淺析航天器電磁干擾及控制

吳衛權 張國升

綜述·專稿

淺析航天器電磁干擾及控制

吳衛權1張國升2

（1. 上海衛星裝備研究所，上海 200240；2. 上海衛星工程研究所，上海 201109）

為了控制電磁干擾，規范星上電子設備的設計、試驗技術、試驗方法和計劃管理流程，針對航天器設計、研制與試驗過程中產生的電磁干擾問題，介紹了航天器電磁干擾源、電磁干擾方式；分析了航天器上易受干擾的設備、干擾現象及航天器電磁環境影響因素；論述了航天器電磁干擾控制設計與估算方法、航天器電磁干擾控制技術和措施等內容；規范了航天器電磁干擾測試要求、方法及引用標準。可為相關衛星工程技術人員提供有益支持和幫助。

航天器；電磁干擾；控制

1 引言

電磁干擾（EMI）是一種天然或人為的電磁信號擾動，電磁干擾可以由星上源或者外部源（非星上）引起，如從地球傳播出來的射頻等。電磁干擾會降低或破壞航天器上電子設備的工作性能。航天器易受干擾的一些重要工作狀態有：制導、運載火箭各級程序點火、指令通訊、跟蹤、實驗數據的收集及遙測。航天器從研制計劃開始就將遇到大量電磁干擾問題，因為：a.要求工作在有限空間和頻譜環境中的電子器件數目日益增加；b.能源功率的增加；c.設備靈敏度提高。為了控制電磁干擾，必須規范星上電子設備的設計、試驗技術、試驗方法和計劃管理流程。

2 航天器電磁干擾源[1]

航天器主要電磁干擾源為：航天器內部源和自然源。自然源是從地球、飛機或其它航天器中發射出來的射頻信號，主要的自然源有：星系噪聲、大地噪聲、宇宙噪聲。另一類是航天器自身單機、部件或系統中發射出來的電磁干擾。在航天器飛行階段，絕大多數電磁干擾是由星上源產生。

本文主要敘述航天器內部干擾源，星上單機、部件或系統產生的干擾可分功能性及隨機性兩種。功能源是那些產生輻射電磁能量的單機設備，諸如：振蕩器、倍頻器、混頻器、發射機（如雷達發射機、通信發射機、遙測發射機）、信號發生器、應答機、轉發器等；隨機源是那些不產生電磁能量的單機設備，諸如電源及配電系統、功率變換器、電磁線圈、電機、開關、繼電器、螺旋管和寄生震蕩器、陀螺儀等。與功能源不同，星上隨機源可在分系統功能不受影響下加以克服和抑制。

2.1 功能源

功能信號最簡單的波形是單頻正弦波。而能產生單頻正弦波的振蕩器、倍頻器和放大器等設備存在著不穩定性、非線性電路及非線性元件。因此，在其工作時，基波附近的某個窄頻帶內以及在諧波和偽頻率處都存在能量，為了使星上設備穩定工作和減小非線性影響，可以控制這些正弦波源中的能量帶寬、諧波輸出或偽輸出。

通信、遙測或雷達發射機等更復雜系統，在其產生功能信號的同時，常伴隨產生不期望的電磁能量。如發射機會產生不同于工作頻率的偽輸出，這些偽輸出對于正常工作是有害的；因此必須消除或降低其振幅。發射機發射的寬幅噪聲電平一般是比較低的，但也可引起附近接收機靈敏度降低或引起干擾，這種噪聲不易識別；因為它與接收機噪聲特性幾乎相同。

另一種與功能源有關的干擾是從發射機或高頻發生器中發出的射頻能量。這種輻射能嚴重地影響安裝在相同位置處的設備性能，一般可采用接地、屏蔽和適當的線間隔離等處理技術消除。

