您好！歡迎訪問德爾塔儀器官方網(wǎng)站
gaoshengkeji@163.com
近20年來，軍用電子設(shè)備對電磁工作環(huán)境的兼容性越來越受到重視。EMC不僅與溫度、濕度、振動等平行成為評估軍用設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性的重要指標(biāo)，而且對于一些軍用電子設(shè)備來說，電磁兼容性是所有環(huán)境要求中最重要的位置。這是因為在現(xiàn)代軍用設(shè)備的電子化程度大大提高后，軍用電子設(shè)備的功率譜和頻率譜繼續(xù)延伸到高端和低端，軍用電子設(shè)備在海洋、陸地和空氣平臺上的安裝密度也顯著增加，導(dǎo)致電子設(shè)備之間的電磁干擾（EMI）問題越來越突出。因此，要求軍用電子設(shè)備具有規(guī)定的電磁兼容性已成為設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)和使用各方的共識。
為了評估軍用電子設(shè)備的EMC性能，幾乎所有軍用電子設(shè)備都需要通過國家軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁兼容性試驗。因此，近年來，軍用電子設(shè)備電磁兼容性試驗標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)引起了前所未有的關(guān)注。
與其他環(huán)境條件的評估要求不同，電磁兼容性的檢查不僅要評估設(shè)備對電磁環(huán)境的適應(yīng)性，還要評估設(shè)備的存在是否會導(dǎo)致不利于容納其他設(shè)備正常運行的電磁環(huán)境。因此，電磁兼容性試驗是一種雙向試驗，測試設(shè)備（EUT）必須同時滿足外部電磁干擾和非外部電磁干擾的標(biāo)準(zhǔn)。由于電磁信號可以通過電路傳輸和空間輻射產(chǎn)生效應(yīng)，因此，為了使軍用電子設(shè)備在電磁兼容性試驗中達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，必須在設(shè)備的電子電氣系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中采取協(xié)調(diào)措施。這些因素決定了電磁兼容性試驗比其他常規(guī)環(huán)境試驗更復(fù)雜，更難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
對于從事軍用電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計和測試的人員，除了掌握與設(shè)備相關(guān)的專業(yè)知識和必不可少的電磁學(xué)、電子學(xué)、電工學(xué)、材料科學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)知識外，還必須熟悉電磁兼容性測試的軍事標(biāo)準(zhǔn)，盡可能詳細(xì)地了解測試的物理含義和要求。
圍繞GJB151A.97標(biāo)準(zhǔn)的主要規(guī)定，結(jié)合十多年來從事電磁兼容性設(shè)計和試驗的軍用電子設(shè)備在各種安裝平臺上的實踐，提供一些實用的技術(shù)和經(jīng)驗，有利于使試驗項目達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
一、GJB151A197標(biāo)準(zhǔn)簡介：
GJB151A.97標(biāo)準(zhǔn)全稱為軍用設(shè)備和分系統(tǒng)的電磁發(fā)射和敏感性要求，是我國軍用電子、電氣、機(jī)電等設(shè)備和分系統(tǒng)開發(fā)訂購的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了軍用設(shè)備必須滿足的EMC要求。該標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)國防科技工業(yè)委員會批準(zhǔn)，于1997年5月23日發(fā)布，自1997年12月1日起實施。GJB152A-97標(biāo)準(zhǔn)[2]軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感性測量，規(guī)定了GJB151A-97標(biāo)準(zhǔn)中測試指標(biāo)的測量方法。
