張 鵬

（航天江南集團有限公司，貴州 貴陽 550009）

當(dāng)今社會的信息化發(fā)展速度逐步加快，電氣電子設(shè)備應(yīng)用量也逐漸增加，導(dǎo)致出現(xiàn)了多種類型的電磁波，這些電磁波會對電子設(shè)備正常運行產(chǎn)生干擾，易使高頻通信設(shè)施間產(chǎn)生極為嚴(yán)重的電磁干擾，會進一步加劇電磁輻射的影響程度。由于機載設(shè)備需在相對敏感的特殊環(huán)境下工作，以小空間內(nèi)多個電子設(shè)備及電纜的集中化為特征，具備大范圍的電磁頻譜、較高的發(fā)展功率、高靈敏性的接受器，存在多種干擾因素，因而有必要針對飛行器線纜及設(shè)備的電磁干擾展開探討，通過電磁兼容性分析消除電磁干擾的影響，從而減少飛行器運行中因電磁干擾所導(dǎo)致的危害。

1 機載設(shè)備的電磁干擾

1.1 電磁環(huán)境效應(yīng)

電磁波輻射是指無線電偵查、通信等設(shè)備應(yīng)用中，利用天線及其他輻射體將電能轉(zhuǎn)化為電磁能并向外部傳遞的過程或所產(chǎn)生的現(xiàn)象。所有可產(chǎn)生電磁輻射的設(shè)備統(tǒng)稱為輻射電磁源。輻射電磁源不同，其所產(chǎn)生的電磁環(huán)境效應(yīng)也并不一致。如人為電磁源是通過人為操控電子設(shè)備而產(chǎn)生的電磁輻射，而被動電磁輻射則不是由天線輻射產(chǎn)生的，其是在電子或電器設(shè)備運行中意外出現(xiàn)的電磁輻射，會使之周邊形成嚴(yán)重電磁干擾區(qū)，或?qū)е旅}沖放電，會增強電磁環(huán)境的復(fù)雜性。除此之外，由自然因素導(dǎo)致的自然電磁輻射會導(dǎo)致靜電產(chǎn)生，也會引發(fā)雷電或是形成地磁場，靜電會擊穿損壞元件或融毀精密半導(dǎo)體器件，直擊雷及電磁脈沖兩種雷電對新技術(shù)設(shè)備會產(chǎn)生更為嚴(yán)重的損害，瞬變電磁波會導(dǎo)致瞬變電磁場形成，從而影響三維空間中的全部電子設(shè)備，會產(chǎn)生感應(yīng)電流或?qū)е赂袘?yīng)電壓增高。

1.2 電磁干擾模型的組成

作為電磁干擾機理及實驗分析描述的電磁干擾模型，由電磁干擾源模型、傳輸通道模型、敏感器模型3個部分組成。電磁干擾模型的組成如圖1所示。

圖1 電磁干擾模型組成

1.2.1 電磁干擾源模型

電磁干擾源模型有兩個干擾源，一是自然干擾源，二是人工干擾源，所有電子系統(tǒng)既是接收機也是干擾源。電磁干擾源中涵蓋微處理器、傳送器和微控制器，并且靜電放電以及瞬時功率執(zhí)行元件也是其結(jié)構(gòu)之一，如機電繼電器便是典型的干擾源。干擾源模型常以時域進行表示，此種表示方式更加直觀。干擾源時域有多種波型，如脈沖序列波、梯型單脈沖波等。

1.2.2 耦合路徑

電子電力系統(tǒng)的傳輸通道模型有5種，除了導(dǎo)線對導(dǎo)線感應(yīng)模型、電磁場對導(dǎo)線感應(yīng)耦合模型以外，還有電阻、電容、電感3種傳導(dǎo)耦合模型。這些傳輸通道共同存在，無法單一描述，可基于寬頻范圍對系統(tǒng)內(nèi)部電磁兼容問題進行預(yù)測，用于單個或多個設(shè)備間干擾問題的評估。電磁干擾有兩種傳輸途徑一是傳導(dǎo)、二是輻射。電磁干擾的耦合路徑分類如圖2所示。

