軍用電子設備電磁兼容性設計與試驗研究

陳 磊

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

電磁兼容（Electro Magnetic Compatibility，EMC）是指設備、分系統、系統在共同的電磁環境中互不干擾，能夠正常實現各自功能的狀態。在信息化戰爭條件下，隨著軍用電子設備安裝密集度的大幅增加，導致電磁環境日益復雜，電磁兼容問題變得異常突出，嚴重時可能引起設備功能失常、故障甚至人員傷亡等。目前，電磁兼容性在軍用電子設備中已受到高度重視，成為了考核其通用質量特性的重要指標。

1 電磁干擾機理

電磁干擾產生的機理是：干擾源發出的電磁能量，通過某種耦合通路傳輸至電磁敏感設備，致使敏感設備出現某種形式的響應并產生效果?？梢姡魏坞姶鸥蓴_問題中都包含“干擾源、耦合路徑和敏感設備”這三個要素[1]。因此，解決電磁干擾問題就是圍繞這三個要素，根據具體情況采取相應的措施。

2 電磁兼容性設計

電磁兼容措施一定要盡早考慮，在設計中從源頭解決電磁兼容隱患，才會取得較高的效費比。在電磁兼容性設計中最常用的手段是屏蔽、濾波和接地，根據電磁干擾產生的機理，通過屏蔽技術可切斷耦合路徑，防護電磁敏感設備；采用濾波技術可顯著有效地消除或抑制電磁干擾源；同時，配合使用電磁兼容接地技術，可以有效地改善系統或設備的電磁兼容性。

2.1 屏蔽技術

軍用電子設備通常采用金屬材料制作的密封式加固機箱結構，一方面，可起到防護作用，使設備能經受較強的振動沖擊等力學條件和濕熱、鹽霧、霉菌等惡劣氣象條件；另一方面，可有效地抑制通過空間傳播的電磁干擾信號。但在工程應用中考慮到通風散熱、人機工程等因素，不得不破壞屏蔽機箱的完整性，如圖1 所示。

圖1 典型軍用電子設備機箱示意圖

不同部分結合處的縫隙、通風口、接插件、按鈕、鍵盤、指示燈、顯示屏等都會成為機箱上電磁信號的泄漏源，針對不同的應用情況，可選取不同的設計措施實現屏蔽。

（1）機箱接縫

機箱盡量采用整體焊接、獨立風道的密閉結構形式，且表面經過導電氧化處理。

（2）縫隙或孔洞

縫隙或孔洞的尺寸避免與電路信號波長的1/2 成整倍數關系，蓋板連接處應采用導電襯墊或導電橡膠條，使機箱形成連續導電體。

（3）接插件

選用符合軍用標準的屏蔽型接插件，在機箱與插座之間增加導電襯墊，確保接插件與機箱面板之間導電連續性。

（4）通風口

通風口設計盡量開圓孔，其次是開方孔，避免開長圓孔，屏蔽效能要求高的場合應選用波導通風板[2]。

（5）線纜

盡量選用屏蔽導線或屏蔽雙絞線，屏蔽層要在機箱外部接地，并與屏蔽機箱360°搭接，線纜進入機箱后通過濾波器進行連接。

（6）顯示屏、指示燈面板等

采用導電玻璃、碳素絲網或柔性透明導電膜片等屏蔽體進行屏蔽，并注意屏蔽層與機箱良好的導電連續性。

2.2 濾波技術

濾波技術是抑制電磁干擾的一種有效措施，尤其是在抑制傳導干擾方面，具有明顯的效果。電源線是電磁干擾傳入設備和傳出設備主要途徑，在設備電源入口安裝一個電源線濾波器（低通濾波器），對無用的高頻干擾信號有較大的衰減，同時設備的工作頻率信號（直流或低頻交流）可以正常通過。電源線濾波器一般是由電感和電容組成的低通濾波，可以將火線、零線回路中的差模干擾信號以及火線、零線與地線回路中的共模干擾信號都抑制在允許的范圍之內。

