祝劉坡，王威,2*

（1.成都新欣神風(fēng)電子科技有限公司，成都 611731；2.西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，成都 610000）

引言

光電跟蹤儀是安裝在驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦及航母等平臺的一種光電偵察系統(tǒng)，可以完成在海上惡劣條件下對特定目標(biāo)的實(shí)時(shí)偵察及測距功能，是目前現(xiàn)代化武器裝備系統(tǒng)中很重要的構(gòu)成部分[1]。設(shè)備內(nèi)部由電視、紅外熱像儀、激光器等主要器件組成。為保證光電跟蹤儀在復(fù)雜的電磁環(huán)境下有穩(wěn)定的性能體現(xiàn)，所以必須優(yōu)化設(shè)備的電磁兼容性能，使其滿足GJB 151B-2013標(biāo)準(zhǔn)的電磁發(fā)射和電磁抗擾度要求[2]。

1 設(shè)備簡介

某型光電跟蹤儀設(shè)備由控制機(jī)柜、接線箱、激光電源、光電指向器和模擬操縱臺幾部分組成，設(shè)備連接框圖如圖1所示。

圖1 設(shè)備連接框圖

光電跟蹤儀是由外部220 VAC/50 Hz供電，經(jīng)控制機(jī)柜內(nèi)部AC/DC模塊轉(zhuǎn)換為300 VDC后，再經(jīng)DC/DC模塊轉(zhuǎn)換成28 VDC、80 VDC等分別給激光電源和光電指向器供電?？刂茩C(jī)柜內(nèi)部的風(fēng)機(jī)直接由外部220 VAC/50 Hz供電。

2 電磁兼容性要求

該光電跟蹤儀屬于海軍水面艦船平臺，其內(nèi)部所有分系統(tǒng)或單體設(shè)備應(yīng)滿足GJB 151B-2013標(biāo)準(zhǔn)[2]的電磁發(fā)射和電磁抗擾度相關(guān)要求，具體試驗(yàn)項(xiàng)目見表1所示。

表1 系統(tǒng)單體設(shè)備/分系統(tǒng)電磁兼容性要求

3 電磁兼容存在的問題及原因分析

3.1 存在的主要問題

在電磁兼容實(shí)驗(yàn)室按照圖1連接設(shè)備，光電跟蹤儀處于正常工作狀態(tài)，模擬操縱臺上電視和熱像圖像輸出正常。正常工作狀態(tài)下設(shè)備的CE102電源線傳導(dǎo)發(fā)射和RE102電場輻射發(fā)射這兩項(xiàng)出現(xiàn)超標(biāo)，測試曲線分別如圖2和圖3所示；其他9個(gè)項(xiàng)目均滿足GJB 151B-2013標(biāo)準(zhǔn)的電磁發(fā)射和電磁抗擾度要求。

圖2 整改前光電跟蹤儀CE102測試曲線

圖3 整改前光電跟蹤儀RE102測試曲線

圖2為設(shè)備電源線線傳導(dǎo)發(fā)射CE102的測試曲線，可以看出在300 kHz～4 MHz頻段內(nèi)出現(xiàn)寬帶超標(biāo)現(xiàn)象；電源線零線和火線的測試結(jié)果基本一致。圖3為設(shè)備電場輻射發(fā)射RE102的測試曲線，可以看出，設(shè)備在200 kHz～200 MHz頻段范圍內(nèi)超標(biāo)，超標(biāo)頻率范圍較寬，是典型的寬帶輻射發(fā)射超標(biāo)問題，200 MHz～1 GHz頻段范圍內(nèi)還有少量頻點(diǎn)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

