電磁頻譜管理課程中電磁兼容的分析與研究

薛紅　邵尉　錢祖平　趙淼

摘 要 本文圍繞電磁頻譜管理課程中的電磁兼容部分進行了分析，重點說明了系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容和系統(tǒng)間電磁兼容，強調(diào)以學(xué)促教，因?qū)W論教。采用案例式教學(xué)法，適時引入合適的實際工程應(yīng)用案例，本著從嚴治教治學(xué)的原則，遵循教學(xué)規(guī)律，講究方法運用，以促進教學(xué)效果提升為指向。因?qū)W定教，鼓勵學(xué)生參與教學(xué)進程，取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 頻譜管理 電磁兼容 案例式教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.08.020

Abstract In this paper， the electromagnetic compatibility part of the electromagnetic spectrum management course is analyzed. The emphasis is the electromagnetic compatibility in the system and between systems， we emphasize on learning to promote teaching. We use case based teaching method and introduce appropriate practical engineering application cases. We follow the principle of strict management of teaching research and the teaching rules， pay attention to the use of methods， in order to promote teaching and learning effects. Because of learning by teaching， students are encouraged to participate in the teaching process， it has achieved good teaching results.

Key words spectrum management； electromagnetic compatibility； case teaching

信息化戰(zhàn)場將是陸、海、空、天及電磁的聯(lián)合作戰(zhàn)，越來越多的高技術(shù)用頻裝備被運用到作戰(zhàn)領(lǐng)域的各個環(huán)節(jié)中。電磁環(huán)境異常復(fù)雜，頻譜資源利用率低，頻譜使用技術(shù)優(yōu)勢不明顯，給我軍戰(zhàn)場電磁頻譜管理造成了潛在的影響。為了適應(yīng)未來信息化條件下作戰(zhàn)對電磁頻譜管理人才的需求，我校將本科電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的內(nèi)涵擴展至電磁頻譜管理領(lǐng)域，將電磁頻譜管理課程作為該專業(yè)的核心課程以及其他多個專業(yè)的選修課程納入新一代本科教學(xué)體系，為電磁頻譜管理的專業(yè)發(fā)展和教學(xué)體系建設(shè)提供了難得的機遇，還為我軍電磁頻譜管理人才培養(yǎng)和后備力量建設(shè)提供有力支撐。

1 研究思路

電磁頻譜管理課程圍繞頻譜管理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，按照“瞄準目標，優(yōu)化內(nèi)容，夯實基礎(chǔ)，突出實新”的原則，對比較完善和成熟的教學(xué)內(nèi)容，在保證其理論體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)專業(yè)建設(shè)和培養(yǎng)目標，側(cè)重內(nèi)容的精選、完善和更新；對較零散的教學(xué)內(nèi)容，則需要提高理論起點，建立比較完善的理論體系。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)形成比較全面和合理的知識結(jié)構(gòu)，為將來勝任頻譜管理工作和進一步提高專業(yè)技能與業(yè)務(wù)素質(zhì)筑牢基礎(chǔ)。

電磁頻譜管理是一個完整、系統(tǒng)、復(fù)雜和開放的體系結(jié)構(gòu)。本課程理論教學(xué)內(nèi)容主要分為頻譜管理基礎(chǔ)、系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容分析、系統(tǒng)間電磁兼容分析、無線電監(jiān)測測向與定位、頻管新技術(shù)等五個部分。我們將頻譜管理基礎(chǔ)、電磁兼容分析、無線電監(jiān)測測向與定位等定位為“急需型”知識，是從事頻管工作必須具備的專業(yè)基礎(chǔ)知識，而頻管新技術(shù)則定位為“前瞻型”知識，是目前頻管技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。教學(xué)時，這兩類知識并列存在，打好這兩類知識基礎(chǔ)尤為重要。

電磁兼容性（EMC，即Electromagnetic Compatibility）是指電氣、電子設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求能正常運行，并且不對其環(huán)境中的任何設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生無法忍受的電磁騷擾的能力。①EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁騷擾不能超過一定的限值；另一方面是指設(shè)備對所在環(huán)境中存在的電磁騷擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。因此，EMC包括頻譜共用、干擾靈敏度、系統(tǒng)裝置、電磁環(huán)境等四個方面的問題，也即是不同的無線電系統(tǒng)間存在頻譜共用問題，接收機等電子設(shè)備對干擾的靈敏度問題，無線電系統(tǒng)間的相互影響以及電磁環(huán)境的影響。本課程中所研究的是EMC中的頻譜共用和干擾靈敏度，主要內(nèi)容包括系統(tǒng)內(nèi)電磁干擾及防護、收發(fā)信機結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)間電磁兼容分析，對可能受到或產(chǎn)生的干擾進行預(yù)測、分析和評估，圍繞無線電臺站間的用頻兼容性以及電磁隔離性，針對如何合理地利用無線電頻譜進行研究。