2.2 隨機源

隨機源引起的干擾能量存在于一個大頻率范圍內，且是寬頻帶的。寬頻帶干擾源又可分為隨機干擾和脈沖干擾。

2.2.1 隨機干擾

熱擾動能產生隨機輻值的干擾，大氣干擾、宇宙、太陽噪聲和電暈均可認為是隨機源，這些脈沖經常出現并且相互重疊，具有多個尖脈沖，其峰值超過平均值。

另一種脈沖由一個接一個的脈沖組成，不能單獨區分，這種干擾形式也可看作是隨機的。

2.2.2 脈沖干擾

脈沖干擾是由一個或多個尖脈沖組成，它可以是周期性的，也可以是非周期性的；此類干擾特性由脈沖波形和重復頻率決定。姿態控制推力器、力矩器、開關通斷瞬變過程、時鐘與數字脈沖和其它脈沖形式的電氣擾動等都是典型的脈沖干擾源。

3 航天器電磁干擾方式

航天器電磁干擾通常以傳導和輻射方式從干擾源傳播到敏感部件或系統中。傳導干擾包括通過外部連接件引入的電磁能量；輻射干擾也是一種電磁能量，其從外部源進入到星上設備中不需要外部連接件。傳導傳播干擾的定量分析需要應用電路理論，而輻射傳播干擾的分析則需用場論。

3.1 傳導干擾

電路元件的缺陷可能產生噪聲電壓或噪聲電流，如繼電器的工作觸點、壓力連接、焊接和接插件的連接處都可能出現有害的干擾。噪聲干擾引入系統，會降低或破壞系統的運行性能。

電路元件對其它電路或元件產生傳導干擾的方式最常見的是經由直接電連接的傳導，如電纜。通常須用電纜傳輸功率和工作信號，進而有可能將干擾信號與有用信號一起傳送，特別在長電纜情況下。當多個電路共用一個具有較高阻抗的回路時會產生公共阻抗的耦合，在某種情況下，一個電路中的電流會引起顯著的電壓差，而這個電壓差將在另一個子電路中產生不良的影響。此外，多個電路同時工作的綜合影響也能對另一個電路產生干擾。

在大電流電路中，磁通鏈的耦合是干擾傳遞的一種主要方式，而在高壓電路中，主要是電容耦合。穩定的交變電流或瞬態變化電流所產生的磁場將產生一個正比于磁通變化率的干擾電壓。因此高頻大功率電流（如在雷達設備里的電流和多層線圈中的電流）均為干擾源。同樣，產生高電流變化率的電器件（如開關）也能產生很強的干擾脈沖。

一個電路上的干擾源通過電容、電感或公共阻抗能夠在與該電路相連接的另一條導線上產生一個信號導致相互干擾，電容耦合取決于電壓變化率（d/d），這個電壓變化率通過耦合電容（）耦合到相鄰的電路上，如圖1所示。耦合電壓2的大小取決于電路NO1的電壓變化率（d/d）和耦合電容（）、負載電阻及對地的分路電壓三者之間的相對值，由于周圍總存在著導線或電路，因此這種情況經常出現。

圖1 容性耦合

圖2 感性耦合

電感耦合電路中的干擾同樣也是由波形的變化率所引起，即電流的變化率（d/d）起作用，如圖2所示，第一電路中的d/d和變壓器相似，它能在第二個電路中產生一個成比例的電壓，而兩電路公共面積的增加也能使耦合電壓增加。在大部分航天器的電路中，通常電感性耦合比電容性耦合問題要小；因為其所用的電流均比較小。

3.2 輻射干擾

輻射干擾主要是電路元件的缺陷產生的噪聲電壓或噪聲電流等干擾信號通過天線或電纜輻射到敏感器件，例如從偶極子來的輻射干擾，能在二極管、半導體三極管、真空管的柵極和其它一些非線性電路兩端出現偏置。特別易受輻射干擾的非線性電路能在電路中產生干擾頻率與信號頻率之間的合成頻率，同時也能產生干擾信號的諧波頻率。這種電磁干擾能降低或破壞航天器上電子設備的工作性能[2]。

4 航天器中易受干擾的設備

航天器中能響應電信號及與其相關電場的任何器件都是易受干擾的設備，特別是高增益和高靈敏度設備。易受干擾的星上設備主要有：載荷設備、接收機、火工器件、電氣開關、記錄設備、場效應器件、敏感器（光敏元件、熱敏元件）、前置放大器、紅外探測器等。應鑒別此類器件并確定其靈敏度。

