車載電子設備復雜電磁環境效應探討

　　[摘要]隨著車載電子設備日趨增多，車載電子設備的復雜電磁環境效應成為關注焦點和重要研究課題，以搭載超短波電臺和北斗導航系統的民用車為載體，探討和研究車載電子設備復雜電磁環境效應中的各類干擾效應，并據此進行車載電子設備的天線布局優化設計和電磁脈沖防護設計，確保車輛機動性和安全性能。

　　[關鍵詞]車載電子設備;復雜;電磁環境;效應

　　車載電子設備面臨復雜的電磁環境，受到來自不同方面的電磁干擾和影響，為此要重點探討車載電子設備的復雜電磁環境效應，明晰各類電磁干擾源對車載電子設備的干擾特性和機理，獲悉車載電子設備復雜電磁環境效應，依此計算獲取天線布局的優化方案，降低車載電子設備天線間的互耦干擾現象。并考慮到車載電子設備輻射發射而引發的電磁干擾，計算獲悉車載電子設備電磁環境的一般性規律，實現車載電子設備的電磁兼容性設計。

　　1車載電子設備輻射特性下的天線布局優化設計

　　由于車載電子設備復雜電磁環境效應中存在因設備天線輻射特性而引發的天線方向圖畸變、天線間互耦干擾和天線大功率輻射干擾等現象，為此要基于車載電子設備天線間耦合度計算模型和天線輻射模型，明晰車載電子設備的輻射特性，并進行車載電子設備天線的優化布局和設計。車載電子設備天線間耦合度及方向圖的畸變：車載電子設備存在輻射干擾的影響，設備天線間也存在較大的互耦干擾，從而降低天線的收發性能。要基于車載超短波電臺天線與北斗導航天線間的耦合度和方向圖畸變度，進行車載電子設備天線間電磁互耦干擾分析，可以采用線性系統中的二端口網絡模型計算雙天線系統的耦合度，獲悉天線車載雙天線間的干擾程度。同時，可以對電基本振子的物理模型進行推導，求解計算電基本振子輻射電磁場，進行所有電基本振子電磁場的矢量疊加，從而完成車載電子設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，可以通過對車載電子設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系，分析出天線裝車后方向圖等輻射特性的變化規律。對車載超短波天線進行建模仿真，分析結果可知：車載超短波天線安裝于車輛不同位置時的畸變主要體現于天線頂部和天線底部存在增益變大的現象，當天線安裝于車頂時，由方向圖可知其E面的天線底部存在較大的畸變，H面的畸變度相對較小，天線頂部主瓣則沒有明顯的增益改變[1]。車載電子設備天線布局優化分析：考慮到車載電子設備電磁環境的復雜性，要提出合理的車載電子設備天線綜合布局方案，采用理想點排序法比較現有方案與最佳方案之間的接近程度，對現有方案進行分析和評價，實現車載電子設備天線安裝位置的電磁兼容性評價。首先要確定待評估量化指標，其中，超短波天線在不同安裝位置時的電磁兼容性評價指標有電子設備干擾信號、與車載北斗導航天線在144MHz的耦合度均值、方向圖不同面的畸變程度，北斗導航天線的電磁兼容指標則是指與車載超短波天線在1561MHz的耦合度均值，其他指標相同。然后，構建包涵m個方案與n個指標的初始化矩陣、加權標準化矩陣，確定正負理想點，最后進行計算和評價。計算結果如下表所示：由上表可知，144MHz超短波天線和北斗導航天線安裝于車頂中央的B點具有最佳的電磁兼容性。

　　2車載電子設備前門電磁脈沖效應及防護設計

　　考慮到復雜電磁環境中的極端情形，要進行車載電子設備前門電磁脈沖效應分析，并以此設計車載電子設備前門電磁脈沖防護電路，實現對電磁脈沖的有效防護。車載電子設備前門電磁脈沖耦合效應：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變化時的前門受擾信號特性，仿真分析車載超短波電臺天線和北斗導航天線受擾信號幅值區間、受擾信號上升時間及能量集中頻段，分析可知，144MHz超短波天線受擾信號峰值為3312.8V，脈沖前沿上升時間為1.7ns，能量集中于10-150MHz頻段;北斗導航天線受擾信號峰值為48V，峰值脈沖上升時間為1.35ns，能量集中于0-80MHz頻段。車載超短波電臺前門電磁脈沖防護設計：采用三級設計結構進行前門防護電路設計，第一級為大電流流通量的氣體放電管，第二級為與被防護設備頻帶一致的帶通濾波電路，第三級為皮秒級響應時間的低電容TVS，能夠實現對帶內信號的時域抑制和帶外信號的有效抑制。在帶通濾波電路設計的過程中，選取二階巴特沃斯濾波電路實現帶通濾波功能，利用其通帶衰減性平坦和易于設計的優點，進行通信設備前門防護電路的設計[2]。

　　3結語

　　綜上所述，車載電子設備復雜電磁環境效應是研究難點，要明晰復雜電磁環境的干擾效應特點，基于天線間耦合度和天線輻射原理進行車載電子設備的干擾研究，運用理想點排序法實現車載電子設備天線綜合布局的優化，并基于受擾信號特性進行車載電子設備前門電磁脈沖效應的防護設計。后續還要考慮車輛點火系統、雨刮電機、逆變器等不同干擾源的傳導干擾，引入微帶結構濾波電路和瞬態抑制器件，實現對北斗導航天線前門電磁脈沖的組合性防護。

　　【參考文獻】

　　[1]郝鳳柱.某機載天線系統的電磁脈沖防護研究[D].合肥：合肥工業大學，2017.

　　[2]王震.車輛發動機系統電磁脈沖效應研究[D].長春：吉林大學，2017.

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