GJB151A-97標(biāo)準(zhǔn)的前身是1986年發(fā)布的GJB151A-86標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)參照國外軍標(biāo)(主要是美國軍標(biāo)MIL)修訂了舊標(biāo)準(zhǔn)，對一些指標(biāo)提出了更嚴(yán)格的要求。
軍用電子設(shè)備的EMC試驗包括以下19項：
傳導(dǎo)發(fā)射CE10125Hz~10kHz電源線
傳導(dǎo)發(fā)射CE10210kHz~10mHz電源線
CE10610kHz~40gHz天線端子傳導(dǎo)發(fā)射
傳導(dǎo)發(fā)射CE107電源線尖峰信號(時域)
CS10125Hz~50kHz電源線傳導(dǎo)敏感性
CS10315kHz~10gHz天線端子互調(diào)傳導(dǎo)敏感性
無用信號抑制CS10425Hz~20GHz天線端子的傳導(dǎo)敏感性
CS10525Hz~20GHz天線端子交調(diào)傳導(dǎo)敏感性
CS106電源線尖峰信號傳輸敏感性
CS10950Hz~100kHz殼體電流傳導(dǎo)敏感性
傳導(dǎo)敏感性注入CS11410kHz~400mHz電纜束
脈沖激勵傳導(dǎo)敏感性注入CS115電纜束
CS11610kHz~100mHz電纜及電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感性
REIO125Hz~100kHz磁場輻射發(fā)射
RE10210kHz~18gHz電場輻射發(fā)射
RE10310kHz~40gHz天線諧波和亂真輸出輻射發(fā)射
RSIO125Hz~100kHz磁場輻射敏感性
RS10310kHz40gHz電場輻射敏感性
RS105瞬變電磁場輻射敏感性
對于各種不同的軍事安裝平臺，上述19項EMC試驗并非全部必要。所謂的軍事安裝平臺分為9類：水面船舶、潛艇、陸軍飛機(jī)（包括航線安全設(shè)備）、海軍飛機(jī)、空軍飛機(jī)、空間系統(tǒng)（包括運載火箭）、陸軍地面、海軍地面和空軍地面。在GJB151A-97標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了每個平臺的適用性。
對于需要EMC測試的軍用電子設(shè)備，CE102.CSIO1.CS114.RE102.RS103通常是所有測試項目中最重要的項目。對于裝載在船舶和飛機(jī)上的設(shè)備，通常需要CE101.CS115.CS116.RE101.RS101中的一些項目，以及上述5個項目，通常需要在7到9個項目之間進(jìn)行測試，其余項目由訂單單位根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定是否需要進(jìn)行測試。
二、軍用電子設(shè)備的EMC特點及設(shè)計對策
與一般非軍用電子設(shè)備或非電子軍用設(shè)備相比，軍用電子設(shè)備的電磁兼容性具有以下特點。
(1)安裝密度高。考慮到戰(zhàn)術(shù)技術(shù)，軍用電子設(shè)備的安裝非常緊湊，大量功能各異的軍用電子設(shè)備密集在狹窄的空間內(nèi)，使得設(shè)備間的電磁干擾問題尤為突出。
(2)強(qiáng)弱信號共存。幾乎所有種類的軍用電子設(shè)備都必須同時處理各種不同強(qiáng)度的信號。強(qiáng)信號干擾外部設(shè)備，弱信號對外部干擾非常敏感。
(3)頻譜分布廣泛。軍用電子設(shè)備充分利用頻率資源，占用從直流到微波的各個頻帶。雷達(dá)等部分設(shè)備在脈沖模式下工作，覆蓋頻率范圍廣，對周圍設(shè)備造成強(qiáng)烈干擾。