例如測量用的放大器由于其高增益和高靈敏度，會經常遇到共模干擾問題，對于此類問題須注意對帶寬的要求和接地結構；應注意印刷線路板接地線過長及導線截面積不夠等問題。另外，在濕度較低的試驗環境條件下，若無預防措施，某些靈敏微電路會發生靜態放電現象，導致元件損壞。

5 航天器自身電磁環境影響因素

每種航天器自身都有其特有的電磁環境，對于具體的電磁干擾，都必須要在特有的電磁環境中研究，且主要有如下五種相關設計。

5.1 結構

航天器結構主要由其部件、系統和導線的長度及走向、間距決定，而結構又影響著整個航天器的電磁環境。來自磁通鏈耦合、電容耦合和輻射等的干擾強度隨著干擾源和易受干擾系統間的距離減小而增加。因此，若干擾源和系統間的距離越小，則對設備的要求越嚴格。此外，在采用屏蔽和濾波與重量制約之間須綜合折衷考慮。

5.2 穩定方式

航天器穩定方式是決定航天器結構的主要因素之一，同時也間接地決定了電磁干擾存在的可能性。航天器的穩定方式決定了其接收與發射天線的基本形式和安裝位置，從而影響其電磁環境。例如：在相同效果下，適合于自旋航天器的全向低增益天線比定向天線需更大的發射功率和接收機靈敏度。

5.3 電子和電氣系統

航天器上每一個電氣或電子系統都必須進行電磁干擾分析工作，所有系統（含能源系統）都須估算其對其它系統的電磁干擾，頻率分配、頻帶寬度、系統定向、與天線端連接的系統靈敏度、敏感器特性和接地系統等復雜因素均須綜合考慮。

5.4 軌道高度和軌跡

影響航天器電磁環境的第四個因素是軌道和彈道，它與外部信號（例如從地球和輻射帶來的信號）有關，在軌道上航天器可接收到許多與任務無關但與任務頻率相近的信號。根據航天器接收機的輸入帶寬和靈敏度特性，當地面發射機按正常分配的頻率向航天器發射必要的能量時，這些外部信號均可被航天器接收機接收到。

5.5 科學任務的要求

航天器科學任務決定其對載荷的特殊要求，如非常低的頻率、在載荷帶寬范圍內無離散信號、高靈敏度要求等因素，均會影響航天器的電磁環境。

6 航天器電磁干擾估算

6.1 電磁干擾的預估

為了鑒別潛在的電磁干擾源和與之相沖突的敏感源要求，需要對航天器上的敏感設備設計中考慮的所有潛在電磁干擾源進行檢查。干擾控制水平由任務對象和航天器運行要求決定，根據這些要求確定功能源和隨機源產生的電磁能量所允許的量值。

6.2 電磁干擾抑制方法

在鑒別和預估電磁干擾源、敏感設備和各種耦合模型后，為使航天器各分系統的任務要求在其工作時兼容一致；通過對干擾的抑制、采用接地網、良好的電磁兼容性設計等措施獲取兼容性。應盡可能使干擾得到抑制。視干擾源是功能源或隨機源確定干擾抑制的難度，當干擾信號是從功能源發出的某個有用載波信號時，若想在發射機中減小干擾則須采用改變信號強度、頻率和工作程序等方法加以解決。某些情況下，干擾須抑制在受干擾的設備里，為了把干擾抑制在信號源里，可采用的主要方法是：

a. 新分配載波信號頻率，優化單機內部的頻率流程；

b. 重新布局受干擾設備或發射設備的位置，以使干擾信號的影響減至最小；

c. 為使發射系統和受干擾的敏感器件正常工作，可根據任務要求的優先程度設計一套分時程序工作流程；

d. 增加必要的屏蔽和濾波。

7 航天器電磁兼容性的預估[3]

航天器對電磁兼容性要求由任務目標、易受電磁干擾敏感設備及潛在電磁干擾源等相關要求確定。充分考慮這些要求是設計和實現電磁干擾控制流程的先決條件，控制流程的執行貫穿于航天器設計、研制、試驗、發射準備等全任務周期；以確保設計控制后的電磁干擾不會降低航天器在軌飛行任務性能。