2 研究內(nèi)容

頻譜管理的目的是實現(xiàn)多種系統(tǒng)或業(yè)務(wù)之間的共存，最大限度地提高頻譜利用率，而電磁兼容分析是保證各種系統(tǒng)或業(yè)務(wù)相互兼容的主要技術(shù)手段。在現(xiàn)代和未來戰(zhàn)爭中如何加強電磁兼容性分析，避免相互干擾，保障戰(zhàn)場環(huán)境下軍事通信運用的有效性，已成為己方戰(zhàn)斗力生成的關(guān)鍵因素。電磁兼容主要分為系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容和系統(tǒng)間電磁兼容，其中，電磁干擾及防護是系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容的主要內(nèi)容，干擾預(yù)測和分析是系統(tǒng)間電磁兼容的核心內(nèi)容。

2.1 系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容

在實際教學(xué)過程中，我們將系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容分成電磁干擾及防護、收發(fā)信機結(jié)構(gòu)和電波傳播基礎(chǔ)三個部分。需要注意的是，本內(nèi)容中的電波傳播基礎(chǔ)與“天線與電波傳播”課程中的電波傳播部分應(yīng)有所區(qū)別。后者側(cè)重基本理論的講解，而前者則緊扣頻譜管理中的“預(yù)測”應(yīng)用展開分析。

電磁干擾及防護首先給出電磁兼容的基本概念，分析了電磁干擾三要素中的干擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備，強調(diào)干擾源的類型、特點和性質(zhì)。通過對電磁干擾傳播與耦合機理的分析，以傳導(dǎo)干擾和輻射干擾為例，說明了典型的干擾途徑以及電磁干擾的抑制措施。②我們以干擾三要素為模型，構(gòu)建系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容預(yù)測分析的數(shù)學(xué)模型，在定性分析的基礎(chǔ)上對干擾狀況進行定量計算，使學(xué)生能夠理解電磁兼容特性與要求之間的相關(guān)性。

收發(fā)信機結(jié)構(gòu)中首先圍繞著射頻系統(tǒng)中的噪聲系數(shù)和非線性失真兩個很重要的指標展開，討論射頻電路中噪聲的來源、大小和度量方法，以及器件的非線性特性及其對系統(tǒng)的影響，并重點分析它們對接收機靈敏度和動態(tài)范圍的影響。以GSM為例，從系統(tǒng)的角度介紹收發(fā)信機幾種常用的方案，明確了其結(jié)構(gòu)組成，同時對接收和發(fā)射的技術(shù)指標進行分析，意在讓學(xué)生對系統(tǒng)特性和整機性能有較全面的了解。

電波傳播基礎(chǔ)中圍繞各種電波傳播方式的特性，討論各種傳播方式下的場強計算方法，分析各種常用傳播模型及應(yīng)用。通過這部分內(nèi)容的教學(xué)，使學(xué)生能夠掌握電波傳播損耗計算，并能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于系統(tǒng)間電磁兼容分析，本部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)緊緊圍繞電磁頻譜管理中的“干擾預(yù)測”應(yīng)用展開分析，注重解決實際問題。

2.2 系統(tǒng)間電磁兼容

系統(tǒng)間電磁兼容是指給定系統(tǒng)與它運行所處的電磁環(huán)境或與其他系統(tǒng)間的電磁兼容性。無論是頻率劃分、規(guī)劃、分配和指配，還是設(shè)備檢測、無線電臺站管理、無線電監(jiān)測和臺站監(jiān)督檢查等，電磁頻譜管理的目的是實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)和系統(tǒng)之間的相互兼容，提高頻譜的利用率。而其主要技術(shù)手段就是系統(tǒng)間電磁兼容分析，判斷無線電設(shè)備、系統(tǒng)或臺站之間是否相互兼容是圍繞著允許干擾電平和實際干擾電平這兩個關(guān)鍵技術(shù)指標參數(shù)的計算而展開的。

