艦載陀螺儀的電磁兼容實驗研究?

朱安周 段 濤 杜曉昌 梁勝杰

（91697部隊 青島 261200）

1 引言

現(xiàn)代艦艇在狹小空間中布置的電子設備多、任務量較大，線纜集中安裝，電磁頻譜覆蓋范圍寬，發(fā)射功率大，接受器靈敏度高，受干擾途徑多，相對更是一個電磁干擾復雜的環(huán)境，對系統(tǒng)設備的可靠性和使用性能產(chǎn)生嚴重影響的可能性更大［1］。陀螺儀是艦艇導航設備和艦載武器系統(tǒng)穩(wěn)定平臺的重要傳感部件，其工作穩(wěn)定和輸出精度是保證艦艇安全和艦載武器有效命中目標的基礎。因此對艦載陀螺儀單個工作設備進行相對應的電磁兼容測試和電磁兼容性研究具有重要的意義［2］。本文以某型艦載陀螺儀為受試對象（EUT），根據(jù)GJB-151B-2013《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量》中的CE102、CS101、RE102測試項目的特征，提出了相應的測試方案，并對其進行了實際的測試實驗。

2 測量實驗的一般要求

在具體的實驗中我們采用的是帶電控系統(tǒng)的機械式陀螺儀，雖然現(xiàn)在各種新型陀螺儀像激光陀螺儀、光纖陀螺儀、微機械陀螺儀等都被普遍應用，單就測試的目的來說，我們將其作為艦載設備電磁兼容性測試的受試設備具有一定的代表性。

2.1 測量容差

除非對特定測試另有說明，容差應如下：

a.距離：±5%；

b.頻率：±2%；

c.幅度，測量接收機：±2%dB；

測量系統(tǒng)（包括測量接收機、傳感器、電纜等）：±3%dB；

d.時間（波形）：±5%

2.2 電磁環(huán)境電平

當在屏蔽室內(nèi)進行測試時，EUT（受試設備）斷電和所有輔助設備通電時測得的電磁環(huán)境電平應至少低于規(guī)定的極限值6dB。電源線上的傳導環(huán)境電平應在斷開EUT但連接一個電阻負載情況下測量，該電阻負載應流過與EUT相同的額定電流。

當在屏蔽室內(nèi)按GJB151B對EUT進行考核試驗時，電磁環(huán)境電平?jīng)]必要記錄在EMITR（電磁干擾測試報告）中；在屏蔽室外進行測試時，則測試應在電磁環(huán)境電平處于最低點的時間和條件下進行，電磁環(huán)境電平應記錄在GJB151B要求的EMITR中。

2.3 屏蔽室

為防止EUT和外部環(huán)境相互影響，通常在屏蔽室內(nèi)進行試驗。屏蔽室必須具有足夠的屏蔽效能以滿足電磁環(huán)境電平要求。屏蔽室必須足夠大以滿足EUT配置要求和單項測試方法所需的天線配置要求。

當在屏蔽室內(nèi)進行輻射發(fā)射和輻射敏感度測試時，為減少反射，改善準確性和重復性，應采用射頻吸波材料（浸碳泡沫尖劈、鐵氧體瓦、鐵氧體瓦和尖劈組合等）。射頻吸波材料應位于EUT上面、后面和兩側(cè)面以及輻射和接收天線后面。

EUT應安裝在模擬實際情況的接地平板上。如果實際情況未知。或需要多種形式安裝，則應使用金屬接地平板。除另有規(guī)定，接地平板的面積應不小于2.25m2，其短邊不小于760mm。當在EUT安裝中不存在接地平板時，EUT應放在非導電面上。

2.4 電源阻抗

在單項測試中一般使用LISN（線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡）來隔離電源干擾并為EUT提供規(guī)定的電源阻抗。

3 EUT及測試設備的相關規(guī)定

3.1 EUT的搭接

只有EUT的設計和安裝有說明中有規(guī)定時，設備外殼和安裝基座等才能搭接在一起或?qū)⑵浯罱釉诮拥仄桨迳稀．敎y試安裝需要搭接條時，所用搭接條應與實際安裝規(guī)定的搭接條相同。通過電源電纜安全接地的便攜設備，應按照相應測試方法的規(guī)定接地。

