GJB 151B與GJB 151A對艦船裝備電磁兼容性要求的對比分析

曹 斌蔡明娟

（1.中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院 上海200011；2.海軍裝備研究院標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所 上海200235）

GJB 151B與GJB 151A對艦船裝備電磁兼容性要求的對比分析

曹 斌1蔡明娟2

（1.中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院 上海200011；2.海軍裝備研究院標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所 上海200235）

GJB 151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》是我軍武器裝備電磁兼容技術(shù)的核心和基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)。文中針對艦船裝備，從測試項目和項目要求限值兩方面分析了裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)GJB 151B-2013相對于GJB 151A-1997的變化，可采用GJB 151B-2013替代GJB 151A-1997以提高艦船裝備電磁兼容性設(shè)計，并為試驗提供有效參考。

GJB 151B-2013；電磁兼容性；標(biāo)準(zhǔn)

引 言

隨著艦船裝備的信息化程度不斷提高，艦船電磁兼容性已成為直接影響艦船使用性能的重要因素。當(dāng)前裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)包括平臺級的標(biāo)準(zhǔn)GJB 1389A-2005《系統(tǒng)電磁兼容性要求》［1］、設(shè)備及分系統(tǒng)級GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)，以及針對海軍艦船總體及設(shè)備的綜合性標(biāo)準(zhǔn)HJB 34A-2008《艦船電磁兼容性要求》［2］，其中GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最為廣泛。

1997年發(fā)布的 GJB 151A-1997《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》［3］（簡稱“151A”）得到廣泛應(yīng)用，極大地推動裝備電磁兼容技術(shù)的發(fā)展。2013年，GJB 151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》［4］（簡稱 “151B”）發(fā)布實施，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定控制軍用電子、電氣、機電等設(shè)備和分系統(tǒng)的電磁發(fā)射和敏感度特性的要求及測試方法，為研制和訂購單位提供電磁兼容性設(shè)計和驗收依據(jù)，是平臺實現(xiàn)兼容性的基礎(chǔ)。目前，很多裝備仍采用GJB 151A，而GJB 151B的實施尚在起步階段。

本文針對艦船裝備，對GJB 151B和GJB 151A中有關(guān)的電磁兼容性要求進行比較，從測試項目和項目要求限值變化兩方面進行分析。

1 項目變化情況

1.1 測試項目的變化

設(shè)備電磁兼容性測試項目分為CE、CS、RE、RS四類［5］，其中CE表示傳導(dǎo)發(fā)射類，CS表示傳導(dǎo)敏感度類，RE表示輻射發(fā)射類，RS表示輻射敏感度類的項目。對比151A和151B，其變化如下：

（1）151B在151A的19個測試項目基礎(chǔ)上，增加CS102（25 Hz ～ 50 kHz地線傳導(dǎo)敏感度）和CS112（靜電放電敏感度）兩個測試項目，測試項目達到21個。

（2）從名稱表明覆蓋頻率范圍來看，CS101項目由151A規(guī)定的25 Hz ～ 50 kHz擴展到151B的25 Hz ～ 150 kHz，CS114項目由151A規(guī)定的10 kHz～ 400 MHz擴展到151B規(guī)定的4 kHz ～ 400 MHz。

新增項目CS102用于檢測考核帶接地線受試設(shè)備抗低頻干擾信號的能力，確保受試設(shè)備在不超過施加干擾信號電平的電磁環(huán)境下正常工作。該項目在接地電纜與接地點之間施加1 V的開路電壓信號，頻率為25 Hz ～50 kHz。CS112用于檢測受試設(shè)備承受靜電干擾的能力，旨在確保預(yù)期工作處于容易產(chǎn)生人體靜電的環(huán)境中（如裝有空調(diào)的房間、使用人造纖維、塑料的環(huán)境等），以及可能與人體接觸的受試設(shè)備工作性能不降低或出現(xiàn)任何損壞。其試驗限值及要求與GB/T 17626.2一致。

