車載電子設(shè)備復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)探討

　　[摘要]隨著車載電子設(shè)備日趨增多，車載電子設(shè)備的復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)成為關(guān)注焦點(diǎn)和重要研究課題，以搭載超短波電臺(tái)和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的民用車為載體，探討和研究車載電子設(shè)備復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)中的各類干擾效應(yīng)，并據(jù)此進(jìn)行車載電子設(shè)備的天線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)和電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)，確保車輛機(jī)動(dòng)性和安全性能。

　　[關(guān)鍵詞]車載電子設(shè)備;復(fù)雜;電磁環(huán)境;效應(yīng)

　　車載電子設(shè)備面臨復(fù)雜的電磁環(huán)境，受到來(lái)自不同方面的電磁干擾和影響，為此要重點(diǎn)探討車載電子設(shè)備的復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)，明晰各類電磁干擾源對(duì)車載電子設(shè)備的干擾特性和機(jī)理，獲悉車載電子設(shè)備復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)，依此計(jì)算獲取天線布局的優(yōu)化方案，降低車載電子設(shè)備天線間的互耦干擾現(xiàn)象。并考慮到車載電子設(shè)備輻射發(fā)射而引發(fā)的電磁干擾，計(jì)算獲悉車載電子設(shè)備電磁環(huán)境的一般性規(guī)律，實(shí)現(xiàn)車載電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)。

　　1車載電子設(shè)備輻射特性下的天線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　由于車載電子設(shè)備復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)中存在因設(shè)備天線輻射特性而引發(fā)的天線方向圖畸變、天線間互耦干擾和天線大功率輻射干擾等現(xiàn)象，為此要基于車載電子設(shè)備天線間耦合度計(jì)算模型和天線輻射模型，明晰車載電子設(shè)備的輻射特性，并進(jìn)行車載電子設(shè)備天線的優(yōu)化布局和設(shè)計(jì)。車載電子設(shè)備天線間耦合度及方向圖的畸變：車載電子設(shè)備存在輻射干擾的影響，設(shè)備天線間也存在較大的互耦干擾，從而降低天線的收發(fā)性能。要基于車載超短波電臺(tái)天線與北斗導(dǎo)航天線間的耦合度和方向圖畸變度，進(jìn)行車載電子設(shè)備天線間電磁互耦干擾分析，可以采用線性系統(tǒng)中的二端口網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算雙天線系統(tǒng)的耦合度，獲悉天線車載雙天線間的干擾程度。同時(shí)，可以對(duì)電基本振子的物理模型進(jìn)行推導(dǎo)，求解計(jì)算電基本振子輻射電磁場(chǎng)，進(jìn)行所有電基本振子電磁場(chǎng)的矢量疊加，從而完成車載電子設(shè)備天線輻射模型的分析。考慮到空間中任意位置有不同的天線輻射功率，可以通過(guò)對(duì)車載電子設(shè)備天線方向圖的仿真，獲悉天線的輻射增益與空間角度之間的關(guān)系，分析出天線裝車后方向圖等輻射特性的變化規(guī)律。對(duì)車載超短波天線進(jìn)行建模仿真，分析結(jié)果可知：車載超短波天線安裝于車輛不同位置時(shí)的畸變主要體現(xiàn)于天線頂部和天線底部存在增益變大的現(xiàn)象，當(dāng)天線安裝于車頂時(shí)，由方向圖可知其E面的天線底部存在較大的畸變，H面的畸變度相對(duì)較小，天線頂部主瓣則沒(méi)有明顯的增益改變[1]。車載電子設(shè)備天線布局優(yōu)化分析：考慮到車載電子設(shè)備電磁環(huán)境的復(fù)雜性，要提出合理的車載電子設(shè)備天線綜合布局方案，采用理想點(diǎn)排序法比較現(xiàn)有方案與最佳方案之間的接近程度，對(duì)現(xiàn)有方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)車載電子設(shè)備天線安裝位置的電磁兼容性評(píng)價(jià)。首先要確定待評(píng)估量化指標(biāo)，其中，超短波天線在不同安裝位置時(shí)的電磁兼容性評(píng)價(jià)指標(biāo)有電子設(shè)備干擾信號(hào)、與車載北斗導(dǎo)航天線在144MHz的耦合度均值、方向圖不同面的畸變程度，北斗導(dǎo)航天線的電磁兼容指標(biāo)則是指與車載超短波天線在1561MHz的耦合度均值，其他指標(biāo)相同。然后，構(gòu)建包涵m個(gè)方案與n個(gè)指標(biāo)的初始化矩陣、加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，確定正負(fù)理想點(diǎn)，最后進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)。計(jì)算結(jié)果如下表所示：由上表可知，144MHz超短波天線和北斗導(dǎo)航天線安裝于車頂中央的B點(diǎn)具有最佳的電磁兼容性。

