軍用電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計與試驗研究

陳 磊

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

電磁兼容（Electro Magnetic Compatibility，EMC）是指設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中互不干擾，能夠正常實現(xiàn)各自功能的狀態(tài)。在信息化戰(zhàn)爭條件下，隨著軍用電子設(shè)備安裝密集度的大幅增加，導(dǎo)致電磁環(huán)境日益復(fù)雜，電磁兼容問題變得異常突出，嚴(yán)重時可能引起設(shè)備功能失常、故障甚至人員傷亡等。目前，電磁兼容性在軍用電子設(shè)備中已受到高度重視，成為了考核其通用質(zhì)量特性的重要指標(biāo)。

1 電磁干擾機理

電磁干擾產(chǎn)生的機理是：干擾源發(fā)出的電磁能量，通過某種耦合通路傳輸至電磁敏感設(shè)備，致使敏感設(shè)備出現(xiàn)某種形式的響應(yīng)并產(chǎn)生效果?？梢姡魏坞姶鸥蓴_問題中都包含“干擾源、耦合路徑和敏感設(shè)備”這三個要素[1]。因此，解決電磁干擾問題就是圍繞這三個要素，根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施。

2 電磁兼容性設(shè)計

電磁兼容措施一定要盡早考慮，在設(shè)計中從源頭解決電磁兼容隱患，才會取得較高的效費比。在電磁兼容性設(shè)計中最常用的手段是屏蔽、濾波和接地，根據(jù)電磁干擾產(chǎn)生的機理，通過屏蔽技術(shù)可切斷耦合路徑，防護電磁敏感設(shè)備；采用濾波技術(shù)可顯著有效地消除或抑制電磁干擾源；同時，配合使用電磁兼容接地技術(shù)，可以有效地改善系統(tǒng)或設(shè)備的電磁兼容性。

2.1 屏蔽技術(shù)

軍用電子設(shè)備通常采用金屬材料制作的密封式加固機箱結(jié)構(gòu)，一方面，可起到防護作用，使設(shè)備能經(jīng)受較強的振動沖擊等力學(xué)條件和濕熱、鹽霧、霉菌等惡劣氣象條件；另一方面，可有效地抑制通過空間傳播的電磁干擾信號。但在工程應(yīng)用中考慮到通風(fēng)散熱、人機工程等因素，不得不破壞屏蔽機箱的完整性，如圖1 所示。

圖1 典型軍用電子設(shè)備機箱示意圖

不同部分結(jié)合處的縫隙、通風(fēng)口、接插件、按鈕、鍵盤、指示燈、顯示屏等都會成為機箱上電磁信號的泄漏源，針對不同的應(yīng)用情況，可選取不同的設(shè)計措施實現(xiàn)屏蔽。

（1）機箱接縫

機箱盡量采用整體焊接、獨立風(fēng)道的密閉結(jié)構(gòu)形式，且表面經(jīng)過導(dǎo)電氧化處理。

（2）縫隙或孔洞

縫隙或孔洞的尺寸避免與電路信號波長的1/2 成整倍數(shù)關(guān)系，蓋板連接處應(yīng)采用導(dǎo)電襯墊或?qū)щ娤鹉z條，使機箱形成連續(xù)導(dǎo)電體。

（3）接插件

選用符合軍用標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽型接插件，在機箱與插座之間增加導(dǎo)電襯墊，確保接插件與機箱面板之間導(dǎo)電連續(xù)性。

（4）通風(fēng)口

通風(fēng)口設(shè)計盡量開圓孔，其次是開方孔，避免開長圓孔，屏蔽效能要求高的場合應(yīng)選用波導(dǎo)通風(fēng)板[2]。

（5）線纜

盡量選用屏蔽導(dǎo)線或屏蔽雙絞線，屏蔽層要在機箱外部接地，并與屏蔽機箱360°搭接，線纜進入機箱后通過濾波器進行連接。

（6）顯示屏、指示燈面板等

采用導(dǎo)電玻璃、碳素絲網(wǎng)或柔性透明導(dǎo)電膜片等屏蔽體進行屏蔽，并注意屏蔽層與機箱良好的導(dǎo)電連續(xù)性。

2.2 濾波技術(shù)

濾波技術(shù)是抑制電磁干擾的一種有效措施，尤其是在抑制傳導(dǎo)干擾方面，具有明顯的效果。電源線是電磁干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備主要途徑，在設(shè)備電源入口安裝一個電源線濾波器（低通濾波器），對無用的高頻干擾信號有較大的衰減，同時設(shè)備的工作頻率信號（直流或低頻交流）可以正常通過。電源線濾波器一般是由電感和電容組成的低通濾波，可以將火線、零線回路中的差模干擾信號以及火線、零線與地線回路中的共模干擾信號都抑制在允許的范圍之內(nèi)。

