摘要：采用頻域分析方法分析機動平臺的電磁頻譜特性，針對發(fā)射機系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對Glonass導航設備所造成的電磁干擾，利用電磁仿真設計軟件EMC Studio進行仿真計算，從而獲得最大干擾路徑和干擾信號幅度，并給出具體的改進設計方法和處理措施，實現(xiàn)系統(tǒng)兼容工作。
關鍵詞：機動平臺；Glonass導航設備；諧波干擾；電磁仿真

0 引言
    機動平臺的發(fā)射機系統(tǒng)可以用于對特定電磁信號進行干擾，是目前不受地域限制的重要干擾手段之一，在電子對抗應用中具有舉足輕重的作用。某機動平臺上既集成有自身保障系統(tǒng)，又集成有任務電子系統(tǒng)，即發(fā)射機系統(tǒng)。自身保障系統(tǒng)中的導航控制系統(tǒng)是機動平臺快速移動目標、有效完成任務的重要保證。因此，在一些機動平臺上不只安裝一種導航設備，它們互為備份，可以相應提高機動平臺在特定時期的抗干擾能力和生存能力。
    當前主要的衛(wèi)星定位導航設備包括美國的GPS、俄羅斯的Glonass系統(tǒng)等，它們都具有定位、導航、信息采集等功能。發(fā)射機系統(tǒng)主要對特定區(qū)域內的特定信號進行干擾。當發(fā)射機系統(tǒng)滿功率發(fā)射時，將產(chǎn)生較強的諧波信號。若諧波信號落入機動平臺上非常靈敏的導航設備接收通帶內，就會產(chǎn)生潛在干擾，從而影響機動平臺的正常運行和作戰(zhàn)使命。這是因為導航設備所能接收到的衛(wèi)星信號非常弱，需要把接收機的靈敏度設計得很高，從而導致接收機很容易受到外界其他電磁信號的干擾。因此，針對如何減少發(fā)射機系統(tǒng)諧波對導航設備的干擾和提高導航設備自身的抗干擾性能進行設計分析，就顯得極為重要。

1 諧波干擾仿真分析
1．1 潛在干擾分析
    若要實現(xiàn)機動平臺復雜電磁信號兼容設計，就必須全面掌握機動平臺電子設備和收發(fā)天線的總體布局。為使導航天線在同一時間內能盡量多接收幾顆衛(wèi)星提供的信號，需把它布局在機動平臺頂部且不受任何物體遮擋；干擾天線采用微帶天線結構，其優(yōu)點是體積小、重量輕、低剖面，易與高速機動平臺共形，且電性能多樣化，尤其適合大規(guī)模生產(chǎn)。干擾天線為了完成對特定區(qū)域內特定信號的輻射干擾，需布局在平臺兩側，且能保證機動平臺按一定軌跡高速運動時，天線方向圖能指向所設定的干擾區(qū)域。在分析整個機動平臺電磁信號頻譜特性過程中，因特殊原因不具體描述各設備的工作頻率和干擾機理。
    機動平臺主要電磁信號頻譜特性示意圖如圖1，圖2所示。

