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射頻仿真試驗(yàn)系統(tǒng)電磁泄露分析

文檔作者：郭浩閏京海周波張少林文檔來(lái)源： (63880部隊(duì)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月17日
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總第202期
201】年第4期
艦船電子工程
Ship Electronic Engineering
V01．31 No．4
172
射頻仿真試驗(yàn)系統(tǒng)電磁泄露分析+
郭浩閏京海周波張少林
(63880部隊(duì)洛陽(yáng)471003)
摘要測(cè)量分析了半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)工作區(qū)的電磁環(huán)境，研究了電磁泄露的產(chǎn)生途徑和強(qiáng)度。對(duì)完善電磁泄漏測(cè)
量方法、建立相應(yīng)電磁防護(hù)措施和保障工作人員健康等方面具有現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞射頻仿真試驗(yàn)系統(tǒng)；電磁泄漏；電磁防護(hù)
中圖分類號(hào)Q441．5
Electromagnetic Leakage Analysis of RF Simulation System
Guo Hao YaIl Jinghai Zhou Bo Zhang Shaolin
(No．63880 Troops of PLA，Luoyang 471003)
Abst倍ct The electrornagnetic erⅣimrmlent of a s咖i-physical siHlulation work area is measured and analysed，and the
generation and intensity of electramagnetic leakage is investigated． It is practical t0 impmve the method of electrornagnetic
1eakage measurement，establish appropriate safeguard and protect staff healt}L
Kby Words RF simulation system，electmmagnetic leakage，eletrormgnetic protection
CIa豁Numb盯Q441．5
1 引言
隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電磁環(huán)境日趨復(fù)
雜，軍事和民用領(lǐng)域都對(duì)設(shè)備使用的電磁環(huán)境提出
了更嚴(yán)格的要求[1]。對(duì)電磁環(huán)境的掌握除理論計(jì)
算外，更多的還要依賴實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和分析。
半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，設(shè)備電磁信號(hào)的
泄漏使試驗(yàn)電磁環(huán)境更加復(fù)雜，這樣不僅會(huì)對(duì)試驗(yàn)
進(jìn)程以及試驗(yàn)結(jié)果置信度造成影響，也給參試人員
身體健康帶來(lái)一定危害。
本文對(duì)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)某分系統(tǒng)中主要模塊的
電磁泄露強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)量分析，為構(gòu)建仿真試驗(yàn)系
統(tǒng)的預(yù)警防護(hù)措施和保障參試人員的身體健康提
供了有效的數(shù)據(jù)支持。
2 電磁輻射及其危害
帶電系統(tǒng)的電荷或電流隨時(shí)間變化產(chǎn)生磁場(chǎng)，
變化的磁場(chǎng)在其鄰近的區(qū)域引起新的變化電場(chǎng)，且
變化的電場(chǎng)與磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著的，形成統(tǒng)一的電
磁場(chǎng)‘2|。這種由近而遠(yuǎn)，交替變化向系統(tǒng)周圍能量
傳播的過(guò)程就是電磁波的輻射[3l，見(jiàn)圖1。
振
場(chǎng)
傳播方向
圖1電磁波輻射過(guò)程
隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，電磁波已廣泛地應(yīng)用于
電子設(shè)備之間的信息交互中，隨之而來(lái)的電磁干擾
也從低頻到微波波段，無(wú)孑L不入地輻射或傳導(dǎo)給運(yùn)