從干擾控制和處理技術角度來說，系統設計主要分四個階段：a.初始階段，形成基本設計方案并確定系統參數；b.選擇組成系統的設備或分系統；c.把選出的設備或分系統組成一個系統；d.進行兼容性試驗并對整個系統作出最終的調整，使電磁干擾引起的特性衰減因素降到最低限度。最后階段中的每一步調整通常存在著折衷權衡關系，應由設計師做系統的綜合評估。根據飛行任務的目的和要求、發射時間窗口及經費預算，確定既能保證航天器系統的電磁兼容性最佳而又不損害其它要求的措施。

工作在遠離航天器直接試驗和發射區的地面輔助設備也應仔細考慮其潛在干擾所帶來的危險。對試驗和發射中與航天器密切相關的地面輔助設備，應認真檢查接地、接觸和電纜屏蔽是否良好。

7.1 系統的初始設計

在系統設計的的初始階段，分系統設計師在綜合評估各種關系后須適當考慮電磁干擾因素，應對選擇的元器件提出電磁兼容性技術要求。對分系統電磁兼容性有顯著影響的特性參數主要如下：頻率分配、發射機功率、接收機靈敏度、數字脈沖電路開關門限值及設備運行流程等。航天器系統運行要求和兼容性問題是復雜多樣的，設計一個對任何飛行任務要求均為最優的系統幾乎是不可能的。每個分系統均須獨立地按功能要求并結合邊界條件（與航天器其它部分及工作任務的電磁環境交界面）進行綜合考慮后選定系統參數。

7.2 設備的選擇

系統設計的下一步就是選擇系統的電子設備（如電源、發射機、接收機）以實現型號任務所要求的功能。這一階段，應充分考慮電磁兼容性，規定設備的工作特性，對設備作驗證試驗保證其符合技術指標，并不斷解決運行中出現的兼容性問題。

7.3 干擾控制分析

干擾控制分析的第一步是識別電磁干擾的潛在源并確定其干擾特性。為便于分析須規定每種源的幅度-頻率特性與幅度-時間特性。這些特性可從設備說明書、電路圖和設備設計師處獲取，也可對該設備進行干擾測量獲得。

在識別這些干擾源后，應確定所有的敏感設備及其靈敏度特性。通常須確定敏感設備響應各種信號的形式以及靈敏度對頻率（或其它電磁干擾敏感信號參數）的關系。從電路圖、設備設計師或設備的干擾測試結果中，獲取靈敏度、響應特性等參數特性。

在確定了可能的電磁干擾源和易受干擾的設備后，下一步分析工作是確定電磁干擾可能發生的狀態。通常用傳輸損耗來修正干擾源的作用以估算可能出現的問題，使修改后的結果能代表敏感設備的干擾水平。把這個結果與設備靈敏度作比較（如圖3～圖6所示），以確定潛在干擾信號的幅度是否足以在敏感設備上產生不希望的響應。從圖3～圖6的電磁兼容性分析圖中可以看到，干擾源作用頻率為1時可能引起兼容性問題。通常，假如一個信號引起一個不希望的響應，那么這個信號對敏感設備工作的影響將作為干擾來預估。

圖3 源的特性

圖4 傳輸線損耗特性

圖5 靈敏度特性

圖6 相容性特性

除了預估特定源的干擾影響外，還要估算星上所有電氣和電子分系統在工作時引起的綜合電磁環境。然后把每一個設備的敏感特性與該綜合環境相比較，以此確定該設備與它們工作時的電磁環境是否兼容。系統干擾分析的最后一步是確定要消除兼容性問題所必須降低的干擾量，并明確為保證兼容性而要求分系統所采取的設計措施和方法。

7.4 系統綜合

當把所選定的設備和分系統組成一個系統時，需要注意分系統間接口交界面和接地問題。分系統間接口交界面的問題可通過重新布置電纜、重新布局設備位置或方向、在輸入輸出端加濾波、屏蔽潛在電磁干擾源和敏感設備等方法來加以糾正或改善。對于系統接地，應對所有分系統提供單一直流接地點，使公共電流的危險降至最小。對于體量較大的航天器，需多個接地點來處理所有分系統，也應根據系統要求綜合考慮連接問題。

