某型激勵(lì)設(shè)備的電磁兼容整改分析

高涵香

(西安遠(yuǎn)方航空技術(shù)發(fā)展有限公司，陜西 西安 710089)

1 引 言

某型激勵(lì)設(shè)備的研制，可解決“民用電傳飛機(jī)PIO與氣動(dòng)伺服彈性適航試飛技術(shù)”研究中的關(guān)鍵技術(shù)，為民用電傳飛機(jī)激勵(lì)技術(shù)研究任務(wù)安全高效地完成提供支持和保障?，F(xiàn)代機(jī)載設(shè)備的類型、數(shù)量和工作方式眾多，頻率覆蓋范圍寬，發(fā)射功率大，靈敏度高，機(jī)載設(shè)備的電磁兼容問(wèn)題是設(shè)計(jì)與試驗(yàn)工作的重點(diǎn)。

機(jī)載設(shè)備應(yīng)該盡可能地在設(shè)計(jì)階段就考慮其電磁兼容問(wèn)題，但最終成品的電磁兼容性還是要按照GJB l5lB-2013的要求進(jìn)行驗(yàn)證。即使在設(shè)計(jì)階段已經(jīng)對(duì)機(jī)載設(shè)備的電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行了周全的考慮，但是由于電磁兼容問(wèn)題的復(fù)雜性，機(jī)載設(shè)備在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中仍不可避免地出現(xiàn)各種電磁干擾的因素。這些因素相互耦合，導(dǎo)致機(jī)載設(shè)備的電磁兼容測(cè)試無(wú)法通過(guò)，這就需要對(duì)機(jī)載設(shè)備進(jìn)行整改，以使其達(dá)到電磁兼容要求。本文對(duì)某型激勵(lì)設(shè)備在檢測(cè)試驗(yàn)中電磁兼容部分出現(xiàn)的RE102項(xiàng)超限問(wèn)題進(jìn)行了研究，對(duì)其成因進(jìn)行了分析，并介紹了可行的整改措施。

2 電磁兼容試驗(yàn)

2.1 電磁兼容性對(duì)機(jī)載設(shè)備效能的影響

電磁兼容性對(duì)機(jī)載設(shè)備效能的影響主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

(1)對(duì)設(shè)備精度的影響

由于對(duì)電磁環(huán)境預(yù)計(jì)不當(dāng)或電磁兼容性設(shè)計(jì)不當(dāng)，在設(shè)備產(chǎn)生附加的電磁干擾和外部環(huán)境中其它電磁干擾源產(chǎn)生的電磁發(fā)射共同作用下，機(jī)載設(shè)備內(nèi)的關(guān)鍵電路所受到的電磁干擾超過(guò)了閾值，造成機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)精度降低。

(2)對(duì)設(shè)備安全性的影響

當(dāng)代的機(jī)載設(shè)備中使用了大量的大規(guī)模集成電路和低電平的數(shù)字設(shè)備，而執(zhí)行任務(wù)中的機(jī)載設(shè)備可能會(huì)隨時(shí)處于高強(qiáng)度、長(zhǎng)時(shí)間、極度復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境之中，這對(duì)機(jī)載設(shè)備的安全造成了極大的潛在危險(xiǎn)。只要電磁干擾超過(guò)了機(jī)載設(shè)備所能承受的最大閾值，或者各個(gè)機(jī)載設(shè)備間的空間隔離不到位、頻率和時(shí)間沒(méi)有有效分隔，機(jī)載設(shè)備就可能會(huì)失效。

(3)對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范的影響

機(jī)載設(shè)備的設(shè)計(jì)規(guī)范必須以最惡劣和最復(fù)雜的電磁環(huán)境作為參考，以此制定機(jī)載設(shè)備的性能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，不能單純地考慮單個(gè)設(shè)備電磁兼容性的要求，必須從整個(gè)機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)的電磁要求出發(fā)，權(quán)衡機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)各個(gè)分系統(tǒng)之間的功能特性是否相容。

2.2 測(cè)試過(guò)程

(1)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GJB l5lB-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》。

(2)測(cè)試環(huán)境：電波暗室，即電波無(wú)反射室。在電磁屏蔽室的內(nèi)壁、天花板及地板上加裝電波吸波材料，以吸收反射到屏蔽室四壁的電磁場(chǎng)，消除四壁的反射。

(3)被測(cè)設(shè)備(EUT)：某型激勵(lì)設(shè)備(激勵(lì)控制器、控制盒)，如圖1所示。

圖1 被測(cè)設(shè)備

(4)EUT測(cè)試步驟：

a)依據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求及圖2所示設(shè)備連接框圖，搭接被測(cè)設(shè)備，確保被測(cè)設(shè)備產(chǎn)生的最大輻射面朝向測(cè)試配置邊界的前沿。

圖2 設(shè)備連接框圖

b)測(cè)試設(shè)備通電預(yù)熱并達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)。

c)使用對(duì)應(yīng)的測(cè)量路徑，觀察記錄被測(cè)設(shè)備及其有關(guān)線纜的電磁兼容性是否滿足要求。

(5)測(cè)試結(jié)果：測(cè)試結(jié)果顯示，該型激勵(lì)設(shè)備在RE102項(xiàng)(10kHz～18GHz電場(chǎng)輻射發(fā)射)試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)超限，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 整改前測(cè)試結(jié)果