　　2車載電子設(shè)備前門電磁脈沖效應(yīng)及防護(hù)設(shè)計(jì)

　　考慮到復(fù)雜電磁環(huán)境中的極端情形，要進(jìn)行車載電子設(shè)備前門電磁脈沖效應(yīng)分析，并以此設(shè)計(jì)車載電子設(shè)備前門電磁脈沖防護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁脈沖的有效防護(hù)。車載電子設(shè)備前門電磁脈沖耦合效應(yīng)：由于電磁脈沖能夠從任意入射角和任意極化角襲擊車輛，為此要明晰電磁脈沖入射波參數(shù)變化時(shí)的前門受擾信號(hào)特性，仿真分析車載超短波電臺(tái)天線和北斗導(dǎo)航天線受擾信號(hào)幅值區(qū)間、受擾信號(hào)上升時(shí)間及能量集中頻段，分析可知，144MHz超短波天線受擾信號(hào)峰值為3312.8V，脈沖前沿上升時(shí)間為1.7ns，能量集中于10-150MHz頻段;北斗導(dǎo)航天線受擾信號(hào)峰值為48V，峰值脈沖上升時(shí)間為1.35ns，能量集中于0-80MHz頻段。車載超短波電臺(tái)前門電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)：采用三級(jí)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行前門防護(hù)電路設(shè)計(jì)，第一級(jí)為大電流流通量的氣體放電管，第二級(jí)為與被防護(hù)設(shè)備頻帶一致的帶通濾波電路，第三級(jí)為皮秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間的低電容TVS，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)帶內(nèi)信號(hào)的時(shí)域抑制和帶外信號(hào)的有效抑制。在帶通濾波電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，選取二階巴特沃斯濾波電路實(shí)現(xiàn)帶通濾波功能，利用其通帶衰減性平坦和易于設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行通信設(shè)備前門防護(hù)電路的設(shè)計(jì)[2]。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，車載電子設(shè)備復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)是研究難點(diǎn)，要明晰復(fù)雜電磁環(huán)境的干擾效應(yīng)特點(diǎn)，基于天線間耦合度和天線輻射原理進(jìn)行車載電子設(shè)備的干擾研究，運(yùn)用理想點(diǎn)排序法實(shí)現(xiàn)車載電子設(shè)備天線綜合布局的優(yōu)化，并基于受擾信號(hào)特性進(jìn)行車載電子設(shè)備前門電磁脈沖效應(yīng)的防護(hù)設(shè)計(jì)。后續(xù)還要考慮車輛點(diǎn)火系統(tǒng)、雨刮電機(jī)、逆變器等不同干擾源的傳導(dǎo)干擾，引入微帶結(jié)構(gòu)濾波電路和瞬態(tài)抑制器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)北斗導(dǎo)航天線前門電磁脈沖的組合性防護(hù)。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]郝鳳柱.某機(jī)載天線系統(tǒng)的電磁脈沖防護(hù)研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2017.

　　[2]王震.車輛發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電磁脈沖效應(yīng)研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2017.

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