開展無線電設(shè)備或系統(tǒng)間電磁兼容分析包括兩方面的含義：一是計算擬設(shè)無線電設(shè)備對已設(shè)無線電設(shè)備的干擾；二是要計算已設(shè)無線電設(shè)備對擬設(shè)無線電設(shè)備的干擾。無線電臺站間的干擾，主要包括同頻干擾、鄰頻干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾和帶外干擾等。以固定無線電臺站之間的干擾為例，對系統(tǒng)間電磁兼容性進行分析或預(yù)測分析，課程中我們圍繞著發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)展開分析。為了分析方便，我們認為，發(fā)射系統(tǒng)包括發(fā)射機和發(fā)射天線，接收系統(tǒng)由接收機和接收天線組成，發(fā)射系統(tǒng)對接收系統(tǒng)的干擾，就是發(fā)射機發(fā)出的電磁波經(jīng)發(fā)射天線輻射出去后，經(jīng)空間電波傳播，通過接收天線傳送給接收機而產(chǎn)生的干擾。從最簡單的“發(fā)射系統(tǒng)—接收系統(tǒng)”對入手，采用逐對分析的方式，建立系統(tǒng)間電磁干擾預(yù)測模型。同時，在逐對分析的過程中，按照分級預(yù)測的原理，將預(yù)測模型分成四個等級，包括快篩選、幅度篩選、干擾余量修正、詳細預(yù)測等。以理論計算為指導(dǎo)，借助計算機仿真和實驗室測試，對前面預(yù)測模型的結(jié)果進行修正，同時可以對仿真參數(shù)的選取進行相應(yīng)的調(diào)整。③

2.3 教學(xué)方法

本課程中我們采用案例教學(xué)法，結(jié)合電磁頻譜監(jiān)測與識別實驗室資源，把實際工作中的真實情景加以典型化處理，形成供學(xué)生思考分析的案例，適時引入，通過獨立研究和相互討論的方式，來提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。強調(diào)以學(xué)促教，因?qū)W論教。

在案例教學(xué)中，老師必須搜集、整理合適的案例，對案例中所涉及的相關(guān)知識應(yīng)有較深刻的認識。學(xué)生拿到案例后，先要進行消化，然后查閱各種必要的資料，主動對理論知識進行理解。他還要經(jīng)過縝密思考，提出解決問題的方案，這一步應(yīng)視為能力上的升華。案例分析不能夠只停留在表面，深入透徹的討論分析才是至關(guān)重要的，老師應(yīng)設(shè)法引導(dǎo)學(xué)生圍繞案例展開討論，方式多樣化，可以利用仿真和實驗，使學(xué)生感到形象逼真，從而大大提高教學(xué)效果。同時，老師要根據(jù)不同學(xué)生的不同理解補充新的教學(xué)內(nèi)容，雙向的教學(xué)形式對老師也提出了更高的要求。

以地面固定無線電臺站為例，我們分同頻干擾、鄰頻干擾和互調(diào)干擾三種情況來分別說明電磁兼容性的應(yīng)用。在實際教學(xué)過程中，需要進行進行設(shè)計和布置。圍繞案例，將這三種情況分組，引導(dǎo)每組成員對各自的課題展開分析和討論，提出相應(yīng)的解決方案。根據(jù)案例中提供的參數(shù)，以電磁兼容分析方法為依據(jù)，利用實驗室現(xiàn)有的高性能儀器設(shè)備與軟件相結(jié)合，構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)，滿足教學(xué)的需求。各種信號的設(shè)計與合成由實驗計算機完成，任意信號發(fā)生器將設(shè)計文件轉(zhuǎn)化為實際復(fù)雜波形。整個過程中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師參與指導(dǎo)，轉(zhuǎn)變“學(xué)跟教走”的思維定勢，注重教師指導(dǎo)與學(xué)生主動學(xué)習(xí)相結(jié)合、書本知識與實踐經(jīng)驗相結(jié)合、課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外拓展相結(jié)合。

3 結(jié)束語

電磁兼容分析是電磁頻譜管理課程的核心內(nèi)容之一，打好這類知識基礎(chǔ)，有助于學(xué)生形成更加優(yōu)化的知識結(jié)構(gòu)，對于勝任頻譜管理技術(shù)工作尤為重要。在教學(xué)中，以促進教學(xué)效果的提升為指向，按照從嚴治教治學(xué)的原則，遵循教學(xué)規(guī)律，講究教學(xué)方法，鼓勵學(xué)生參與教學(xué)進程，取得良好的教學(xué)效果。

注釋

① 馬力.《電磁兼容技術(shù)》教學(xué)方法探討[J].洛陽師范學(xué)院學(xué)報，2012.31（11）：42-44.

② 王培章，錢祖平等.電磁兼容技術(shù)[M].人民郵電出版社，2011.

③ 王國民等.復(fù)雜電磁環(huán)境下基地訓(xùn)練電磁頻譜管控研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013.36（9）：31-33.