船用網絡型復合操縱器電磁輻射兼容措施合理性探討

馮之煒，莊浩然，張 新，葉道飛

(中國船舶重工集團公司第七一一研究所，上海201108)

電子設備的電磁兼容設計需滿足兩個要求:①有抗干擾能力，即不被其它電子設備干擾;②不產生超過限度的電磁干擾，即不干擾其它電子設備。國際及各國都制定了相關的電磁兼容標準，在此前提下，為了驗證電子電機設備電磁兼容設計是否符合要求，在設備產品開發的整個過程中必須對各種電磁干擾源的發射干擾、傳輸特性及受干擾設備能否負荷耐受性進行測試。本文就一款產品在設計及電磁兼容性試驗中遇到的問題，提出此類產品設計需遵循的原則，提倡測試與設計相輔相成的設計理念［1-3］。

1 測試環境

1.1 測試的種類

電磁兼容性測試基本上已經成為驗證機電類產品量產前是否符合電磁兼容規范必做測試，測試內容見表1、2。

表1 電磁干擾測試EMT

一般電磁干擾(EMI，包括CE和RE)測試主要內容有:電子電機產品和設備在各種電磁雜訊環境中的傳導干擾和輻射干擾發射量的測試(例如電子電機設備的交換式電源的脈沖干擾和連續干擾)及各種訊號傳輸時，干擾傳遞特性的測試(例如各種傳輸線的傳輸特性和屏蔽效果)。

表2 電磁耐受性測試EMS

而電磁耐受性(EMS，包括CS及RS)測試主要內容如下。

1)對電場、磁場的輻射耐受性測試;

2)對電源線、控制線、訊號線、地線等注入干擾的傳導耐受性測試;

3)對靜電放電和各種暫態電磁波(突波或電性快速暫態)的耐受性測試。

由于任意電子電機設備既可能是一個干擾源，也可能是被干擾者。因而，電磁兼容性測試包含電磁干擾測試(EMI)及電磁耐受性測試(EMS)。基于電磁兼容性測試種類太多，實在無法逐一詳細說明，同時依據相應的電磁兼容性標準和規范，電磁干擾(EMI)及電磁耐受性測試(EMS)在不同頻率范圍內，也需采用不同的方式進行。

1.2 試驗場地

為了模擬復雜電磁雜訊環境及保證EMC測試結果的重復性、準確性和可靠性，電磁兼容測試對環境有較高的要求，測試場地可分為隔離室(包含TEM/GTEM Cell等積向電磁波EMC測試室)、電波暗室和室外開放測試區的場地(open area test site，OATS)等。這些電磁兼容測試場地的功能、建材和限制條件如下:就隔離室而言，隔離室的作法一方面是對外來電子電機干擾加以屏蔽，從而保證室內電磁環境滿足要求，另一方面是對內部如天線等發射源進行屏蔽而不對外界造成干擾。

根據電磁理論，隔離室是一個很大的方形波導共振腔，具有一系列的電磁共振頻率，當隔離室發生共振時，將會影響屏蔽效果及測試結果，隔離室基本共振頻率為

式中:f——共振頻率，MHz;

A、b、c——隔離室的長、寬、高度，m;

m、n、p——0及正整數，三者中最多只能一個為0，對于TE波m≠0。

舉例來說，長、寬、高9 m×6 m×6 m的隔離室基本TE101波的共振頻率約為30 MHz。

測試所需儀器的基本配備需求見圖1、圖2。

圖1 場強均勻度校正測試架構

圖2 典型EMI/EMS測試架構

2 測試設備和狀態

某型復合操縱器的待測設備狀態如圖3，作為待測件置于隔離室內。復合操縱器上部的結構分解見圖4，其中電磁屏蔽聚酯膜初期沒有安裝到設備中，初期做CE101，RE101(見表1)等試驗均符合標準，通過試驗。在做RE102的試驗時，出現圖5所示的曲線。

圖3 待測設備

圖4 復合操縱器上部的結構分解

圖5 無任何措施通電后的試驗曲線

RE102為10 kHz～18 GHz電場輻射發射測試，圖5～圖12為測試得出的曲線。其中直線為RE102的規定測試線，直線下方的波形曲線為實際測得的曲線。圖5的結果說明產品性能不能通過試驗，實際曲線部分高于規定測試線。于是對試驗設備進行調整，鑒于實際曲線在10～100 Hz區段的電磁波動較大，試圖通過加裝結構措施和電氣線路來檢查分析這部分曲線不正常的原因。并盡量使試驗設備在測試時獲得平穩過渡的實際曲線。

對比圖6、圖7得出結論一:經過調整電源后，試驗曲線低于規定測試線，判斷在0～10 Hz區段的曲線波動不是由試驗箱內部的電磁屏蔽措施不到位造成，而是由試驗箱外部設備的電磁屏蔽措施不到位造成。需對復合操縱器采取進一步的電磁屏蔽措施。

圖6 調整電源，復合操縱器通電，試驗箱門關閉

圖7 調整電源，復合操縱器通電，試驗箱門打開

對比圖8、圖9得出結論二:所謂罩銅網屏蔽是在整個箱體外露的復合操縱器的面板以上部分蓋一層細密的銅質網，得出面板以上部分發生了電磁泄露，需進一步檢查是否由燈板造成。

圖8 復合操縱器罩銅網屏蔽，通電

由圖10得出結論三:驗證是由燈板造成的電磁泄露。并考慮如何從結構設計上改善這一情況。結構上采用電磁屏蔽聚酯膜［4］，并再次通電試驗。

圖9 復合操縱器I2C線上加磁環，無銅網

圖10 復合操縱器燈板線斷開

對比圖11、圖12得出結論四:進行結構改進后產品的EMI性能得到了顯著的提升。

圖11 復合操縱器貼電磁屏蔽聚脂膜，但不接地

圖12 復合操縱器貼電磁屏蔽聚脂膜，并良好接地

3 結論

電磁兼容測試可以將問題細化，促成產品的電磁兼容設計更趨合理。由于目前電磁兼容性測試基本上是在產品量產前進行，大部分的設計師都在產品研發后期才考慮電磁兼容設計問題，這時要作EMI問題的修改，往往捉襟見肘。因此，建議在研究新型產品的初期，就要擬訂產品電磁兼容設計整體計劃書，有系統地整合接地、布線、搭接、濾波、包裝與隔離等環節，完成電磁兼容設計的要求，使產品的質量更趨于完善。

［1］朱惠強，虞承浩.加固機的電磁兼容性和熱設計［J］.計算機工程，2008，34(S1):100-103.

［2］高攸鋼.屏蔽與接地［M］.北京:北京郵電大學出版社，2004.

［3］郭銀景，呂文紅.電磁兼容原理與應用［M］.北京:清華大學出版社，2004.