系统控制计算机并通过控制线互相连接，电磁干扰频带宽、变化快、分布广，其幅度均为晶体管-晶体管逻辑（Transistor Transistor Logic, TTL）电平，极难控制。各类干扰均可造成计算机数据丢失，误传和控制电路误动作，特别是计算机在对硬盘进行操作期间受到的干扰，可能造成计算机不能正常工作而导致整个车载系统的瘫痪。

2 通信车的电磁兼容性设计

在新型多信道通信车内集成有多种通信设备，为保证车辆各通信设备相互工作正常，通联系统畅通，分别从天线布局设计、设备布局设计、布线设计、滤波设计、接地设计和屏蔽设计这六个方面来进行新型多信道通信车辆系统的电磁兼容性设计。

2.1 天线布局设计

新型多信道通信车顶部安装有 1套卫星动中通天线、1根超短波电台天线、1根高速数据电台天线、1根宽带移动天线、1根4G天线和1个北斗天线。在如此有限的车顶空间内安装多种天线，如果不对天线的布局进行合理设计，将会造成电台间的谐波干扰，严重时还会导致卫星导航等通信电子设备和电台输入线路的损坏。

通信车的天线布局设计以减小耦合度为目标，采用分散的布局设计。各天线之间的距离应符合电磁兼容性相关规范的要求（一般不小于一米五）。此新型多信道通信车的天线布局为在车顶右后侧安装 1根超短波电台天线，右中侧安装 1根高速数据电台天线，右前侧安装1根4G天线，在车顶中部安装 1套卫星动中通天线，在车顶左后侧安装 1根宽带移动天线、左前侧安装一根北斗天线。由于宽带移动天线和北斗天线工作频段较为相近，所以将两者的天线间隔设计为三米，其余天线间保证间隔距离大于一米五。

2.2 设备布局设计

在保证载荷分布合理的情况下，对新型多信道通信车设备布局进行如下设计：

1）对车载设备分类进行布局，保证干扰源（如综合电源等强电设备）与敏感设备（如计算机等弱电设备）尽量远离，在车内空间允许的情况下，一般应保证间隔距离大于一米；

2）将敏感设备（如计算机等弱电设备）布局在尽量远离通信车车门和车窗的位置；

3）将功能连接的设备尽量布置在一起，以减小互联线的长度，从而减小传导干扰；

4）保证电台与其对应的主机之间的高频馈线的走线距离最短，且走线之间相互不进行交叉。对于集群设备以及接力机设备，安装位置应方便设备进行接地；

5）保证在车载系统使用时，通过极化隔离、合理规划频率，避免谐波干扰和同频带干扰。

2.3 布线设计

2.3.1 减小源回路和敏感回路

1）使载流线或信号线尽量靠近其回线，以减小电路环路面积。

2）采用双线制，将载流线或是信号线和其相应的回线扭绞交织在一起。

3）禁止用结构件作为回线，以防止增大感应回路或激励回路的面积。

2.3.2 进行空间隔离

在车载系统中，除了天线耦合，另外一种重要的耦合路径就是线间耦合。线间的电磁耦合常产生于同一线束的电缆之间，为了避免干扰源和感应回路之间产生的电磁耦合，应在空间允许的情况下，尽可能增大两线的间距，以进行空间隔离。

依据新型多信道通信车工作的特点，可将车载线路分为四种，即主电源线路、二次电源线路（直流线路、照明线路）、射频线路（各电台的高频馈线）以及控制线路。对于不同线路，采用与其相对应的布线方式：

1）针对主电源线路，线路间应保证≥150 mm的间距，考虑车载发电机组的供电线缆载有强电流，因此，应保证供电线缆与其他线路间有≥300 mm的间距；

2）针对射频线路（各电台的高频馈线），应对其进行单独的布设，射频线路相互之间、射频线路与其他线路之间，应保证≥75 mm的间距，达到一种正交布设或者接近正交的布设；

3）针对其他种类线路，依据实际工作情况和设备空间布局，线缆间应保证≥75 mm的间距，且需对线缆走向进行合理选择，以保证最短布线距离；

4）机柜内的电缆布设沿机柜左右两侧走线板、走线钢带布设电缆。电缆沿走线板外侧竖直走线，要求绑扎间距为100～150 mm；电缆沿走线钢带内侧平行走线，要求电缆平整不交错，绑扎间距为50～70 mm，如图1所示；

