淺談船舶類設(shè)備電磁兼容性測(cè)試

商鈞　宋楠　楊淳

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子、電氣設(shè)備在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而，在有限的時(shí)間、空間和有限的頻率資源下，船用設(shè)備及系統(tǒng)和海上設(shè)施所處的電磁環(huán)境更加復(fù)雜、更具挑戰(zhàn)性。因此，如何加快電磁兼容性設(shè)計(jì)、測(cè)試、分析和整改技術(shù)已成為當(dāng)務(wù)之急。

電子系統(tǒng)越是現(xiàn)代化，其所造成的電磁環(huán)境就越加復(fù)雜；反之復(fù)雜的電磁環(huán)境對(duì)電子系統(tǒng)也提出了更高的要求。船舶和海上電子電氣設(shè)備具有連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備所在空間狹小，安全性、可靠性要求高，控制種類繁多，信號(hào)種類復(fù)雜等特點(diǎn)，通常輪船上都配有導(dǎo)航設(shè)備、通信設(shè)備和與其機(jī)械相關(guān)的控制設(shè)備。船上使用的頻率范圍從90KHz到9GHz，EMC（Electro Magnetic Compatibility，電磁兼容性）環(huán)境十分特殊，因此，防止各系統(tǒng)間的干擾，防止設(shè)備間的干擾就成為迫切需要解決的問題。與此同時(shí)，隨著船舶工業(yè)的高速發(fā)展，完善我國(guó)相關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)的必要性已成為專業(yè)人士的共識(shí)。

國(guó)際海事組織（簡(jiǎn)稱IMO）在1991年的A.694（17）決議的基礎(chǔ)上于1995年11月通過A.813（19）決議，即《所有船用電氣電子設(shè)備電磁兼容（EMC）通用要求》，國(guó)際電工委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEC）于1999年制定了2.0版IEC 60533，其規(guī)定了船舶電氣與電子設(shè)備的發(fā)射、抗擾性和性能準(zhǔn)則的電磁兼容性的最低要求，有助于滿足IMO A.813的決議要求。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量方法給出了進(jìn)一步的指南和建議，以實(shí)現(xiàn)下列各組設(shè)備中的電氣與電子裝置的電磁兼容性：A組-無(wú)線電通信和導(dǎo)航設(shè)備；B組-發(fā)電和變電設(shè)備；C組-以脈動(dòng)能量工作的設(shè)備；D組-開關(guān)設(shè)備和控制系統(tǒng)；E組-內(nèi)部通信和信號(hào)處理設(shè)備；F組-非電氣零件和設(shè)備；G組-綜合系統(tǒng)。

為適應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，中國(guó)于1988年制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10250《船舶電氣與電子設(shè)備的電磁兼容性》，等同采用IEC 60533，該標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司提出，由全國(guó)海洋船舶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)船舶電氣設(shè)備分技術(shù)委員會(huì)歸口。2002年，IEC制定了適用于SOLAS公約（國(guó)際海上和人命安全公約）所涉及的海上導(dǎo)航和無(wú)線電通信設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，即IEC 60945，該標(biāo)準(zhǔn)是A組和C組的基礎(chǔ)EMC標(biāo)準(zhǔn)。

由中國(guó)船級(jí)社（簡(jiǎn)稱CCS）制定的GD01-2006《電氣電子產(chǎn)品型式認(rèn)可試驗(yàn)指南》里規(guī)定了船用設(shè)備電磁兼容性型式認(rèn)可試驗(yàn)要求，其中航行和無(wú)線電通信設(shè)備及系統(tǒng)的型式認(rèn)可試驗(yàn)應(yīng)按IEC 60945出版物的要求執(zhí)行。對(duì)于船用產(chǎn)品的驗(yàn)證試驗(yàn)需由CCS認(rèn)可的船用產(chǎn)品驗(yàn)證試驗(yàn)機(jī)構(gòu)來(lái)承擔(dān)，以此來(lái)保證經(jīng)過驗(yàn)證試驗(yàn)的船用產(chǎn)品符合CCS或其承認(rèn)的船舶規(guī)范、有關(guān)的國(guó)際公約規(guī)則、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。驗(yàn)證試驗(yàn)機(jī)構(gòu)首先要具備CNAS（中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)）、CMA（中國(guó)計(jì)量認(rèn)證）等資質(zhì)；其次，需通過CCS資料審查、現(xiàn)場(chǎng)審核及認(rèn)可試驗(yàn)以取得CCS的認(rèn)可。

目前，天津市無(wú)線電監(jiān)測(cè)站已通過了船級(jí)社的現(xiàn)場(chǎng)審核，并完成了整改工作，等待中國(guó)船級(jí)社總社的認(rèn)可。