圖2 電磁干擾耦合路徑分類

1.2.3 敏感器模型

模擬及數(shù)字電路是電子系統(tǒng)及電磁兼容預(yù)測中的重要敏感器，傳導(dǎo)干擾作用于模擬及數(shù)字電路時會產(chǎn)生響應(yīng)，輻射干擾由導(dǎo)體感應(yīng)向電路后傳遞間接作用時也會產(chǎn)生響應(yīng)，可根據(jù)敏感度對這些響應(yīng)進行描述，這便是敏感度模型。

1.3 飛行器電磁環(huán)境及其效應(yīng)分析

各種環(huán)境下，只要是在機載電子設(shè)備壽命周期內(nèi)，便存在傳導(dǎo)或輻射等多種電磁干擾，飛行器機體內(nèi)部及外部均存在多個電磁干擾源。機體內(nèi)部的電磁干擾源有搭載設(shè)備、機載設(shè)備以及軍用電子裝備等，機外電磁干擾源為廣播電臺、電力傳輸線、變電站以及電磁輻射武器等。外界電磁環(huán)境的強弱決定著飛行器所受到的電磁干擾大小，且飛行器自身結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)布局以及所采用的工作方式也與其外部電磁環(huán)境產(chǎn)生的影響有所關(guān)聯(lián)。

2 機載設(shè)備的電磁兼容實驗

2.1 測量實驗的一般要求

2.1.1 測量容差

測量容差的距離誤差不高于5%，頻率偏差控制在2%之內(nèi)，測量系統(tǒng)及測量接收機的幅度誤差不可超過3%與2%，時間及波形偏差應(yīng)低于5%。

2.1.2 電磁環(huán)境電平

電磁環(huán)境電平應(yīng)控制在規(guī)定極限值6 dB以下，斷開受試設(shè)備（EUT）且在與電阻負載相連接的情況下方可測量傳導(dǎo)環(huán)境電平，且電阻負載的額定電源要與受試設(shè)備一致。需于電磁環(huán)境電平最低值時開展屏蔽室外測試，非室內(nèi)檢測中需于報告中記錄電磁環(huán)境電平。

2.1.3 屏蔽室

屏蔽室中的輻射發(fā)射及敏感度測試時，需在EUT上部、兩側(cè)及后方應(yīng)用射頻吸波材料，且輻射天線及接收天線后側(cè)也要應(yīng)用此種材料。

2.1.4 接地平板

需要在接地平板上安裝EUT，多種安裝形式下應(yīng)選用金屬接地平板，且面積應(yīng)高于2.25 m2，短邊不能低于76 cm。無接地平板時可將EUT安裝于非導(dǎo)電面上。

2.1.5 電源阻抗

以線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)對電源干擾進行隔離，進而為EUT提供與規(guī)定要求相符的電源阻抗。

2.2 EUT的相關(guān)規(guī)定

2.2.1 EUT電纜搭接與取向

非特殊要求，不可將設(shè)備外殼及安裝基座搭接在一起，應(yīng)根據(jù)規(guī)定決定是否將之搭接于接地平板之上。搭接條應(yīng)符合安裝規(guī)定要求，根據(jù)測試方式對電源電纜安全接地設(shè)備進行接地處理。應(yīng)用振動或沖擊減震器基座時需做好EUT在基座上的加固，安裝備有搭接條的基座時，搭接條應(yīng)搭接在接地平板上，根據(jù)是否有接地要求選擇性將外部接線端子及連接插頭連接或不連接于接地平板之上。將EUT輻射較大一側(cè)朝向天線，且安裝位置是接地平板前緣8～12 cm處。

