通信电台电磁辐射简介

王冬 宋顶山 杨飞

摘 要：为客观评价通信装备的抗电磁干扰能力，从电磁辐射试验装置构建、辐射场强测定、语音干扰效果评价方法、干扰检测和试验程序等方面，设计了通信电台电磁辐射效应试验方案。通过典型短波、超短波电台超宽带电磁脉冲和单频连续波辐射效应试验研究，验证了效应试验方案的可行性，确定了超宽带电磁脉冲辐射时通信装备的主要故障模式（显示异常、语音被压制、语音中断、死机或重启）和不同故障模式的临界干扰场强值以及单频连续波电磁辐射的效应规律和作用机理。试验结果表明：受试短波、超短波电台的单频连续波电磁辐射干扰敏感带宽分别为±4 kHz 和±15 kHz 左右，带内临界干扰场强在mV/m 的数量级，而带外抗电磁干扰能力约为50 V/m以上。

关键词：通信;电磁辐射;电磁干扰;超宽带;连续波;效应机理

未来生活及其他各种环境电磁环境十分复杂、恶劣，对信息化装备将产生严重影响。通信装备是C4ISR （command，control， communication， computer， intelligence，surveillance，reconnaissance）系统的神经中枢，更是保证信息畅通的纽带，对整个战争进程和结局起着至关重要的作用，必将成为电磁武器的攻击重点。通信装备如果没有足够的抗电磁干扰能力。就难以进行有效的信息传输，甚至贻误战机。研究通信装备电磁辐射效应机理，是提高通信装备电磁防护性能的基础工作，受到了西方军事强国的高度重视。

美军从20 世纪60 年代开始研究军械装备的电磁危害问题，并逐步将研究内涵由“射频对军械的危害”扩展到目前的“装备电磁环境效应”，在概念和研究范围上不断更新和发展。在20 世纪80 年代初，美军开始系统研究包括主战坦克、飞机及电子装备在内的电磁辐射效应问题，相继给出了试验程序和评估方法。与此同时，开始关注电子元器件的电磁脉冲损伤效应，美空军装备司令部太空与导弹系统中心组织开展了砷化镓场效应管（GaAsFETs）和高电子迁移率晶体管（HEMTs）高功率微波损伤阈值的研究工作。但是，受保密因素的影响，有关具体装备电磁辐射效应规律与作用机理方面的文献鲜有报道。

我国自20世纪80 年代后期开始重视电磁兼容性和电磁辐射对武器装备的危害问题研究，在核电磁脉冲、高功率微波、超宽带（UWB）电磁脉冲以及连续波电磁辐射对武器装备的效应机理方面进行了深入的研究，揭示了典型装备电磁辐射干扰通道、效应机理和电子器件电磁脉冲损伤规律，对提高装备的电磁防护性能发挥了重要作用，但研究工作的系统性还有待加强。本文以典型短波、超短波通信电台为受试对象，系统研究了超宽带电磁脉冲和单频连续波电磁辐射效应规律，揭示了干擾通信电台正常工作的电磁辐射能量耦合通道及作用机理，为通信电台电磁防护加固奠定了技术基础。

一、超宽带电磁脉冲辐射效应机理

超宽带电磁脉冲覆盖频率范围宽，几乎覆盖所有的军用通信频段，而且超宽带电磁脉冲辐射功率大、场强高，能够通过多个通道对通信设备进行耦合，形成较强的脉冲电压与电流，导致通信工作紊乱甚至中断。从通信装备的实际工作特性和电磁干扰信号的特点来看，超宽带电磁脉冲只能产生离散性的瞬态干扰，每秒最多只能产生上千个脉冲，每次持续时间<10 ns，不会严重影响通话质量。因此超宽带电磁脉冲辐射效应试验应重点关注硬损伤和死机等影响通信装备连续工作的效应与作用规律;对重复频率较高的超宽带电磁脉冲辐射，还应关注接收机被阻塞的问题。

（一）超宽带电磁脉冲辐射效应试验方案

由于超宽带电磁辐射系统输出功率难以调节，需要通过改变辐射天线与被试通信装备之间的距离调节辐射场强。为保证试验过程中的人员安全，利用光端机将声音及其他需要测量的信号转换为光信号实现远距离测量;利用摄像头及监视系统观测被试通信装备工作状态是否正常。具体试验方案如下：

1）将超宽带电磁脉冲辐射系统置于开阔场内，调整、检验其工作状态参数，使其正常工作。根据预估的辐射场强，将被试通信装备置于辐射主波束内合适的位置。为消除地面发射对辐射场的影响，被试通信装备应距离地面0.8 m 以上。

2）将被试通信装备置于UWB 辐射场中，辅助通信装备置于超宽带电磁脉冲辐射源侧面、距离辐面板、电源线等分别朝向UWB 辐射源。

3）将被试通信装备与辅助电台调整至通话状态，被试通信装备工作于接收机状态，开启超宽带电磁辐射源，每次辐射时间为10 s。逐步增大被试通信装备处场强，通过摄像头观察被试通信装备显示面板显示是否异常，通过光端机将被试通信装备语音信号转化为光信号连接屏蔽方舱内的接收设备，观察通话是否异常。记录被试通信装备出现某种异常现象的最小场强值作为该实验状态下的临界干扰场强值。

