合福高鐵短波電磁干擾實測與分析

江建興，朱 杰，陳弘揚

（國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站，廈門 3610004）

合福高鐵短波電磁干擾實測與分析

江建興，朱 杰，陳弘揚

（國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站，廈門 3610004）

本文首先介紹了電氣化高速鐵路的結(jié)構(gòu)及其電磁干擾來源，并參照國標GB/T 24338.2對合福高鐵列車通過時產(chǎn)生的短波電磁干擾進行了實測與分析。

電氣化高速鐵路；短波；電磁干擾；

1 引言

隨著經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，福建監(jiān)測站短波測向天線場周邊陸續(xù)建成寧上高速公路、合福高速鐵路等，且均未達到國標GB13614-2012[1]規(guī)定的對短波無線電測向臺（站）的保護間距，對測向天線場的電磁環(huán)境造成一定程度的惡化，影響了監(jiān)測測向系統(tǒng)的靈敏度和準確度[2]。

目前已有很多關(guān)于電氣化鐵路電磁干擾的研究，但大部分都是對超短波頻段進行測試。文獻[3]對武廣高鐵超短波30-1000MHz的電磁干擾進行了實測與分析，然而，在測試中RBW設(shè)置過大，雖能加快掃描速度，但會抬高底噪影響弱信號、窄帶信號的測量。文獻[4]研究了電氣化鐵道的無線電噪聲對短波發(fā)信場的影響，選取3，10，30MHz作代表性頻率進行實測分析，但由于電氣化鐵路電磁干擾是寬帶干擾，且具有一定的隨機性，幾個代表性頻率的實測數(shù)值并不能說明整個短波頻段的干擾情況。

為了對電氣化高速鐵路短波頻段的電磁干擾進行定量分析，本文對干擾類型、產(chǎn)生原因進行詳細研究，并參照國標GB/T 24338.2[5]在合福高鐵鐵軌旁進行實測，最后給出分析結(jié)果。

2 電氣化高速鐵路電磁干擾

2.1 電氣化高速鐵路的結(jié)構(gòu)

采用受電弓與接觸網(wǎng)之間的滑動接觸完成能量的傳輸，我國電氣化高速鐵路大部分采用50Hz牽引供電，電能由發(fā)電廠經(jīng)變電所、電網(wǎng)送到牽引變電所，牽引變電所把來自電網(wǎng)的電壓變成25kV送至接觸網(wǎng)，電力機車通過車頂?shù)氖茈姽杉佑|網(wǎng)電能。機車上的變壓器和功率變換模塊接受受電弓的電能后經(jīng)過變壓變頻傳給牽引電動機，帶動列車輪轂旋轉(zhuǎn)，同時把牽引電流引入鋼軌，最后流回牽引變電所，形成牽引供電回路，如圖1所示。電氣化高速鐵路對無線電測向天線場的電磁干擾可分為無源干擾和有源干擾。

圖1 電氣化鐵路結(jié)構(gòu)圖

2.2 無源干擾

對無線電測向天線場的無源干擾，主要是由于線路的金屬部件，即支柱、吊弦、承力索、接觸導線等受電磁波激勵而產(chǎn)生感應(yīng)電流，進而形成二次輻射電磁波，此二次輻射波與主電磁波發(fā)生作用后，使得到達測向天線場的電磁波波前發(fā)生變化，產(chǎn)生測向誤差。此外，鐵路高架橋梁也有可能成為地波傳播的障礙物，使得電磁波發(fā)生繞射，進而影響測向準確度。

2.3 有源干擾

電氣化高速鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)電磁環(huán)境復雜，牽引變電所設(shè)備、供電接觸網(wǎng)、機車內(nèi)部設(shè)備、受電弓與接觸網(wǎng)的滑動接觸點都有可能是電磁干擾源，根據(jù)空間特性，可將它們分為固定干擾源和移動干擾源，如圖2所示。