3.2 CE102超標(biāo)原因分析

光電跟蹤儀CE102在（1～3）MHz頻段超標(biāo)最嚴(yán)重，超過限值20 dB/uV以上，這個(gè)頻段的干擾主要是共模噪聲引起的，其可能原因是設(shè)備在工作過程中，電磁干擾通過電源線傳導(dǎo)至設(shè)備供電輸入端，引起了設(shè)備電源零線和火線上的電源傳導(dǎo)干擾超標(biāo)；而光電跟蹤儀電源輸入端的濾波器對于共模干擾抑制效果較差，高頻的電磁干擾無法得到抑制，所以導(dǎo)致CE102測試超標(biāo)。經(jīng)分析輸入濾波器的內(nèi)部電路發(fā)現(xiàn)，其僅有一級共模濾波，用于繞制共模電感的磁環(huán)為鐵氧體材質(zhì)，且電感量較小，僅有570 uH。此濾波電路對于AC/DC電源的傳導(dǎo)干擾抑制功能較弱，不能滿足測試要求。

3.3 RE102超標(biāo)原因分析

針對RE102超標(biāo)問題，分析是由于光電跟蹤儀在工作過程中，AC/DC電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊在發(fā)射頻點(diǎn)上的諧波分量和雜散分量，會(huì)通過整個(gè)空間和設(shè)備之間的互聯(lián)線纜耦合到各個(gè)模塊的供電電源線、控制機(jī)柜與光電指向器之間的信號線、控制機(jī)柜到模擬操縱臺的網(wǎng)線和視頻線上，產(chǎn)生天線效應(yīng)[3]，引起RE102在200 kHz～200 MHz整個(gè)寬頻段范圍內(nèi)都出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。200 MHz～1 GHz頻段范圍內(nèi)少量頻點(diǎn)出現(xiàn)超標(biāo)主要是因?yàn)樵O(shè)備機(jī)箱的屏蔽效果不佳，以及電視、熱像和激光光學(xué)鏡頭處存在電磁泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

4 電磁兼容性改進(jìn)設(shè)計(jì)

4.1 CE102改進(jìn)設(shè)計(jì)

為解決設(shè)備電源線傳導(dǎo)發(fā)射CE102項(xiàng)目超標(biāo)問題，采取了以下措施：

一是在原有的一級濾波電路基礎(chǔ)上又增加了一級共模濾波；

二是將繞制共模電感的磁環(huán)由鐵氧體材質(zhì)更換為非晶納米晶材質(zhì)，其共模電感量由570 uH增加到3.8 mH；

三是將光電跟蹤儀220VAC電源濾波器的輸入端線纜與濾波后的輸出端線纜改為雙絞屏蔽線纜，并分開走線，避免交叉，相互耦合[4]；

四是電源濾波器殼體和設(shè)備機(jī)殼之間通過不銹鋼螺釘固定，使得濾波器外殼保持良好接地，盡可能降低接地阻抗。

通過以上四種措施可以有效的抑制系統(tǒng)內(nèi)部的電磁干擾通過光電跟蹤儀的供電電源線傳輸?shù)较到y(tǒng)外部，從而保證光電跟蹤儀CE102項(xiàng)目測試能夠順利通過。同時(shí)也可以抑制系統(tǒng)外部的電磁干擾經(jīng)過光電跟蹤儀的供電電源線傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)部，進(jìn)而提高系統(tǒng)的抗電磁干擾敏感度。

對原有光電跟蹤儀輸入電源濾波器改進(jìn)后的電路原理圖如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后的電源濾波器電路原理圖

4.2 RE102改進(jìn)設(shè)計(jì)

1）改進(jìn)思路

電磁兼容性的三個(gè)基本要素分別是系統(tǒng)的干擾源、電磁干擾的傳輸路徑、系統(tǒng)的敏感設(shè)備[5,6]。分析光電跟蹤儀RE102輻射發(fā)射超標(biāo)問題，主要是從干擾源和傳輸路徑著手[6]。

首先是初步定位光電跟蹤儀的干擾源。結(jié)合RE102測試曲線，分別對光電跟蹤儀內(nèi)的每個(gè)設(shè)備單獨(dú)上電，一一進(jìn)行排查，測試每個(gè)設(shè)備的電磁干擾狀況；根據(jù)測試情況，初步定位干擾源所處的設(shè)備，然后通過快捷有效的改進(jìn)措施來抑制電磁干擾，使其滿足RE102限值要求。

