彈上電纜網(wǎng)電磁兼容性技術(shù)研究

丁平　馬曉明

摘 要： 為有效解決導(dǎo)彈艙體內(nèi)部電磁干擾問題，對(duì)彈上電纜網(wǎng)電磁干擾的特點(diǎn)進(jìn)行深入分析，從彈上電纜網(wǎng)電磁兼容技術(shù)的根本任務(wù)出發(fā)，以導(dǎo)彈艙體內(nèi)電磁環(huán)境為研究背景，給出了屏蔽、濾波、搭接及接地4種技術(shù)在電纜電磁兼容技術(shù)上的具體應(yīng)用方法。該方法有效滿足了武器系統(tǒng)對(duì)電纜的要求，優(yōu)化了艙體內(nèi)部的電磁環(huán)境，提高了整個(gè)武器系統(tǒng)抗電磁干擾的能力。

關(guān)鍵詞： 電磁兼容； 屏蔽； 搭接； 接地

中圖分類號(hào)： TN03?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）19?0133?02

Abstract： In order to solve the problem of EMI （electro?magnetic influence） in missile cabin effectively， a further analysis on the characteristics of EMI from cable network in missile is conducted， and a new method is proposed in this paper， which starts from the basic tasks of EMC （electromagnetic compatibility）， and takes the electromagnetic environment in missile cabin as research background. The specific application method of four kinds of technologiesy （shielding， filtering， lapping and ground connection） on cable EMC is given. The method effectively met the requirements of weapon system for cable， optimized the electromagnetic environment in the cabin， and improved the ability of anti?electromagnetic interference of the whole weapon system.

Keywords： electromagnetic compatibility； shielding； lap joint； ground connection

電磁兼容性[1?3]（Electromagnetic Compatiblity，EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

隨著彈上裝備自動(dòng)化程度的不斷提高，各種電子設(shè)備的連接網(wǎng)絡(luò)也更加密集復(fù)雜。電磁干擾問題日顯突出。彈上電纜網(wǎng)的功能為實(shí)現(xiàn)全彈設(shè)備、裝置、器件等的電氣連接，使彈上設(shè)備通過電纜網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相互間的功能通信，是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要組成部分，電纜網(wǎng)的電磁兼容性能已經(jīng)成為武器系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。

1 彈上電纜網(wǎng)電磁兼容性分析

電磁兼容技術(shù)的研究是緊密圍繞形成電磁干擾的三要素而進(jìn)行的，即干擾源、干擾傳播途徑和敏感設(shè)備。圖1為電磁干擾三要素示意圖。

1.1 電纜網(wǎng)的電磁干擾影響因素

電纜是電氣設(shè)備之間進(jìn)行電源供給、信息傳輸?shù)鹊闹匾ǖ溃彩歉蓴_的傳送途徑。高電平電纜輻射干擾，低電平電纜感受干擾，而且電纜網(wǎng)成束敷設(shè)，電纜之間存在耦合干擾也不能忽視，使得導(dǎo)彈艙體內(nèi)部電磁環(huán)境更加復(fù)雜。影響武器系統(tǒng)電纜網(wǎng)電磁兼容性的因素在低頻時(shí)主要是導(dǎo)線間的電容耦合[4]，在高頻時(shí)則是輻射干擾[5]。

1.2 耦合干擾

電纜網(wǎng)內(nèi)較長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)的平行雙導(dǎo)線可以構(gòu)成一個(gè)電容，該電容被稱為“導(dǎo)線之間的寄生電容”。寄生電容的存在，使一根導(dǎo)線中的能量耦合到另一根導(dǎo)線上，會(huì)產(chǎn)生電磁耦合，影響導(dǎo)線信號(hào)的傳輸，影響設(shè)備對(duì)命令的正確執(zhí)行。

1.3 輻射干擾

輻射干擾源向自由空間傳播電磁波，感應(yīng)電路的兩根導(dǎo)線就像天線一樣，接收電磁波形成輻射干擾。為防止電纜中傳輸?shù)男盘?hào)受到外界電磁場(chǎng)的輻射干擾，需對(duì)電纜采用防止高頻電磁場(chǎng)干擾的電磁屏蔽。對(duì)于電纜，需要屏蔽的區(qū)域是電纜中的導(dǎo)線束。電纜的屏蔽層必須接地才能起屏蔽作用，如果屏蔽層未接地，那么在電纜與地間的回路中會(huì)形成騷擾電流和電壓，該騷擾電壓通過地回路感應(yīng)到受害電路的輸入端，而形成地回路干擾。

2 電纜網(wǎng)電磁干擾的抑制

通過對(duì)以上影響電纜電磁兼容性因素的分析，在電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)提出以下抑制方法。

2.1 電纜屏蔽

為了衰減電纜網(wǎng)輻射干擾和電纜耦合干擾，需要對(duì)電纜進(jìn)行屏蔽。電纜絕緣層外面包了一層金屬防波套，制作成屏蔽電纜。屏蔽電纜的屏蔽層必須將芯線完整的覆蓋起來（360°范圍內(nèi)覆蓋），兩端也不例外。圖2給出了可有效抑制干擾的D型連接器的屏蔽端接方式。

如圖2所示，屏蔽電纜與連接器360°連接，然后再連接到屏蔽箱上，連接器護(hù)套中的床鞍加緊方式能夠滿足大多數(shù)場(chǎng)合對(duì)搭接的要求，應(yīng)避免使用小辮連接，如彈簧片、線夾和導(dǎo)向等連接方式，都是變形的“小辮”，會(huì)限制高頻時(shí)的效果。