船舶和海上設(shè)施電氣電子設(shè)備EMC測(cè)試

電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何其他事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。因此，電磁兼容性包括兩方面要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指設(shè)備對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性，分為電磁干擾（EMI）和電磁抗擾度（EMS）兩部分。電磁干擾有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種，EMS也有傳導(dǎo)抗擾度和輻射抗擾度兩種。電磁干擾三要素為騷擾源、傳播路徑和敏感設(shè)備。

船舶和海上設(shè)施電氣電子設(shè)備在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。設(shè)備的電磁兼容測(cè)試也分為電磁干擾和電磁抗擾兩大部分。

騷擾測(cè)量

依據(jù)指南GD01-2006，設(shè)備發(fā)射試驗(yàn)項(xiàng)目包括：傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量和輻射發(fā)射測(cè)量。其可參考的適用要求見表2-1：

具體來(lái)說，傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量頻率范圍為10KHz—30MHz，輻射發(fā)射測(cè)量頻率范圍為150KHz —2GHz，規(guī)范中分別規(guī)定了適用于橋樓及甲板區(qū)域內(nèi)的設(shè)備和適用于一般配電區(qū)域內(nèi)的設(shè)備適用的限值。需要特殊說明的是，所有的輪船攜帶運(yùn)行在波段156MHz 到165MHz 的VHF 接收機(jī)，對(duì)于VHF 波段，IMO 要求接收機(jī)的靈敏度為2uVe.m.f，這等同于天線上一個(gè)3uV/m的場(chǎng)強(qiáng)。對(duì)于橋樓和天線之間的15 米的一個(gè)典型的分隔，一個(gè)自由空間的場(chǎng)強(qiáng)在3米是15uV/m（23.5dBuV/m），所以對(duì)VHF通信設(shè)備的運(yùn)作要求一個(gè)更嚴(yán)的限制。

抗擾度測(cè)量

依據(jù)指南GD01-2006，設(shè)備抗擾度試驗(yàn)項(xiàng)目包括：靜電放電、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度、電快速瞬變脈沖群、浪涌、低頻傳導(dǎo)和射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度，其可參考的適用要求見表2-2：

其他試驗(yàn)

對(duì)于航行和無(wú)線電通信設(shè)備及系統(tǒng)需采用IEC 60945，相對(duì)于GD01的EMC試驗(yàn)部分，該標(biāo)準(zhǔn)增加了電源短期變化和電源故障兩項(xiàng)試驗(yàn)，未對(duì)低頻傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)提出要求。同時(shí)，其他相同的EMC試驗(yàn)在細(xì)節(jié)上也有不同，需要試驗(yàn)機(jī)構(gòu)注意。

輻射測(cè)試實(shí)例

受試設(shè)備為升降控制系統(tǒng)，測(cè)試場(chǎng)地為10米半電波暗室。測(cè)試按照GD01-2006 的要求進(jìn)行布置，并按照一般配電區(qū)域的限值進(jìn)行測(cè)試。受試設(shè)備前端距離接收天線3m。當(dāng)使用磁場(chǎng)天線時(shí)，天線相位中心的高度離接地平板1.5m；當(dāng)使用HL562 電場(chǎng)天線（測(cè)量頻率30MHz—1GHz）時(shí)，天線高度在1—4米范圍內(nèi)升降，轉(zhuǎn)臺(tái)在0—360 度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)使用HF906 電場(chǎng)天線（測(cè)量頻率1GHz—2GHz）時(shí)，天線高度與受試設(shè)備高度相同。對(duì)于峰值測(cè)量結(jié)果接近或超出準(zhǔn)峰值限值的頻點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)峰值單點(diǎn)測(cè)量。

150KHz—30MHz測(cè)試結(jié)果如圖1和圖2所示：

30MHz—1GHz垂直極化測(cè)試結(jié)果如圖3所示：

156MHz—165MHz水平極化測(cè)試結(jié)果如圖4所示：

1GHz—2GHz測(cè)試結(jié)果如圖5和圖6所示：

從該試驗(yàn)結(jié)果可以看出，供應(yīng)商在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮EMC的問題，特別是保護(hù)頻帶部分；同時(shí)，受試樣品為系統(tǒng)級(jí)時(shí)，需要制定更完善的測(cè)試方法。

隨著無(wú)線電技術(shù)的高速發(fā)展，在有限的時(shí)間、空間和有限的頻率資源下，各種電子設(shè)備的數(shù)量與日俱增，使用的密集程度越來(lái)越大，船用設(shè)備及系統(tǒng)和海上設(shè)施所處的電磁環(huán)境更加復(fù)雜，更具挑戰(zhàn)性。因此，電磁兼容性設(shè)計(jì)、測(cè)試、分析和整改技術(shù)將會(huì)起到越來(lái)越大的作用。