城市轨道交通系统产生的无线电干扰频率和源强特性的研究

范季陶 李天石 张 晨 苏立轩 马九洋

(中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所，100081，北京//第一作者，副研究员)

城市轨道交通会对周围环境产生无线电干扰。列车运行时，车载受电设备与地面供电设施连续滑动摩擦，瞬间分离时会产生脉冲干扰。该干扰从频域上看表现为单调下降的宽频带频谱。

在国内，对城市轨道交通系统产生的无线电磁场的研究基本都集中在其对人体健康的辐射影响领域，往往使用非选频式测量设备进行宽频带电磁辐射功率密度测试，而对其干扰频率特性及源强特性的研究很少。

实际上，轨道交通系统产生的无线电干扰频率特性及源强是分析工程对沿线电磁敏感设备影响的重要依据。例如，信号楼及调度楼内的通信信号设备，以及车站内的乘客信息系统、防灾报警系统及视频监控系统等机电设备，都有可能受到列车运行产生的无线电干扰影响，进而影响行车指挥、调度、客服及防灾等系统的可靠性，不利于安全运输和提高系统运行效率。另外，这种干扰影响也可能会延伸到系统以外的其它电磁敏感设备。例如，城市轨道交通线路引入机场，可能会干扰机场雷达和导航设施的正常工作，增加选线的难度和建设成本[5]。

1 无线电干扰发射标准

根据GB/T 24338.2—2011(IEC 62236-2) 《轨道交通 电磁兼容 第2部分：整个轨道系统对外界的发射》，整个轨道交通系统对外界发射的无线电干扰限值曲线如图1所示[6]。 该限值曲线来自IEC标准，是国际公认的关于轨道交通系统对外界电磁发射评价和验收的依据。

图1 整个轨道系统向外界发射的无线电干扰限值

2 无线电干扰测试方法

2.1 测量设备

无线电干扰的测试设备包括：ESCI测量接收机、0.009～30.000 MHz环天线及30.000～1 000.000 MHz宽带组合天线。所用设备均满足GB/T 6113.101—2008的技术要求。

2.2 测量方法

目前，城市轨道交通常用的牵引供电制式有[1]：①制式一为DC 1 500 V架空接触网式供电，通过接触网和受电弓的滑动接触为列车供电，并由走行轨回流[2]；②制式二为DC 1 500 V或DC 750 V的第三轨受流式供电，通过接触轨与集电靴的滑动接触为列车供电，并由走行轨回流[3]；③制式三为DC 1 500 V胶轮跨坐式单轨线路供电，该供电制式类似于接触受流方式，其供电线及回流线分别位于轨道梁两侧，系统的结构与前两种制式有很大不同[4]。

为了充分掌握目前城市轨道交通系统产生的无线电干扰频率和源强特性，本研究选取了上述三种常见供电制式的城市轨道交通线路进行测试分析。

测试路段选在地面段或高架段，线路测试时的列车运行速度为60～80 km/h。

地面无线电干扰测点的设置满足GB/T 24338.2—2011要求：测点应避开高压输电线等干扰源，且测试时要天气晴朗。地面段测点的天线架设于距线路外轨中心线10 m处。其中，0.009～30.000 MHz环天线环面平行于线路，30.000～1 000.000 MHz宽带组合天线分别水平和垂直极化，并指向线路。环天线架高1.0～2.0 m，宽带组合天线架高2.5～3.5 m。高架段测点的天线距线路轨道中心线30 m，并通过GB/T 24338.2—2011的换算方法，将测试结果折算为距线路外轨中心线10 m处的源强。

根据标准要求：测量使用GB/T 6113.101—2008定义的波段和-6 dB带宽；接收机设置为峰值检波方式；为保证测试数据的准确性，在完整过车期间始终对单个频点测试；测量各频点的背景噪声时，应避开广播和通信信号，并保证被测干扰频率比背景噪声频率高6 dB以上。

2.3 测量频率及典型频点

测量频段有0.009～0.150 MHz、0.150～30.000 MHz及30.000～1000.000 MHz等3个。根据线路特点，为得出频率特性，每个测量频段有3～5个频点。具体频点为0.050 MHz、0.100 MHz、0.150 MHz、0.500 MHz、1.000 MHz、3.000 MHz、5.000 MHz、30.000 MHz、50.000 MHz、100.000 MHz、150.000 MHz及300.000 MHz。每个频点应测试不少于5次过车数据[8]。

测试完成后，对各频点的测试数据进行统计，使用最小二乘法拟合出频率和源强特性曲线，并选择代表性频点进行对标分析。本文选择0.050 MHz、1.000 MHz和50.000 MHz作为各频段代表性频点进行分析。