圖2 電氣化高速鐵路的電磁干擾源

在固定干擾源中，由于交流牽引供電，變電所內(nèi)沒有大型整流設(shè)備，不會產(chǎn)生高次諧波和放電噪聲，所以牽引變電所設(shè)備并不造成嚴重的電磁干擾。牽引供電系統(tǒng)使用的是25kV、50Hz交流供電，供電電壓較低，不會產(chǎn)生電暈噪聲，線路放電屬于局部故障，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)即可排除。在流動干擾源中，電力機車本身產(chǎn)生的干擾一般可以不予考慮，這主要是機車內(nèi)部的干擾源都將受到機車金屬體的屏蔽而向外輻射較少。因此，受電弓在接觸網(wǎng)導線上滑動和離線時所產(chǎn)生的電磁噪聲是最重要的電磁干擾來源，這主要包括三個方面：弓網(wǎng)接觸電阻微小變化引起的電平相對穩(wěn)定的連續(xù)電磁干擾，在低速與啟動時表現(xiàn)明顯；列車正常運行時產(chǎn)生的脈沖連續(xù)電磁干擾；弓網(wǎng)離線產(chǎn)生的不連續(xù)脈沖電磁干擾即弓網(wǎng)離線電弧電磁干擾。由于高速鐵路軌道不平順、列車運行速度變快等原因造成弓網(wǎng)分離的瞬間，受電弓和接觸網(wǎng)之間的電壓差急劇增加，使得兩者之間的氣體發(fā)生擊穿，從而引起氣體放電，形成電弧[6]。弓網(wǎng)離線電弧電磁干擾幅度高、頻域?qū)?，它的產(chǎn)生具有一定的隨機性，且隨著列車速度提高而增加。

3 電磁干擾的測量

3.1 測量地點的選取

弓網(wǎng)電弧的產(chǎn)生是幾率性事件，為了較為準確地反映列車通過測向天線場附近時弓網(wǎng)滑動、離線電磁噪聲的頻率特性，本文的測試地點沒有特意選擇電分相處，而是在天線場周邊選取了一個較為平坦，沒有高壓供電線路影響的地點。同時，參照國標GB/T 24338.2的測試方法進行了現(xiàn)場布置，但由于列車運行速度快，且鐵軌沿線設(shè)有混凝土護欄，出于安全和實際考慮，最終將測試天線架設(shè)在距離鐵軌中心線20m遠處，測試現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 測試現(xiàn)場圖

3.2 測量系統(tǒng)及參數(shù)設(shè)置

本文現(xiàn)場實測時使用的是德國R&S公司的監(jiān)測接收機PR100，其FFT實時帶寬為10MHz，配套環(huán)形天線HE300HF處于無源模式，并采用垂直極化方式，天線因子如圖4所示。接收機使用頻段掃描模式，檢波方式為峰值檢波，因為接收機RBW并無國標GB/T 24338.2中建議的9kHz選項，所以測量時采用6.25kHz。由于列車運行速度快，約為290km/h，通過測試點時間約為3～5s，為了提高掃描速度，將短波頻段分成3段：3-10MHz，10-20MHz，20-30MHz，依次進行測量。

圖4 環(huán)形天線HE300HF天線因子

4 測量結(jié)果與分析

測量時，聽見地面?zhèn)鱽淼牧熊嚒稗Z轟”聲后（約通過測試點前10秒）開始記錄數(shù)據(jù)，至列車通過測試點30秒后停止。經(jīng)過對測量數(shù)據(jù)的整理，可以得到列車通過測試點這段時間3-10MHz，10-20MHz，20-30MHz的統(tǒng)計頻譜圖，如圖5所示。

圖5 列車通過測試點時的統(tǒng)計頻譜圖（dBuv）

其中，藍色曲線代表沒有列車通過時接收機記錄的瞬間電平值，可以看出，測量系統(tǒng)能接收到正常短波信號，大信號主要是廣電臺廣播，集中在4-5MHz，9-10MHz，11-12MHz，15-16MHz，17-18MHz等頻段，其他頻段信號較為稀疏或電平值較弱，與日常監(jiān)測情況相符。

紅色曲線表示列車通過測試點時接收機捕捉到的最大電平值。在短波頻段，干擾普遍存在，本次測量，3-10MHz噪聲電平值普遍較大，在35-50dBuv之間，頻率為3.45MHz的噪聲電平最大，達到50dBuv；10-20MHz噪聲電平值普遍在25-40dBuv之間；而20-30MHz噪聲電平值最小，一般在5-20dBuv之間。

圖6 多次測量后選取噪聲電平最大值得到的統(tǒng)計頻譜圖

通過多次測量，并選取噪聲電平最大值，可描繪出整個短波頻段的電磁干擾情況，如圖6所示。結(jié)果顯示，噪聲電平隨著頻率的變大而降低，但不是連續(xù)下降，呈現(xiàn)一定的抖動，干擾最大值出現(xiàn)在3.23MHz，幅值達到67.2dBuv。通過對比可知，電磁干擾的頻點及其幅值偶發(fā)性較強，選取幾個代表性頻點的實測數(shù)值并不能說明整個短波頻段的干擾情況。