行中的設(shè)備并給周圍的環(huán)境帶來(lái)意想不到的危
害‘4|。
2．1電磁泄露原因
目前的研究表明，通常情況下造成射頻系統(tǒng)設(shè)
*收稿日期：2010年11月8日．修回日期：2010年12月9日
作者簡(jiǎn)介：郭浩，男，碩士，研究方向：電子戰(zhàn)，電磁兼容方面研究。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
備電融泄潲的婭WT謄禮以f、兒個(gè)^㈨：
¨驛蔽H}施小完酋
防JL劓顴系統(tǒng)啦備U酷輻射的重璺技術(shù)是采
取肝蔽措施Ⅲ仡實(shí)際1怍中mj世ll、制造等
味【N會(huì)造成悻蔽拊施結(jié)蜘水臺(tái)州電’i接觸小嚴(yán)
*f兒M導(dǎo)致}U磁Ⅻ蛾#的產(chǎn)十。
：)接地川題
劉于lU磁輛射防護(hù)『【{J研究喪刪系統(tǒng)電融靴}射
l擾‘o接地的戈系高塒．人多數(shù)最統(tǒng)的電磁輛刺問(wèn)
題址uI{接地n先黃，jf起的+
3)璇箭布¨小合理
射蝴元件的距離巾局小舟刪．暴繾l*缶附近垃
多盤桶世施f々輸電纜的走線等¨趔會(huì)引起輻射業(yè)
次輻射。
2 1電磁輻射的危害
電r娃波址“益』利會(huì)艇脞的信．包越體和能嫩
流裁體．仳鼉土f'境中l(wèi)U{I羲場(chǎng)強(qiáng)度越過(guò)一定限竹時(shí)．
卻成為個(gè)哦要吶環(huán)境n染要索．”也‘茸效廟已受
到舊際環(huán)佩領(lǐng)域的高度-n桃1．橄州』q標(biāo)《一乜破兼
群水L“^(，l{Tl騙j-1，注釋“町將電I菇感}*引申包括
m電磁輻射巾“．所“耶境的電融輒日f(shuō)概念包括輛
射_憾悔
IU磁輔射的危害士要也括阿方面
2 2 l對(duì)人體的危害
電磁場(chǎng)時(shí)人體的F蚤影響ⅢLI岫結(jié)對(duì)姒下幾
^_】
1)熱做脯IU磁場(chǎng)作川r人眥細(xì)胞和小物介
質(zhì)1．tj『世燦4 1溫度一高。
!)1I：熱教威：lU磁場(chǎng)__匝過(guò)使人悼溫懂升高以
外的^式改變卡JⅢ生化過(guò)程。
3)鞋科被府熱敬應(yīng)和lI：熱艘吐n：用丁人
體后．人體皚受的協(xié)害未褂到自找修復(fù)前．冉次
受到電磁渡輻射傷籌5_|c會(huì)荻，p祟樅，l乇捌接觸
電礁輻射的人肝u『I使接觸功蘋很?。l率很
骶．世--f譴受祟租技膻蟛響產(chǎn)生不川程度的健
康也宙。
【q釘、【。l州兩洲定義J’環(huán)境}U礁渡的容i1輻
射強(qiáng)度．以電_i12[漩輻口十強(qiáng)度慢托頻段特性對(duì)人體nf
能4【趙滸舟比不良影響的l；耐下值山界將環(huán)境}b瞄
波容許輻射強(qiáng)埡柑、濉仆勾。緞。環(huán)境lU融波鋅I十
輻剩性噬j，級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表l所小。
2 1 2對(duì)罔圍曲電碰設(shè)備彤成電磁干擾
盎功二#的I乜r世衙鋅島對(duì)其岜設(shè)備產(chǎn)牛{擾，
多數(shù)設(shè)箭接收機(jī)和f。，寸灶鯉’肌劉一敞弱f÷，寸址{r放
大、慳攙州址理Hf刈f。擾極為敞感。“：境巾非預(yù)
期的lU磁I擾nf以他硅敏1j{=較高的醴箭產(chǎn)牛信峙
槌糊、失豇、畸蠻和差錯(cuò)．杜_(tái)5蘭導(dǎo)設(shè)f：息錯(cuò)誤、丟失
巾I#舭造成lU r世薔和樂(lè)統(tǒng)的冉敞扯發(fā)生小鞫J望
的降低。。
表1 w境電《*g許輻射標(biāo)#
v m *l=女濁H場(chǎng)強(qiáng)符**＆
場(chǎng)盥分觸劃镕世臺(tái)場(chǎng)“Ⅻ
0測(cè)試分析
1]測(cè)試方法
}’實(shí)物仿真試聆系統(tǒng)坫構(gòu)復(fù)雜．電碰輔射源
多．天線陣列分系統(tǒng)址系統(tǒng)t甚的輻射源．Iq此士
鼉刈槧射卿!仿真試翰系統(tǒng)的火線陣列分最統(tǒng)電磁
環(huán)境進(jìn)行測(cè)礬，
仿豇系統(tǒng)，“十的桃擬射頻忙號(hào)#舞經(jīng)過(guò)倍0
披|I橫塊、啊柑托制稅J盤、射顴通道模蚨和天線陣
劉r眸糟I持終通過(guò)足線阿州11】]敞試乩輔鮒。1．述
口個(gè)慢挑址保址天線陣列止常【作的戈鍵．也足劓
順兒器1¨蜒巾的地方?此測(cè)試牛嚼州大線漬i“
糸統(tǒng)的這叫十摸塊進(jìn)行刪節(jié)。天線陣列信號(hào)傳輸
射頻通道㈨例!所小。
匝一麗l剛卜L『叫薪L墮懦劃獅愿止H生—型；—百鋤囝
目：i線陣W镕{傳輸射頻№道
測(cè)試采川誰(shuí)h{NM【jt【s．【?v I㈣島¨Ⅲ1s
【，ⅢhlI公}帥々NI{M二Ⅲ)(N盯d r1 l{㈨a(1bal“l(fā)?1cld
Mclcr)赳帶場(chǎng)灶倥進(jìn)行測(cè)試．蟣目3所小。
目3}持＼I{Ml¨”觀Ⅱ#*i意
l&amp;amp;儀**適川溫度I(1x、～H)I、．特{水果JfJ探頭