3 无线电干扰测试数据及分析

3.1 实测数据与分析

3.1.1 0.009～0.150 MHz频段

0.009～0.150MHz频段的无线电干扰频率特性曲线见图2。

图2 0.009～0.150 MHz频段的无线电干扰频率特性曲线

由图2可知：在距外轨中心线10 m处， 0.009～0.150 MHz频段，3种制式线路的实测频率特性曲线均呈单调下降趋势；制式一、二(DC 750 V)及三线路的倍频程下降幅度分别为5 dB、7 dB及3 dB，代表性频点0.100 MHz的峰值检波干扰场强值分别为62 dBμV/m、49 dBμV/m及71 dBμV/m。

3.1.2 0.150～30.000 MHz频段

0.150～30.000 MHz频段的无线电干扰频率特性曲线见图3。

图3 0.150～30.000MHz频段的无线电干扰频率特性曲线

由图3可知，在距外轨中心线10 m处，3种制式线路的线路实测频率特性(0.15～30 MHz)曲线均呈单调下降趋势,制式一、二(DC 750 V)及三的线路倍频程下降幅度分别为4 dB、4 dB及5 dB，代表性频点1.000 MHz峰值检波干扰场强值分别为64 dBμV/m、58 dBμV/m及68 dBμV/m。

3.1.3 30.000～1000.000 MHz频段

30.000～1000.000 MHz频段的无线电干扰频率特性曲线见图4。

图4 30.000～1000.000 MHz频段的无线电干扰频率特性曲线

由图4可知，在距外轨中心线10 m处，3种制式线路的实测频率特性(30～1 000 MHz)曲线均呈单调下降趋势，制式一、二(DC 750 V)及三线路倍频程下降幅度分别为6 dB、2 dB和5 dB，代表性频点50.000 MHz峰值检波干扰场强值分别为48 dBμV/m、42 dBμV/m及62 dBμV/m。

根据以往实测数据，对于无线电干扰频率特性，制式二中，DC 750 V与DC 1 500 V基本相近，二者源强特性的差别一般在6 dB以内。需要说明的是，受列车制式、运行工况、线路特点、周围环境等影响，不同的线路的无线电干扰频率和源强特性会有一定的离散性。

3.2 代表性频点干扰场强的标准符合性分析

根据GB/T 24338.2—2011要求，结合上述分析，不同制式城市轨道交通系统产生的无线电干扰代表性频点干扰场强的标准符合性分析如表1所示。

表1 代表性频点干扰场强对标准的符合性分析列

由表2可见，无线电干扰代表性频点测试结果均符合国标GB/T 24338.2—2011规定的限值要求。

4 无线电干扰对通信信号及机电设备的影响

城市轨道交通系统规模庞大，由许多子系统构成。这些子系统内部均含有对无线电干扰敏感的电子设备。设备在其非工作频段的抗干扰能力，应满足产品的电磁兼容性指标要求，在80 MHz以下频段和80～1 000 MHz频段，应分别通过“射频场感应的传导骚扰抗扰度”和“射频电磁场辐射抗扰度”试验项目来验证。

当城市轨道交通系统产生的无线电干扰处于通信信号设备或机电设备工作频段时，应加以重视，因为无线电干扰场将在一定程度上降低信号接收的信噪比，有时甚至造成设备性能下降，影响列车运行或降低运行效率。

干扰分析和评价过程为：首先，确定设备的工作频点和轨道交通系统的供电制式，按图2～4，查出距线路10 m处对应频点的无线电干扰源强；然后，根据式(1)[6]，计算出相应距离的无线电干扰源强；最后，结合接收端信号强度计算出信噪比，从而对干扰问题进行定量分析。

EX=E10-n×20×lg(D/10)

(1)

式中：

E10——在距线路中心10 m处的无线电干扰测量结果，dBmV/m；

EX——在距线路中心D米处的无线电干扰换算值，dBmV/m；

n——修正因数，其取值见表2。

表2 修正因数

5 结语

通过测试分析，本文得出了常见牵引供电制式城市轨道交通系统产生的无线电干扰频率特性和源强特性。经验算，其代表性频点干扰场强测试结果符合国标GB/T 24338.2—2011(IEC 62236-2)《轨道交通 电磁兼容 第2部分：整个轨道系统对外界的发射》规定的限值要求。这说明我国城市轨道交通系统产生的无线电干扰符合国际和国家标准。

本文通过总结试验结果，阐述了城市轨道交通系统产生的无线电干扰频率和源强特性。这对轨道交通系统内和系统外敏感设备的干扰分析具有重要的参考价值。城市轨道交通系统沿线敏感设备，如在工作频段受到无线电干扰，可能会降低其信号接收的信噪比。具体受干扰程度需根据信号特点并结合本文的研究成果加以分析。