如果EUT安裝設計時使用具有振動和沖擊減震器的基座，則EUT必須緊固在基座上。當安裝基座備有搭接條時，應搭接到接地平板上；當安裝基座沒有搭接條時，則在測試配置中不應使用搭接條。

在EUT上有供接地的外部接線端子或連接插頭的情況下，若該端子在設備中通常是接地的，則應把端子接到接地平板上；如果該端子安裝條件不明則不應接地。

3.2 EUT的取向

應將EUT產(chǎn)生最大輻射的那一面或?qū)椛湫盘栕钜桩a(chǎn)生影響的那一面朝向天線。EUT應安裝于接地平板前緣100±20mm處，以便為電纜敷設提供足夠的空間。

3.3 EUT電纜的構(gòu)成和敷設

電纜敷設應模擬實際的安裝和使用情況。應按安裝要求檢查電纜已確定是否采用正確敷設形式，如使用對絞、屏蔽和屏蔽端接等。

單獨互連線應按實際安裝中同樣的方法組合成電纜。在測試配置中整個互連電纜的長度應與實際安裝平臺安裝的長度一致。如電源線應連接到LISN（線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡）上，從EUT連接器到LISN的電源線總長度不超過2.5m。

3.4 EUT的工作

對發(fā)射測量，EUT應在易產(chǎn)生最大發(fā)射的狀態(tài)下工作；對敏感度測量，EUT應在其最敏感的狀態(tài)下工作。對具有幾種不同狀態(tài)（包括用軟件控制的狀態(tài)），應對發(fā)射和敏感度進行足夠多的狀態(tài)測試，以便對所有的電路進行評估。

3.5 測試設備的使用

測試設備應符合測試方法的規(guī)定。任何選頻測量接收機，其性能（如靈敏度、帶寬選擇、檢波功能、動態(tài)范圍和工作頻率等）需要滿足測試方法的要求。對測量所要求的測量設備和附件應按照規(guī)定的方法進行校準。在每次發(fā)射測量開始之前，應對整個測試系統(tǒng)（包括測量接收機、電纜、衰減器、耦合器及軟件等）按照單項測試方法規(guī)定，通過注入一已知信號來進行檢驗，同時監(jiān)測系統(tǒng)輸出指示是否滿足要求。

4 實驗測試

4.1 CE102實驗：10kHz～10MHz電源線傳導發(fā)射

4.1.1 實驗目的

按照GJB151B-2013中CE102的測試要求，檢驗EUT輸入電源線上的傳導發(fā)射。通過觀察測試設備輸出幅值是否符合標準規(guī)定適用極限值中曲線（受試設備額定電源電壓＞28V）要求。在電磁兼容實驗室對CE102實驗項目進行了測試。

4.1.2 測試設備及配置

測試設備：測量接收機；數(shù)據(jù)記錄裝置；信號發(fā)生器；衰減器（20dB）；示波器；T型同軸連接器；LISN。

設備配置圖如下所示：

圖1 CE102測試配置圖

4.1.3 測試方法

1）測試設備以及EUT通電預熱，并達到溫度工作狀態(tài)。

2）選擇電源線，測量帶寬是10kHz～10MHz，采用標準中規(guī)定的最小測量時間，使測量接收機在適用的頻率范圍內(nèi)掃描；

3）檢查記錄數(shù)據(jù)。

4.1.4 測試數(shù)據(jù)

圖中A曲線為國軍標規(guī)定的極限值，B曲線為設備測試結(jié)果。

傳感器+設備電纜（直流供電±15V）

圖2 測試設備接正線實驗測試圖

4.2 CS101實驗：10kHz～10MHz電源線傳導敏感度

4.2.1 實驗目的

按照GJB151B-2013中CS101的測試要求，檢驗EUT承受耦合到輸入電源線上的信號的能力。觀察記錄檢測EUT的示波器輸出波形及幅值。在電磁兼容實驗室對CS101進行測試。