其次是借助近場探頭精準(zhǔn)定位干擾源在某設(shè)備的具體部位或泄漏位置[7]。

使用近場探頭定位時(shí)，需要根據(jù)暗室測得的RE102曲線，針對超標(biāo)頻點(diǎn)一一進(jìn)行定位。首先使用近場探頭探測設(shè)備接口縫隙、互聯(lián)線纜、連接器、光學(xué)鏡頭等電磁干擾泄漏風(fēng)險(xiǎn)較大的位置；然后根據(jù)探測結(jié)果，記錄下具體的電磁輻射泄漏位置。在使用近場探頭找到干擾源頭后根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況采取不同的改進(jìn)措施，以通過RE102測試。

2）改進(jìn)措施

通過分析RE102測試曲線圖并結(jié)合近場探頭探測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)線纜、機(jī)箱蓋板接縫處、連接器與殼體接縫處、光學(xué)窗口、控制機(jī)柜風(fēng)機(jī)通風(fēng)孔、光電指向器方位和俯仰軸隙等均存在不同程度的電磁泄漏。具體的改進(jìn)措施如下。

①控制機(jī)柜及光電指向器的接觸面已黑色氧化，且部分位置有硅橡膠存在，導(dǎo)致了設(shè)備殼體接觸面之間導(dǎo)電不連續(xù)，整體屏蔽效果不佳。

將控制機(jī)柜和光電指向器的接觸面使用砂紙將黑色氧化層打磨掉，然后用蘸有無水乙醇的棉球進(jìn)行清洗，保持系統(tǒng)整個(gè)接觸面導(dǎo)電連續(xù)性，在設(shè)備殼體的凹槽內(nèi)加裝尺寸合適的導(dǎo)電橡膠條，防止電磁干擾通過控制機(jī)柜和光電指向器的縫隙向外輻射。

②激光電源、控制機(jī)柜等連接器與機(jī)箱接觸面加裝的是黑色絕緣襯墊，且機(jī)箱接觸面有絕緣漆，呈不導(dǎo)電狀態(tài)，破環(huán)了導(dǎo)電連續(xù)性。

對安裝面進(jìn)行去漆處理,并加裝導(dǎo)電襯墊以增強(qiáng)兩個(gè)面的貼合及導(dǎo)電性；在連接器處安裝導(dǎo)電襯墊，有效增強(qiáng)了連接器法蘭盤與殼體接觸面的導(dǎo)電連續(xù)性，避免了電磁干擾通過連接器的孔洞向外泄漏，起到電磁屏蔽作用，還具有環(huán)境密封效果，可以完美的替代連接器上不導(dǎo)電的橡膠密封圈。

③光電跟蹤儀整個(gè)系統(tǒng)相互間的互聯(lián)線纜較多，主要為電源信號、通訊信號和開關(guān)信號等。互聯(lián)線纜的連接器尾部接地和屏蔽不好，從各功能模塊帶出很強(qiáng)的干擾，干擾信號會(huì)隨線纜傳導(dǎo)和相互間耦合形成空間輻射。

首先，光電跟蹤儀的電源線等互聯(lián)線纜選擇一種編制密度大于90 %的防波套進(jìn)行屏蔽，盡量避免屏蔽線纜的屏蔽層松動(dòng)，屏蔽線纜有過小半徑彎曲；線纜內(nèi)部的屏蔽線與連接器尾部保證360 °環(huán)接處理，避免一些線纜使用“豬尾巴”方式進(jìn)行搭接[8]；其次，屏蔽線纜的屏蔽層盡量放置于連接器尾附里，切忌裸漏較長的導(dǎo)線，金屬屏蔽層與連接器尾附使用金屬屏蔽纏帶填充其中的空隙，保持整個(gè)系統(tǒng)的導(dǎo)電連續(xù)性；最后，將光電跟蹤儀內(nèi)控制機(jī)柜和光電指向器之間的電源線和信號線分開進(jìn)行屏蔽，所有屏蔽線纜的屏蔽層與金屬尾附之間使用屏蔽熱縮管，使用熱吹槍進(jìn)行熱縮，這樣可以保證整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)完整的屏蔽體，減少電磁干擾對外泄漏。