4）通过改变被试通信装备空间位置、电台工作频率、发射电台发射功率和UWB 辐射源脉冲重复频率，研究超宽带电磁脉冲辐射对通信装备的作用规律。

（二）辐射场强的确定

辐射场强是决定被试设备能否出现干扰、损伤的关键因素，场强测试的准确度对确定装备电磁辐射作用规律影响很大。现行标准虽然允许采用电场传感器实时监测法测试辐射场强，但由于金属物体置入电磁场将导致电场发生严重畸变，被试设备不同部位的电场强度、极化方向相差甚远，难以准确描述空间电磁辐射场的强弱。为此，试验中采用位置替代法测试选定试验点的UWB 辐射场强，即UWB 辐射场强的测量与被试通信装备的辐射效应测试分2 次进行，首先将测试天线置于试验点，测量该位置的场强，之后移开测试天线，将被试通信装备放置于选定的试验点，在不改变辐射系统状态的条件下进行辐射试验。

实验所用的超宽带电磁脉冲辐射系统集成为1个整体，采用横电磁波（transverse electromagnetic wave，TEM）喇叭馈源抛物面发射天线。由于抛物面反射的聚焦作用，距馈源前端3 m 范围内主波束的电场强度基本不变，远场电场强度与距馈源的距离成反比，中间区域场强变化速率低于距离的变化速率。实测天线馈源经抛物面反射到馈源前端的距离为2.5 m。

（三）故障模式与临界干扰场强

为验证试验方案的有效性，选择典型短波、超短波通信电台进行了超宽带电磁辐射效应（脉冲前/后沿时间0.4/0.5 ns、宽度2.5 ns）试验研究。被试短波通信电台的超宽带电磁脉冲辐射效应如表1 所示，不同场强辐射下分别出现了显示屏显示异常、声音被压制、重启、死机等效应。改变电台工作频率及辅助电台发射功率，对试验中出现的故障现象、临界干扰场强没有明显影响。被试超短波电台抗超宽带电磁脉冲辐射干扰能力很强，在160 kV/m 的超宽带电磁脉冲辐射场作用下，没有发生影响其正常通信的干扰或损伤现象，工作及显示功能均正常。

二、连续波电磁辐射效应试验评估方法

信息化设备的迅速发展，导致连续波电磁辐射信号普遍存在，强度、频谱随机变化，可通过带内和带外耦合作用于用频装备，影响其正常工作。连续波电磁辐射能够持续不断地干扰通信装备，导致通信中断。因此研究连续波电磁辐射效应应重点关注阻塞、干扰等影响通话质量的效应与作用规律。

（一）连续波电磁辐射试验装置

利用射频或微波信号发生器产生所需的单频、调幅、调频信号，经相应的宽带功率放大器进行功率放大后由双向耦合器给辐射天线馈电。功率计经双向耦合器准确测量宽带功率放大器的前向输出功率和后向反射功率，监视试验系统的工作状态。被试通信装备置于辐射天线正前方，试验区域的辐射强度由光纤场强计测量。通过调节信号发生器的输出电平或功率放大器的增益倍数，可以任意调节辐射强度，便于研究被试通信裝备的辐射效应。

（二）语音干扰效应评价方法

语音质量主要包括3 个方面的内容：清晰度、可懂度和自然度。清晰度是指语音中字、词的清晰程度;可懂度是指语音中单音的可识别程度;自然度是衡量语音保真性的标准。语音通信干扰效应评估是一个十分复杂的问题，主要包括主观评价和客观评价2 种方式。主观评价是通过专家进行人工试听，对干扰作用下的音质变化程度进行评价。这种方法的优点是：可以直接反映收听者的观点，对各种性能的降级因素可做类似评价，灵活性强，容易实现。关于干扰等级的划分，GJB 4405A–2006 有明确的等级划分标准

三、效应规律与作用机理

综合分析上述试验结果，可以得出以下结论：

1.受试短波、超短波电台在不同工作频点的电磁干扰敏感带宽分别为±4 kHz、±15 kHz 左右，这是由受试电台射频前端滤波器的工作性能决定的。电磁干扰频率偏离受试电台中心工作频率超过敏感带宽后，随频率偏离量的增加，临界干扰场强急剧增加，频率偏离分别达到5 kHz、20 kHz 时，在50 m 的通信距离上被试电台抗电磁干扰能力提高30 dB 以上，受试电台抗带外电磁干扰的能力很强。

2.受试电台抗带内电磁干扰能力与其接收信号强度成正比。在其他条件不变的条件下，电台发射功率越大、通话距离越近，其抗电磁干扰能力越强。由于正常通信情况下，信号强度与通信距离近似呈反比，因此，可以通过50 m（远场）通信距离下的临界干扰场强推算其在远距离通信时的抗电磁干扰能力。在5 km 通信距离下，受试超短波电台采用小功率、中功率和大功率发射时，接收机的临界干扰场强分别大约为2、5 和20 mV/m。

3.受试电台在不同工作频点工作时，抗带内电磁干扰的能力相差1 倍左右，实际运用时可根据电磁环境态势通过改变通信频率提高其抗电磁干扰能力。对带内电磁干扰，只能通过跳频才能达到抗干扰的目的。