铁路通信信号产品的电磁兼容检测技术研究

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摘要：随着经济的发展，交通压力的增加，我国铁路交通建设步伐渐快，铁路运输在当今社会的地位变得不可忽视。铁路运输不仅带来了便捷、舒服的运输环境，还给人们的出行提供了最大的安全保障。铁路信号系统作为铁路交通非常重要的一部分，从多方面保证了铁路运输的安全、高效性。文章主要对铁路通信信号产品的电磁兼容的概念检测技术进行了介绍。
关键词：铁路通信；信号产品；电磁兼容；检测技术
随着铁路交通运输系统的日渐完善，信号系统对于铁路交通系统越来越重要，当今的信号系统己将数字技术、智能技术等进行结合，逐渐跟随科技发展的脚步走向自动化。对于先进技术的大量应用也使得铁路信号系统的电磁环境越来越复杂，电磁兼容问题也随之产生。近些年来，人们对铁路通信信号产品的电磁兼容检测技术开展了大量研宄，并制定了相关的电磁兼容试验和测量技术等国家标准。通过铁路通信信号产品的电磁兼容的检测，最大程度保证铁路运输的安全性和高效性。
1 电磁兼容技术简介
电磁兼容是指在复杂的电磁环境中，通信设备或者通信系统能够保持正常工作并且不会对电磁环境中其他工作的设备产生巨大的、不可忽视的电磁影响的能力。先进的通信技术及设备所造就的复杂电磁环境致使电磁兼容的设计充满了不确定性。设计人员需要经过大量的研宄和实验论证，使电磁兼容能够实现。为了及时对通信设备的电磁兼容性进行检测，最直接的方法就是对通信设备进行电磁兼容检测。电磁兼容检测有现场系统电磁兼容测试和标准检测，现场检测能够最真实地反映通信系统在复杂电磁环境中的电磁兼容能力，通过对现场测试和标准测试之间的差异以及测试的技术要点进行掌握，能够更加透彻地了解通信信号产品的电磁兼容检测技术。
2 标准测试
测试标准可以分为基础标准、通用标准等。
2.1 基础标准
基础标准仅针对检测的现象、检测所处的环境及检测中所用到的检测方法、仪器等进行详细描述，并给出相应的定义，不涉及具体的广品。基础标准不给出指定的相关检测限值，同时不会对产品性能做出直接的判据，仅仅是编制一些其他各级电磁兼容标准的基础。基础标准范围包括的标准有《电磁兼容术语》《無线电骚扰和抗扰度测量设备规范》《无线电骚扰和抗扰度测量设备规范和测量方法第二部分：骚扰和抗扰度测量方法》以及其他有关产品抗扰度测量的系列标准等[1]。
2.2 通用标准
通用标准是对于通用环境中所有产品必须所要具有的最基础的电磁兼容要求的基本条件。所用通用环境中产生的
其他标准都必须具备通用标准所要求具备的条件，而通用标准又是建立在基础标准之上的，通用标准中所要求或提及的检测方法及检测项目在基础标准中体现。通用标准可以为其他检测标准提供编制准则，对于一些没有先例的检测也可以先用通用检测的相关检测要求及方法进行检测。
在电磁兼容检测中，由于场地及环境对检测结果有很大的影响，所以需要对检测场地进行认真选择。因为选择检测场地的不同，会导致空间中各种波的直射及反射产生不同的影响，同时在空中的接收点也是不同的。在最初的检测标准中要求电磁兼容检测试验应该在一些比较开阔、外界影响小的场地进行试验。对开阔场地的选择一般需要注意以下几个方面：首先场地的四周不能有建筑物，即空旷无反射体；其次检测场地的地面需要平整；最后要求地面为导电率均匀的金属接地表面。对于场地形状的要求则是椭圆形，尺寸根据测试频率下限的波长进行确定，椭圆的长度要大于椭圆焦点之间距离的2倍、椭圆的宽度要大于椭圆焦点之间距离的1.73倍。在进行电磁辐射干扰测试时，需要将EUT和接收天线按照检测计划及检测标准，安放在椭圆的两个焦点位置上，需要根据所选检测场地的实际建筑情况及周边环境限制为EUT和接收天线确定合适的距离，国外将检测距离规定为3m和10m。对于3m检测，要求椭圆长大于6m，宽大于5.2m；对于10m检测，则要求椭圆长大于20m，宽大于17.3m。
3 现场测试
标准检测根据其检测特点，主要应用在通信系统的设备或者部件的检测，但是对于通信系统整体来说，标准检测存在着很大的局限性，不能够完整地反映整个通讯系统的电磁兼容性能。这种局限性主要体现在以下几个方面：（1）标准检测所针对的通信部件或者设备的检测不能体现通信系统组合后的电磁兼容性，同时未考虑环境对通信系统整体的影响，因此检测不具有代表性。（2）由于标准实验场所自身空间及环境的限制，导致局部设备无法对整体系统的工作模式进行反馈。（3）标准实验场所中所采用的电源，其阻抗为可以与设备匹配的标准阻抗，但是无法对上装环境下的通信设备的实际阻抗特性进行体现。