    在進行機動平臺主要電磁頻譜特性分析時，發(fā)現(xiàn)可能存在兩個潛在干擾，即機載發(fā)動機電磁輻射頻率和發(fā)射機某次諧波頻率覆蓋了相應接收機的工作帶寬。發(fā)動機工作時的電磁輻射特性見圖2，結合圖1可以明顯看出機動平臺發(fā)動機工作時產(chǎn)生的輻射頻譜較寬，已覆蓋了大多數(shù)接收設備的工作頻段，似乎存在潛在干擾。在機動平臺自身的鑒定試驗中已經(jīng)證明，發(fā)動機不會對接收機造成干擾。這是因為發(fā)動機工作時盡管產(chǎn)生了尖脈沖，尖脈沖前沿陡峭，在頻譜展開時具有很豐富的頻率分量，但都是不帶調制的單載波，且持續(xù)時間極短，信號幅度小，幾乎沒什么干擾能力；另外，接收機本身也具備抑制象這種單載波弱信號干擾的能力。
    機動平臺的發(fā)射機系統(tǒng)包含高、低兩個頻段的發(fā)射機，主要針對某些特定區(qū)域特定信號進行干擾，要實現(xiàn)這個功能，它們的發(fā)射功率都較大。因此，當它們滿功率工作時，將產(chǎn)生較強的諧波信號和交調信號，若這些信號落入了機動平臺接收設備的通帶內，就有可能造成干擾。通過仔細分析諧波和交調信號頻率，僅發(fā)現(xiàn)低頻段發(fā)射機一部分工作頻率的諧波落入了Glonass導航設備的接收通帶內，將對Glonass導航設備造成潛在干擾。為了獲得諧波干擾的主要路徑和干擾程度，就需利用工程軟件進行仿真分析，便于在研制過程中采取相應控制措施降低諧波干擾程度或者增大敏感設備抗干擾能力。
1．2 干擾頻率分析
    機動平臺發(fā)射機系統(tǒng)包含高、低兩個頻段大功率發(fā)射機，將產(chǎn)生的電磁輻射干擾主要包括基波干擾、諧波干擾和交調干擾?；ǜ蓴_最大，需在方案設計初期通過頻譜管理避開基波對平臺內其他設備的電磁干擾。諧波和交調頻率非常豐富，對它們可能產(chǎn)生的電磁輻射干擾也不容忽視，需要對各種組合頻率情況進行詳細分析，充分明確是否有干擾頻率落入了機動平臺內相應接收設備的工作頻帶。平臺內的接收設備主要包括兩類，一類是任務接收設備，一類是導航保障設備。任務接收設備主要為發(fā)射機系統(tǒng)提供相應信息，共用天線，分時工作，因此不會受到發(fā)射機的干擾。導航保障設備需要不間斷工作，不允許受到外來干擾。GPS導航設備的工作頻率在(1 575．42±1．5)MHz，Glonass導航設備的工作頻率在(1 602±7)MHz，通帶均較窄。首先通過頻譜管理確保了發(fā)射機基波不會對兩種導航設備造成干擾。其次對發(fā)射機的交調信號進行分析，當同時發(fā)射高、低頻段兩組干擾信號時，將產(chǎn)生如表1中所示頻率范圍內的交調信號。

    從分析結果可以看出，同時發(fā)射高、低頻段兩組干擾信號時所產(chǎn)生的交調信號未落入兩種導航設備的接收通帶內，不會出現(xiàn)潛在干擾頻率問題。最后對諧波信號進行分析，發(fā)現(xiàn)低頻段發(fā)射機工作時，其中一部分諧波頻率落入了Glonass導航設備的接收通帶內，有潛在干擾Glonass導航設備正常工作的可能。
    通過以上頻率分析已經(jīng)明確，機動平臺的主要干擾問題為諧波干擾，即發(fā)射機系統(tǒng)的一部分諧波可能潛在干擾Glonass導航設備。
1．3 諧波干擾仿真
1．3．1 仿真物理模型
    根據(jù)機動平臺電子設備和天線布局情況以及平臺本身的低電磁屏蔽性進行分析，諧波干擾途徑主要有兩種，即電纜耦合和天線輻射，其他途徑造成的干擾都應比它們更小。
    在明確干擾源、干擾路徑和敏感體之后，就可以細化仿真物理模型，由機動平臺、線纜線束、低頻段發(fā)射天線及Glonass導航天線構建的仿真物理模型如圖3所示，其中機動平臺介電常數(shù)為1．2，導電率為100 S／m，設備為導體。