1.2 項目適用性的變化

GJB 151系列標(biāo)準(zhǔn)將平臺劃分成9類，水面艦船和潛艇屬于海軍艦船裝備。測試項目對海軍艦船裝備的適用性分為“A”“L”“S”以及“不適用”共四類。其中，A表示該測試項目適用于海軍艦船裝備，L表示該測試項目有條件適用于海軍艦船裝備，具體條件見標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)條款，S表示該測試項目由訂購方來規(guī)定是否適用于海軍艦船裝備，空白表示不適用。表1列出了151A及151B測試項目對海軍艦船裝備的適用性要求。

表1 測試項目對艦船裝備適用性對比

151B中CE107和CS115由不適用改為由訂購方來規(guī)定是否適用于海軍艦船裝備（適用性為S），CS106由訂購方來規(guī)定是否由適用于海軍艦船裝備（適用性為S）改為適用于海軍艦船裝備（適用性為A），增加CS102、CS112兩個測試項目有條件適用于海軍艦船裝備（適用性為L）。此外，CS109由不適用于水面艦船裝備改為有條件適用于海軍艦船裝備（適用性為L）?？偟膩砜矗?51B增加了對海軍艦船裝備要求的測試項目。

2 項目要求限值變化

GJB 151B修改了CE101、CE102、CS101、CS106、CS114、RE101、RE102、RS101、RS103以及RS105項目的限值。

2.1 CE101

CE101用于檢測受試設(shè)備電源線對外的傳導(dǎo)發(fā)射（電流），以控制其對電網(wǎng)的影響及減小受試設(shè)備對船體電流的分布影響。相對于151A，151B修改了適用于水面艦船及潛艇限值（50 Hz），其他限值不變。具體變化見圖1。從圖1可見，GJB 151B限值要求略嚴(yán)，最嚴(yán)處的要求比GJB151A高2 dB。

2.2 CE102

CE102用于檢測受試設(shè)備電源線對外的傳導(dǎo)發(fā)射（電壓），以控制其對電網(wǎng)的影響。151B的限值曲線與151A基本一致，只是進一步明確額定電壓28 V以下與28 V的設(shè)備及分系統(tǒng)的限值曲線一致，額定電壓440 V以上與440 V的設(shè)備及分系統(tǒng)的限值曲線一致。除給出不同額定電壓對應(yīng)限值曲線外，并提供限值計算公式。

2.3 CS101

CS101用于檢測受試設(shè)備電源線抵抗外部的穩(wěn)態(tài)傳導(dǎo)干擾的能力，有電壓限值和功率限值兩個極限值。在實際測試時，當(dāng)功率源輸出功率達到按功率限值進行校驗時的輸出功率，即使還未達到電壓限值，則也認(rèn)為已滿足要求。

圖2為CS101電壓限值比較。從圖2可見，151B增加50 kHz ～150 kHz頻段的限值要求，其余頻段限值一樣。

下頁圖3為CS101功率限值比較。從圖3可見，25 Hz ～5 kHz頻段限值要求一致，但5 kHz ～50 kHz頻段的限值要比GJB 151A放寬很多（敏感度試驗值和限值要求低，施加干擾信號小，即意味放寬要求），僅增加50 kHz ～150 kHz頻段的限值要求。GJB 151B增加頻段的限值要求，幅值相對較小，即意味著設(shè)備及分系統(tǒng)也較易通過。

2.4 CS106

CS106用于檢測受試設(shè)備電源線抵抗外部的瞬態(tài)傳導(dǎo)干擾的能力。151A及151B中CS106限值要求均為400 V，但151A只規(guī)定了脈沖寬度為5.0 μS，而151B除了規(guī)定脈沖寬度為5.0 μS外，還詳細規(guī)定了脈沖的波形，具體參見圖4。

