淺析電纜屏蔽特性對(duì)CS114項(xiàng)目測(cè)試的影響

劉暢++董荻莎++李彬

摘 要：本文針對(duì)產(chǎn)品設(shè)備貫標(biāo)GJB151A/152A測(cè)試常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目CS114項(xiàng)目，對(duì)考核設(shè)備電磁兼容性有著重要作用。通過對(duì)CS114項(xiàng)目測(cè)試過程中電纜屏蔽與非屏蔽兩種特性的具體測(cè)試分析，得出結(jié)論，電纜外層是否屏蔽對(duì)測(cè)試過程及結(jié)果有著很大影響，在測(cè)試中應(yīng)該引起重視和關(guān)注。

關(guān)鍵詞：電纜 屏蔽特性 傳導(dǎo)敏感度

中圖分類號(hào)：TM930 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（c）-0098-03

Abstract： The CS114 is a routine test item in the GJB151A/152A test of military equipment. It plays an important role in verification the electromagnetic compatibility of equipment. In this paper， through the analysis of the specific test to two kinds of shielded cable and non shielding in the process of CS114testing， and results the outer layer is shielded cable has a great impact on the test process，emphasis on the test should be paid more attention and concern.

Key Words： Cable； Shielding characteristics； Conduction sensitivity

現(xiàn)代產(chǎn)品裝備，設(shè)備之間的互聯(lián)電纜對(duì)系統(tǒng)的電磁兼容性有著重要影響。這些電纜可能并不很長(zhǎng)，也可能并不直接受外界電磁場(chǎng)的作用，但也會(huì)成為感應(yīng)電流及電壓通向敏感電路區(qū)的傳播途徑。在產(chǎn)品設(shè)備貫標(biāo)GJB151A的測(cè)試中，CS114項(xiàng)目“10kHz～400MHz電纜束注入傳導(dǎo)敏感度”為常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)考核設(shè)備電磁兼容性有著重要作用。CS114項(xiàng)目是模擬設(shè)備/分系統(tǒng)的電纜對(duì)平臺(tái)內(nèi)、外電磁輻射的感應(yīng)形成的電流，通過線纜傳導(dǎo)作用于設(shè)備內(nèi)部敏感部位，考核設(shè)備的電磁敏感度。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試要求與方法中，對(duì)設(shè)備的互聯(lián)線纜及電源電纜特性并未作明確區(qū)分，適用范圍中規(guī)定適用所有的互聯(lián)電纜和電源電纜。而在具體測(cè)試過程中，作者發(fā)現(xiàn)電纜外層是否屏蔽對(duì)測(cè)試過程及結(jié)果有著很大影響。

1 CS114項(xiàng)目測(cè)試原理

CS114校準(zhǔn)測(cè)試配置如圖1所示，信號(hào)發(fā)生器發(fā)射不調(diào)制的正弦波信號(hào)通過放大器功率放大后連接到注入探頭，注入探頭卡在校準(zhǔn)專用裝置上，用接收機(jī)A監(jiān)測(cè)流經(jīng)校準(zhǔn)裝置中心導(dǎo)體的電流，直至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電流，記錄此時(shí)接收機(jī)B測(cè)得的饋入注入探頭的正向功率。

待測(cè)件測(cè)試配置如圖2所示，信號(hào)發(fā)生器發(fā)射干擾信號(hào)通過放大器功率放大后連接到注入探頭，從而耦合到互聯(lián)電纜或者電源電纜上，注入探頭距離設(shè)備端口10cm，干擾信號(hào)為1kHz、占空比為50%的脈沖調(diào)制的正弦波信號(hào)，頻率范圍為10kHz～400MHz。同時(shí)監(jiān)測(cè)探頭連接到接收機(jī)上，實(shí)時(shí)在電纜上監(jiān)測(cè)施加干擾信號(hào)后，電纜上耦合出來的感應(yīng)電流值，監(jiān)測(cè)探頭距離設(shè)備端口5cm。

測(cè)試中，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的干擾極限值施加干擾信號(hào)，觀察待測(cè)件是否出現(xiàn)故障、性能降低或偏離規(guī)定的指標(biāo)值，或超出單個(gè)設(shè)備和分系統(tǒng)規(guī)范中給出的指標(biāo)允差等敏感現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，如果受試電纜上的實(shí)際感應(yīng)電流高于限值6dB，即使定向耦合器上監(jiān)測(cè)的正向功率電平低于校驗(yàn)值，當(dāng)待測(cè)件不敏感時(shí)，也認(rèn)為滿足要求。

2 屏蔽電纜與非屏蔽電纜測(cè)試

選擇某型號(hào)產(chǎn)品控制器與源之間的控制電纜為受試電纜進(jìn)行CS114項(xiàng)目測(cè)試。該電纜初始狀態(tài)無任何屏蔽措施。筆者在電纜初始狀態(tài)下進(jìn)行一次CS114測(cè)試，測(cè)試布置如圖3所示。然后將控制電纜加裝金屬屏蔽防波套作屏蔽處理改造，接著再進(jìn)行一次CS114測(cè)試，測(cè)試布置如圖4。兩次測(cè)試施加干擾極限值均選用標(biāo)準(zhǔn)中CS114校準(zhǔn)值曲線三。注入探頭選用SOLAR公司型號(hào)為9144-1N（頻段為10kHz～100MHz）和9142-1N（頻段為2MHz～450MHz）的探頭。監(jiān)測(cè)探頭選用SOLAR公司型號(hào)為9123-1N（頻段為10kHz～500MHz）的探頭。

