機(jī)內(nèi)通信設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì)

劉亞軍

摘 要：為解決機(jī)內(nèi)通信設(shè)備的電磁兼容問題，根據(jù)有關(guān)電磁兼容性原理和產(chǎn)品的電磁兼容性整改經(jīng)驗(yàn)，提出了機(jī)內(nèi)通信設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì)原則，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：電磁兼容性；電磁干擾；電磁噪聲；技術(shù)支持

中圖分類號(hào)：TP39；TN803 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2018）07-00-02

0 引 言

機(jī)內(nèi)通信設(shè)備（簡稱“機(jī)通”）是一種機(jī)載通信及控制設(shè)

備，支持多名乘員進(jìn)行機(jī)內(nèi)通話，使用電臺(tái)、衛(wèi)通、JIDS對(duì)外聯(lián)絡(luò)，監(jiān)聽特定的無線電導(dǎo)航、告警等設(shè)備的音響信號(hào)；地面檢修飛機(jī)時(shí)，供維修人員之間通話聯(lián)絡(luò)。機(jī)通作為飛行員的音頻終端，良好的通話質(zhì)量關(guān)系到飛行人員能否順利完成既定任務(wù)。但在復(fù)雜的機(jī)艙環(huán)境下，機(jī)通裝置處于飛機(jī)的不同位置，導(dǎo)致機(jī)通電纜在飛機(jī)上的走線較長，分布范圍較廣，極易與機(jī)上其他電纜之間產(chǎn)生容性或感性耦合，且由于長度原因使機(jī)通電纜很容易成為輻射或接收天線。因此，機(jī)通面臨的電磁環(huán)境較復(fù)雜，要保證飛行員能夠正常通話不受干擾，提高電磁抗擾度，機(jī)通的電磁兼容性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

1 機(jī)通電磁噪聲及干擾來源

機(jī)通交聯(lián)圖如圖1所示，機(jī)通作為低頻敏感設(shè)備，具有交聯(lián)設(shè)備多，音頻信號(hào)多等特點(diǎn)。電磁兼容性是指設(shè)備在電磁干擾環(huán)境下仍能正常工作的能力，電路設(shè)計(jì)之初優(yōu)先考慮電磁兼容性[1]。電纜和內(nèi)部印制板的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾是機(jī)通電磁噪聲產(chǎn)生的主要原因之一。

機(jī)通信號(hào)的傳輸依靠電流閉環(huán)流動(dòng)來完成，因此供電、控制、信號(hào)傳輸一般都由兩根導(dǎo)線（或印制線）共同完成，其中一根導(dǎo)線作為電流的返回路徑，即通常所說的地線。當(dāng)兩根導(dǎo)線之間的間距較大時(shí)，由此形成的環(huán)路面積也較大。不論這兩跟導(dǎo)線上是否有工作電流，當(dāng)外部電磁場(chǎng)穿過該環(huán)路時(shí)，環(huán)路就會(huì)作為接收天線在其上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)疊加在正常工作的電壓上，可能對(duì)機(jī)通的內(nèi)部電路造成影響。當(dāng)組成回路的兩根導(dǎo)線傳輸?shù)墓ぷ麟娏黝l率較高時(shí)，該環(huán)路就會(huì)作為發(fā)射天線向外產(chǎn)生差模輻射。因此，在機(jī)通電磁設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循信號(hào)環(huán)路面積最小原則，同時(shí)減小公共地阻抗耦合、導(dǎo)線間的容性耦合以及感性耦合。

2 電纜設(shè)計(jì)

電纜引起的外部干擾一般來自兩個(gè)方面，一是其他設(shè)備的電纜對(duì)機(jī)通電纜的感性或容性耦合（如在機(jī)上平行綁扎在一起）；二是空間電磁波（其他設(shè)備的電纜、孔縫泄漏等產(chǎn)生的空間輻射）在機(jī)通電纜上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。不論哪種情況，在機(jī)通電纜上產(chǎn)生的共模電流，其返回路徑在外部的參考地上，而非正常工作信號(hào)的返回線即地線上。

