汽车对2．4GHz无线通信的干扰作用

摘要：为了分析汽车发出的电磁波对2．4 GHz无线通信的干扰作用，讨论了汽车的几种辐射性电磁干扰源，并用频谱分析仪实际测量两种汽车在2．4 GHz频段上辐射性电磁干扰的相对强度，测量结果表明，汽车在2．4 GHz频段发出的电磁干扰强度很小，可以推断汽车对车栽2．4 GHz无线通信的影响作用不大。
关键词：汽车；电磁干扰；无线通信；干扰强度

0 引言
电子化和智能化已成为汽车技术发展的主要方向。现代汽车装载了大量电子设备，如高性能微处理器，电子变速器、自动巡行控制器、电子燃油喷射系统、车载通信娱乐及导航系统。这些电子设备工作时会向空间发射高频电磁波，进而对其他电路的正常工作造成干扰而形成所谓的电磁干扰。汽车产生的电磁干扰不但会影响其他电子设备正常工作，也会影响汽车电气系统本身的正常工作。
ISM是工业、科学和医疗频段，国际电信联盟无线通信委员会规定，只要设备的发射功率低于一定值且不对其他频段造成干扰，即可免费使用此频段。国际上最常用的ISM频段是433 MHz，915 MHz和2．4 GHz。其中，2．4 GHz为各国共同的ISM频段。目前，无线局域网、蓝牙、ZigBee、WirelessUSB等无线设备均工作在2．4 GHz频段上。
电磁干扰问题由来已久，从1906年开始，人们就提出对汽车产生的电磁干扰加以限制，点火系统作为主要的电磁干扰源，成为研究的重点。本实验主要目的是通过分析汽车上的电磁干扰源和实测汽车在2．4 GHz频段产生的辐射性电磁干扰的相对强度，推断其对部署在汽车上的2．4 GHz无线通信设备的干扰作用。

1 汽车的电磁干扰源
电磁干扰产生于干扰源，它是一种来自外部的、并有损于有用信号的电磁现象。汽车对车载电气设备的干扰分为两种。第一种是辐射干扰，电磁波通过自由空间直接透入电子设备，并激励设备内部的电路，在电路上产生相应的干扰能量，使与电路发生逻辑性错误，足够强的电磁干扰甚至可以直接损坏敏感的电子器件；第二种是传导干扰，干扰源通过电源线、信号线等线缆把干扰信号耦合到其他设备，对其他设备的正常工作造成危害。对于独立供电的车载2．4 GHz通信设备而言，它主要受到汽车的辐射性电磁干扰，所以本文主要分析、测量汽车的辐射性电磁源。
按照电磁波产生与传播理论，只要在直线形的电路上引起电磁振荡，直线形电路的两端就会出现交替的等量异号电荷，这样的电路就会向空间发射电磁波。电磁波在单位时间内辐射的能量与频率的四次方成正比，即电路的振荡频率越高就越容易向外辐射电磁波。汽车上有许多符合此条件的电路，因此汽车可以发出各种频率的电磁干扰。交通密度每增加一倍，干扰噪声功率频谱密度便增加3～6 dB(A)。
汽车电气系统内最强的电磁干扰源是点火系。汽车发动机正常运行时，点火线圈次级的瞬变电压很高，能在50μs内上升至35 kV。火花塞电极放电时，会形成强烈的电磁辐射向周围的自由空间传播。这种辐射电磁噪声包含很高的频率成分，是电视广播的主要干扰源。
汽车上有着许多的感性负载，比如各种电动机和电磁阀。电磁阀的线圈在开路瞬间，会产生几十倍于其工作电压的反向电压。这个反向电压在由电感与分布电容形成的一个LC串联振荡电路中继续谐振，从而产生谐波非常丰富的电磁辐射。这也是一个非常重要的电磁干扰源。
汽车上还存在许多触点开关，由于触点存在接触电阻的原因，开关在开合时往往会产生电火花。如果电路中的电流比较大，这种电火花引起的电磁辐射也能够干扰其他电器设备。直流电机工作时，炭刷和整流子也会产生较强的火花，在很宽的频率范围内引起辐射性电磁干扰。汽车的雨刮电机普遍用直流电机，对外产生的干扰也较强。