在選擇電源線濾波器時，不僅要根據實際使用需求，選擇合適的插入損耗、截止頻率、額定電壓、額定電流、耐壓等級、漏電流、安裝方式、尺寸與重量和溫度條件，而且要考慮濾波器輸入和輸出端的阻抗特性，遵循阻抗失配原則，否則可能影響濾波效果，甚至引起諧振。一般對低阻抗的電源側，應配高輸入阻抗的濾波器，對高輸入阻抗的負載側，則應配低輸出阻抗的濾波器[3]。

濾波器安裝時，應盡量減小接地阻抗，使用扁平接地線就近接地或將濾波器直接安裝在機箱導電金屬表面；同時，濾波器應盡量安裝在電源線的入口或出口處，并確保輸入端和輸出端相隔離，防止產生耦合。

2.3 接地技術

恰當地選擇接地點位置和接地點個數，既能保證電路正常工作，同時又能減少接地干擾。常見的接地方式有浮地、單點接地、多點接地和混合接地四種基本形式：（1）采用浮地方式可以徹底消除接地干擾和地環路干擾，但容易產生靜電積累引起靜電擊穿現象，一般需要接入一個泄放電阻（約幾兆歐），以消除靜電積累；（2）工作頻率較低（＜1 MHz）的電路應采用單點接地，以消除公共阻抗耦合和低頻地環路；（3）工作頻率較高（＞30 MHz）的電路應采用多點接地式就近接地，盡量減小接地引線的長度；（4）工作頻率在1～30 MHz 的電路應采用混合接地式，當接地線的長度大于工作信號波長的0.05 倍時，應采用多點接地，否則采用單點接地方式[4]。

3 電磁兼容性測試

軍用電子設備的電磁兼容性通常采用國家軍用標準規定的電磁兼容性試驗測試來考核，試驗中受測試設備（Equipment Under Test，EUT）的電磁發射和敏感度必須同時達標才算合格。

GJB 151B—2013《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量》是我國針對軍用電子、電氣、機電等設備和分系統制定的關于設備電磁發射和敏感度特性的國家軍用標準，本標準參考引用了美國國防部2007 年發布的MIL-STD-461F，將GJB151A 和GJB152A 合二為一，規定了軍用設備的電磁兼容性要求和測試方法。其中測試項目共21 項，傳導發射類4項，傳導敏感度類11 項，輻射發射類3 項，輻射敏感度類3 項。各測試項目都是針對EUT 端口的，測試項目對各端口的適用性如圖2 所示。

圖2 電磁兼容性測試對各類端口的適用性

這21 項試驗并非全部是必做的，GJB 151B—2013 標準中規定了每個測試項目對各安裝平臺的適用性，CS103、CS104、CS105、CE106、RE103 和 天 線有關，針對的是無線通信類設備，這5 項一般不做；RS105、CS102、CS109 和CS112 這4 項試驗也做得較少。CE102、RE102、CS1O1、CS114、CS116、RS103這6 項試驗是必做項目，對安裝在飛機和艦船平臺上的設備，還要求做CE101、CE107、CS106、CS115、RE101、RS101 中的一些項目，其余項目由訂購方根據有關規范確定是否需做[5]。

4 電磁兼容性整改

樣機生產完成后，針對在電磁兼容性試驗測試過程中發現的不達標問題，也應該從電磁干擾的三個要素入手進行分析，查清這三個要素是什么，然后根據具體情況，采取適當的措施消除或抑制電磁干擾信號，以對產品實施最小的改動，使其達到電磁兼容標準的要求。

根據工程實踐經驗，常見的電磁兼容性不合格問題的原因分析和主要整改對策如表1 所示，綜合考慮如下整改對策，采取補救措施，可以使設備順利通過GJB 151B—2013 標準規定的試驗項目[6]。

5 結 論

軍工電子設備具有安裝密集度高、強弱信號共存、頻譜分布廣等特點，設計階段采用屏蔽和濾波技術，同時選擇正確的接地點和接地方式，可以在前期消除電磁兼容性隱患；試驗階段，根據測試結果選擇合理的整改措施，可以有效改善電磁兼容性不達標的問題，滿足軍用標準試驗考核項目的要求。

表1 常見電磁兼容性問題的原因及整改對策

[5] 中國人民解放軍總裝備部.GJB 151B—2013 軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量[S].北京：總裝備部軍標出版發行部，2013.

[6] 惠 洋.機載電子對抗系統電磁兼容設計[D].成都：電子科技大學，2013.