國(guó)外外部射頻電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)演變簡(jiǎn)析

張新宇 張鋒 韓玉峰

（北京無(wú)線電計(jì)量測(cè)試研究所，北京，100854）

文 摘：簡(jiǎn)介外部射頻電磁環(huán)境特點(diǎn)和國(guó)外外部射頻電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)演變過(guò)程，分析設(shè)備、分系統(tǒng)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的差異，概述標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和應(yīng)用情況。

隨著產(chǎn)品信息化程度越來(lái)越高，同時(shí)電磁脈沖、高功率微波等新技術(shù)不斷發(fā)展，使得產(chǎn)品面臨的電磁環(huán)境日益復(fù)雜。如果被試產(chǎn)品對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境，尤其是射頻電磁環(huán)境的適應(yīng)能力不強(qiáng)，就會(huì)限制系統(tǒng)的全方位、全天候應(yīng)用，這一問(wèn)題隨著信息技術(shù)的發(fā)展將變得更加嚴(yán)峻[1]。為了提高產(chǎn)品的電磁環(huán)境適應(yīng)性，各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)不斷完善，將外部射頻電磁環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目納入設(shè)備級(jí)和系統(tǒng)級(jí)多級(jí)綜合的考核體系，以提高產(chǎn)品的電磁兼容性能。

GJB72A—2002《電磁干擾和電磁兼容性術(shù)語(yǔ)》中給出的電磁兼容性（EMC）定義為：設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。包括以下兩個(gè)方面：①設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，可按規(guī)定的安全裕度實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的工作性能、且不因電磁干擾而受損或產(chǎn)生不可接受的降級(jí)；②設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中正常地工作且不會(huì)給環(huán)境（或其他設(shè)備）帶來(lái)不可接受的電磁干擾。其中，電磁環(huán)境的定義為：存在于某場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和。GJB 6130—2007《戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境術(shù)語(yǔ)》中給出的復(fù)雜電磁環(huán)境定義為：在一定空域、時(shí)域、頻域和功率域上，多種電磁信號(hào)同時(shí)存在，對(duì)用頻裝備運(yùn)用和作戰(zhàn)行動(dòng)產(chǎn)生一定影響的電磁環(huán)境。而戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的定義為：一定的戰(zhàn)場(chǎng)空間內(nèi)對(duì)作戰(zhàn)有影響的電磁環(huán)境。

電磁環(huán)境是一個(gè)綜合的概念，既存在于產(chǎn)品的設(shè)備級(jí)也存在于系統(tǒng)級(jí)。而且，當(dāng)設(shè)備或系統(tǒng)所搭載的平臺(tái)不同時(shí)，所遭遇的電磁環(huán)境也將具有較大差異性。

1 外部射頻電磁環(huán)境特點(diǎn)

電磁環(huán)境的構(gòu)成因素有很多，既有自然因素也有人為因素，其中人為因素既可能為有意產(chǎn)生也可能為無(wú)意產(chǎn)生，見(jiàn)表1。從狹義角度來(lái)講，戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境主要指作戰(zhàn)過(guò)程中，作戰(zhàn)雙方有意或無(wú)意產(chǎn)生的電磁輻射、反射和散射而構(gòu)成的電磁環(huán)境[2]。2005年發(fā)布的GJB1389A《系統(tǒng)電磁兼容性要求》中指出，系統(tǒng)外部射頻電磁環(huán)境包括（但不限于）來(lái)自于平臺(tái)（如編隊(duì)飛行的飛機(jī)、帶有護(hù)衛(wèi)艦編隊(duì)航行的艦船和彼此相鄰的地面指揮系統(tǒng)）、友方發(fā)射機(jī)和敵方發(fā)射機(jī)等形成的電磁環(huán)境。

表1 電磁環(huán)境構(gòu)成

從表1可以看出，系統(tǒng)工作的電磁環(huán)境是復(fù)雜多變的，其組成因素在時(shí)域、頻域、功率域上均可能發(fā)生改變，因此各國(guó)編制了眾多標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行描述，以提高各系統(tǒng)對(duì)電磁環(huán)境的適應(yīng)能力。以美軍標(biāo)為代表，將電磁環(huán)境指標(biāo)分解至設(shè)備級(jí)和系統(tǒng)級(jí)，形成了各軍兵種通用的外部射頻電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)備級(jí)和系統(tǒng)級(jí)所搭載的平臺(tái)不同、遭遇的電磁環(huán)境不同，制定了不同的考核限值，這種方法也成為了國(guó)際上較為認(rèn)可的考核武器裝備電磁兼容性能的方法。

