车载电子设备复杂电磁环境效应探讨
[摘要]随着车载电子设备日趋增多，车载电子设备的复杂电磁环境效应成为关注焦点和重要研究课题，以搭载超短波电台和北斗导航系统的民用车为载体，探讨和研究车载电子设备复杂电磁环境效应中的各类干扰效应，并据此进行车载电子设备的天线布局优化设计和电磁脉冲防护设计，确保车辆机动性和安全性能。
[关键词]车载电子设备;复杂;电磁环境;效应
车载电子设备面临复杂的电磁环境，受到来自不同方面的电磁干扰和影响，为此要重点探讨车载电子设备的复杂电磁环境效应，明晰各类电磁干扰源对车载电子设备的干扰特性和机理，获悉车载电子设备复杂电磁环境效应，依此计算获取天线布局的优化方案，降低车载电子设备天线间的互耦干扰现象。并考虑到车载电子设备辐射发射而引发的电磁干扰，计算获悉车载电子设备电磁环境的一般性规律，实现车载电子设备的电磁兼容性设计。
1车载电子设备辐射特性下的天线布局优化设计
由于车载电子设备复杂电磁环境效应中存在因设备天线辐射特性而引发的天线方向图畸变、天线间互耦干扰和天线大功率辐射干扰等现象，为此要基于车载电子设备天线间耦合度计算模型和天线辐射模型，明晰车载电子设备的辐射特性，并进行车载电子设备天线的优化布局和设计。车载电子设备天线间耦合度及方向图的畸变：车载电子设备存在辐射干扰的影响，设备天线间也存在较大的互耦干扰，从而降低天线的收发性能。要基于车载超短波电台天线与北斗导航天线间的耦合度和方向图畸变度，进行车载电子设备天线间电磁互耦干扰分析，可以采用线性系统中的二端口网络模型计算双天线系统的耦合度，获悉天线车载双天线间的干扰程度。同时，可以对电基本振子的物理模型进行推导，求解计算电基本振子辐射电磁场，进行所有电基本振子电磁场的矢量叠加，从而完成车载电子设备天线辐射模型的分析。考虑到空间中任意位置有不同的天线辐射功率，可以通过对车载电子设备天线方向图的仿真，获悉天线的辐射增益与空间角度之间的关系，分析出天线装车后方向图等辐射特性的变化规律。对车载超短波天线进行建模仿真，分析结果可知：车载超短波天线安装于车辆不同位置时的畸变主要体现于天线顶部和天线底部存在增益变大的现象，当天线安装于车顶时，由方向图可知其E面的天线底部存在较大的畸变，H面的畸变度相对较小，天线顶部主瓣则没有明显的增益改变[1]。车载电子设备天线布局优化分析：考虑到车载电子设备电磁环境的复杂性，要提出合理的车载电子设备天线综合布局方案，采用理想点排序法比较现有方案与最佳方案之间的接近程度，对现有方案进行分析和评价，实现车载电子设备天线安装位置的电磁兼容性评价。首先要确定待评估量化指标，其中，超短波天线在不同安装位置时的电磁兼容性评价指标有电子设备干扰信号、与车载北斗导航天线在144MHz的耦合度均值、方向图不同面的畸变程度，北斗导航天线的电磁兼容指标则是指与车载超短波天线在1561MHz的耦合度均值，其他指标相同。然后，构建包涵m个方案与n个指标的初始化矩阵、加权标准化矩阵，确定正负理想点，最后进行计算和评价。计算结果如下表所示：由上表可知，144MHz超短波天线和北斗导航天线安装于车顶中央的B点具有最佳的电磁兼容性。
2车载电子设备前门电磁脉冲效应及防护设计
考虑到复杂电磁环境中的极端情形，要进行车载电子设备前门电磁脉冲效应分析，并以此设计车载电子设备前门电磁脉冲防护电路，实现对电磁脉冲的有效防护。车载电子设备前门电磁脉冲耦合效应：由于电磁脉冲能够从任意入射角和任意极化角袭击车辆，为此要明晰电磁脉冲入射波参数变化时的前门受扰信号特性，仿真分析车载超短波电台天线和北斗导航天线受扰信号幅值区间、受扰信号上升时间及能量集中频段，分析可知，144MHz超短波天线受扰信号峰值为3312.8V，脉冲前沿上升时间为1.7ns，能量集中于10-150MHz频段;北斗导航天线受扰信号峰值为48V，峰值脉冲上升时间为1.35ns，能量集中于0-80MHz频段。车载超短波电台前门电磁脉冲防护设计：采用三级设计结构进行前门防护电路设计，第一级为大电流流通量的气体放电管，第二级为与被防护设备频带一致的带通滤波电路，第三级为皮秒级响应时间的低电容TVS，能够实现对带内信号的时域抑制和带外信号的有效抑制。在带通滤波电路设计的过程中，选取二阶巴特沃斯滤波电路实现带通滤波功能，利用其通带衰减性平坦和易于设计的优点，进行通信设备前门防护电路的设计[2]。
3结语
综上所述，车载电子设备复杂电磁环境效应是研究难点，要明晰复杂电磁环境的干扰效应特点，基于天线间耦合度和天线辐射原理进行车载电子设备的干扰研究，运用理想点排序法实现车载电子设备天线综合布局的优化，并基于受扰信号特性进行车载电子设备前门电磁脉冲效应的防护设计。后续还要考虑车辆点火系统、雨刮电机、逆变器等不同干扰源的传导干扰，引入微带结构滤波电路和瞬态抑制器件，实现对北斗导航天线前门电磁脉冲的组合性防护。
【参考文献】
[1]郝凤柱.某机载天线系统的电磁脉冲防护研究[D].合肥：合肥工业大学，2017.
[2]王震.车辆发动机系统电磁脉冲效应研究[D].长春：吉林大学，2017.
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