7.5 系統兼容性

為了提前暴露問題，系統元件和設備都須進行相關干擾試驗，并避免試驗設備、接線盒及相關長導線影響接地結構而產生感應干擾。

8 航天器電磁干擾控制

通常在系統級上分析電磁干擾，以估算系統的兼容性并找出該系統可能出現干擾的實際范圍，一旦分析出存在問題的范圍，則可采用相應的技術去控制或者減小這種干擾。當然，采用這些技術的代價會增加重量、成本等等，因此，一般需進行折中考慮。減小電磁干擾的具體方法主要有：屏蔽、接地、導線的處理和走向以及濾波等。

8.1 電磁干擾源的控制措施

8.1.1 抑制功能源干擾的措施

a. 對假信號濾波；

b. 更換一種比較兼容的信號產生方法；

c. 控制信號發生器空間指向；

d. 對分配給功能源的頻率加強控制；

e. 為了對易受干擾的敏感設備提供電磁平穩運行的時間周期，對其運行進行分時控制；

f. 盡量減少使用非線性電路。

8.1.2 抑制隨機源干擾的措施

若干擾源是隨機源，如電機或電開關等，可在信號源處采用下列技術加以抑制：a.采用接觸法能消除旋轉機械與其外殼之間發生的電弧；b.接地和屏蔽法能有效降低有害信號；c.可用新器件替換引起干擾的設備器件。

8.2 敏感器件的保護措施

對敏感設備的干擾分析通常從考察干擾信號進入到設備的各種途徑入手。一般干擾途徑越多，系統越易受干擾，對干擾控制的技術要求也越高。干擾信號正常的輸入途徑是：a.輸入電源線；b.系統間相互連接的電纜；c.不密封的盒子（穿透）；d.天線。

干擾信號通過互感能耦合到一個電感器上。如某個電感器接近另一個電感器、電阻器、導體或任意載有交變電流的電路元件時，所產生的磁通量將在電感器上感應一個電壓，這個電壓將干擾電感器上的正常電流。為了使電感性耦合的干擾影響減至最小，電感器必須加以屏蔽或把它放置在與干擾源耦合最小的方向上。

8.2.1 繼電器

設計和研制專用于繼電器電路的外殼、盒子、機架，以保證其有效隔離。潛在的電磁干擾源（如電源線或信號線）須隔開或屏蔽以避免耦合，進入外殼的導線應加濾波器。

安裝在潛在干擾源處的繼電器應配有無機械間斷點金屬盒子。固態電路繼電器和其它易受電磁干擾的靈敏電子部件，均須采用信號接地保護；且此接地須是低阻抗回路，以使進入信號回路的假電壓最小。在低頻電路中采用單點接地，對高頻電路則采取多點接地；前者，導線的絞合有助于消除低頻磁場的干擾。在多點接地系統中，參考點上流過的電流能引起磁場；也可使用單點與多點接地的混合方式。

8.2.2 導體

任何單股導線當其置于電場或非平行可變磁場中時均能產生電動勢，當導體處于交變磁場中，但磁力線沒有和其耦合，則不會產生電動勢。即導體、走線與交變場應相互垂直相交，或盡可能使與其平行的導線最少。

通過屏蔽及屏蔽接地措施，采取雙線絞合方法，均能減小導體對感應信號的靈敏度。因此，兼容的導線可捆扎在一起以減少對屏蔽的要求。

8.2.3 電子管

電子管如光電倍增管、光電攝像管，特別對干擾很敏感的高增益電子管；當某偽信號出現在管子柵極時，則其與正常信號一起被放大，并在輸出端出現干擾，引起管子的非線性特性而使問題變得復雜。也即若管子的柵極出現兩個信號，則在交變的板流波形內將出現工作頻率及諧波頻率；同時，還存在工作頻率的和頻或差頻以及它們的各次諧波頻率。對此類現象，應在柵極電路上采用屏蔽線。

當電子管處于射頻場附近工作時，干擾信號可通過管子的外殼進入其中，此時須通過管子的屏蔽消除干擾影響。機械振動能使電子管產生顫噪效應，因此處于惡劣工作環境下的管子須對其采取加固措施以盡量減小這種效應的影響。此外，輻射也會影響電子管，可采用陶瓷管解決此類影響。