4 近场抗饱和测试技术
对于电磁兼容检测的现场测试，例如通信系统中大信号的检测，一般会使用一些发射功率大的电台，由于现场测试的距离较近，频谱仪非常容易出现饱和和失真现象，这种现象的出现会使检测结果出现一定的误差，导致频谱仪非常容易出现饱和和失真现象的原因主要是：（1）频谱仪的测试动态范围小于现场实际测量信号的所要求的范围，实际测量信号的一部分不能被有效测量，致使测试失真，发生频谱仪饱和现象；（2）现场实际测量信号的功率不能有效地与频谱仪进行对应，会出现功率位于频谱仪非线性失真区，导致最终的检测结果出现非线性失真现象[2]。
因此需要对近场抗饱和测试技术进行深入的研究，通过一些有效的技术和措施减少饱和现象的出现，以及饱和现象对检测结果的影响。一般会通过衰减器来防止大信号进入频谱仪，阻止饱和现象的出现。由于减衰器不仅会防止大信号进入频谱仪，还会使进入频谱仪的正常信号被削弱，导致信号在频谱仪中被忽略，不能正确反映检测结果。针对这种现象可以通过使用中心频率可调的带通或带阻滤波器进行改善、解决。在检测过程中将滤波器的中心频率调至和电台发射频率相同就可以有效阻止大信号的进入，又可以接收到所有正常信号。
5 电磁干扰的影响案例
5.1 美国研制B1轰炸机时电子设备之间的电磁干扰
B1轰炸机的机头上装有大量的电子设备，分离试验时这些设备都符合技术标准，把这些设备装上机头再测试，许多设备的性能大幅度下降。经过专家们大量的试验和分析，发现是由于这些设备之间相互的电磁干扰造成的。
5.2 民兵导弹的飞行故障
1962年，民兵导弹进行实弹飞行试验时，前两次都失败了。故障现象相似，都是在第I级发动机关机前炸毁了，一个高度为7.6km，另一个为21.8km，炸毁前，用于制导的计算机都受到了脉冲干扰。经过分析和试验，发现故障是由于导弹飞行到一定高度时，在相互绝缘的弹头和弹体之间发生了静电放电，使导弹提前爆炸。
5.3 英国谢菲尔德号导弹驱逐舰的惨剧
英阿马岛战争中，英国谢菲尔德号导弹驱逐舰上的雷达和通信系统互相干扰，为了确保通信不受干扰而暂时关闭了本舰雷达，导致没有及时发现来袭的飞鱼导弹，造成舰毁人亡的后果。
5.4 广州白云机场的导航系统受到严重的干扰
2002年1月20日，广州白云机场由于附近无线寻呼台发射机群信号的干扰（互调、带外辐射），迫使导航系统关闭通信扇面，导致大量的飞机在空中盘旋等待，使90多架航班延误，6000多名旅客滞留机场。类似事件我国己发生多起。
6 电磁兼容的检测项目及检测标准
电磁兼容的检测项目包括辐射骚扰、传导骚扰、静电放电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度、射频场感应的传导骚扰抗扰度、工频磁场抗扰度、电压暂降、短时中断和电压变化、电源电压变化、电源过电压等。
涉及的检测标准包括：EN50121-1，EN50121-3-1，EN50121-3-2，EN50121-3-2，EN50121-4，EN50121-5，EN50155，EN50500，GB/T25119，GB/T24338.1/2/3/4/5/6系列，TB/T3034，IEC60571，IEC62236-1，IEC62236-2，IEC62236-3-1，正C62236-3-2，IEC62236-4等。
7 电磁兼容检测的注意事项
电磁兼容性在通信设备运行中占据着举足轻重的重要地位，它的性能优劣将直接影响到通信系统的安全稳定运行。在电磁兼容检测中，需要注意以下问题：（1）电磁兼容现场试验的结果由于其在试验过程中可能的影响因素比较多，在重复性试验中，试验结果的再现比较困难；（2）随着电磁兼容技术的发展，新的标准己经对电磁兼容试验的频率范围进行了扩展，并要求在实际测试的试验级别之下的级别也要符合相关标准的要求；（3）通信设备种类繁多，相关的产品标准可在本文基础上根据实际情况进行修正。如试验级别和判定方法等；（4）对于特殊的通信设备，应当增加专门的电磁兼容试验项目，如增加对外辐射的限值，工频磁场以及工频谐波和谐间波等项目。
8 結语
随着电子技术飞速发展，各类电子产品的大量研制，使得电磁环境的复杂程度日益加重，电子设备间的电磁兼容问题随之突出，因此对于铁路通信信号产品的电磁兼容变得越来越重要，只有保障通信系统的电磁兼容性，才能够最大程度保障铁路运输的安全性，提_铁路运输的相关工作效率。
[参考文献]
[1]范季陶，李天石，苏立轩.铁路通信信号产品的电磁兼容检测技术[J].铁道通信信号，2014（7）：70-73.
[2]焦媛.铁路信号产品的电磁兼容分析与研究[D].西安：长安大学，2013.