3 電磁兼容整改

3.1 超限分析及干擾源定位

RE102屬于電場(chǎng)輻射發(fā)射測(cè)試，是測(cè)試被測(cè)設(shè)備輻射發(fā)射到周?chē)母蓴_信號(hào)是否處于標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)。RE102測(cè)試超限，說(shuō)明設(shè)備對(duì)周?chē)a(chǎn)生的電場(chǎng)干擾超限，會(huì)對(duì)機(jī)上其他設(shè)備造成影響。首先應(yīng)確定存在哪些主要干擾源，確定整改方向，然后抑制主要干擾源，切斷干擾源間的耦合途徑。最后重新測(cè)試，確定達(dá)到整改目的。

從圖3可以看出，超限部分主要集中在50MHz～100MHz及180MHz～200MHz范圍內(nèi)。分別對(duì)控制盒和激勵(lì)控制器單獨(dú)進(jìn)行RE102項(xiàng)測(cè)試，確定主要干擾源為控制盒。

使用頻譜儀對(duì)控制盒進(jìn)行頻域分析，結(jié)果顯示，在顯示屏處檢測(cè)到明顯強(qiáng)度的波形，在連接器處檢測(cè)到中等強(qiáng)度的波形。反復(fù)測(cè)試排查，確認(rèn)控制盒面板上的液晶顯示屏組件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響較大，電源模塊電路也是造成超限的主要原因。

對(duì)測(cè)試波形進(jìn)行解算分析，發(fā)現(xiàn)超限點(diǎn)的尖峰之間相差的頻率基本是相同的，推測(cè)這些超限的頻率點(diǎn)都是同一源產(chǎn)生的，以某一固定頻率的倍頻周期出現(xiàn)。核對(duì)控制盒使用的器件，發(fā)現(xiàn)控制盒使用的晶振頻率最為接近。

3.2 整改措施

(1)針對(duì)電源模塊的干擾泄漏，采取增加去耦電容的整改方式。

機(jī)載設(shè)備采用的是DC-DC電源模塊，其具有較大的傳導(dǎo)和輻射干擾。雖然設(shè)計(jì)之初已經(jīng)采取了濾波措施，但未能很好地解決電路系統(tǒng)中存在的電磁干擾。在電路設(shè)計(jì)中，為了防止電磁干擾能量在不同電路之間轉(zhuǎn)移，通常采用的方法是增加去耦電容。去耦電容在給有源器件提供直流電源的同時(shí)，還能夠提供高頻通道。因此，去耦電容不但能有效地減少電路上噪聲的轉(zhuǎn)移傳播，還能有效地濾除元器件的高頻噪聲。采用分別在電源的輸入端和輸出端添加去耦電容的方法，可以在更寬的頻譜范圍內(nèi)有效地降低電源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)產(chǎn)生的各種開(kāi)關(guān)噪聲。

(2)針對(duì)顯示屏位置的干擾泄漏問(wèn)題，采取控制盒顯示屏加強(qiáng)屏蔽層的整改方式。

在原顯示屏組件設(shè)計(jì)中，考慮經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性，控制盒顯示屏內(nèi)已經(jīng)疊加了一層透光導(dǎo)電聚酯膜，導(dǎo)電鍍層外覆有一種陶制薄膜，在不影響透光性的同時(shí)，還能為導(dǎo)電層提供保護(hù)。透光導(dǎo)電聚酯膜的屏蔽作用主要是針對(duì)波的反射，而不是吸收，因此采用更換高性能屏蔽層的方法。高性能屏蔽層是一種專門(mén)為那些對(duì)屏蔽有較高要求的場(chǎng)合設(shè)計(jì)的屏蔽層，采用低阻抗的金屬絲網(wǎng)層，壓在兩層聚丙烯樹(shù)脂之間，在寬頻范圍內(nèi)有更高的屏蔽效果。

(3)針對(duì)晶振產(chǎn)生的倍頻輻射，采取增加限流電阻的整改方式。

在不影響設(shè)備正常工作的情況下，增大晶振電路回路的限流電阻，降低回路電流，減少輻射。

(4)調(diào)整線纜。

在不影響設(shè)備性能的前提下，適當(dāng)調(diào)整線纜的走向和排列，使敏感回路與源回路正交或接近正交，降低兩電路的耦合量。

縮短接地線，與外殼接地采用面接觸的方式。

屏蔽線纜屏蔽層采用多點(diǎn)接地。

3.3 整改效果

整改后的測(cè)試結(jié)果如圖4所示，可以看出，整改后該型激勵(lì)設(shè)備完全通過(guò)了電磁兼容試驗(yàn)。

圖4 整改后測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

RE102項(xiàng)測(cè)試對(duì)于大多數(shù)帶液晶顯示屏的機(jī)載設(shè)備來(lái)說(shuō)，通常都難以一次性完美通過(guò)。本文從查找干擾源入手，在確定主要干擾源之后，針對(duì)不同干擾源提出了相應(yīng)的整改方法。整改后，該型激勵(lì)設(shè)備順利地通過(guò)了電磁兼容試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采取的整改措施取得了非常顯著的成果，為同類型試驗(yàn)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在設(shè)備初樣階段開(kāi)展電磁兼容測(cè)試驗(yàn)證設(shè)備方案設(shè)計(jì)，然后根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有針對(duì)性的迭代優(yōu)化，可得到事半功倍的效果。