8.2.4 接插件

若不采取適當屏蔽保護措施，射頻干擾易進入到接插件中。大多數屏蔽技術用以抑制電磁干擾，作為功能傳輸傳導途徑中的接插件均應通過某個界面與靜地物理連接（如：焊接、螺栓連接或夾接）；其最大的接觸電阻應不大于10mΩ。

通過接插件管腳的合理分配可使接插件中交叉干擾減至最小。

8.2.5 半導體器件和集成電路器件

半導體器件和集成電路器件能敏感瞬時過載，此類過載能燒壞半導體器件或細導線。由于起二極管作用的結點對射頻有整流作用，所以少量的射頻能量就可能改變集成電路的偏壓和工作狀態。

為使半導體和集成電路對電磁干擾不敏感，引線處須加濾波；同時組件或外殼要適當加以屏蔽。若電源線上的脈沖干擾難以濾掉，可采用電壓調節器作為保護設備。

8.3 電磁干擾途徑控制措施

8.3.1 接地

接地就是在電路間相對于某個參考點建立一個電的通路，其目的是為了保證系統中所有部分都處于同一個電位上，多余的電磁能量可在系統中平衡掉。航天器系統的電氣部件和結構件都必須保持在相同的參考電位上，以使用有效的接地系統來抑制干擾。工程上一般先把系統的結構件和電氣部件分別接地，然后使它們組合在一個公共參考點或平面上來完成接地。為了實現良好的接地，連接點不應對通過導體流到連接點上的電流呈現出更多阻礙。

接地系統包括靜電地、結構地、交直流功率地以及屏蔽地；靜電地和結構地并不是為走電流而設計的，但須與航天器所有導電部分相連。

通常，對于有效接地系統，電流的作用、氧化速率和對偶材料等因素均應視為可能引起性能衰退的干擾源，其中任一因素都可產生附加的假頻率。由此設備在短時間內將取得一個比地高的電位，且像天線一樣接受或者發送能量，這種現象可引起設備工作異常。此外，對于用作地回路的電纜不應采用屏蔽。

8.3.2 電連接

電連接是一種把某些金屬部件機械地連接起來使其構成良好低電阻接觸的方法，按照連接的質量要求，可采用熔焊、釬焊和壓力連接等方式。

良好的電連接須使兩種金屬導體牢固地結合，對流經它的電流呈現一個均勻的電阻；且在連接處不至產生干擾的附加電位梯度。良好的連接與接觸程度的好壞有關，它是由接觸面積、壓力及被結合的接觸表面狀態所決定。當不同化學成分的材料結合在一起時，則須避免發生腐濁。連接的幾何尺寸是很重要的參數，因其影響射頻阻抗；阻抗正比于搭接片的長度，而與接觸截面積成反比。此外，電流傾向于沿著連接處外層流動（集膚效應），當其頻率增加時，這種效應會變得越來越明顯；將導致有效電阻隨頻率增加，且使導體電感略增。工程上，為了使這種影響減小到允許值的范圍，通常搭接片長與寬之比可取5或更小。

8.3.3 屏蔽

屏蔽是另一種減小電磁干擾的有效方法，屏蔽主要靠衰減干擾信號而抑制由干擾源發出的干擾，或保護敏感的設備免受干擾。由于在輸入與輸出的連接中會出現屏蔽間斷點，因此，在設計屏蔽時，必須考慮這些間斷點的存在，使其不致顯著地減小整個屏蔽效果。

通常，屏蔽是把設備封閉起來，使得由設備產生的或與設備發生干擾的那些假信號均被全部隔離；一般根據能獲得給定屏蔽效應的最低頻率來決定選用屏蔽材料的類型。高導電材料（如銅、鋁）和高阻抗電路結合使用，對電場通常有較好的屏蔽效應；而與低阻抗電路結合使用時，磁場較難屏蔽。對非磁性材料（如鋁），其吸收和反射損耗隨著頻率的下降而不斷下降，因而用非磁性材料屏蔽磁場是非常困難的。在低頻時（低于150kHz），必須采用高導磁率材料（如金屬或坡莫合金），其對磁場能提供滿意的屏蔽效率。屏蔽的衰減和反射是決定屏蔽效果的兩個主要參數，當用屏蔽來抑制干擾逸出時，則衰減（吸收）損耗是主要；相反當在敏感設備上用屏蔽來防護外來干擾時，則反射損耗變得更重要。

