試驗機改裝中導線特性分析及綜合布線技術

譚秀萍 張琦

摘 要：試驗機改裝包括測試設備和被試設備在機上的安裝，以及系統設備交聯電纜的敷設、用電引取，從原機系統采集電信號，各系統之間通電聯試等工作。改裝期間需充分考慮系統之間電磁兼容性的問題。目前試驗機改裝常用的導線從耐高溫、抗拉強度、絕緣層的厚度、節距個數等指標均已達到行業標準。但各類導線的電特性不同，導線的正確選用和敷設是機載電子設備抗電磁干擾的先決條件，文章簡要介紹了扭絞線、屏蔽線和同軸線的抗電磁干擾特性，重點介紹了導線的分類及綜合布線技術。

關鍵詞：試驗機改裝 扭絞線 屏蔽線 同軸線 綜合布線技術

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（a）-0022-03

隨著航空工業的飛速發展，飛機的性能不斷提高，電子設備復雜程度大幅度增加，在空間上形成了電子設備高度密集的情況，而且設備的工作頻帶越來越寬，發射功率越來越大，靈敏度也越來越高，接受微弱信號的能力也越來越強。電磁干擾已成為電氣、電子設備及其構成的系統正常工作的突出障礙[1]。

因此，在試驗機改裝過程中，加/改裝系統的電路設計及施工，必須統籌考慮加/改裝各系統之間、以及飛機系統間電磁干擾的相互影響，采取相應的措施把電磁干擾給各系統正常工作帶來的危害降到最低，使原機系統和加/改裝系統之間、加/改裝系統內部之間能夠達到相互兼容。

筆者結合多年試驗機改裝實際工作，對各種扭絞線、屏蔽線、同軸線的抗干擾特性進行了簡要的介紹，針對試驗機改裝提出了導線、電纜綜合布線技術，結合每架機改裝的實際情況，合理地利用綜合布線技術，保證了加/改裝系統的正常工作。

1 試驗機改裝常用導線特性介紹

試驗機機載電子設備處于各種電機、開關設備、微處理器及各種通訊導航設備和電氣系統所產生的電磁環境中，且電磁干擾產生的機理異常復雜，由于電磁信號交織在一起，會形成很大的相互干擾，有通過磁場耦合的，有通過電場耦合的。電磁干擾按傳輸途徑可分為兩大類：傳導干擾主要是電子設備產生的干擾信號通過導電介質或公共電源線互相產生干擾；輻射干擾是指電子設備產生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網絡或電子設備[2]，是以電磁波的形式傳播輻射，可以通過各種天線接收，也可以在系統內部極小的距離間進行。

機載電子設備的電磁干擾，大部分是由于導線的選用不當，布線不合理造成的。因此，導線、電纜的合理選用和布線是抑制電磁干擾的重要手段。

試驗機改裝中使用的導線種類眾多，各自具有不同特性，只有明確了解其特性才能很好的對導線、電纜進行合理的選用和敷設，下面對幾種典型的導線逐一進行簡要介紹。

1.1 扭絞線特性

在試驗機改裝中，常用的扭絞線為兩絞、三絞、四絞線，經常采用扭絞線所具有的平衡結構來抑制電纜敷設引起的電磁干擾信號的感性耦合。

所謂扭絞線就是用兩根或兩根以上相同的絕緣導體進行捻合扭絞，形成一根雙螺旋線或多螺旋線電纜，由于幾個導體是一起扭絞的并攜帶相等相反的電流，一個導體的場趨向于抵消另外一個導體的場，因而無論是關于減小場的發射或者降低對于干擾場的感應電平方面都是很有效果的。不論是電源線，還是信號線，只有與它的回線扭絞在一起時才起到消除耦合的作用。

最常用的兩絞線和屏蔽兩絞線只適用于100KHZ以下的信號傳輸，當頻率達到1MKHZ時傳輸損耗大大增加，所以兩絞線較多應用在音頻電路和低頻電路中。

1.2 屏蔽線特性

屏蔽線是使用金屬編織的屏蔽層把一根或多根獨立絕緣導體構成的屏蔽導線[3]。屏蔽編織層的剝離端應與要連接的末端盡可能短，并且要求接地，使外部的干擾信號被屏蔽層導入大地，避免了外部干擾信號進入內層導體引起干擾，同時降低傳輸信號的損耗。

