空间电磁场对有线通信设备的干扰研究

郭金松

【摘要】    为探究空间电磁场对有线通信设备的干扰，通过确定空间电磁场干扰边界条件、构建空间电磁场长线耦合模型、有线通信设备时域有限差分计算，设计一种全新的分析思路。通过将该分析思路应用到实验当中，证明了分析可行性的同时，得出了空间电磁场的入射强度会对有线通信设备造成不同程度干扰的结论。同时，通过进一步分析得出，当空间电磁场的入射强度不断增强，有线通信设备负载端产生的感应电压会不断增加。

【关键词】    空间电磁场    有线通信    设备干扰

引言：

近几年，由于在军事领域当中发生了利用电磁干扰发动战争的问题，因此人们对于电磁场的认识得到了全面的提升，并逐渐认为电磁干扰是威胁世界和平的主要因素之一[1]。最早出现的电磁现象即为电磁干扰，部分电子设备在其使用的过程中，常常会受到另一电子设备的干扰，使得其无法正常运行，并产生故障或导致信号传输效率降低甚至消失的问题产生。电磁干扰在人类社会发展过程中的危害体现在诸多方面，其中电磁干扰会在极大程度上影响到有线通信设备的传输[2]。因此，为了提高有线通信设备的抗干扰能力，本文开展空间电磁场对有线通信设备的干扰研究，为后续抗干扰能力提升技术的研发提供依据。

一、空间电磁场对有线通信设备的干扰研究

1.1确定空间电磁场干扰边界条件

在对空间电磁场对有线通信设备的具体干扰进行分析前，首先需要明确空间电磁场的干扰边界条件，并以此 得出有线通信设备爱进入到空间电磁场当中使得入射形式[3]。在传输范围中，确定传输两个端点，并通过积分计算得出各个分量的时域表达式：

公式（1）中，V（0，t）表示为从通信开始到某一通信时刻t的分量时域;E（x，0）表示为在该段分量当中的频域。通过上述公式可知，分量时域和频域之间存在直接的比例关系，因此若当得到某一分量的频域表达式，则在完成积分计算之后，通过逆Fourier进行变换，可以进一步得出V（0，t）的时域表达式。为了探究有线通信设备在运行中在空间电磁场当中的入射方式，假设其入射波为高斯脉冲，则空间电磁场分量应当为垂直于平行传输线路所在的平面。根据有线通信设备传输线的特点，当高斯脉冲的宽度达到3dB时，则在传输线上脉冲峰值产生时各个分量时域数值均相等。

1.2构建空间电磁场长线耦合模型

本文主要采用传输线方法完成。在基于Maxwell方程的基础上，利用分布集总参数的方式表示，在得到分析结果的同时，进一步提高了分析精度[4]。在利用Maxwell方程求解前，构建空间电磁场长线耦合模型，并将有线通信设备的传输感应电压转换为一部分入射电压和一部分散射电压，将前一部分作为空间电磁场的激励源。为了在模型中得到终端附近电流更加及时地响应，只针对设备传输线路上终端响应参数进行计算。

在对空间电磁场长线耦合模型计算式，假设有线通信设备的所有传输线的长度均相同，将其半径设置为r，将其各个传输线之间的距离设置为l，同时l的数值应当远远大于r。根据上述假设，得出空间电磁场长线耦合模型表达式为：

公式（2）中，V（z）表示为空间电磁场长线耦合响应参数;V'（z）表示为两条传输线之间的切向电场之差;I表示为电流;R表示为有线通信设备传输导线金属材料的电导率。通过上述公式计算，可通过已知的有线通信设备传输线分布集总参数，对各个传输线上的电感、电容等进行计算和表达[5]。由于不同类型的通信设备其导线的材质不同，因此在计算过程中还应当明确各个传输导线技术材料的电导率，其计算公式为：

公式（3）中，R表示为传输导线金属材料的电导率;σ表示为传输导线金属材料的电导率;δ表示为趋肤深度。按照公式（3），计算得出传输导线技术材料的电导率，并将该数据带入到上述空间电磁场长线耦合模型当中，为后续有线通信设备时域有限差分提供数据条件。