要以較低的成本使電纜屏蔽具有較高的效果是十分困難的（除非信號(hào)線不敏感或受到的干擾很小），為使彈上電纜網(wǎng)形成良好的屏蔽層，應(yīng)采用編織屏蔽層與金屬或類似的高磁導(dǎo)率材料包裹層組合起來，其屏蔽性能良好，同時(shí)具有一定的柔韌性。

2.2 電纜雙絞線技術(shù)

為降低屏蔽電纜的成本，同時(shí)又要保證電纜網(wǎng)具有良好的電磁兼容特性，需對(duì)每一個(gè)信號(hào)和其回流采用雙饋送導(dǎo)線方法，最好使用雙絞線[6]方式，雙絞線是將一對(duì)或一對(duì)以上的雙絞線封裝在一個(gè)絕緣外套中而形成的一種傳輸介質(zhì)，由于雙絞線構(gòu)成的各個(gè)環(huán)路改變了線間電磁感應(yīng)的方向，使其相互抵消，因此這種方法是減少低頻率電磁干擾的最有效方式，它可將磁回路區(qū)域減小到幾乎為零。對(duì)于一個(gè)統(tǒng)一的外部場(chǎng)，每半個(gè)雙絞就會(huì)顛倒依次感應(yīng)的方向，因此2個(gè)連續(xù)的半雙絞就會(huì)抵消這個(gè)場(chǎng)在導(dǎo)線上的影響。雙絞線還有一個(gè)更為突出的特點(diǎn)，就是它提供了一個(gè)相當(dāng)穩(wěn)定的特性阻抗，當(dāng)它與整體屏蔽相結(jié)合以獲得更好的共模抑制時(shí)，這種組合電纜的性能在傳輸高速率的數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)表現(xiàn)得非常穩(wěn)定，可將輻射噪聲和感應(yīng)干擾降到最小值，這樣可以保證電容的均勻分布，具有更高的共模抑制。endprint

2.3 電纜搭接技術(shù)

搭接[7]是指在多個(gè)組件或模塊之間，設(shè)備或幾個(gè)系統(tǒng)之間通過低阻抗的導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)電連接的一種方式。

搭接可以建立信號(hào)電流均勻而穩(wěn)定的通路，降低設(shè)備殼體上的射頻感應(yīng)電勢(shì)，是抑制電磁干擾非常重要的技術(shù)措施之一。搭接不良或不適當(dāng)，不僅直接降低設(shè)備或系統(tǒng)抗信號(hào)噪聲干擾的能力，影響武器系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，影響其他抑制電磁干擾措施的效果，甚至?xí)蛊渌帘畏雷o(hù)措施功虧一簣，因此，搭接質(zhì)量的優(yōu)劣是衡量系統(tǒng)電磁兼容性能的重要指標(biāo)。

目前為止，最好的搭接方法是由直接的、永久的金屬之間的接觸來實(shí)現(xiàn)，比如熔焊、釬焊或銀焊等也可使用鉚接和螺釘安裝提供半永久性的搭接。用于降低噪聲的信號(hào)參考地系統(tǒng)的搭接電阻要求小于50 MΩ。

2.4 電纜接地技術(shù)

這里的“地”不一定為實(shí)際的大地，而是信號(hào)地即信號(hào)電流流通的地線，泛指電路和系統(tǒng)的某部分金屬導(dǎo)電板，它可以作為系統(tǒng)中各電路任何電信號(hào)的公共電位信號(hào)點(diǎn)。武器系統(tǒng)內(nèi)部的接地一般由金屬板構(gòu)成，設(shè)備通信時(shí)信號(hào)電流都需要經(jīng)過地線形成回路，彈上設(shè)備通過電纜接地的目的就是為感應(yīng)電流提供返回路徑，防止耦合到信號(hào)中，同時(shí)也限制信號(hào)中的輻射電流，防止產(chǎn)生外部磁場(chǎng)，使流經(jīng)地線的各電路的電流互不影響，抑制干擾。

為有效抑制高頻干擾，一般采用多點(diǎn)接地方式，如圖3所示，圖中所用的電纜分別連接至最近的低阻抗匯流條。匯流條一般是與導(dǎo)彈殼體相連的扁粗金屬導(dǎo)體，其感抗很小。

為降低電路的地電位，每個(gè)地線的接地電纜應(yīng)盡可能縮短，以便降低地線阻抗。

3 結(jié) 語

本文是針對(duì)提高彈上電纜網(wǎng)的電磁兼容性提出的解決方法，而對(duì)大型復(fù)雜武器系統(tǒng)而言，還采取了其他有效方法，如布置電纜時(shí)，將電源電纜與信號(hào)電纜分開布置；安裝電磁干擾濾波器等，這些措施對(duì)減少干擾都起到了很好的效果，提高了武器系統(tǒng)的電磁兼容性。

參考文獻(xiàn)

[1] 江慶平，劉光斌，余志勇.導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的電磁兼容分析和預(yù)測(cè)研究[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，2004（6）：16?21.

[2] 王建宏，劉光斌，王勇莉.導(dǎo)彈系統(tǒng)電磁兼容預(yù)測(cè)初探[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2004，32（1）：24?27.

[3] 呂文紅，郭銀景，唐富華，等.電磁兼容原理及應(yīng)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[4] 李繼國(guó)，王寶林.直九直升機(jī)機(jī)內(nèi)通話噪音問題分析[J].電子機(jī)械工程，2013，29（3）：13?16.

[5] 張曉光，劉艷，艾瀾，等.通信開關(guān)電源的電磁兼容性[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（20）：187?189.

[6] 劉承智，丁國(guó)良，王玉明，等.電磁脈沖對(duì)屏蔽雙絞線耦合效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究[J].軍械工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，24（4）：29?32.

[7] 田建學(xué)，魏俊淦.搭接技術(shù)在飛機(jī)上的應(yīng)用[J].電子世界，2014，10（5）：68?69.endprint