空間電磁場對有線通信設備的干擾研究

郭金松

【摘要】? ? 為探究空間電磁場對有線通信設備的干擾，通過確定空間電磁場干擾邊界條件、構建空間電磁場長線耦合模型、有線通信設備時域有限差分計算，設計一種全新的分析思路。通過將該分析思路應用到實驗當中，證明了分析可行性的同時，得出了空間電磁場的入射強度會對有線通信設備造成不同程度干擾的結論。同時，通過進一步分析得出，當空間電磁場的入射強度不斷增強，有線通信設備負載端產(chǎn)生的感應電壓會不斷增加。

【關鍵詞】? ? 空間電磁場? ? 有線通信? ? 設備干擾

引言：

近幾年，由于在軍事領域當中發(fā)生了利用電磁干擾發(fā)動戰(zhàn)爭的問題，因此人們對于電磁場的認識得到了全面的提升，并逐漸認為電磁干擾是威脅世界和平的主要因素之一[1]。最早出現(xiàn)的電磁現(xiàn)象即為電磁干擾，部分電子設備在其使用的過程中，常常會受到另一電子設備的干擾，使得其無法正常運行，并產(chǎn)生故障或?qū)е滦盘杺鬏斝式档蜕踔料У膯栴}產(chǎn)生。電磁干擾在人類社會發(fā)展過程中的危害體現(xiàn)在諸多方面，其中電磁干擾會在極大程度上影響到有線通信設備的傳輸[2]。因此，為了提高有線通信設備的抗干擾能力，本文開展空間電磁場對有線通信設備的干擾研究，為后續(xù)抗干擾能力提升技術的研發(fā)提供依據(jù)。

一、空間電磁場對有線通信設備的干擾研究

1.1確定空間電磁場干擾邊界條件

在對空間電磁場對有線通信設備的具體干擾進行分析前，首先需要明確空間電磁場的干擾邊界條件，并以此 得出有線通信設備愛進入到空間電磁場當中使得入射形式[3]。在傳輸范圍中，確定傳輸兩個端點，并通過積分計算得出各個分量的時域表達式：

公式（1）中，V（0，t）表示為從通信開始到某一通信時刻t的分量時域;E（x，0）表示為在該段分量當中的頻域。通過上述公式可知，分量時域和頻域之間存在直接的比例關系，因此若當?shù)玫侥骋环至康念l域表達式，則在完成積分計算之后，通過逆Fourier進行變換，可以進一步得出V（0，t）的時域表達式。為了探究有線通信設備在運行中在空間電磁場當中的入射方式，假設其入射波為高斯脈沖，則空間電磁場分量應當為垂直于平行傳輸線路所在的平面。根據(jù)有線通信設備傳輸線的特點，當高斯脈沖的寬度達到3dB時，則在傳輸線上脈沖峰值產(chǎn)生時各個分量時域數(shù)值均相等。

1.2構建空間電磁場長線耦合模型

本文主要采用傳輸線方法完成。在基于Maxwell方程的基礎上，利用分布集總參數(shù)的方式表示，在得到分析結果的同時，進一步提高了分析精度[4]。在利用Maxwell方程求解前，構建空間電磁場長線耦合模型，并將有線通信設備的傳輸感應電壓轉(zhuǎn)換為一部分入射電壓和一部分散射電壓，將前一部分作為空間電磁場的激勵源。為了在模型中得到終端附近電流更加及時地響應，只針對設備傳輸線路上終端響應參數(shù)進行計算。

在對空間電磁場長線耦合模型計算式，假設有線通信設備的所有傳輸線的長度均相同，將其半徑設置為r，將其各個傳輸線之間的距離設置為l，同時l的數(shù)值應當遠遠大于r。根據(jù)上述假設，得出空間電磁場長線耦合模型表達式為：

公式（2）中，V（z）表示為空間電磁場長線耦合響應參數(shù);V'（z）表示為兩條傳輸線之間的切向電場之差;I表示為電流;R表示為有線通信設備傳輸導線金屬材料的電導率。通過上述公式計算，可通過已知的有線通信設備傳輸線分布集總參數(shù)，對各個傳輸線上的電感、電容等進行計算和表達[5]。由于不同類型的通信設備其導線的材質(zhì)不同，因此在計算過程中還應當明確各個傳輸導線技術材料的電導率，其計算公式為：

公式（3）中，R表示為傳輸導線金屬材料的電導率;σ表示為傳輸導線金屬材料的電導率;δ表示為趨膚深度。按照公式（3），計算得出傳輸導線技術材料的電導率，并將該數(shù)據(jù)帶入到上述空間電磁場長線耦合模型當中，為后續(xù)有線通信設備時域有限差分提供數(shù)據(jù)條件。

