解決直升機機載設備電磁干擾的技術途徑

徐衛(wèi)衛(wèi)++宋頂山++肖帥

[摘 ?要]伴隨電子信息、數(shù)據(jù)處理等技術的快速發(fā)展，直升機上加裝的電子設備越來越多，原機設備也不斷更新。通信、導航以及雷達等如此眾多的電子設備在直升機有限的空間內要同時工作，設備的密集所帶來設備之間的相互干擾問題也不能忽略，各設備之間的電磁兼容已是一個至關重要的問題。本文對機載設備的電磁干擾進行簡要總結，并提出解決機載設備電磁干擾的幾種技術途徑。

[關鍵詞]電磁干擾 ?電磁兼容 ?技術途徑

中圖分類號：V267 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）27-0138-01

引言

伴隨機載電子設備的種類和數(shù)量的不斷增加，機上電子設備工作頻段由中波到微波，所占用的電磁頻譜越來越寬，所傳輸?shù)男畔⒘吭絹碓酱?，因而機載電子設備之間的電磁干擾問題也越來越突出。如果這個問題解決得不好，就會使整架飛機的工作陷于混亂狀態(tài)，而機群的電磁環(huán)境還可能使飛機的飛行控制、雷達、通訊、導航的性能降低，這些不利影響隨著發(fā)射功率的增強、接收靈敏度的提高，體積更小和更敏感的固態(tài)電路的應用而變得更加明顯。

1 電磁干擾與兼容

電磁干擾（EMI）是指干擾電纜信號并降低信號完好性的電子噪音。電磁干擾有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過導電介質把一個電網(wǎng)絡上的信號耦合到另一個網(wǎng)絡。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合到另一個電網(wǎng)絡。干擾源、干擾傳播途徑（或傳播通道）、敏感設備是構成干擾的三要素。各種運行的電力設備之間以電磁傳導、電磁感應和電磁輻射三種方式彼此關聯(lián)并相互影響。

電磁兼容（EMC）是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾能力。EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環(huán)境產生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指設備對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾能力，即電磁敏感性。

2 機載設備的電磁干擾

目前直升機機載設備間的電磁干擾主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產生漏電造成的干擾（與工作頻率有關）。

2.信號通過地線、電源和傳輸導線的阻抗互相耦合，或導線之間的互感造成的干擾。

3.設備或系統(tǒng)內部某些元件發(fā)熱，影響元件本身或其他元件的穩(wěn)定性造成的干擾。

4.大功率和高壓部件產生的磁場、電場通過耦合影響其他部件造成的干擾。

5. 工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定，引起電子線路、設備或系統(tǒng)內部元器件參數(shù)改變造成的干擾。

6.機上同頻段設備之間的收發(fā)干擾，不同頻段的設備的本振、混頻等與其他設備工作頻段相同造成的干擾。

7.雷達發(fā)射機的能量泄漏對接收機的干擾，超短波電臺、高度表發(fā)射機等發(fā)射信號被羅盤的組合天線意外接受造成的直接耦合，發(fā)動機系統(tǒng)對無線電接收機的干擾，地線回路電流引起無意中的級間耦合，計算機中的磁盤驅動器的磁場對低電平數(shù)字電路的干擾，數(shù)字電路對共用同一電源的低電平模擬電路的干擾。

8.在電臺、羅盤、雷達進行收發(fā)工作時，產生大功率脈沖，整個機內將產生較大的復雜干擾場。除了通過天線發(fā)射的電磁波以外，還通過機殼、電源線、控制線向周圍輻射電磁干擾，在發(fā)射的信號中除了有調諧頻率的有用電磁波外，還產生諧波和各種控制交調干擾電磁波，這是一種頻譜比較寬的干擾源。

9.由于各種電子設備中數(shù)字脈沖電流和電壓波形的上升沿很陡，其中包含著豐富的高次諧波能量，它們不僅傳到電源線中，而且還向周圍空間輻射，機載計算機中的時鐘振蕩器，數(shù)據(jù)總線以及各種門電路、觸發(fā)器等都會產生輻射干擾。

10.機載電子設備中還存在著很多瞬變電壓，在我們打開或關閉飛機的照明系統(tǒng)、風扇、發(fā)動機時，電器開關產生的火花或電弧都有可能影響直升機上敏感電子設備的正常工作。