图1 走线钢带、走线杆线束绑扎示意图

5）针对一般种类线缆选择采用屏蔽线，针对电源和射频线缆，选择采用双重屏蔽线，屏蔽线缆的特性参数如表1所示。 敏感电缆的屏蔽层之间应相互隔离，屏蔽线缆应保证电连接器的外壳导电，并保证在电连接器与线缆间的结合位置处屏蔽不中断；

表1 屏蔽线缆特性参数

6）针对车辆天线引入处的高频馈线，应保证通过穿墙式的屏蔽插座进行转接，其屏蔽层需连续，以防止发射机的高频强功率信号在车体内部产生泄漏；

7）通信车的机柜下方线缆采用暗线设计，在通信车地板的下限槽进行走线，连接到通信车车壁和车顶的线缆采用明线的设计，射频和电源线缆分走不同线槽以减小干扰。

2.4 滤波设计

为消除新型多信道通信车内干扰源的各类干扰信号在公共线路上的相互串扰，同时防止通信车发射天线的射频能量由车载设备的电缆所接收并沿着电缆传输到较为灵敏的车载电子设备中，应采取以下滤波措施：

1）在车辆的电源引入口电源壁盒内加装电源滤波器，消除能量耦合在输入线路上的干扰，电源壁盒内滤波模块的连接如图2所示；

图2 电源壁盒滤波模块连接图

2）在综合电源交流输入端、油机输入端、24 V直流输出端、220 V交流输出端等均加装电源滤波器；

3）从综合电源供给通信设备的直流24 V加装滤波器分线盒，滤波器壳体与分线盒可靠大面积导电连接；

4）将滤波线路的输入线和输出线进行相互隔离，以避免由于高频耦合降低其滤波效果。

2.5 接地设计

为避免出现接地回路，减少接地阻抗，系统单点接地，具体如下：

1）依据设备布局在各机架上布设接地汇流排；

2）设备金属外壳保护地、直流电源地、防雷地等就近与接地汇流排或车体铜带相连，与车体铜带相连的连接导线为不小于 35 mm 多股编织线；设备金属外壳保护地与接地汇流排相连的连接导线为不小于6 mm多股编织线；

3）接地汇流排采用绝缘材料与车体进行隔离，汇流排采用尺寸为20 mm×2 mm的紫铜排；

4）接地汇流排仅在车壁铜带处与车体单点可靠相连，并由车体铜带汇集于电源壁盒接地柱一点接地。

2.6 屏蔽设计

2.6.1 车厢屏蔽

通信车车厢采用不锈钢钢板和通信车车身焊接的整体式结构，为金属材料的密封连接，以保证其屏蔽作用。为保证金属材料间电连接的可靠，对金属板内外蒙皮间进行电连接处理，且在通信车车厢内、外包角处，对蒙板与包角的接触面进行电连接处理，以保证无电磁泄漏缝隙。

2.6.2 车门屏蔽

通信车的车门采用铝型材，在铝型材的槽口处嵌入屏蔽橡胶条，该屏蔽橡胶条为整体成型的双层金属丝网，当通信车的车门关闭后，在压紧力的作用下该屏蔽橡胶条与通信车的门框压紧在一起，以保证通信车车门良好的屏蔽功能。

2.6.3 减小源回路和敏感回路

通信车车窗采用铝型材窗框和双层玻璃的结构，双层玻璃的内、外层分别为钢化玻璃和屏蔽玻璃，双层玻璃和其铝型材窗框之间安装导电衬垫，以保证通信车车窗良好的屏蔽功能。

3 电磁兼容性试验验证

依据《系统电磁兼容性要求》中的各项内容，对采用上述电磁兼容设计方案的通信车辆进行了整车电磁兼容性试验，试验项目和试验结果如表2所示。

表2 电磁兼容试验项目及结果

通过上述六项试验验证及试验结果表明，经过对通信车的电磁兼容性进行合理设计，通信车的电磁兼容性满足《系统电磁兼容性要求》中的各项指标内容，保证了通信车内各上装设备的正常工作，提高了通信车的通信质量，并确保了通信车内电磁环境的安全性。

4 结论

新型多信道通信车作为机动通信系统中的重要成员，为保证车载通信单元的通信畅通，车辆的电磁兼容性问题成了车辆设计中的技术难点。本文通过对通信车辆系统的电磁干扰要素进行了充分的分析，对通信车辆进行了天线布局设计、设备布局设计、布线设计、滤波设计、接地设计和屏蔽设计这六个方面的电磁兼容性设计，有效地减小了新型多信道通信车的电磁干扰，保障了通信车的通信质量，该设计方案也可为其他同类型通信车辆的电磁兼容性设计提供一种新的思路和可参考借鉴的方法。