近年來(lái)，隨著對(duì)電磁兼容理解的不斷深入，電磁兼容問(wèn)題也從設(shè)備級(jí)電磁干擾逐步向系統(tǒng)級(jí)電磁環(huán)境效應(yīng)過(guò)渡，電磁兼容性的概念得到進(jìn)一步延伸。美軍標(biāo)MIL-STD-464C《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)要求》中對(duì)電磁環(huán)境效應(yīng)給出的定義為：電磁環(huán)境對(duì)軍事力量、設(shè)備、系統(tǒng)和平臺(tái)的運(yùn)行能力的影響。電磁環(huán)境是客觀存在的，但電磁環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的影響不盡相同，即產(chǎn)品的電磁環(huán)境效應(yīng)不同。隨著電磁環(huán)境的惡化，各國(guó)更加重視產(chǎn)品的電磁環(huán)境效應(yīng)，軍用標(biāo)準(zhǔn)也從設(shè)備級(jí)向系統(tǒng)級(jí)、電磁干擾向電磁環(huán)境效應(yīng)不斷完善。但各國(guó)電磁兼容性發(fā)展的進(jìn)程不同，對(duì)環(huán)境特點(diǎn)的理解不同，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)的制定也不盡相同。

2 國(guó)外外部射頻電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2.1 俄羅斯電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

俄羅斯的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展比我國(guó)略早，我們了解到的前蘇聯(lián)航空工業(yè)最早的EMC標(biāo)準(zhǔn)是OCT1953年標(biāo)準(zhǔn),它只規(guī)定了傳導(dǎo)干擾要求。上世紀(jì)50年代至70年代中期，前蘇聯(lián)都沿用上述標(biāo)準(zhǔn)，但在70年代末EMC標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始更新與發(fā)展，80年代已經(jīng)更多地參考和采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（如CISPR標(biāo)準(zhǔn)）和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。如OCT102679-89標(biāo)準(zhǔn)幾乎等同于美國(guó)RTCADO-160A。到上世紀(jì)80年代至90年代，前蘇聯(lián)已經(jīng)制定出一系列EMC標(biāo)準(zhǔn)，但尚未發(fā)現(xiàn)完整的配套標(biāo)準(zhǔn)體系[3]。

2.2 英國(guó)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我們已知的英國(guó)軍用電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)主要與航空和飛行器有關(guān)。首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)BS.2G.100于1960年發(fā)布，后期更新為BS.3G.100。但當(dāng)英國(guó)試圖制定陸、海、空三軍標(biāo)準(zhǔn)DEF STAN59-41時(shí)，遇到了將推出的版本對(duì)新型飛機(jī)不適用的情況，因此制定了新的FS（F） 510和FS（F） 457規(guī)范。但這些方法更適用于在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展對(duì)電源線和信號(hào)線的瞬態(tài)測(cè)試，并不包含外部射頻電磁環(huán)境的空間發(fā)射類測(cè)試?，F(xiàn)行有效的DEFSTAN59-411系列《電磁兼容性》為2007年發(fā)布的第一版本，包括5個(gè)部分：第一部分《電磁兼容性管理與規(guī)劃》、第二部分《電、磁和電磁環(huán)境》、第三部分《設(shè)備和分系統(tǒng)電磁兼容性測(cè)試方法和限值》、第四部分《平臺(tái)和系統(tǒng)電磁兼容性測(cè)試與試驗(yàn)》和第五部分《三軍裝備電磁兼容性設(shè)計(jì)和安裝操作規(guī)程》。

2.3 北約電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

北約（NATO） 曾對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)級(jí)EMC規(guī)范進(jìn)行了幾次重大修改。分別用于設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的STANAG3516、STANAG3614均有多種版本。這些文件與 MIL-STD-461和MIL-STD-6051D相類似。關(guān)于電磁環(huán)境效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)主要有STANAG4370：AECTP250系列《電和電磁環(huán)境條件》，STANAG4370：AECTP500系列《電磁環(huán)境效應(yīng)測(cè)試與驗(yàn)證》。其中，AECTP250用于描述環(huán)境，現(xiàn)行有效版本為2011年發(fā)布的第二版，適用于北約成員國(guó)，具有射頻電磁環(huán)境相關(guān)章節(jié)；AECTP500適用于武器裝備（包括設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)、平臺(tái)、軍械等）電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，現(xiàn)行有效版本為2011年發(fā)布的第四版。

2.4 美軍標(biāo)