2.2.2 EUT電纜構(gòu)成與敷設(shè)

按照實際安裝利用情況敷設(shè)電纜，根據(jù)要求判斷是否應(yīng)用屏蔽電纜或電纜內(nèi)屏蔽線，并要檢測敷設(shè)形式的正確性。按照實際安裝要求將單獨互連線組成電纜，其長度應(yīng)與平臺長度相等。與前緣邊界敷線相平行的互連電纜應(yīng)長于2 m，其應(yīng)以Z字型牽引至配置后側(cè)。敷設(shè)多根電纜時，電纜外緣之間要相隔2 cm，于工作臺上利用接地平板布置EUT時，電纜應(yīng)敷設(shè)于接地平板前緣10 cm處，按照互連線的敷設(shè)方法敷設(shè)2 m長的EUT輸入電源線，將之連接于線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)之上，且二者之間電源線長度應(yīng)大于2.5 m。所有電纜均應(yīng)比接地平板高5 m。在EUT發(fā)射量最大時測量發(fā)射量，在最敏感狀態(tài)下測量敏感度，若有多個狀態(tài)，則需進行多次狀態(tài)測試。

2.3 測試設(shè)備的使用

2.3.1 發(fā)射測試

以表1中接收機的帶寬數(shù)據(jù)為依據(jù)進行發(fā)射測量，帶寬為接收機總選擇性曲線6 dB帶寬，且不可利用視頻濾波器對接收機響應(yīng)產(chǎn)生限制，具備可控視頻帶寬時應(yīng)將數(shù)值設(shè)置為最高。在頻率范圍內(nèi)進行發(fā)射測量的掃苗，根據(jù)表1中的測量時間數(shù)據(jù)設(shè)置模擬式測量接收機的最小測量時間，若為數(shù)字式接收機，其掃頻步長不可高于半個帶寬，且駐留時間也要按表1數(shù)據(jù)設(shè)置。發(fā)射測試參數(shù)詳見表1。

表1 發(fā)射測試參數(shù)

2.3.2 敏感度測試

應(yīng)根據(jù)表2數(shù)據(jù)設(shè)置敏感度測試時的信號源掃頻速率及頻率，根據(jù)信號源調(diào)諧頻率、結(jié)合倍乘因子確定頻率及步長。連續(xù)調(diào)頻的信號源便是模擬式掃描，而于離散頻率點上采用相繼方式調(diào)諧頻率合成信號源則為步進式掃描。步進式掃描時，各調(diào)諧頻率上的駐留時間不可低于1 s。為提升部分EUT響應(yīng)觀察效果，可酌情調(diào)低掃描速率或降低步長。敏感度掃描參數(shù)見表2。

表2 敏感度掃描參數(shù)

2.4 實驗過程

2.4.1 CE102（10 kHz～10 MHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射）測試

（1）實驗?zāi)康?。根?jù)CE102測試要求對EUT輸入電源線之上的傳導(dǎo)發(fā)射進行檢驗。對測試設(shè)備的輸出幅值進行觀測，對其與GJB 151A—97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》所規(guī)定的適用極限值中的要求進行對比，判斷受試設(shè)備的額定電源電壓是否達到了高于28 V這一標(biāo)準(zhǔn)。于電磁兼容實驗室之中開展CE102實驗。

（2）測試設(shè)備。CE102要準(zhǔn)備充足的設(shè)備，除了測量接收機、信號發(fā)生器之外，還要準(zhǔn)備數(shù)據(jù)記錄裝置、衰減器以及示波器，還要有T型同軸連接器，且要做好線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。CE102測試配置圖如圖3所示。

圖3 CE102測試配置圖

（3）測試方法。CE102實驗開始之前，要先啟動測試設(shè)備以及受試設(shè)備，先通電預(yù)熱一段時間，待設(shè)備溫度達到實驗要求后再實施實驗檢測。測試時要合理選用電源線，測量時所選定的帶寬是10 kHz～10 MHz，應(yīng)根據(jù)規(guī)定要求的測量時間進行最小測時時間的設(shè)定，并且需在規(guī)定的頻率范圍之內(nèi)完成測量接收機的整個掃描過程。測試完成之后，要對所有檢測數(shù)據(jù)進行詳細記錄，并仔細核對保證數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性。