3 解決機載設備電磁干擾的途徑

結合目前的電磁兼容技術與機載電子設備電磁干擾的特點，提出以下幾種解決機載設備電磁干擾的技術途徑。

3.1 合理布局

電路設計的一開始就考慮布局與地線問題是解決電磁干擾問題最廉價和有效的方法。90%的電磁兼容問題是由于布線和接地不當造成的，良好的布線、接地既能夠提高抗擾度，又能夠減小發(fā)射干擾。對于電源線，用阻容（RC）和感容（LC）去耦網(wǎng)絡能把電路與電源隔離開。在設備的電源入口處安裝低通濾波器，消除電路之間的耦合，并避免干擾信號進入電路。對于壓控振蕩器要確保其電源已充分去耦，因其輸出的高頻信號往往電平較高，容易干擾其它電路，所以可將壓控振蕩器布置在高頻區(qū)域的末端，必要時可加裝金屬屏蔽罩。同時考慮到電纜有多束芯線，最好是將所有的芯線穿過一個共模扼流圈，如果對芯線中各個信號分別采用共模扼流圈，還可以有效減小敏感信號之間的串擾。對于PCB中高頻緩沖器、高頻放大器和壓控振蕩器等高頻部分，應盡可能地和低噪聲濾波器等器件隔離開，讓高功率高頻發(fā)射電路遠離低功率高頻接收電路，針對空間狹小，可以把器件布置在PCB的兩面，或讓它們交替工作而不同時工作。

3.2 屏蔽技術

屏蔽就是用導電或電磁體的封閉面將其內外兩側空間進行電磁性隔離，主要抑制空間的輻射干擾，分為電磁屏蔽、電場屏蔽和磁場屏蔽。屏蔽的設計既可以針對干擾源，也可以針對被干擾體。對于干擾源，設計屏蔽部分可以使其減小對周邊其他設備的影響;對于被干擾體，則可減小外界干擾電磁波對本設備的影響。

3.3 濾波技術

濾波的含義是指從混有噪聲或干擾的原信號中，提取到有用信號的一門技術，濾波器是實現(xiàn)濾波的元器件。事實上，器件在工作時，也會產生各種各樣的噪聲。開關電源就是一種很強的干擾源，它產生的EMI信號即占有很寬的頻率范圍，又具有較大的振幅。這些噪聲隨著信號的傳播，對下一級的元器件產生了干擾，這樣的干擾一級級的累積，最終可能導致整個電路的不正常工作。假設在產生噪聲大，對下級器件干擾明顯的器件輸出信號之后做一次濾波，將噪聲信號濾掉，它對下級產生的干擾便會降低，系統(tǒng)便能穩(wěn)定的工作。

3.4 電路技術

此外還可以考慮采取平衡措施等電路技術。平衡電路是指雙線電路中的兩根導線與連接到這兩根導線的所有電路，對地或對其它導線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導線所檢拾到的干擾信號相等，這時的干擾噪聲是一個共態(tài)信號，可在負載上自行消失。另外，還可采用其它一些電路技術，例如接點網(wǎng)絡，整形電路，積分電路和選通電路等等;也可以設置能量吸收回路，從而減少電路、器件吸收的噪聲能量，或通過選擇元器件和合理安排電路系統(tǒng)，使干擾的影響減小?？傊捎秒娐芳夹g也是彌補屏蔽技術不足、抑制干擾的重要措施。

結論

隨著電子技術的發(fā)展和直升機自動化水平的不斷提高，各種先進的電子設備越來越多的在直升機上應用，機載電子設備電磁干擾問題也將日益突出。要完全消除電磁干擾是不可能的，但是防干擾、防電磁污染不應被忽視。根據(jù)電磁兼容性原理，可以采取許多技術措施減小電磁干擾，使電磁干擾控制到一定范圍內，從而保證系統(tǒng)或設備的兼容性，確保直升機在信息化和復雜電磁環(huán)境下的飛行安全。

參考文獻：

[1] 郭銀景，呂文紅，電磁兼容原理及應用教程，清華大學出版社 ，2004.4.

[2] 鄒澎，周曉萍，電磁兼容原理、技術和應用.清華大學出版社，2007.9.