④控制機(jī)柜風(fēng)機(jī)，由于設(shè)計(jì)要滿足通風(fēng)散熱的要求，所以為開放式結(jié)構(gòu)，存在很強(qiáng)的電磁泄漏。

在風(fēng)機(jī)安裝面與控制機(jī)柜機(jī)箱安裝面上選用尺寸合適的蜂巢式屏蔽通風(fēng)板，這樣整個(gè)機(jī)柜形成了一個(gè)完整的屏蔽結(jié)構(gòu)，不僅滿足了通風(fēng)散熱的要求，還滿足了電磁屏蔽的要求。

⑤欲將電磁干擾噪聲通過大地進(jìn)行泄放，必須良好的接地，且接地阻抗越低越好。

增大光電跟蹤儀各機(jī)箱外殼接地面積，接觸面進(jìn)行導(dǎo)電氧化處理，再用螺釘緊固，以保證良好的導(dǎo)電接觸。各個(gè)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)室銅板之間通過采用扁平狀、低電阻率的金屬搭接條進(jìn)行搭接，并確保搭接安裝面平整、光滑、無油污和粉塵等污染物。

⑥將光電指向器電視、熱像和激光的光學(xué)玻璃窗口與箱體接觸面之間上加一層柔性透明導(dǎo)電膜，型號為DDM-17。該柔性導(dǎo)電膜片是一種用于光學(xué)玻璃窗口或顯示窗口等場景的一種柔性透明電磁密封材料，一般透光率可以達(dá)到89 %以上，可以滿足大部分使用要求。

⑦光電跟蹤儀系統(tǒng)中的光電指向器帶伺服轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于其功能需求，光電指向器方位轉(zhuǎn)軸和俯仰轉(zhuǎn)軸不能完全屏蔽，其縫隙泄漏的電磁能量是RE102項(xiàng)目不通過的主要原因之一，故需對轉(zhuǎn)軸縫隙進(jìn)行特殊處理。

對穿過方位轉(zhuǎn)軸和俯仰轉(zhuǎn)軸匯流環(huán)的線纜使用防波套進(jìn)行屏蔽處理。在后續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，可以使用磁流體對轉(zhuǎn)軸縫隙進(jìn)行電磁密封處理或者在轉(zhuǎn)子或定子上設(shè)計(jì)凹凸結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行屏蔽處理。

5 改進(jìn)設(shè)計(jì)后測試結(jié)果

按照以上提出的改進(jìn)措施對光電跟蹤儀進(jìn)行了優(yōu)化整改，然后在暗室進(jìn)行了CE102電源線傳導(dǎo)發(fā)射和RE102電場輻射測試，測試曲線分別如圖5和圖6所示。從測試結(jié)果可以看出，光電跟蹤儀的CE102電源線傳導(dǎo)發(fā)射順利通過，在標(biāo)準(zhǔn)的限值要求以下，并且余量較大，有30 dB的余量；光電跟蹤儀的RE102電場輻射發(fā)射也順利通過，在標(biāo)準(zhǔn)的限值要求以下，并且有10 dB/uV的余量。

圖5 整改后光電跟蹤儀CE102測試曲線

圖6 整改后光電跟蹤儀RE102測試曲線

6 結(jié)論

以某型光電跟蹤儀為載體，通過在電磁兼容暗室測試過程中CE102和RE102兩個(gè)超標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行了分析定位，并根據(jù)系統(tǒng)電氣及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一些改進(jìn)方案。將改進(jìn)方案落實(shí)后重新進(jìn)行了測試驗(yàn)證，CE102和RE102這兩個(gè)項(xiàng)目均順利通過，滿足了GJB 151B-2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁發(fā)射和電磁抗擾度要求。本文針對光電跟蹤儀提出的問題分析策略和改進(jìn)方案可以應(yīng)用到其他軍工產(chǎn)品的新產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)過程中，優(yōu)化軍工裝備的電磁兼容性能，提高設(shè)備在復(fù)雜的電磁環(huán)境下的性能指標(biāo)[9]。