8.3.4 濾波

濾波器經常和屏蔽技術一起用來衰減從導線屏蔽間斷點進入或者發出的干擾。干擾衰減濾波器對建立兼容性提供了另一種有效方法。

當利用接地和屏蔽使干擾減小以后，剩余的傳導和輻射干擾可進一步采用濾波加以抑制。濾波器是一種能衰減多種頻率的特殊電路或網絡，所要求的衰減量通常與有害信號或假信號的幅度有關，也與附近設備的敏感度或適用的電磁干擾技術規范限制有關。在敏感設備中要降低假信號的能量一般是較困難的，因為噪聲電位能通過傳導和輻射或二者的組合進入到設備中；為了消除或使干擾信號降到最小程度，或限制所要求的功能信號的帶寬，最好的方法是在電磁干擾源處使用濾波技術。

信號經過濾波后會增加數字脈沖的上升或下降時間，從而減小d/d的噪聲，濾波也有助于減小脈沖序列的諧波頻率。濾波器有多種形式，最簡單的是并聯電容器，它跨接在載有假信號噪聲電壓的導體與地之間。經常用鐵氧體磁環濾波器來衰減信號高頻分量的振幅，顯著的效果是減小振幅上升時間和波形前沿震蕩。

8.3.5 導線的處理和走線

合理的走線和電纜布局有助于對干擾的控制。走線包括物理上隔離、電纜的排列和分股包扎等。在分股時把導線和電纜分成彼此可兼容的幾組，每組均為屏蔽。在一股線中成對的相鄰導線由于其電感和電容耦合可引起干擾，采用把兩根發送或者接收導線扭合起來使干擾顯著下降，這種方法的效果是在兩個扭合線路之間減少了公共電路面積。

為了估算電路和分系統之間相互作用的有害性，針對其干擾和敏感度特性，分析系統內部和系統之間的走線、并以此來布置連接電纜和走線。在此基礎上，用絞合線、屏蔽、束捆、引入參考基準和接地等方法消除或減小相互作用的影響。

通常根據敏感度、信號幅度和頻率等參數把線路分類處理。在一定試驗范圍內火工電路均須隔離，功率電路常可當作單獨電纜來處理。線路的分類如下：a.電源電路：一次和二次直流電源、交流電源；b.小噪聲電路：靈敏電路、小信號電路、高阻抗電路；c.大噪聲電路：控制電路、大信號電路、火工點火電路。

9 航天器電磁干擾測試要求和方法

航天器上設備和系統的電磁干擾測量，包括受干擾靈敏度和干擾發射強度兩大主要內容。大多數試驗為系統兼容性試驗，其目的是確定航天器各分系統同時工作時的抗干擾能力，即a.分系統的干擾試驗，是測量單個航天器上設備或其相關輔助設備中發射出的干擾信號大小；b.分系統受干擾靈敏度試驗，為確定存在有害外部干擾信號時單個航天器上設備或其相關輔助設備抗干擾工作能力。

