基于空间电磁场对有线通信设备的干扰研究

陈 伟，梁富强

（中国通信建设第三工程局有限公司，湖北 武汉 430022）

0 引 言

近年来，随着电子通信技术的集成化、专业化以及信息化发展，有线通信设备成为人们生活中不可或缺的工具，其性能会因受到空间电磁场的干扰而难以正常运行，从而出现故障或者降低信号传输效率，严重时还会出现消失的现象，由此人们逐渐加强了对电磁场的认识。为了全面提升有线通信设备的抗干扰功能，需要分析和研究空间电磁场对有线通信设备的影响，鉴于此，文章分析了空间电磁场在有线通信设备运行中的作用，为有线通信设备抗干扰能力的提升提供了有效保障。

1 空间电磁场在有线通信设备运行中的作用

1.1 明确空间电磁场干扰边界条件

在分析空间电磁场与有线通信设备之前，先要明确空间电磁场所具备的干扰边界条件，并得出有线通信设备的入射形式。在有线通信设备传输中，先要明确传输过程中的两个端点，以此为基础得出各个分量的时域表达式，即：

式中，V(0,t)为分量时域，是指从开始到t时刻的通信；E(x,0)为截止到t时刻分量的频域。根据式（1）了解到分量时域与频域之间存在必然关系，由逆傅里叶变换能够求出某一分量的频域，进而将V(0,t)的时域表达式列举出来。在实际运行中，先要明确空间电磁场的入射方式，将其设定为高斯脉冲，从而确定电磁场与平行传输线平面是否保持垂直状态。一般来说，如果入射波宽度为3 dB，那么传输线上各个分量时域的数值相等[1,2]。

1.2 构建空间电磁场长线耦合模型

空间电磁场长线耦合模型在构建中常采用传输线的方式，基于Maxwell方程，通过分布集总参数的方式得出分析结果，从而提高了分析的精准度。在Maxwell方程求解之前，需要将有线通信设备传输感应电压进行转化，一部分为入射电压，另一部分为散射电压。将入射电压作为空间电磁场的激励源，为了促使终端附近电流的及时响应，在实际运行的过程中仅计算设备传输线上终端响应参数。在长线耦合模型构建的过程中，设有线通信设备的传输线长度相等，半径为r，那么各个传输线之间的距离与半径距离相比要大，如果各个传输线的距离设为1，则r＜1，求出空间电磁场长线耦合模型的表达式为：

式中，V(z)为长线耦合模型的响应参数；V′(z)为传输线的切向电场差；I为电流；R为金属材料的电导率[3]。根据式（2）可直接求出传输线分布集的总参数，并计算出传输线上的电感、电容等相关表达式。但是有线通信设备中导线的材质不同，因此电阻率也存在一定的区别，在实际计算的过程中要充分考虑到不同导线材质的电阻率，其计算公式为：

式中，R为金属材料的电阻率；σ为电导率；δ为趋肤深度。根据式（3）能够计算出传输导线金属材料的电阻率，并将计算出来的数值直接代入到长线耦合模型的公式中，从而计算出有线通信设备的时域差分[4]。

1.3 有线通信设备时域有限差分计算

在导线差分计算的过程中，需要先分析空间电磁场在运行过程中对设备导向分解所造成的电压和电流影响，进而明确设备异常导线的定位，从而完成计算，公式为：

式中，C为有限差值；x为时域差分信息；y为一个数据行为迭代周期。可以将结果0带入式（4），计算出有限差值，并对结果进行离散处理。为了确保结果具备离散性，还要界定参数y所满足的条件，即：