的不M蝴率旭同?kIIz一一611(，Hz．如袁2所小。
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)
174 郭浩等：射頻仿真試驗(yàn)系統(tǒng)電磁泄露分析總第202期
表2 NBM一550探頭列表
測(cè)試環(huán)境溫度為20℃，為了減少干擾，在測(cè)試
過(guò)程中注意以下幾個(gè)方面：”
1)測(cè)試對(duì)象采用隔離電源供電(電源濾波
器)，以屏蔽來(lái)自空間和電源的干擾。
2)因?yàn)槿展鉄羰且环N寬帶干擾源，所以測(cè)試
時(shí)只保留必要的日光燈。
3)測(cè)試針對(duì)正常工作環(huán)境，但只啟用待測(cè)設(shè)
備，以減少其他設(shè)備造成的干擾和誤差。
4)設(shè)備都良好接地。
5)信號(hào)通過(guò)射頻電纜傳輸?shù)礁鞅粶y(cè)設(shè)備中。
3．2測(cè)試結(jié)果及分析
在仿真系統(tǒng)工作于2．2GHz時(shí)，信號(hào)輸入功率
在一53dBm～一28dBm之間，使用探頭EF0391測(cè)
得信號(hào)輸入功率與泄漏電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)如表3所示。
表3信號(hào)接口模塊輸入功率與泄漏電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系
信號(hào)輸入(dBm)一53—48—43—38—33—28
泄漏場(chǎng)強(qiáng)(V／m)0．25 0．27 O．29 0．3 O．39 O．46
從測(cè)試數(shù)據(jù)中可以看出，隨著信號(hào)輸入功率的
逐漸增加，測(cè)得信號(hào)接口模塊的環(huán)境中泄露電場(chǎng)場(chǎng)
強(qiáng)也隨之增大，呈現(xiàn)正比關(guān)系，如圖4所示。
g
≥
醴
蠼
丑)
畿
熟
圖4泄露場(chǎng)強(qiáng)與信號(hào)功率關(guān)系
輸入信號(hào)頻率為2．2GHz，系統(tǒng)信號(hào)輸入功率
為一33dBm時(shí)，測(cè)得另外三個(gè)模塊泄漏場(chǎng)強(qiáng)如表4
～表6所示。
表4幅相控制模塊電磁泄漏測(cè)試值
幅相控制模塊機(jī)箱內(nèi)部機(jī)箱外部
表5射頻通道模塊電磁泄漏測(cè)試值
表6天線陣列主陣箱電磁泄漏測(cè)試值
此次工作頻點(diǎn)為2．2GHz，兩個(gè)探頭的測(cè)試頻
段均覆蓋工作頻點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果顯示使用探頭
EF6091的測(cè)試結(jié)果明顯大于探頭EF0391的測(cè)試
結(jié)果。分析這種情況是由于EF6091探頭所測(cè)量
的頻帶寬，因此接收到環(huán)境中的諧波更多，此現(xiàn)象
說(shuō)明系統(tǒng)工作于2．2GHz時(shí)，信號(hào)諧波泄露分量較
大。
將測(cè)試結(jié)果與前文表1得到的微波波段
(300MHz～300GHz)電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。表
中微波頻段標(biāo)準(zhǔn)是功率密度的容許標(biāo)準(zhǔn)，而場(chǎng)強(qiáng)儀
測(cè)量的是電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)，因此需要進(jìn)行電場(chǎng)強(qiáng)度和功率
密度的轉(zhuǎn)換。
在微波波段內(nèi)，電場(chǎng)強(qiáng)度和功率密度計(jì)量單位
的換算公式為：
s一易
式中：S為功率密度，單位為w／m2；E為電場(chǎng)強(qiáng)
度，單位為V／m。
因此得到微波波段電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的容許標(biāo)準(zhǔn)為一
級(jí)<6．14V／m，二級(jí)<12．28V／m。射頻通道模塊
和天線陣列主陣箱泄露信號(hào)明顯高于一級(jí)安全區(qū)
的標(biāo)準(zhǔn)，處于二級(jí)中間區(qū)臨界值附近?？紤]到測(cè)試
工作中，工作區(qū)的封閉空間內(nèi)信號(hào)輸入功率的增
加，泄露的信號(hào)將進(jìn)一步增大，會(huì)對(duì)作業(yè)人員身心
健康和儀器的正常使用造成影響。
射頻通道模塊和天線陣列主陣箱測(cè)得機(jī)箱外
部輸出端的泄露信號(hào)較機(jī)箱輸入端泄露信號(hào)強(qiáng)，考
慮到這兩個(gè)模塊使用的是金屬機(jī)柜，可能受到孔徑
屏蔽效能的影響曲]。泄露場(chǎng)強(qiáng)增加的原因還可能
是因?yàn)槟K中信號(hào)功放加載在末端，導(dǎo)致輻射電流
的增加，因此測(cè)得機(jī)箱輸出端泄漏信號(hào)強(qiáng)于輸入端