（4）測試數(shù)據(jù)。本次測試對測試設(shè)備采取了傳感器+設(shè)備電纜（直流供電±15 V）模式下的接正線實驗以及接回線實驗2種測試方式，將設(shè)備測試結(jié)果與國家軍用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量管理體系規(guī)定的極限值進行對比。

（5）測試結(jié)果。根據(jù)接正線與接回線兩種實驗測試的結(jié)果分析得知，測試設(shè)備在輸入電源線上所產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾曲線走向與國家軍用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量管理體系曲線的走向相一致，說明這一傳導(dǎo)干擾未超出國軍標(biāo)的規(guī)定范圍。

2.4.2 RE102（30 MHz～1 GHz電場輻射發(fā)射）測試

（1）實驗?zāi)康摹Ｒ訰E102測試要求為依據(jù)，對EUT及連接于設(shè)備之上的電線電纜的電場發(fā)射情況進行檢測，進而判定測試設(shè)備的輸出輻值與GJB 152A-97中的極限值曲線要求是否相符，即判斷受試設(shè)備的額定電源電壓是否高于28 V。本次RE102試驗也在電磁兼容實驗室內(nèi)進行。

（2）測試設(shè)備。測試所用設(shè)備有測量接收機、信號發(fā)生器及數(shù)據(jù)記錄裝置3個必備設(shè)備，還需準(zhǔn)備10 pF電容器、頻率介于30～200 MHz之間的對數(shù)周期天線以及頻率范圍為30 MHz～1 GHz的雙錐天線，此外，還要應(yīng)用短棒輻射器以及線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。RE102測試配置圖如圖4所示。

圖4 RE102測試配置圖

（3）測試方法。測試之前，需通電預(yù)熱受試設(shè)備以及測試設(shè)備，確保所有設(shè)備均可穩(wěn)定運行。而后利用對數(shù)周期天線，在30～200 MHz頻率范圍之內(nèi)，在EUT工作狀態(tài)下測試外界的電場輻射，而后再運用雙錐天線于EUT工作狀態(tài)之下檢測外部電場輻射的強度，頻率范圍不可低于200 MHz，也不能高于1 GHz。檢測時隨時記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

（4）測試數(shù)據(jù)。屏蔽室中不存在EUT時，得出電磁環(huán)境的檢測結(jié)果。在傳感器+設(shè)備電纜（直流供電±15V）情況下，對測試設(shè)備進行接回線實驗測試。

（5）測試結(jié)果。通過測試結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，無論是屏蔽室內(nèi)無EUT時的電磁環(huán)境檢測還是接回線測試時，所得到的測試結(jié)果均與國家軍用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量管理體系規(guī)定的極限值相一致。

3 結(jié)論

電磁兼容技術(shù)具備較強的工程性特征，當(dāng)今社會背景下，其在電子領(lǐng)域中所起到的作用越發(fā)顯著。在飛行器設(shè)計、定型、加工制作以及利用過程中，機載設(shè)備的電磁干擾始終存在，且電磁兼容性特性也貫穿于整個過程當(dāng)中。通過了解電磁環(huán)境效應(yīng)與電磁環(huán)境干擾模型，結(jié)合飛行器的電磁環(huán)境特點，通過CE102、RE102兩組測試項目研究了機載設(shè)備的電磁特性及電磁兼容性，為機載電子設(shè)備的抗干擾設(shè)計及抗干擾方法應(yīng)用提供了支持。可基于飛行器的電磁兼容性設(shè)計出有效的傳導(dǎo)干擾及輻射干擾防護方案，以此提升飛行器的抗干擾能力，從而保障飛行器的運行安全。