在選擇電源線濾波器時，不僅要根據(jù)實際使用需求，選擇合適的插入損耗、截止頻率、額定電壓、額定電流、耐壓等級、漏電流、安裝方式、尺寸與重量和溫度條件，而且要考慮濾波器輸入和輸出端的阻抗特性，遵循阻抗失配原則，否則可能影響濾波效果，甚至引起諧振。一般對低阻抗的電源側(cè)，應(yīng)配高輸入阻抗的濾波器，對高輸入阻抗的負(fù)載側(cè)，則應(yīng)配低輸出阻抗的濾波器[3]。

濾波器安裝時，應(yīng)盡量減小接地阻抗，使用扁平接地線就近接地或?qū)V波器直接安裝在機箱導(dǎo)電金屬表面；同時，濾波器應(yīng)盡量安裝在電源線的入口或出口處，并確保輸入端和輸出端相隔離，防止產(chǎn)生耦合。

2.3 接地技術(shù)

恰當(dāng)?shù)剡x擇接地點位置和接地點個數(shù)，既能保證電路正常工作，同時又能減少接地干擾。常見的接地方式有浮地、單點接地、多點接地和混合接地四種基本形式：（1）采用浮地方式可以徹底消除接地干擾和地環(huán)路干擾，但容易產(chǎn)生靜電積累引起靜電擊穿現(xiàn)象，一般需要接入一個泄放電阻（約幾兆歐），以消除靜電積累；（2）工作頻率較低（＜1 MHz）的電路應(yīng)采用單點接地，以消除公共阻抗耦合和低頻地環(huán)路；（3）工作頻率較高（＞30 MHz）的電路應(yīng)采用多點接地式就近接地，盡量減小接地引線的長度；（4）工作頻率在1～30 MHz 的電路應(yīng)采用混合接地式，當(dāng)接地線的長度大于工作信號波長的0.05 倍時，應(yīng)采用多點接地，否則采用單點接地方式[4]。

3 電磁兼容性測試

軍用電子設(shè)備的電磁兼容性通常采用國家軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁兼容性試驗測試來考核，試驗中受測試設(shè)備（Equipment Under Test，EUT）的電磁發(fā)射和敏感度必須同時達標(biāo)才算合格。

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》是我國針對軍用電子、電氣、機電等設(shè)備和分系統(tǒng)制定的關(guān)于設(shè)備電磁發(fā)射和敏感度特性的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)參考引用了美國國防部2007 年發(fā)布的MIL-STD-461F，將GJB151A 和GJB152A 合二為一，規(guī)定了軍用設(shè)備的電磁兼容性要求和測試方法。其中測試項目共21 項，傳導(dǎo)發(fā)射類4項，傳導(dǎo)敏感度類11 項，輻射發(fā)射類3 項，輻射敏感度類3 項。各測試項目都是針對EUT 端口的，測試項目對各端口的適用性如圖2 所示。

圖2 電磁兼容性測試對各類端口的適用性

這21 項試驗并非全部是必做的，GJB 151B—2013 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了每個測試項目對各安裝平臺的適用性，CS103、CS104、CS105、CE106、RE103 和 天 線有關(guān)，針對的是無線通信類設(shè)備，這5 項一般不做；RS105、CS102、CS109 和CS112 這4 項試驗也做得較少。CE102、RE102、CS1O1、CS114、CS116、RS103這6 項試驗是必做項目，對安裝在飛機和艦船平臺上的設(shè)備，還要求做CE101、CE107、CS106、CS115、RE101、RS101 中的一些項目，其余項目由訂購方根據(jù)有關(guān)規(guī)范確定是否需做[5]。

4 電磁兼容性整改

樣機生產(chǎn)完成后，針對在電磁兼容性試驗測試過程中發(fā)現(xiàn)的不達標(biāo)問題，也應(yīng)該從電磁干擾的三個要素入手進行分析，查清這三個要素是什么，然后根據(jù)具體情況，采取適當(dāng)?shù)拇胧┫蛞种齐姶鸥蓴_信號，以對產(chǎn)品實施最小的改動，使其達到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求。

根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，常見的電磁兼容性不合格問題的原因分析和主要整改對策如表1 所示，綜合考慮如下整改對策，采取補救措施，可以使設(shè)備順利通過GJB 151B—2013 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗項目[6]。

5 結(jié) 論

軍工電子設(shè)備具有安裝密集度高、強弱信號共存、頻譜分布廣等特點，設(shè)計階段采用屏蔽和濾波技術(shù)，同時選擇正確的接地點和接地方式，可以在前期消除電磁兼容性隱患；試驗階段，根據(jù)測試結(jié)果選擇合理的整改措施，可以有效改善電磁兼容性不達標(biāo)的問題，滿足軍用標(biāo)準(zhǔn)試驗考核項目的要求。

表1 常見電磁兼容性問題的原因及整改對策

[5] 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].北京：總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，2013.

[6] 惠 洋.機載電子對抗系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計[D].成都：電子科技大學(xué)，2013.