電纜包括機(jī)通各組成部分之間的互連電纜、機(jī)通與外部交聯(lián)設(shè)備之間的電纜、飛機(jī)給機(jī)通的供電電纜等。

機(jī)通電纜一般由屏蔽雙絞線、普通裸線等一種或幾種組成。屏蔽雙絞線是機(jī)通電纜中的另一種常見導(dǎo)線類型，它與同軸電纜的結(jié)構(gòu)類似，不同之處在于中心導(dǎo)體由一根變?yōu)閮筛嘤糜趥鬏斠纛l平衡信號(hào)或數(shù)字差分信號(hào)，也可用于電源正線及負(fù)線，或其他任何單端信號(hào)及其返回線（即地線）。不論哪種情況，由于其特殊的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)外產(chǎn)生的差模輻射較小，并且對(duì)外部差模形式的干擾也不敏感。

根據(jù)以上分析，電纜設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

（1）電源的正負(fù)線應(yīng)采用雙絞線，無特別要求時(shí)，應(yīng)采用屏蔽雙絞線。

（2）所有的平衡信號(hào)應(yīng)采用雙絞線。

（3）敏感小信號(hào)應(yīng)有單獨(dú)的返回線，且采用雙絞線。

（4）大功率信號(hào)應(yīng)有單獨(dú)的返回線，且采用雙絞線。

（5）屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)與插頭的外殼360 ?連接。

3 接口濾波設(shè)計(jì)要求

轉(zhuǎn)接板是信號(hào)和干擾進(jìn)出設(shè)備的主要通道。抗串?dāng)_設(shè)計(jì)是印制板設(shè)計(jì)的主要要素之一，導(dǎo)線、電纜、走線間的串?dāng)_會(huì)影響系統(tǒng)性能[2]。從電磁兼容方面考慮，轉(zhuǎn)接板是產(chǎn)品內(nèi)部最重要的印制板，所有進(jìn)出轉(zhuǎn)接板的信號(hào)、電源等都必須進(jìn)行濾波處理。

差模電流是正常工作電流，不能減小，如果差模電流形成的回路面積較大，可引起差模輻射，不僅對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部的敏感電路造成影響，還會(huì)通過機(jī)殼上的孔、縫等向外產(chǎn)生輻射。所以轉(zhuǎn)接板上的電源線、信號(hào)線等應(yīng)緊鄰其電流的返回路徑。此舉可通過多層板實(shí)現(xiàn)，在多層板上設(shè)置至少一個(gè)完整的地平面。

在接口處對(duì)除平衡信號(hào)線以外的所有引腳對(duì)地加濾波電容，并使電容的地引腳就近與機(jī)殼地相連，使共模電流通過機(jī)殼的內(nèi)表面返回源端。對(duì)于音頻平衡信號(hào)，每根信號(hào)線可以對(duì)地加濾波電容。

根據(jù)以上分析，接口濾波設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

（1）應(yīng)根據(jù)信號(hào)種類，在轉(zhuǎn)接板上對(duì)所有外部接口進(jìn)行必要的濾波處理。可采用專用的EMI濾波器或串聯(lián)電感、電阻、磁珠及并聯(lián)電容進(jìn)行濾波處理。為避免二次污染，濾波器件應(yīng)環(huán)狀均勻分布在圓形連接器引腳的周邊。

（2）在電源端口上可將磁珠和三端電容器組合進(jìn)行濾波。電源應(yīng)濾波并進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)，遵循先保護(hù)后濾波的原則。應(yīng)保證濾波前的電源線與濾波后的電源線保持一定距離，避免兩者因耦合而影響濾波效果。

（3）平衡信號(hào)應(yīng)在轉(zhuǎn)接板上使用共模扼流線圈進(jìn)行濾波。

（4）在信號(hào)端口上將磁珠和三端電容器組合對(duì)單端信號(hào)進(jìn)行濾波，根據(jù)信號(hào)的工作頻率選擇相應(yīng)的磁珠和電容規(guī)格型號(hào)。

4 實(shí)物驗(yàn)證

某型機(jī)通按以上電磁兼容設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了研制。該產(chǎn)品通過電磁兼容試驗(yàn)，裝機(jī)后產(chǎn)品能適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，設(shè)備的通話效果和通話舒適度較以往有了較大提升，滿足了機(jī)上環(huán)境的使用要求。

5 結(jié) 語

電磁兼容特點(diǎn)決定了產(chǎn)品電磁兼容技術(shù)的復(fù)雜度[3]，預(yù)防重于治療，電磁噪聲的抑制應(yīng)在設(shè)計(jì)階段盡早處理。遵循電磁兼容設(shè)計(jì)原則，提高機(jī)通電磁抗擾度，避免裝機(jī)后的電磁干擾。

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