(4)共用電源和地線。各安裝平臺上的大量軍用電子設(shè)備通常共用電源和備份電源。共用地線使電源耦合和地線耦合引起的相互干擾不容忽視。
(5)設(shè)備機(jī)電結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)空間小。軍用電子設(shè)備結(jié)構(gòu)堅固，設(shè)備內(nèi)部冗余空間小。如果EMC在設(shè)計后期得到加強(qiáng)，往往會與設(shè)備原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)或電氣布局發(fā)生沖突，難以考慮各方面的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)。
由于上述特點，軍用電子設(shè)備的EMC設(shè)計比普通電子設(shè)備更加復(fù)雜和困難，電磁兼容性試驗更難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
為了設(shè)計符合GJB151A.97電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的軍用電子設(shè)備，首先要遵循一般EMC設(shè)計原則，然后在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)EMC措施，特別是電源、底盤屏蔽、電路設(shè)計和接地質(zhì)量。
2.1電源和EMC的關(guān)系
在GJB151A．97標(biāo)準(zhǔn)中，CE101、CE102、CE107、CS101、CS106這5項是直接與電源有關(guān)的，CS114、CS115和CS116這3項與電源電纜有關(guān)，其余輻射發(fā)射和敏感度的項目間接與電源有關(guān)。因此可以說，軍工電子設(shè)備的EMC設(shè)計，第1步要做好的就是設(shè)備電源的EMC設(shè)計。
電源EMC設(shè)計的主要對策：
(1)電源輸入端的電磁屏蔽和電源線濾波。電源線一進(jìn)入機(jī)箱就要直接連接到電源濾波器上，或者采用輸入端兼做電源插座的電源濾波器。電源濾波器的安裝很有講究，濾波器的輸出線要遠(yuǎn)離輸入線，金屬外殼要大面積接地。如果把進(jìn)出濾波器的電源線捆扎在一起，這個濾波器就幾乎等于沒用。
(2)使用隔離變壓器。如果采用交流電源，在成本和安裝條件許可的情況下，最好使用隔離變壓器。最簡單的隔離變壓器是在初次級間有屏蔽隔離層的電源變壓器，這種變壓器能夠起到安全防護(hù)、變壓、隔離地線環(huán)流、提高共模干擾抑制能力等多種作用，而且其濾波特性能夠和電源濾波器互補(bǔ)。
(3)合理設(shè)計二次電源。設(shè)備的二次電源有開關(guān)電源和線性電源2種。雖然開關(guān)電源對外來干擾有一定的抑制能力，但不少開關(guān)電源對外的輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射過大，致使在EMC試驗時，能通過敏感度項目卻通不過發(fā)射項目。因此，在低功耗電路中，如可不用開關(guān)電源就盡量不用，選用線性穩(wěn)壓器可避免產(chǎn)生對外干擾。
(4)電源的整體屏蔽。鑒于電源部分在電子設(shè)備EMC性能方面的重要性，還可以在屏蔽機(jī)箱內(nèi)部把電源部分整體再屏蔽在另一個與其它部分隔離的空間內(nèi)，形成對電源的整體屏蔽。
2.2 機(jī)箱電磁屏蔽
機(jī)箱電磁屏蔽是防止空間電磁輻射最基本也是最有效的辦法，在GJB151A．97標(biāo)準(zhǔn)中，RE101、RE102、RS101、RS103、RS105這5項與機(jī)箱的屏蔽直接有關(guān)，其余與電纜有關(guān)的項目也間接與機(jī)箱屏蔽有關(guān)，因為電纜是要通過機(jī)箱進(jìn)出的。
設(shè)計屏蔽機(jī)箱的幾點原則：