1.3有線通信設備時域有限差分計算

首先構建針對差分表達的技術方程，定位方程中空電磁場對其設備導線分解造成的電壓與電流異常，并在完成對設備異常導線的定位后，進行定位過程中導線差分格柵的計算。計算公式如下：

公式（4）中：C表示有限差值;x表示時域差分信息;y表示一個數(shù)據(jù)行為迭代周期。根據(jù)上述計算公式，可以按照前部計算結果=0的方式，進行有限差值計算結果的離散處理，為了確保上述計算公式在實際應用中具有一定離散性，應當保證其中的參數(shù)y滿足下述計算條件：

公式（5）中：v表示電磁波在空間介質(zhì)中的傳播速度。當識別到此條導線屬于有功傳輸導線，則需要進行此條導線距離周圍導線長度的計算，并分析導線外部是否存在絕緣層對干擾判斷造成干預。此過程可采用前端信號減去后端信號的反向值進行分析，根據(jù)計算得到的最終差分結果，進行有線通信設備時域有限差分的分析，將此作為通信設備干擾識別的依據(jù)。

二、實驗及干擾分析

將本文上述提出的空間電磁場對有線通信設備的干擾分析方法應用到實驗環(huán)境當中，對其具體干擾進行分析。按照GJB882A-2020標準，選擇阻值為750Ω，線纜橫截面半徑為2.5mm，傳輸線路長度為25cm的有線通訊設備作為研究對象，利用本文上述提出的方法對其受到空間電磁場干擾時的具體表現(xiàn)情況進行分析。分別將該有線通信設備兩條導線距離設置為1.5cm、3cm、4.5cm和 6cm，將其通信過程中產(chǎn)生的入射波峰值場強設置為15V/m。結合本文上述論述內(nèi)容，得出該有線通信設備連接導線上的入射電場幅度變化情況，并將其繪制成如圖1所示。

從圖1可以看出，在0～18ns時，入射電場的幅度呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢，在通信時間為18ns時，入射電場的幅度達到了最大值，隨后又呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢，直到最終完成通信時入射電場的幅度逐漸趨于0。在上述基礎上，再對有線通信設備不同通信傳輸線路長度下的傳輸線負載感應電壓進行測量，并將其繪制成如圖2所示的結果。

圖2中A表示為傳輸線路長度為10cm時的負載感應電流曲線;B表示為傳輸線路長度為20cm時的負載感應電流曲線;C傳輸線路長度為30cm時的負載感應電流曲線;D表示為傳輸線路長度為40cm時的負載感應電流曲線。從圖2可以看出，當兩條導線距離保持不變時，隨著傳輸線路長度的不斷增加，有線通信設備電壓越大。當兩條導線之間的距離為6cm時，此時有線通信設備的傳輸路線上的電壓峰值能夠達到386.2mV。通過上述實驗能夠同時證明，當空間電磁場的入射場強不斷增加，有線通信設備負載端產(chǎn)生的感應電壓會表現(xiàn)出線性的增漲變化趨勢。當有線通信設備運行過程中，其傳輸線路對于外界空間電磁場的耦合強度主要取決于入射波的強度以及入射波的方向。

三、結束語

本文結合上述論述內(nèi)容得出，空間電磁場對于有線通信設備具有較強的干擾，當空間電磁場的入射場強不斷增加，有線通信設備負載端產(chǎn)生的感應電壓會表現(xiàn)出線性的增漲變化趨勢。同時，本文基于空間電磁場的特點，針對其對有線通信設備的干擾特性，提出了一種全新的研究分析思路，并通過實驗的方式證明了該研究思路的合理性。由于在真實野外空間電磁場環(huán)境當中存在較多的不確定性，其均會對本文上述分析思路及分析得出的結果造成一定的影響。因此在后續(xù)的研究中為了得到更加準確地分析結果，還將對其進行更加深入研究。

參? 考? 文? 獻

[1] 劉麗. 收發(fā)分離下有線通信傳輸干擾信號抵消方法研究[J]. 中國新通信，2020，22（06）：18.

[2] 石榮，劉暢. 信息戰(zhàn)中通信干擾與主動網(wǎng)絡攻擊的特性對比[J]. 通信技術，2020，53（05）：1138-1145.

[3] 鄭坤. 試議外界電磁場對有線通信設備的干擾[J]. 電腦編程技巧與維護，2020（06）：160-162.

[4] 劉彬，郭園園，林寶玉. 淺議復雜電磁環(huán)境下通信保障問題[J]. 中國新通信，2019，21（17）：21.

[5] 李佳雪. 關于有線通信與無線通信的優(yōu)劣對比分析[J]. 數(shù)字通信世界，2021（01）：116-117.