美國(guó)軍事的快速發(fā)展以及其對(duì)電磁兼容的高度重視，導(dǎo)致美軍的電磁兼容試驗(yàn)?zāi)芰σ恢本佑谑澜珙I(lǐng)先地位，美軍標(biāo)也一直是各國(guó)EMC標(biāo)準(zhǔn)制定的重要參考。美軍擁有多個(gè)電磁環(huán)境效應(yīng)實(shí)驗(yàn)室，用于開(kāi)展設(shè)備級(jí)、系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性研究和試驗(yàn)評(píng)估。其中大型電磁兼容實(shí)驗(yàn)室擁有對(duì)系統(tǒng)級(jí)電磁環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)測(cè)試和評(píng)估的能力，可開(kāi)展對(duì)系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性、雷電效應(yīng)、電磁脈沖效應(yīng)、電磁易損性、靜電電荷控制、電磁輻射危害等效應(yīng)的試驗(yàn)評(píng)估，具備多模擬器施加外部射頻電磁綜合環(huán)境的條件。美國(guó)軍方至少建有20個(gè)大型電磁環(huán)境效應(yīng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，包括陸軍7個(gè)、海軍8個(gè)、空軍5個(gè)，其中6個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)(海軍有4個(gè))具有全部電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)?zāi)芰4]。對(duì)電磁兼容的高度重視也直接導(dǎo)致了美軍標(biāo)的修訂速度快、對(duì)裝備作戰(zhàn)環(huán)境的考慮全面，從而成為了各國(guó)軍用產(chǎn)品電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)制定的重要參考。其中，最具代表性的標(biāo)準(zhǔn)為MIL-STD-461系列和MIL-STD-464系列。

2.4.1 美軍標(biāo)MIL-STD-461的演變過(guò)程

實(shí)際上，美國(guó)電磁兼容方面的軍用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的發(fā)展史可追溯到1945年，在461系列標(biāo)準(zhǔn)頒布以前，美國(guó)各軍兵種為滿足各自的需要，制定了各自的電磁兼容性要求標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

表2 MIL-STD-461之前的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)

這種多種標(biāo)準(zhǔn)共存的體制使得單設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，如要滿足多軍兵種需要，經(jīng)常需要重新設(shè)計(jì)，因?yàn)樵镜脑O(shè)計(jì)可能達(dá)不到要求，也可能造成浪費(fèi)。測(cè)試設(shè)備因測(cè)試方法和限值的不同，需要的種類較多，費(fèi)用也較高。因此急需一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)降低這種差異性，以供三軍共同使用，MIL-STD-461就在這種背景下誕生了。

1965年，美國(guó)國(guó)防部組織三軍的工程技術(shù)人員和標(biāo)準(zhǔn)化人員制定了一個(gè)研究電磁干擾術(shù)語(yǔ)、測(cè)試范圍、測(cè)試方法及設(shè)備要求的計(jì)劃，即461系列標(biāo)準(zhǔn)。這一系列標(biāo)準(zhǔn)包括：MIL-STD-461《設(shè)備電磁干擾特別要求》、MIL-STD-462《電磁干擾特性測(cè)量》、MIL-STD-463《電磁干擾技術(shù)定義和單位制》。從此，美軍標(biāo)進(jìn)入了使用461標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)代。

從MIL-STD-461標(biāo)準(zhǔn)第一次發(fā)布至今，已經(jīng)先后公布了7個(gè)版本，在461D發(fā)布之前主要以通告形式進(jìn)行更新，461D和462D最終演化為要求和方法合二為一的461E，至此MIL-STD-462標(biāo)準(zhǔn)廢止，后MIL-STD-463標(biāo)準(zhǔn)也被廢止，具體演變過(guò)程見(jiàn)表3。

表3 MIL-STD-461的演變過(guò)程

2.4.2 美軍標(biāo)MIL-STD-464的演變過(guò)程

美軍最早的系統(tǒng)級(jí)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)在1950年。在MIL-STD-464《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)要求》頒布之前經(jīng)歷了MIL-E-6051和MIL-STD-1818兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其中MIL-E-6051先后經(jīng)歷了三次改版，使用了47年，MIL-STD-1818作為過(guò)渡性標(biāo)準(zhǔn)頒布于1992年。美軍在1997年頒布464標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)，通告了MIL-E-6051和MIL-STD-1818兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)廢止，從而在真正意義上統(tǒng)一和規(guī)范了電磁環(huán)境效應(yīng)所涉及的內(nèi)容與要求，是電磁環(huán)境效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)重要里程碑。這一標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了三次修訂，具體演變過(guò)程見(jiàn)表4。

表4 美軍標(biāo)電磁環(huán)境效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的演變過(guò)程

2.4.3 美軍標(biāo)外部射頻電磁環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀對(duì)比