一般電磁發射強度測試和受干擾靈敏度試驗均包括輻射測試和傳導測試。

9.1 電磁干擾發射強度測試要求和方法

輻射干擾的測試主要是用近場測量方法，利用測量接收機，在近場中須分別測量場中的磁場（）和電場（）的分量。磁場（）用環狀天線測量，而電場（）用棒或偶極子測量。

傳導干擾測試主要是利用測量接收機，線性阻抗穩定網絡（LISN）及電源探測器這兩種不同傳感器測量電源線和信號線上的傳導干擾。

電磁干擾發射強度測試的原則：設備必須以產生最高干擾水平的方式工作，從而獲得最大干擾值。

9.2 受干擾靈敏度測試要求和方法

輻射受干擾靈敏度測試干擾的測量主要是用近場測量方法，利用干擾信號源，在近場中須分別測量磁場（）和電場（）的輻射受干擾靈敏度。

傳導受干擾靈敏度測試主要是利用干擾信號源，線性阻抗穩定網絡（LISN）等設備測量電源線和信號線上的傳導受干擾靈敏度。

受干擾靈敏度測試的原則：設備必須以最大靈敏度的方式工作，從而獲得受干擾靈敏度。

9.3 電磁干擾測試引用標準規范

在航天器電磁干擾測試要求和方法主要參照如下標準：GJB 151A明確了軍用設備EMC的要求，提出了每個項目的適用范圍和設計限值要求；GJB 152A規定了GJB 151A標準對應的每個項目的具體測試方法，這兩個標準的配套使用，是針對所有軍用設備的范圍較寬的基礎標準。GJB 3590和QJ 2266主要針對航天器EMC提出具體要求，其以GJB 151A/152A為支撐，并對GJB 151A標準中要求進行了適當補充；GJB 1389A提出了大系統級EMC要求[4]。

航天器整器、分系統和單機EMC試驗的要求和方法主要依據標準為GJB 151A、GJB 152A、GJB 3590、GJB 1389A；發射機、接收機EMC試驗要求和方法主要依據標準為GJB 151A、GJB 1143；電源品質測試主要依據標準為GJB 3590，該標準提出了對電壓紋波、電壓尖峰和浪涌電壓的基本測試要求；靜電放電（ESD）試驗要求和方法主要依據標準為GJB 3590、GB/T 17626.2；雷電防護試驗主要依據標準為GJB 3590、GJB 1804，其中GJB 3590規定了該類試驗一般采用分析方法，可不再具體進行試驗驗證。

航天器電磁干擾測試引用標準主要如下：

a. GJB 151A—1997軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求；

b. GJB 152A—1997軍用設備和分系統電磁發射和敏感度測量；

c. GJB 3590—1999航天系統電磁兼容性要求；

d. GJB 1389A—2005系統電磁兼容性要求；

e. GJB 1143—1991天線電頻譜特性的測量；

f. GJB 1804—1993運載火箭雷電防護；

g. GB/T 17626.2—1998靜電放電抗擾度試驗；

h. QJ 2266—1992航天系統電磁兼容性要求。

10 結束語

隨著國內軍民衛星制造事業的蓬勃發展，航天隊伍（技術和管理人員）不斷壯大，廣大科研人員都非常迫切地想了解和掌握航天器電磁干擾、控制、試驗等相關技術內容。針對一些基本的、常識性的問題和概念，本文作了較為系統分析、概括和總結，可對廣大從事航天器研制的工程技術人員有所指導和幫助。

1 陳淑鳳. 航天器電磁兼容技術[M]. 北京：中國科學技術出版社，2007

2 Smith E J. Proceedings of the Spacecraft Electromagnetic Interference [R]. NASA, Tech Memo 33 402, 1992(2)：101～109

3 Paul C R. Electromagnetic Compatibility Prediction [R]. IEEE Symposium Record, 1999(7)：21～30

4 李玉蘭，鐘繼紅. GJB 3590 航天系統電磁兼容性要求[S]. 1999：4～20

A Brief Analysis of Electromagnetic Interference and Control of Spacecraft

Wu Weiquan1Zhang Guosheng2

(1. Shanghai Institute of Spacecraft Equipment, Shanghai 200240; 2. Shanghai Institute of Satellite Engineering, Shanghai 201109)

In order to control EMI, the design, experimental technique and method, plan management procedure of on-board electronic equipment must comply with their standard. In this paper, aiming at this EMI problem produced during design, development and experiment for spacecraft, electromagnetic resource and EMI way were introduced; the equipment which is susceptible to interference, interference phenomena and effects on electromagnetic environment were analyzed; EMI control design and estimation method, EMI control technology and measurements for spacecraft were described; EMI testing requirements, methods and quoted standard for spacecraft were normalized. They can provide technical support and references for researchers of space engineering.

spacecraft；EMI；control

吳衛權（1965），研究員，電磁測量專業；研究方向：航天器磁設計、磁測試。

2019-11-29