1.3有线通信设备时域有限差分计算

首先构建针对差分表达的技术方程，定位方程中空电磁场对其设备导线分解造成的电压与电流异常，并在完成对设备异常导线的定位后，进行定位过程中导线差分格栅的计算。计算公式如下：

公式（4）中：C表示有限差值;x表示时域差分信息;y表示一个数据行为迭代周期。根据上述计算公式，可以按照前部计算结果=0的方式，进行有限差值计算结果的离散处理，为了确保上述计算公式在实际应用中具有一定离散性，应当保证其中的参数y满足下述计算条件：

公式（5）中：v表示电磁波在空间介质中的传播速度。当识别到此条导线属于有功传输导线，则需要进行此条导线距离周围导线长度的计算，并分析导线外部是否存在绝缘层对干扰判断造成干预。此过程可采用前端信号减去后端信号的反向值进行分析，根据计算得到的最终差分结果，进行有线通信设备时域有限差分的分析，将此作为通信设备干扰识别的依据。

二、实验及干扰分析

将本文上述提出的空间电磁场对有线通信设备的干扰分析方法应用到实验环境当中，对其具体干扰进行分析。按照GJB882A-2020标准，选择阻值为750Ω，线缆横截面半径为2.5mm，传输线路长度为25cm的有线通讯设备作为研究对象，利用本文上述提出的方法对其受到空间电磁场干扰时的具体表现情况进行分析。分别将该有线通信设备两条导线距离设置为1.5cm、3cm、4.5cm和 6cm，将其通信过程中产生的入射波峰值场强设置为15V/m。结合本文上述论述内容，得出该有线通信设备连接导线上的入射电场幅度变化情况，并将其绘制成如图1所示。

从图1可以看出，在0～18ns时，入射电场的幅度呈现出不断上升的趋势，在通信时间为18ns时，入射电场的幅度达到了最大值，随后又呈现出不断下降的趋势，直到最终完成通信时入射电场的幅度逐渐趋于0。在上述基础上，再对有线通信设备不同通信传输线路长度下的传输线负载感应电压进行测量，并将其绘制成如图2所示的结果。

图2中A表示为传输线路长度为10cm时的负载感应电流曲线;B表示为传输线路长度为20cm时的负载感应电流曲线;C传输线路长度为30cm时的负载感应电流曲线;D表示为传输线路长度为40cm时的负载感应电流曲线。从图2可以看出，当两条导线距离保持不变时，随着传输线路长度的不断增加，有线通信设备电压越大。当两条导线之间的距离为6cm时，此时有线通信设备的传输路线上的电压峰值能够达到386.2mV。通过上述实验能够同时证明，当空间电磁场的入射场强不断增加，有线通信设备负载端产生的感应电压会表现出线性的增涨变化趋势。当有线通信设备运行过程中，其传输线路对于外界空间电磁场的耦合强度主要取决于入射波的强度以及入射波的方向。

三、结束语

本文结合上述论述内容得出，空间电磁场对于有线通信设备具有较强的干扰，当空间电磁场的入射场强不断增加，有线通信设备负载端产生的感应电压会表现出线性的增涨变化趋势。同时，本文基于空间电磁场的特点，针对其对有线通信设备的干扰特性，提出了一种全新的研究分析思路，并通过实验的方式证明了该研究思路的合理性。由于在真实野外空间电磁场环境当中存在较多的不確定性，其均会对本文上述分析思路及分析得出的结果造成一定的影响。因此在后续的研究中为了得到更加准确地分析结果，还将对其进行更加深入研究。

参  考  文  献

[1] 刘丽. 收发分离下有线通信传输干扰信号抵消方法研究[J]. 中国新通信，2020，22（06）：18.

[2] 石荣，刘畅. 信息战中通信干扰与主动网络攻击的特性对比[J]. 通信技术，2020，53（05）：1138-1145.

[3] 郑坤. 试议外界电磁场对有线通信设备的干扰[J]. 电脑编程技巧与维护，2020（06）：160-162.

[4] 刘彬，郭园园，林宝玉. 浅议复杂电磁环境下通信保障问题[J]. 中国新通信，2019，21（17）：21.

[5] 李佳雪. 关于有线通信与无线通信的优劣对比分析[J]. 数字通信世界，2021（01）：116-117.