1．3．2 線纜結點設備連接關系
    在建立仿真模型時，首先應明確干擾設備在仿真模型中的結點設備連接關系和Glonass天線饋線連接關系，其次是源端結點設備內部電路(含信號源)，最后是終端Glonass天線結點設備內部電路(含探針)。
1．3．3 仿真結果分析
    發(fā)射機系統(tǒng)低頻段發(fā)射天線在預設的諧波1 602 MHz的輻射方向圖見圖3所示。假設低頻段發(fā)射機輸出基波功率為50 dBm，在諧波為1 602 MHz處抑制70 dB，剛好滿足國軍標對二、三次諧波的基本抑制要求，則發(fā)射天線等效輸入諧波功率為-20 dBm；若天線饋線的屏蔽效能為90 dB，則電纜等效泄露功率為-110 dBm?，F(xiàn)在可以通過預設條件來獲得如下仿真結果：
    Glonass天線接收到發(fā)射天線對外輻射的三次諧波功率為-98．5 dBm，高于導航設備接收靈敏度近30 dB，存在明顯干擾。
    Glonass天線饋線在接收機一端的感應功率為-131．0 dBm；在另一端的感應功率為-131．3 dBm，不存在明顯干擾。
    對仿真結果進行分析可以發(fā)現(xiàn)，Glonass導航設備所受到的諧波干擾，主要來源于收發(fā)天線的空間耦合，通過線纜耦合感應的干擾信號遠小于天線間耦合路徑，但也不能忽視對線纜的360°屏蔽端接要求。

2 改進設計與建議
2．1 改進設計
    在明確干擾路徑之后，需要采取相應措施進行改進設計。仿真分析的結果表明，采取以下改進設計方法可以解決諧波的干擾問題，實現(xiàn)系統(tǒng)兼容的目標。
    (1)增大發(fā)射天線金屬背板的表面積，既可以減小發(fā)射天線后瓣干擾，也可以增大發(fā)射天線與Glonass導航天線間的隔離度，從而減小發(fā)射天線諧波對Glonass導航天線的干擾。但同時也減小了基波的輻射方向圖，因此，在滿足基波輻射方向圖的條件下，盡量增大發(fā)射天線金屬背板的表面積。
    (2)增大收發(fā)天線在諧波頻段內的隔離度，發(fā)射天線諧波輻射方向圖盡量偏離Glonass導航天線接收方向圖，且Glonass導航天線方向圖盡量朝向空中。
    (3)優(yōu)化導航天線的安裝布局，優(yōu)化結果是GPS導航天線的安裝位置最佳。若直接互換位置，就會減弱GPS導航天線接收衛(wèi)星信號的能力；若直接布局在同一個位置，就必須首先解決導航天線間的相互干擾。在現(xiàn)階段，集成了以上這兩種導航方式的天線已研制成功，并增加了預選功能，增強了抗干擾能力，外形結構示意圖見圖4。該天線體積為104 mm×71 mm×10 mm；重量較輕為100 g，與單個GPS導航天線外形和安裝方式一致。另外，采用綜合傳感器方式，可以相應減少平臺內天線數(shù)量，從而相應減小天線布局的難度。

2．2 處理措施
    根據(jù)所需實施的改進設計要求，建議作如下處理措施：
    (1)適當增大發(fā)射天線金屬背板的表面積，也可在發(fā)射天線的安裝面涂敷金屬涂料或加裝導電碳纖維夾層。
    (2)優(yōu)先采用前級具備濾波功能的“二合一”導航天線和接收機。
    (3)調整天線間距，或將天線地金屬層設計成“周期性非理想地”，在諧波處可以增加10～15 dB的隔離。
    (4)提高發(fā)射機諧波抑制性能。
    (5)加強系統(tǒng)中射頻連接的阻抗匹配設計。
    (6)大功率連接器選用沒有鍍鎳工藝的連接器。
    (7)提高電纜的屏蔽效能。
    (8)系統(tǒng)中應采取多點接地措施，特別是大功率濾波器類的接地。

3 結語
    機動平臺在某些特定時期的作用將越來越大，需要集成的功能將越來越多，采用綜合傳感器方式將是未來科技發(fā)展的趨勢。本文根據(jù)機動平臺發(fā)射機系統(tǒng)諧波對Glonass導航設備所造成的電磁干擾進行了全面分析，并通過電磁仿真獲得最大干擾路徑和干擾程度。為了解決干擾問題，給出了所需實施的改進設計方法和處理措施，從而為此類機動平臺干擾系統(tǒng)的順利研制提供了一套行之有效的設計手段。伴隨某工程的順利研制，驗證了它在工程設計中的有效性和使用價值，具有進一步推廣應用的基礎。