5 結(jié)束語

本文首先介紹了電氣化高速鐵路的結(jié)構(gòu)及其電磁干擾來源，并通過實際測量詳細分析了列車通過時產(chǎn)生的短波電磁干擾情況。由測量結(jié)果可見，離鐵軌中心橫向距離20m處的電磁干擾嚴重，正常信號淹沒在噪聲之下。福建監(jiān)測站測向天線場離合福高鐵線路具有一定距離，電磁干擾橫向傳播特性及測向天線場實測分析是下一階段的研究重點。

[1] GB13614-2012：短波無線電測向臺（站）電磁環(huán)境要求[S]

[2] 陳弘揚，王心塵，江建興．福建監(jiān)測站短波測向天線場電磁環(huán)境測試分析[J]．數(shù)字通信世界，2015(9):8-12

[3] 李希煒，朱峰．武廣高速鐵路軌旁電磁干擾實測及分析[J]．鐵道標準設(shè)計，58(9):121-124, 2014

[4] 李煥然．電氣化鐵道的無線電噪聲對短波發(fā)信場的影響[D]．北京交通大學，2006

[5] GB/T 24338.2-2011：軌道交通 電磁兼容 第2部分：整個軌道系統(tǒng)對外界的發(fā)射[S]

[6] MILENKO B, VALERY K, NIKOLAI M.著．徐良軍譯．電接觸理論、應(yīng)用與技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2010:477-479

MoCA聯(lián)盟正式推出全新寬帶接入技術(shù)規(guī)范MoCA ACCESS?

2017年6月7日，憑借在高性能和高可靠性的固有優(yōu)勢，MoCA（同軸電纜多媒體聯(lián)盟）宣布正式推出全新MoCA Access寬帶接入規(guī)范。基于MoCA 2.5標準，MoCA Access利用現(xiàn)有樓內(nèi)同軸電纜，實際數(shù)據(jù)速率可達到2.5Gb/s。

MoCA Access作為一項點對多點接入技術(shù)，可最多接入63個調(diào)制解調(diào)器（用戶端），能夠兼容電視、DOCSIS和蜂窩（4G/5G）技術(shù)等傳統(tǒng)服務(wù)，工作頻率范圍為400MHz至1675MHz。

此外，MoCA Access的延遲不超過5毫秒，下行和上行速率分別高達2.5Gb/s和2Gb/s。

作為一種光纖擴展技術(shù)，MoCA Access十分適用于已經(jīng)安裝光纖到地下室（FTTB）或光纖入網(wǎng)，并希望利用現(xiàn)有同軸電纜連接每個公寓或單元的運營商和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商。此外，MoCA Access對在建筑中使用同軸電纜的細分市場中的商業(yè)集成商也極具吸引力，例如酒店/賓館、餐廳、辦公樓及任何其他建筑。

MoCA聯(lián)盟總裁Charles Cerino表示：“MoCA Access充分利用了MoCA在高性能、高可靠性以及無需鋪設(shè)新線路方面的核心優(yōu)勢。如今，世界各地的服務(wù)提供商都能夠充分利用這項受到行業(yè)承認且專為未來設(shè)計的高速技術(shù)。此外，憑借極低的延遲率，MoCA Access同樣能夠與即將推出的5G等蜂窩技術(shù)的有線回程架構(gòu)實現(xiàn)完美互補?！?/p>

MoCA Access可為最多八(8)類流量提供標準流量調(diào)整和服務(wù)質(zhì)量支持（QoS）。同時，它還能夠提供強大的安全性、并具有三種傳輸功率模式，包括45dB，55dB或65dB鏈路預算，以及節(jié)能模式。

Measurement and Analysis of Shortwave EMI Produced by Hefei-Fuzhou High-Speed Railway

Jiang Jianxing, Zhu Jie, Chen Hongyang
(State Radio Monitoring Center Fujian Station, Xiamen, 361004)

This paper introduces the structure of electrified high-speed railway and the source of electromagnetic interference (EMI). To analysis the shortwave EMI produced by Hefei-Fuzhou high-speed railway, field test according to GB/T 24338.2 is conducted when the train passes by.

Electrified high-speed railway; Shortwave; EMI

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.06.018

U228.3文獻標示碼：A

1672-7274（2017）06-0054-04

江建興，男，1989年生，現(xiàn)任國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站助理工程師。

朱 杰，男，1986年生，現(xiàn)任國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站工程師。

陳弘揚，男，1989年生，現(xiàn)任國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站助理工程師。