美軍標(biāo)非常重視電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的修訂，更新?lián)Q代速度很快，就目前來(lái)看，外部射頻電磁環(huán)境試驗(yàn)作為電磁兼容性試驗(yàn)中的重要一環(huán)，設(shè)備和分系統(tǒng)級(jí)依據(jù)為2007年發(fā)布的MIL-STD-461F，系統(tǒng)級(jí)依據(jù)為2010年發(fā)布的MIL-STD-464C。

MIL-STD-461F和MIL-STD-464C均為通用標(biāo)準(zhǔn)，以應(yīng)用平臺(tái)劃分，其中MIL-STD-461F中RS103項(xiàng)目極限值劃分為空軍、海軍和陸軍，每個(gè)軍種都分為飛機(jī)外部或SCES（安全性關(guān)鍵設(shè)備和分系統(tǒng)）、飛機(jī)內(nèi)部、艦船甲板上和水下外部、金屬艦船甲板下、非金屬艦船甲板下、水下內(nèi)部、地面設(shè)備、空間系統(tǒng)共8個(gè)使用平臺(tái)。MIL-STD-464C將外部射頻電磁環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目極限值以工作環(huán)境劃分為艦船甲板上、在艦船上發(fā)射機(jī)主波束下工作、空間和運(yùn)載系統(tǒng)外部、地面系統(tǒng)外部、陸軍直升機(jī)外部和固定機(jī)翼飛機(jī)外部共6種。但不同的被試系統(tǒng)可能會(huì)涉及兩個(gè)或兩個(gè)以上應(yīng)用平臺(tái)，美軍標(biāo)對(duì)分系統(tǒng)和系統(tǒng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)并不相同，而是根據(jù)不同環(huán)境進(jìn)行細(xì)致劃分。例如飛機(jī)外部電磁環(huán)境限值見(jiàn)文后附表。

附表中，標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-464C中的峰值場(chǎng)強(qiáng)是基于發(fā)射機(jī)的最大允許使用功率和天線最大增益減去系統(tǒng)損耗（若損耗未知?jiǎng)t估為3dB）得到，平均場(chǎng)強(qiáng)是基于平均輸出功率，平均輸出功率是發(fā)射機(jī)的最大峰值輸出功率與最大占空比的乘積。占空比是脈沖寬度與脈沖重復(fù)頻率的乘積。平均值場(chǎng)強(qiáng)只適用于脈沖信號(hào)系統(tǒng)。非脈沖信號(hào)的平均功率與峰值功率是相同的（即沒(méi)有調(diào)制存在）。

3 思考與啟示

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，美軍標(biāo)中設(shè)備級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)差異較大，系統(tǒng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-464C對(duì)外部電磁環(huán)境的劃分更為細(xì)致，考慮全面，經(jīng)過(guò)了大量的測(cè)量和經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)系統(tǒng)的考核更加合理。而我國(guó)現(xiàn)階段標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，數(shù)據(jù)支撐不夠有力，不能準(zhǔn)確表達(dá)系統(tǒng)的使用電磁環(huán)境，仍需進(jìn)一步完善。

國(guó)外很早就開(kāi)始關(guān)注復(fù)雜電磁環(huán)境的研究，美國(guó)軍方建立了電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)中心，用于開(kāi)展電磁環(huán)境效應(yīng)驗(yàn)證試驗(yàn)和仿真驗(yàn)證，包括高場(chǎng)強(qiáng)電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)，其高場(chǎng)強(qiáng)試驗(yàn)系統(tǒng)可覆蓋400MHz～14GHz頻段，射頻電磁環(huán)境發(fā)生器能夠產(chǎn)生的最大峰值場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)20kV/m以上，試驗(yàn)設(shè)備包括390MHz～940MHz、1GHz～34.8GHz頻段的磁控管發(fā)射機(jī)，通過(guò)試驗(yàn)確定武器裝備系統(tǒng)、分系統(tǒng)等在暴露于外部工作環(huán)境和規(guī)定的電磁環(huán)境時(shí)的生存性、易損性和兼容性。相比而言，我國(guó)對(duì)電磁環(huán)境效應(yīng)的研究和試驗(yàn)起步較晚，目前對(duì)全壽命周期內(nèi)的外部射頻環(huán)境的分析還不全面，但正在逐步朝著更合理、更可靠的方向發(fā)展。

綜上所述，美軍標(biāo)對(duì)于外部射頻電磁環(huán)境試驗(yàn)方法的考核更全面，更加貼近實(shí)戰(zhàn)，無(wú)論是設(shè)備級(jí)還是系統(tǒng)級(jí)EMC標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)進(jìn)一步修訂我國(guó)國(guó)軍標(biāo)具有重要參考意義。