式中，Vz表示长线耦合模型的响应参数；v为空间介质中电磁波的传播速度。

2 实验及干扰分析

一旦导线的有功传输导向被识别，那么将会计算导向与周围导向的距离，并判断其导线外部是否存在绝缘层。本次计算过程中将最终差分结果带入到有线通信设备的时域有限差分中进行分析，判断其是否对有线通信设备产生了干扰[5]。按照标准，阻值选为750 Ω，线缆横截面半径为2.5 mm，传输线路长度为25 cm。根据上述提出的方法将两条导线距离设置为1.5 cm、3 cm、4.5 cm、6 cm，将入射波峰值场强设置为15 V/m，结合内容绘制入射电场幅度变化情况，如图1所示。

图1 入射电场波形

通过图1中的数据可以看出，在0～18 ns，空间电磁场进入到有线通信设备的入射电场幅度在不断上升，直至18 ns时，入射电场的幅度达到了峰值，而在此之后，空间电磁场的入射电场幅度开始呈现出逐渐下降的趋势，直至通信完成后，入射电场的辐射趋于0。在上述基础上测量有线通信设备在不同通信传输线路长度下的负载感应电压，结果如图2所示。

图2 有线通信设备在不同传输线路长度下的负载端电压 变化

图2中，A表示传输线路长度为10 cm的负载感应电压曲线；B表示传输线路长度为20 cm的负载感应电压曲线；C表示传输线路长度为30 cm的负载感应电压曲线；D表示传输线路长度为40 cm的负载感应电压曲线。

通过上述实验充分证实了空间电磁场的入射场强与有线通信设备之间存在一定的关系。在有线通信设备实际运行的过程中，传输线路对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[6]。

3 空间电磁场对有线通信设备的干扰策略

通过全面分析空间电磁场对有线通信设备的干扰，进一步提升有线通信设备的抗干扰性，可以围绕以下几个方面开展。首先是电磁场同频干扰的控制策略，为了进一步保障有线通信设备的运行质量，要加强对网络覆盖的重视程度，尤其是在有线通信设备切入网点选择中要保证科学性和合理性，确保其覆盖范围不在电磁场的干扰区域内，以此不断提升整体的信号传输率，另外还要严格把控电磁场的同频干扰[7]。其次是调整有线通信设备的相关参数和数据，在实际应用过程中将参数控制在合理范围内，提高其抗干扰能力。例如，在有线通信设备实际运行的过程中，可以改变设备中的信息传输器，实现无线和有线的结合，从而确保在一定的空间范围内能够接收到设备的信号，又能够减少电磁场的干扰。除此之外还可以调整有线通信设备的参数，阻断信号器，规避电磁场出现干扰的情况。最后是不断改进和完善现有的有线通信设备。一般来说，有线通信设备分为5个板块，分别是信息透明封装、信息跨平台、信息发送、功能模块设计以及空中安全设计。在改进和完善的过程中，一方面要根据具体的干扰情况合理选择空间电磁场的功能模块，从而避免因功能模块造成的干扰，促进信号接收效率的提升[8,9]。另一方面要进一步强化有线通信设备的扩展性，电子信息内部的传输控制服务是有线通信设备运行的核心，利用传输技术能够细分电子信息内部的交换协议，对模块进行分解，确保了区域的独立性。交换协议是指标识信息的外封包装，传输协议则是按照标准完成解析的要求，通过有线通信设备扩展性的延伸能够有效提升有线通信设备的抗干扰能力，从而降低电磁场的干扰，提高信号传输的效率[10]。

4 结 论

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强度不断增加时，有线通信设备负载端的感应电压会表现出线性的增涨变化趋势。鉴于此，本文先是分析了空间电磁场的基本特点，针对空间电磁场的主要影响因素和干扰特性进行了深入分析，为有线通信设备抗干扰能力的提升提供了思路和方法，并开展实验检测，证实了有线通信设备抗干扰策略的有效性，进一步促进有线通信设备的抗干扰能力，减少空间电磁场对有线通信设备的影响。除此之外，在后续研究中也会进一步论证空间电磁场对有线通信设备的影响，旨在能够从根本上解决干扰问题，为有线通信设备性能的提升提供有效途径，奠定坚实的基础。