電纜之間的耦合主要表現為近場耦合，而電纜屏蔽層是有效減小近場耦合的一種手段。所以屏蔽線常用于對電磁干擾較為敏感的電路或系統的信號傳輸和控制中。

1.3 同軸線特性

同軸電纜是單一絕緣中心導體和金屬編織外導體構成的射頻導線。中心導線分單根實芯線和多股絞合線，單根實芯線比多股絞合線的損耗要稍微小些，多股絞合線由于強度較好，多用于反復彎曲的場合。同軸電纜的外層導體一般由金屬編織網覆以PVC材料組成，為防止泄漏和干擾，在金屬編織網和絕緣體之間，無間隙地纏繞上一層金屬箔，即可有更優異的性能。

同軸電纜是非平衡電線，具有較均勻的特性阻抗和較低的損耗，廣泛用于從直流到甚高頻信號的傳輸。

2 導線的選用

試驗機上，眾多的電子設備密集，在狹小的空間內，各設備之間的相互連線錯綜復雜，干擾可以通過互連的電纜布線從某個線路傳輸到別的線路，也可以從電纜內輻射出來或從外場傳播到電纜內，為了減小電子設備之間的相互耦合，以確保機載電子設備的正常工作，需要在有限的空間內對所加裝的設備，以及電纜敷設安裝進行優化布局設計，最終實現原機電子設備和加裝電子設備的電磁兼容。經過多年的實踐工作經驗總結，導線的合理選用應遵照以下原則：

（1）外部電源電路（例如：28V直流、115V交流），一般不用屏蔽線。單芯屏蔽電纜可以用于以地為電流回路的低頻電路。

（2）多點接地的音頻電路和電源電路用單芯屏蔽線。

（3）單點接地的音頻電路和低頻電路用雙扭線，凡是要求隔離返回電路的地方應當用雙芯扭絞線或同軸線。

（4）低頻隔離要求很嚴的單點接地和多點接地電路用屏蔽雙扭線。

（5）所有雙扭線電路應單點接地。對于采用了接地電路的低頻儀器，用單根單層屏蔽導線，而對于單端的低頻儀器則應用單層的雙扭線。

（6）在同一屏蔽內的各導線應成對地使用，并在同等量級的電壓電流下運行。

（7）信號反饋電路不應屏蔽。

（8）所有信號電路（包括接地歸路）均應分別屏蔽，而且屏蔽套外面還應有絕緣保護。

（9）平衡電路應用雙扭線或有公共屏蔽套的平衡同軸線。使用各自有屏蔽套或有公共屏蔽套的多線絞扭電纜時所有屏蔽均應彼此絕緣。

（10）傳輸射頻脈沖和高頻電路以及在寬頻范圍內，使用同軸電纜來達到阻抗匹配，其終端所接負載阻抗應等于該同軸電纜特性阻抗。

（11）三角形連接傳輸系統的三相線以及星形連接的三相和中線均應絞扭成一根電纜。

（12）為了避免其電源阻抗干擾，低電平信號裝備的電源線應同易產生干擾的設備的電源線分開配電，最好不使用同一電源。

3 綜合布線技術

由于被改裝的試驗機中，多數空間狹小，電磁環境復雜，且部分機載設備或改裝加裝設備自身的電磁兼容性有限，而目前及未來的試驗機改裝中，根據試飛任務需求，加裝的設備和電纜數量越來越多，隨著加裝設備的性能越來越高，電氣線路越來越復雜，對電磁兼容性的要求也越來越高，由此對試驗機改裝中導線的合理選用及敷設施工提出了更高的要求，使得綜合布線技術在試驗機改裝中就顯得越發重要。綜合布線技術是指在改裝施工中，將裝機設備及其導線、電纜進行綜合布置和規劃，分類進行敷設、固定、保護、捆扎，最大限度的保障加/改裝系統具有良好的可維護性和電磁兼容性的試驗機改裝技術。

3.1 試驗機改裝中加裝設備及其電纜的分類

試驗機改裝中加裝的電子設備應按照功率的大小，及工作中的對外電磁特性進行分類，將大功率、對外電磁輻射強的設備（如：電源、功放、發射機和天線等），容易受干擾的小功率敏感設備（如：各類小信號傳感器、音頻設備等），按要求保持必要的距離安裝。