泄漏信號(hào)。
值得注意的是，在測(cè)試信號(hào)接口模塊過(guò)程中，
發(fā)現(xiàn)置于內(nèi)部的電源的泄露信號(hào)較信號(hào)處理模塊
的泄漏信號(hào)高。分別采用探頭EF6091和HF0191
測(cè)得信號(hào)泄漏場(chǎng)強(qiáng)(數(shù)字加黑)分布如圖5所示。
針對(duì)電源模塊輻射較大問(wèn)題，用探頭EF6091
在工作環(huán)境中對(duì)某充電器電源進(jìn)行了電磁輻射測(cè)
量，探頭貼近電源表面時(shí)，測(cè)得其表面電場(chǎng)輻射
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2011年第4期艦船電子工程
—_磊i—1—叫竺蘭竺竺苧·4lV／m I． 1
5 59mA／mI·o 7v／mH信號(hào)處理模蛇w乙?！塍x·O．93V／m l廣————一射頻信號(hào)
輸入端
注：·為探頭所在位置
圖5接口機(jī)柜信號(hào)泄漏場(chǎng)強(qiáng)分布
30V／m；而當(dāng)探頭移至距充電器10cm處，電場(chǎng)輻
射降至5V／m；探頭繼續(xù)向外移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)呈現(xiàn)下
降趨勢(shì)。通過(guò)上述測(cè)試可知，與系統(tǒng)射頻信號(hào)調(diào)制
模塊的輻射泄露相比，電源模塊輻射較大，電路設(shè)
計(jì)時(shí)應(yīng)將電源模塊設(shè)計(jì)遠(yuǎn)離信號(hào)功能模塊以保證
設(shè)備的正常使用。
根據(jù)上述測(cè)試中出現(xiàn)的問(wèn)題和結(jié)果分析，對(duì)射
頻仿真系統(tǒng)提出以下防護(hù)措施：
1)對(duì)于設(shè)備和元器件比較集中的工作區(qū)，應(yīng)
定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)并逐步建立自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)
強(qiáng)度超標(biāo)情況，盡快采取措施。
2)射頻系統(tǒng)工作區(qū)，設(shè)備要合理布局，減少不
必要的金屬物體堆放，以防止二次輻射。
3)設(shè)備的屏蔽措施良好接地，做到經(jīng)常性檢
查維修。
4)在不影響正常工作的情況下，在操作人員
經(jīng)常停留的地方設(shè)置屏蔽裝置。加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)手
段，如電磁輻射防護(hù)服，專業(yè)護(hù)目鏡等。
4 結(jié)語(yǔ)
半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁輻射源多，
摸清系統(tǒng)電磁環(huán)境及信號(hào)泄漏、輻射是一項(xiàng)繁瑣艱巨
的任務(wù)。本文對(duì)射頻仿真系統(tǒng)天線陣列單元的環(huán)境
電平進(jìn)行測(cè)量。針對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究了電磁泄漏
的測(cè)量方法和強(qiáng)度，并提出了相應(yīng)的解決方法。希望
對(duì)仿真系統(tǒng)的有效使用、建立電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)告警
設(shè)備以及工作人員的身體健康等方面有所益助。
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{!矯出帶也筇出爾趟5帶巡矯出乖出爾出希出爾出爾趟矯出唏}遵綿延綿趟鈽趟5喬出爾地希出帶也筇出喬出寄出爾出帶出爾巡；帶出筇{!；爾爍出爾出喬延矯過(guò)綿≈擎冪出爾出看≈避矯地環(huán)也乖出帶翰≈‰也爾如爾
(上接第171頁(yè))
過(guò)系統(tǒng)靈敏度較多時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)各部分增益來(lái)估
算進(jìn)入前置放大器的輸入信號(hào)是否超出線性范圍。
必要時(shí)可以在放大器前面加衰減器，以減小進(jìn)入前
置放大器的信號(hào)強(qiáng)度[7~8]。
另外，測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度要求隨著測(cè)試系統(tǒng)選
用的喇叭天線、低噪聲放大器的噪聲溫度不同而不
同，地球站允許干擾電平值隨地球站設(shè)備類型、工
作參數(shù)的變化而有所變化，這一點(diǎn)在確定測(cè)試系統(tǒng)
的靈敏度和地球站允許干擾電平值時(shí)要特別注意。
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