對受試設(shè)備而言，CS106限值幅度不變、脈寬不變，只是波形更加具體，應(yīng)該說受影響不大。

2.5 CS114

CS114用于檢測受試設(shè)備電源線及互聯(lián)電纜抵抗外部干擾的能力。

151 B中，CS114針對海軍艦船設(shè)備互連電纜在10 kHz以上以及電源電纜在1 MHz以上的限值曲線與151A一致。151B與151A不同之處在于：設(shè)備電源電纜在1MHz以下的考核要求。

針對水面艦船甲板上及水下外部、金屬艦船甲板及甲板下、非金屬艦船甲板及甲板下平臺的設(shè)備，151B中規(guī)定其電源線在4 kHz ～1 MHz的限值為A、B、F三點連的曲線，151A規(guī)定其電源線在10 kHz ～1 MHz的限值為D、B、F三點連成的曲線（如圖5所示）。

針對海軍水下內(nèi)部平臺的設(shè)備，151B中規(guī)定其電源線在4 kHz ～1 MHz的限值為A、B、C三點連成的曲線，151A規(guī)定其電源線在10 kHz ～1 MHz的限值為E、C兩點連成的曲線，如下頁圖6所示。

從圖5、圖6可見，相對于151A，151B在4 kHz至1 MHz頻段，對海軍艦船裝備電源線的考核要求要高。由于對其他電纜及電源線其他頻段的要求完全一致，可認(rèn)為對于海軍艦船裝備的非電源電纜，151B與151A要求一致；針對海軍艦船裝備的電源電纜，151B在1 MHz以上頻段的要求與151A一致，但在1 MHz以下頻段的要求更嚴(yán)。

2.6 RE101

RE101用于測試來自受試設(shè)備及其有關(guān)電纜的磁場輻射發(fā)射。151A中RE101包含探頭位于測試點50 cm及7 cm兩個位置處的限值。151B只提出探頭位于7 cm處的限值，去掉探頭位于50 cm處的限值，但限值有了較大變化，如圖7所示。

從限值來看，151B在全頻段的要求均小于151A，意味著151B在RE101項目上對設(shè)備及分系統(tǒng)的要求更高。

2.7 RE102

RE102用于測試來自受試設(shè)備及其有關(guān)電纜的電場輻射發(fā)射。對于RE102項目， 151A中針對海軍艦船裝備只有一個限值，而151B則按照受試設(shè)備安裝的不同位置，分為水面艦船甲板下、水面艦船甲板上、潛艇壓力艙外和潛艇壓力艙內(nèi)四種限值，具體如圖8、圖9所示。

從圖中可見，151B針對水面艦船甲板下裝備的限值是放寬20 dB；針對水面艦船甲板下裝備的限值并無變化；針對潛艇壓力艙外的設(shè)備要求則更加嚴(yán)格；針對潛艇壓力艙內(nèi)的設(shè)備，大部分頻段是放寬的，只有在371 kHz至2.25 MHZ頻段范圍內(nèi)的限值要求較為嚴(yán)格，但不得超過4 dB。

2.8 RS101

RS101項目是測試受試設(shè)備在給定磁場環(huán)境下的工作情況。其目的是確保受試設(shè)備在預(yù)期的磁場環(huán)境條件下不降低性能。151B與151A略有變化，如圖10所示。

從圖10可見，在25 Hz至2 kHz頻段，151B較151A限值相當(dāng)，略微小3～5 dB，但在4.13 kHz至100 kHz頻段，151B的限值要求較嚴(yán)，尤其在100 kHz處，151B比151A的要求更嚴(yán)了22 dB。

2.9 RS103

RS103用于測試受試設(shè)備在給定電場環(huán)境下的工作情況，其目的是確保在平臺上或平臺外的各種發(fā)射天線電磁場中，工作的設(shè)備不降低性能。GJB 151B將151A水下平臺分為水下平臺（外部）、水下平臺（內(nèi)部），除水下平臺（外部）提高至與艦船（甲板上）要求一致，水下平臺（內(nèi)部）由30 MHz ～ 40 GHz頻段范圍內(nèi)限值調(diào)整之外，其他要求限值一致，如表2所示。

