(4) 沉积静电等其它自然噪声
由飞行器放出的静电所造成的电磁骚扰称为沉积静电,是一个重要的自然骚扰源,它引起的电磁骚扰会直接影响整个飞行器的效能和安全。飞行器表面静电荷累积和由此引起的电晕放电和流光放电所产生的骚扰,其频谱分布在几赫至几百赫的范围内,严重影响高频、甚高频和超高频段的无线电通信和导航。大自然中还存在一些其它自然噪声,也应引起注意。
1.5.5 人为骚扰源
前已指出,人为骚扰可分为无线电骚扰和非无线电骚扰两大类。人为骚扰源的典型例子有连续波骚扰源、瞬态骚扰源、以及各种非线性现象等。
(1) 连续波骚扰源
连续波骚扰源产生的电磁骚扰主要是纯的或窄带信号调制的正弦波,以及高重复频率的周期性信号。这种骚扰源有以下几种:
① 发射机:所产生的电磁骚扰包括有意发射信号、谐波发射信号以及乱真发射信号。有意发射信号的的带宽由有用信号特征和所用调制方法决定。乱真信号指有意发射信号带宽之外的发射信号,包括发射机基频的谐波、主控振荡器产生的乱真信号、乱真寄生振荡、以及上述各种信号的互调产物等。它们能以天线主瓣、旁瓣进行发射,或以发射组件的壳体、天线馈线和电源线作为辐射源进行发射,壳体的接缝、网孔、输入输出连接器也不能忽视。
② 本机振荡器:接收机本振所产生的基波和谐波可经过电源线传导,然后从机壳或天线直接辐射。
③ 交流声:是由进入系统的周期性低频信号所引起的连续波骚扰。其频率可能是输入电源频率、电源谐波、同步频率、扫描和搜索频率、时标频率等。通常这些信号以低电平进入,然后被逐级放大。
(2) 瞬态骚扰源
工业、科学和医用设备(ISM)、车辆、机动船和火花点火发动机装置、家用电器、便携式电动工具和类似电器、荧光灯和照明装置,以及信息技术设备是主要的瞬态骚扰源。它们产生电磁骚扰起因于:手动开关和继电器的单次性开关转换动作,以及旋转设备、气体放电、自动点火和半导体开关等的重复性转换工作方式引起电流或电压的突然改变,并有时在触点间形成电弧。
① 开关转换动作
带触点的开关设备断开时,在开关两触点之间的距离由零过渡到断开的瞬间,将产生火花放电而形成骚扰。由于电流迅速从一定值减小到零,di/dt很大,在带有电感线圈的开关设备中会产生幅值很高的瞬时电压脉冲。利用火花放电进行工作的设备,例如高频电弧焊机,由电源线传输到配电线的传导骚扰比辐射骚扰大得多。如果开关设备的触点很小,而电流很大,还将产生弧光放电。弧光放电是最危险的骚扰源之一,它所产生的0.15~150MHz的辐射骚扰可传播至很远距离。当开关闭合时,同样回产生电压或电流的剧变而造成骚扰。
② 在各种电机中,含有整流子和电刷的旋转电机所产生的骚扰最大。这是因为当电刷将相邻的整流片短接时,在与整流片相连接的电机转子绕组中有短路电流流过,紧接着电刷很快地转入断开状态,在此瞬间将产生火花放电骚扰,这个过程是一个重复转换过程,产生的骚扰具有很宽的频带。通常,在电机的接线端子上,传导骚扰电压可达几十微伏至几百毫伏,对于非金属壳体的电机,在1m距离处引起的感应电压可达3000~5000微伏。
气体放电灯、荧光灯等照明装置是基于辉光放电或弧光放电原理发光的,也具有重复转换的过程。以荧光灯为例,在其工作时,阴极和板极间会产生高频振荡,其频率为几kHz左右。由此在电源端子上引起的传导骚扰电压可达几十至几千微伏。同时,荧光灯本身及连接荧光灯的电源线均会产生辐射骚扰。
③ 点火装置
车辆、船舶等采用的内燃机驱动设备中,装有火花点火装置。当所储存的电荷通过火花塞进行火花放电时,放电电流的峰值约200安,放电时间在微秒以内,峰值电压高达10千伏以上。因此,点火装置是最强的瞬态骚扰源之一,它所产生的前沿很陡的骚扰脉冲,在10兆赫至100兆赫以上的频率范围内,形成相当大的骚扰。
④ 高压输电线
输电线所产生的辐射骚扰有两种类型:间隙击穿和电晕放电。间隙击穿发生在高压输电线上两个互相靠近、电位不等的尖端之间。间隙击穿时,放电电流产生很宽的辐射频谱,一直延伸到特高频段。电晕放电是由高达几万到几十万伏的电压产生很强的电场,引起周围粒子激烈的惯性碰撞过程,形成的骚扰具有随机骚扰特征,其频谱在数兆赫以下。
(3) 非线性现象
几乎所有电磁骚扰都与非线性有关。非线性现象有下列几种:
① 非线性失真
当不同电平的输入信号被不相等放大时,便出现非线性失真,当输入信号幅度超过动态范围时,放大器进入饱和或截止区,引起大量谐波出现,形成电磁骚扰。
② 开关瞬态
除前面的开关转换状态外,整流滤波器、检波器、可控硅电路和晶体管脉冲电路都利用开关工作状态,输出信号具有电平突变的特点,能产生与机械开关类似的电磁骚扰。
③ 调制
由于非线性元器件的存在,射频信号常常会被一些无用信号所调制形成电磁骚扰。
④ 互调
两个以上频率集中作用于非线性器件时,能通过互调产生许多新的频率而产生骚扰。
1.5.6 综合电磁环境
如果电磁环境是由多个电磁骚扰源构成,为了准确的描述电磁环境,有关综合电磁环境的计算和测量都是必不可少的。
根据频谱线性叠加原理,如函数f1(t)的频谱是s1(w),函数f2(t)的频谱是s2(w),则函数
f(t)=f1(t)+f2(t) (1)
的频谱为
(2)
线性叠加原理可同时用于时域和频域。函数线性相加后的频谱是它们频谱的线性和。
设电磁环境中有N个电磁骚扰源,在频率f1频率点,在敏感设备所在位置上,综合电磁环境骚扰场强值为
(μν/m) (3)
式中, Eo为编号N的电磁骚扰源在f1频率点,在敏感设备所在位置上的场强值,N为电磁骚扰源的编号,从1到N。在其它需要的频率点上,也可按式(3)分别计算。
如果N个骚扰源在敏感设备所在位置所得的骚扰场强值基本相等,则综合电磁环境骚扰场强值为
(μν/m) (4)
如果某个骚扰源在敏感设备所在位置所测得的骚扰场强值比其它骚扰源大得多,则综合环境骚扰场强值近似等于该位置所测得的骚扰场强值。通常,总有2至3个骚扰源,测得的骚扰场强值相当,且对综合电磁环境骚扰场强值起决定作用,则可在最大骚扰场强值上加6dB,作为综合环境骚扰场强值:
E0(f1)=Max[En(f1)]+6dB (5)
式中骚扰场强的单位为dBμν/m。