(1)保證屏蔽層的導(dǎo)電連續(xù)性。理論分析和EMC試驗都證明，電磁屏蔽體上的細(xì)長縫隙將使屏蔽效果大打折扣。因此，機(jī)箱結(jié)構(gòu)上的所有外部縫隙都要實現(xiàn)連續(xù)且有良好的導(dǎo)電接觸。而對于直徑小于屏蔽機(jī)箱厚度的小孔，一般不必?fù)?dān)心影響EMC效果。
(2)妥善處理機(jī)箱的各種開口。機(jī)箱開口主要用來安裝開關(guān)、按鈕、指示燈與顯示屏等。開口較大時，如果難以在所安裝器件的前面采取屏蔽措施，也要在器件的后面加裝屏蔽層(后置屏蔽法)，并對穿過屏蔽層的導(dǎo)線做濾波處理。
(3)正確選擇和安裝機(jī)箱接插件，解決電纜屏蔽問題。進(jìn)出機(jī)箱的線纜如處理不當(dāng)，會減弱甚至失去機(jī)箱屏蔽效能。因此，連接至機(jī)箱插座的外部線纜可加外屏蔽層，并且線纜的外屏蔽層要和機(jī)箱的屏蔽層保持導(dǎo)電連續(xù)性。安裝在機(jī)箱上的插座要選用符合軍用標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽型接插件。機(jī)箱上安裝插座的接觸面不能有漆膜或涂塑層等任何絕緣材料。
(4)機(jī)箱散熱最好采用自然風(fēng)冷的方式，允許有一些小的散熱孔。如果要安裝散熱風(fēng)扇的話，需要在風(fēng)扇外側(cè)安裝截止波導(dǎo)式屏蔽通風(fēng)板。
2.3 電路設(shè)計中的EMC對策
電路EMC設(shè)計的基本原則已有許多文獻(xiàn)述及，此處僅提一下幾個實用的具體細(xì)節(jié)。
(1)應(yīng)用多層印制電路板和表面貼裝元器件。具有電源層和地線層的4層以上印制電路板的EMC特性優(yōu)于普通的單、雙面印制電路板，在電路設(shè)計時應(yīng)盡可能采用多層板。表面貼裝元器件的等效電磁輻射面積顯著小于插裝式元器件，具有更好的EMC性能。所以多層電路板加表面貼裝元器件的組合應(yīng)當(dāng)成為符合GJBI51A－97標(biāo)準(zhǔn)要求的印制電路板設(shè)計首選。
(2)信號傳感器的選用和傳感信號放大器的設(shè)計。傳感器一般安裝在設(shè)備主機(jī)箱以外，因此，對主機(jī)箱采取的電磁屏蔽措施覆蓋不到傳感器。又由于來自傳感器的信號十分微弱，所以傳感器經(jīng)常成為電子設(shè)備中最易遭受外部電磁干擾的薄弱環(huán)節(jié)，尤其是在做RS101和RS103測試時。
傳感放大器有單端輸入式和差分輸入式之別。從理論上講，理想的平衡輸入差分放大器抑制共模干擾信號的能力很強(qiáng)，因此一般應(yīng)采用這種輸入方式。但當(dāng)干擾信號大到一定程度時(如RS103試驗時干擾場強(qiáng)最大可達(dá)200 V／m)，可能導(dǎo)致有源差分放大器的工作范圍脫離線性區(qū)，使共模抑制失效。實際試驗的結(jié)果也表明，在嚴(yán)密屏蔽和良好接地的條件下，單端輸入式的傳感放大器抗干擾能力有時更勝一籌。因此，究竟選用哪種輸入放大電路，還需結(jié)合實際情況決定。
(3)強(qiáng)化有源器件的高頻旁路。按照GJB151A．97標(biāo)準(zhǔn)做RS103項目的試驗時，有時會出現(xiàn)這種情況：干擾信號為等幅波時，輸出信號不受干擾；干擾信號為調(diào)幅波時，輸出信號中就有了干擾。經(jīng)分析，可能是調(diào)幅波干擾信號竄入電路后，由于有源器件的非線性響應(yīng)產(chǎn)生了高頻檢波，從而造成干擾。為防止這種情況，強(qiáng)化對有源器件的高頻旁路可起一些作用。
2.4 注重接地質(zhì)量
在電源、屏蔽和電路設(shè)計這3方面，都必須高度關(guān)注地線和接地質(zhì)量問題。接地質(zhì)量首先體現(xiàn)在要正確接地，即選擇正確的接地點和接地方式；再則是要可靠接地，接地面積要大、接地線要粗而短、接地螺栓要安裝緊固，以減小接地電阻。
綜上所述，對軍工電子設(shè)備進(jìn)行EMC設(shè)計時，設(shè)計重點依次是電源、屏蔽、電路，而對接地的設(shè)計考慮則自始至終貫穿于這3個方面。
二維碼（微信公眾號）
二維碼（新浪微博）
關(guān)閉返回