圖3 測試設備接回線實驗測試圖

4.2.2 測試設備及配置

測試設備為信號發(fā)生器；功率放大器；示波器；耦合變壓器；電容器（10μF）；隔離變壓器；電阻器（0.5Ω）；LISN。

設備配置圖如下所示：

圖4 CS101測試配置圖

4.2.3 測試方法

1）EUT及相關測試設備通電預熱，使其達到穩(wěn)定工作狀態(tài)；

2）將信號發(fā)生器調(diào)到最低測試頻率，增加信號電平，直到電源線上的功率電平達到80W為止；

3）保持要求的信號電平，在整個頻率范圍內(nèi)進行掃描測量；

4）檢測連接在EUT兩端的示波器的輸出波形。

4.2.4 測試數(shù)據(jù)分析

信號發(fā)生器的輸出波形應為正弦波，如圖5所示。

由于這項測試中實驗結(jié)果基本不變，因此只選取了其中個別波形，測試結(jié)果如下所示：

傳感器+設備電纜（直流供電±15V）

當頻率為436kHz時，EUT的輸出波形如圖6所示。

當頻率為4.2MHz時，EUT的輸出波形如圖7所示。

表1 信號發(fā)生器隨頻率的注入數(shù)據(jù)

圖5 信號發(fā)生器的輸出波形

圖6 EUT的輸出波形

圖7 EUT的輸出波形

4.3 RE102實驗：30MHz～1GHz電場輻射發(fā)射

4.3.1 實驗目的

按照GJB151B-2013中RE102的測試要求，檢驗EUT及其有關電線、電纜的電場發(fā)射是否超過規(guī)定要求。通過觀察測試設備輸出幅值符合標準規(guī)定適用極限值中曲線（受試設備額定電源電壓＞28V）要求。在電磁兼容實驗室對RE102進行了測試。

4.3.2 測試設備及測試配置

測試設備為測量接收機；數(shù)據(jù)記錄裝置；信號發(fā)生器；短棒輻射器；電容器（10pF）；LISN；對數(shù)周期 天 線（30MHz～200MHz）；雙 錐 天 線（30MHz～1GHz）。

圖8 RE102測試配置圖

測試配置如下圖所示：4.3.3 測試方法

1）測試設備以及EUT通電預熱，達到穩(wěn)定工作狀態(tài)；

2）使用對數(shù)周期天線，在30MHz～200MHz的頻率范圍內(nèi)對EUT工作狀態(tài)下對外界的電場輻射進行測試；

3）使用雙錐天線，在200MHz～1GHz的頻率范圍內(nèi)對EUT工作狀態(tài)下對外界的電場輻射進行測試；

4）檢查記錄實驗數(shù)據(jù)。

4.3.4 測試數(shù)據(jù)

（圖中紅色曲線為國軍標規(guī)定的極限值，藍色曲線為設備測試結(jié)果）：

屏蔽室內(nèi)沒有EUT時電磁環(huán)境的測試結(jié)果如下：

圖9 屏蔽室內(nèi)沒有EUT時電磁環(huán)境測試圖

傳感器+設備電纜（直流供電±15V）

圖10 測試設備接回線實驗測試圖

5 結(jié)語

實驗以艦載陀螺儀為受試對象對CE102、CS101、RE102測試項目進行了相應測試實驗，通過對測試結(jié)果進行分析并結(jié)合GJB151B-2013《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》傳導干擾和敏感度實驗的基本要求得出如下結(jié)論。

1）檢驗EUT輸入電源線上的傳導發(fā)射，通過觀察測試設備輸出幅值在450KHz附近達到峰值，設備輸入電源線上的傳導干擾是符合國軍標要求的。

2）10kHz～10MHz電源線傳導敏感度測試，波形正常，符合國軍標的要求。

3）30MHz～1GHz 電 場 輻 射 發(fā) 射 實 驗 ，在200MHz附近測到峰值，電場輻射發(fā)射在國軍標范圍內(nèi)。