測(cè)試校準(zhǔn)值曲線見圖5，按校準(zhǔn)時(shí)記錄的正向功率值施加干擾信號(hào)測(cè)試時(shí)，非屏蔽電纜時(shí)測(cè)試監(jiān)測(cè)電流值見圖6，屏蔽電纜時(shí)測(cè)試監(jiān)測(cè)電流值見圖7。比較圖6和圖7兩次監(jiān)測(cè)電流值曲線，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電纜做過屏蔽處理后，監(jiān)測(cè)探頭測(cè)量出來電纜上的感應(yīng)電流值在某些頻段內(nèi)明顯大于非屏蔽電纜上感應(yīng)出來的電流值。

3 機(jī)理分析

傳輸線電纜置于電磁場(chǎng)中而耦合感應(yīng)電流的分析方法主要有兩類：磁場(chǎng)環(huán)路積分方法和等效電路方法。磁場(chǎng)環(huán)路積分法是利用麥克斯韋方程組來求解。等效電路方法是傳輸線方程來求解。相對(duì)于麥克斯韋方程組需要求解電磁場(chǎng)邊值問題，用等效電路的方法更簡(jiǎn)易一些，將電纜內(nèi)外的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的耦合簡(jiǎn)化成電纜內(nèi)外的電流和電壓，通過屏蔽電纜的轉(zhuǎn)移阻抗和轉(zhuǎn)移導(dǎo)納的耦合關(guān)系，求解電纜外部電磁場(chǎng)輻射時(shí)引起的內(nèi)部響應(yīng)。

在分析電磁波對(duì)傳輸線或類似設(shè)備的影響時(shí)，假設(shè)激勵(lì)電壓源是沿傳輸線長(zhǎng)度分布的。有分布源的傳輸線可以定義為每段長(zhǎng)度增量都有相應(yīng)電壓源增量的傳輸線。圖8畫出了這種傳輸線的一個(gè)長(zhǎng)度單元dz的情況。電壓源EZ具有電場(chǎng)強(qiáng)度的量綱（V/m）。

當(dāng)正弦信號(hào)（）作用在圖8中的傳輸線上時(shí)，沿線的電壓和電流可用下列微分方程表示：

（1）

通過求導(dǎo)后可得二階微分方程：

（2）

式中；endprint

式（2）的解為：

I（z）=[K1+P（z）]e-γz+[K2+Q（z）]eγz

V（z）=Z0{[K1+P（z）]e-γz-[K2+Q（z）]eγz}

式中；

通過進(jìn)一步求解即可求得電磁波在電纜上感應(yīng)出來的具體電流值，從而可驗(yàn)證屏蔽電纜和非屏蔽電纜感應(yīng)電流值得差別。此驗(yàn)證工作計(jì)算量較大，計(jì)算過程不在本文中詳述。

通過以上分析，在屏蔽電纜上施加干擾信號(hào)時(shí)，屏蔽電纜中的感應(yīng)電流主要集中在屏蔽層，由屏蔽體所包敷的芯線中感應(yīng)電流則很小。采用屏蔽電纜來減少干擾就是要使絕大部分干擾電流流過屏蔽層，而在屏蔽體里面的芯線上只有很小的感應(yīng)電流和電壓。因而電纜屏蔽時(shí)電流監(jiān)測(cè)探頭感應(yīng)出來的電流值會(huì)大于非屏蔽電纜測(cè)試時(shí)的感應(yīng)電流值。

4 結(jié)語

由于屏蔽電纜和非屏蔽電纜的特性不同，在做CS114項(xiàng)目時(shí)要注意監(jiān)測(cè)探頭測(cè)出的感應(yīng)電流值。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定如果受試電纜上的實(shí)際感應(yīng)電流高于限值6dB，即使定向耦合器上監(jiān)測(cè)的正向功率電平低于校準(zhǔn)值，當(dāng)待測(cè)件不敏感時(shí)，也認(rèn)為滿足要求。在做屏蔽電纜測(cè)試時(shí)，若按照校準(zhǔn)功率施加干擾信號(hào)，電纜上實(shí)際感應(yīng)的電流值往往會(huì)超出限值很多，而不僅僅是標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的6dB，如此一來，實(shí)際施加的干擾信號(hào)就會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)要求，一方面會(huì)使得測(cè)試過程不規(guī)范影響測(cè)試判定準(zhǔn)確性，另一方面人為的加嚴(yán)了對(duì)設(shè)備的考核，對(duì)設(shè)備生產(chǎn)商造成不必要的成本增加。此時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際感應(yīng)出的電流值反饋降低輸入功率值，從而滿足實(shí)際感應(yīng)電流值大于限值6dB要求。同時(shí)，當(dāng)需要測(cè)試的待測(cè)設(shè)備互聯(lián)電纜為多根時(shí)，應(yīng)該區(qū)分開屏蔽電纜和非屏蔽電纜，分批次施加。

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