汽車對2．4GHz無線通信的干擾作用

摘要：為了分析汽車發(fā)出的電磁波對2．4 GHz無線通信的干擾作用，討論了汽車的幾種輻射性電磁干擾源，并用頻譜分析儀實(shí)際測量兩種汽車在2．4 GHz頻段上輻射性電磁干擾的相對強(qiáng)度，測量結(jié)果表明，汽車在2．4 GHz頻段發(fā)出的電磁干擾強(qiáng)度很小，可以推斷汽車對車栽2．4 GHz無線通信的影響作用不大。
關(guān)鍵詞：汽車；電磁干擾；無線通信；干擾強(qiáng)度

0 引言
電子化和智能化已成為汽車技術(shù)發(fā)展的主要方向?，F(xiàn)代汽車裝載了大量電子設(shè)備，如高性能微處理器，電子變速器、自動巡行控制器、電子燃油噴射系統(tǒng)、車載通信娛樂及導(dǎo)航系統(tǒng)。這些電子設(shè)備工作時會向空間發(fā)射高頻電磁波，進(jìn)而對其他電路的正常工作造成干擾而形成所謂的電磁干擾。汽車產(chǎn)生的電磁干擾不但會影響其他電子設(shè)備正常工作，也會影響汽車電氣系統(tǒng)本身的正常工作。
ISM是工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療頻段，國際電信聯(lián)盟無線通信委員會規(guī)定，只要設(shè)備的發(fā)射功率低于一定值且不對其他頻段造成干擾，即可免費(fèi)使用此頻段。國際上最常用的ISM頻段是433 MHz，915 MHz和2．4 GHz。其中，2．4 GHz為各國共同的ISM頻段。目前，無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、ZigBee、WirelessUSB等無線設(shè)備均工作在2．4 GHz頻段上。
電磁干擾問題由來已久，從1906年開始，人們就提出對汽車產(chǎn)生的電磁干擾加以限制，點(diǎn)火系統(tǒng)作為主要的電磁干擾源，成為研究的重點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)主要目的是通過分析汽車上的電磁干擾源和實(shí)測汽車在2．4 GHz頻段產(chǎn)生的輻射性電磁干擾的相對強(qiáng)度，推斷其對部署在汽車上的2．4 GHz無線通信設(shè)備的干擾作用。

1 汽車的電磁干擾源
電磁干擾產(chǎn)生于干擾源，它是一種來自外部的、并有損于有用信號的電磁現(xiàn)象。汽車對車載電氣設(shè)備的干擾分為兩種。第一種是輻射干擾，電磁波通過自由空間直接透入電子設(shè)備，并激勵設(shè)備內(nèi)部的電路，在電路上產(chǎn)生相應(yīng)的干擾能量，使與電路發(fā)生邏輯性錯誤，足夠強(qiáng)的電磁干擾甚至可以直接損壞敏感的電子器件；第二種是傳導(dǎo)干擾，干擾源通過電源線、信號線等線纜把干擾信號耦合到其他設(shè)備，對其他設(shè)備的正常工作造成危害。對于獨(dú)立供電的車載2．4 GHz通信設(shè)備而言，它主要受到汽車的輻射性電磁干擾，所以本文主要分析、測量汽車的輻射性電磁源。
按照電磁波產(chǎn)生與傳播理論，只要在直線形的電路上引起電磁振蕩，直線形電路的兩端就會出現(xiàn)交替的等量異號電荷，這樣的電路就會向空間發(fā)射電磁波。電磁波在單位時間內(nèi)輻射的能量與頻率的四次方成正比，即電路的振蕩頻率越高就越容易向外輻射電磁波。汽車上有許多符合此條件的電路，因此汽車可以發(fā)出各種頻率的電磁干擾。交通密度每增加一倍，干擾噪聲功率頻譜密度便增加3～6 dB(A)。
汽車電氣系統(tǒng)內(nèi)最強(qiáng)的電磁干擾源是點(diǎn)火系。汽車發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行時，點(diǎn)火線圈次級的瞬變電壓很高，能在50μs內(nèi)上升至35 kV。火花塞電極放電時，會形成強(qiáng)烈的電磁輻射向周圍的自由空間傳播。這種輻射電磁噪聲包含很高的頻率成分，是電視廣播的主要干擾源。
汽車上有著許多的感性負(fù)載，比如各種電動機(jī)和電磁閥。電磁閥的線圈在開路瞬間，會產(chǎn)生幾十倍于其工作電壓的反向電壓。這個反向電壓在由電感與分布電容形成的一個LC串聯(lián)振蕩電路中繼續(xù)諧振，從而產(chǎn)生諧波非常豐富的電磁輻射。這也是一個非常重要的電磁干擾源。
汽車上還存在許多觸點(diǎn)開關(guān)，由于觸點(diǎn)存在接觸電阻的原因，開關(guān)在開合時往往會產(chǎn)生電火花。如果電路中的電流比較大，這種電火花引起的電磁輻射也能夠干擾其他電器設(shè)備。直流電機(jī)工作時，炭刷和整流子也會產(chǎn)生較強(qiáng)的火花，在很寬的頻率范圍內(nèi)引起輻射性電磁干擾。汽車的雨刮電機(jī)普遍用直流電機(jī)，對外產(chǎn)生的干擾也較強(qiáng)。