表2 RS103限值電平比較V/m

從表2可見， 151B中RS103項目對水面艦船限值要求沒有變化，但對水下平臺設(shè)備要求則更嚴(yán)格，其中，針對水下平臺內(nèi)部設(shè)備，在30 MHz～40 GHz限值由5 V/m提高至10 V/m；針對水下平臺外部設(shè)備，在10 kHz～30 MHz頻段限值由5V/m提高至10 V/m，2 MHz～40 GHz頻段限值要求更是從5 V/m提高至200 V/m。

2.10 RS105

RS105主要用于測試位受試設(shè)備暴露在瞬變電磁輻射場中的工作情況，檢驗受試設(shè)備承受瞬變電磁場干擾的能力，其目的在于確保受試設(shè)備在瞬變電磁場中性能不降低。151B中的主要變化在于改變施加的瞬變電磁場波形。

雖然151A與151B的RS105限值要求的幅值均為50 kV，但151B的波形上升沿更為陡峭，這意味著施加的瞬變電磁場變化更加劇烈，對受試設(shè)備的要求也相應(yīng)更高。

3 結(jié) 論

通過上述比較，參照GJB 151B對艦船裝備的劃分，表3歸納出標(biāo)準(zhǔn)變化對裝備電磁兼容性要求的影響。對于艦船裝備及系統(tǒng)，GJB 151B增加CS102和CS112兩個測試項目，擴大CS101、CS114項目的測試頻率范圍，修改CE101、CE102、CS101、CS106、CS114、RE101、RE102、RS101、RS103和RS105項目的限值要求?？傮w來看，GJB 151B標(biāo)準(zhǔn)對水下裝備整體上嚴(yán)格要求，對水面艦船裝備則既有更嚴(yán)格要求，也有放寬之處。GJB 151B標(biāo)準(zhǔn)的變化對艦船裝備的電磁兼容性設(shè)計提出新的挑戰(zhàn)，對于推動和提高艦船裝備的電磁兼容性具有重大意義。

表3 GJB 151B與GJB 151A對艦船裝備要求比較

［1］中國人民解放軍總裝備部. GJB 1389A-2005系統(tǒng)電磁兼容性要求［S］. 2005：1-2.

［2］中國人民解放軍海軍. HJB 34A-2008艦船電磁兼容性要求［S］. 2007：1-2.

［3］中國人民解放軍總裝備部 . GJB 151B-2013軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量［S］. 2013：12-80.

［4］國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會. GJB 151A-1997軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求［S］. 1997：4-24.

［5］陳窮.電磁兼容性工程設(shè)計手冊［M］．北京：國防工業(yè)出版社，1993：1096-1114.

Comparison analysis of electromagnetic compatibility requirements of ship equipment between GJB 151B and GJB 151A

CAO Bin1CAI Ming-juan2
(1. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 20001 1, China; 2. Institute of Specif cations and Standards, Naval Academy of Armament, Shanghai 200235,China)

“Electromagnetic emission and susceptibility requirements and measurements for military equipments and subsystems” of GJB 151B-2013 is the core and basic standard of the electromagnetic compatibility technology for the military equipment. This paper analyses the changes of the electromagnetic compatibility standard between GJB 151B-2013 and GJB 151A-1997 from the two aspects, test items and their requirement limits, and provides effective reference for enhancing the design and test of the electromagnetic compatibility of the ship equipments by using the GJB 151B-2013 instead of GJB 151A-1997.

GJB 151B-2013; electromagnetic compatibility; standard

U665；TM15

A

1001-9855（2017）03-0072-07

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.03.072

2016-09-27；

2016-12-14

曹 斌（1977-），男，碩士，高級工程師。研究方向：艦船通信導(dǎo)航、電磁兼容性技術(shù)。

蔡明娟（1977-）,女，博士，高級工程師。研究方向：電磁兼容性技術(shù)。