電氣改裝中應根據導線、電纜的電壓高低、電流磁場和干擾特性對導線、電纜進行分類組合，通常分為：電源線，二次電源線，控制線，低電平敏感線，高頻信號線等幾大類。將電壓、電流在同一量級和干擾類型相同的導線、電纜成束，同時將電源線和信號線分開一定距離布線。

3.2 具體布線要求

試驗機改裝施工中，導線、電纜布線受制于空間等條件的限制，無法滿足理想的安裝距離需求，但應盡可能做到布線設計最優，從而降低耦合，盡可能使敏感線遠離干擾源（線），并盡量利用被改裝試驗機現有的空間結構進行布線、隔離，以滿足電磁兼容性的要求，在機上敷設導線、電纜時，具體要求如下：

（1）各類導線、電纜敷設時應參照HB6524的相關要求，彼此間盡量保持一定的距離。

（2）在導線、電纜布線時，應當把高電平電線，低電平敏感電線，脈沖導線分開，避免它們平行走線，并且將導線進行良好屏蔽和接地。

（3）敏感線不可靠近電磁干擾發射線，干擾大的電線束與干擾小的電線束要互相隔離開來，如果抽引信號電纜必須在有干擾的傳輸線附近通過時，則應使它們大致相互垂直。

（4）當不同類型的導線或電纜不得不敷設在一起時（如：穿過隔框同一個孔時），應在隔框各側盡量按要求隔離，傳輸高電平能量的同軸電纜不應與無屏蔽的電纜或傳輸低電平信號的屏蔽電纜組合在一起。所有導線、電纜要盡量保持一定的間距，并注意電纜走向與敷設以使干擾耦合控制到最小。

（5）若電源線路只允許使用單芯電線布線的，則相線或正線盡量靠近中線或直流回線敷設，所有電源線以及載流量大于5A的任何電纜盡量靠近飛機的金屬蒙皮。

（6）在同一電連接器上不應采用不同類型的導線，尤其是隔離線，敏感線不應和電源線、干擾線使用同一個電連接器。

3.3 接地點的要求

良好的接地是最經濟有效的電磁兼容設計技術，合理的布線和接地既能夠提高抗干擾度，又能減小干擾發射，是抑制電磁干擾的重要手段之一。

接地的方式可分為單點接地、多點接地和混合接地等，其目的主要有：使整個加/改裝系統中所有的設備都有一個公共的參考零電位，保證加裝系統能穩定工作，重要的是能很好的防止電磁干擾，保證加/改裝系統安全工作。因此，在試驗機改裝導線、電纜布線施工中，不能圖方便省事，將多根不同種類的地線捏在一起通過一條公共引線或者一個接地螺栓接地，這樣做是危險的。為了防止通過搭接引線帶來共地阻抗干擾，不同線束的導線不能接同一接地點的螺栓，電源回路接地、信號電路接地、屏蔽接地和結構接地應當分開在不同地點接地，低電平信號線切勿重疊在大電流電線的同一螺栓上。

4 結語

隨著機載電子設備的精密度、敏感程度的不斷提高，電子設備的工作頻段將更加擁擠，甚至相互重疊，機上電磁兼容環境變得更加惡劣，其表現形式比較多樣，大大提高了抗電磁干擾的難度，往往給設計和施工人員帶來很大的困擾，致使電磁干擾成為機載電子設備及系統工作的突出問題，同時加上試驗機本身就是一個復雜的電磁體，所以在對機載電子設備的加/改裝過程中，在設計初始階段就應當充分考慮到加裝的電子設備安裝、導線的選用及電纜敷設要求。因此，根據不同導線的抗干擾特性合理選用導線，以及有效地運用綜合布線技術，科學接地方法，必將能極大地減小系統間發生電磁兼容問題，提高和改善試驗機改裝工作的電磁兼容性和電氣改裝施工的可靠性。綜合布線技術具有成本低、效果明顯等特點，相比屏蔽、濾波等方法具有明顯的優勢。

參考文獻

[1] 周志敏，紀愛華，電磁兼容技術[J].北京：電子工業出版社，2007.

[3] 劉銘光，飛機電器[M].廣州：中山大學出版社，2008.