某導航機載設備RE102輻射發射超標的研究與整改

烏軼聰

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

某導航機載設備是一種飛機精密進近和著陸引導系統中的機載接收機（簡稱為接收機），其工作原理是接收機收到地面設備發射的引導信號后，為飛機提供方位和下滑的角度偏差及地面數據信息，以此來引導飛機進近著陸。在對接收機按照《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量》（GJB151B—2013）中空軍海軍飛機內部設備的要求進行RE102輻射發射測試時，接收機在多個頻段超出極限值，本文針對這一問題進行研究分析并對設備實施了整改[1]。

1 設備問題概述

《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量》（GJB151B—2013）給出了電子設備電磁發射和敏感度特性的指標要求與測量方法。RE102是一種測試設備電場輻射發射的測試方法，用來檢驗受試設備殼體和所有互聯電纜10 kHz～18 GHz頻段電場輻射發射是否超過實驗要求極限值。RE102的測試方案是在不同頻段分別使用桿天線、雙錐天線以及雙脊喇叭天線，通過專用的測試接收機掃描天線相對應的適用頻率，來確定設備及互聯電纜電場輻射發射量。其中對30 MHz以上的頻率，天線取水平極化和垂直極化兩個方向，同時使用數據記錄設備連續地繪制出其幅度與頻率的關系曲線圖，通過對比曲線圖上顯示的極限值曲線和測量結果曲線，判斷設備及互聯電纜的電場輻射發射是否超標。

按照《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量》（GJB151B—2013）中空軍海軍飛機內部設備的要求，接收機的RE102測試，適用頻率范圍為2 MHz～18 GHz，測試按頻段分成4個階段。一是在2～30 MHz頻段使用桿天線進行垂直極化方向的測試，二是在30～200 MHz頻段使用雙錐天線進行垂直極化和水平極化兩個方向的測試，三是在200 MHz～1 GHz頻段使用雙脊喇叭天線（口徑典型尺寸為69.0 cm×94.5 cm）進行垂直極化和水平極化兩個方向的測試，四是在1～18 GHz頻段使用雙脊喇叭天線（口徑典型尺寸為24.2 cm×13.6 cm）進行垂直極化和水平極化兩個方向的測試。測試中，接收機在2～30 MHz頻段出現嚴重超標，200 MHz～1 GHz頻段的垂直極化方向多處出現超標，測試結果如圖1所示。

圖1 接收機RE102測試超標頻段曲線圖

2 問題分析

要解決接收機電場輻射超標問題，可以從接收機本身結構和設備電場輻射產生的原因兩方面來進行研究。

2.1 接收機的結構組成

接收機由射頻接收模塊、信號處理模塊以及電源模塊組成，模塊之間通過扁平電纜進行通信，使用結構件連接緊固。設備外形為一長方形，外殼使用6塊鋁蓋板拼接而成，設備通過一條高頻電纜和一條控制電纜與外部連接，兩條電纜的連接器均從設備前面板的孔洞中伸出。高頻電纜中只有一路信號即地面設備發來的引導信號，高頻電纜與設備射頻接收模塊相連。控制電纜中的線纜較多，不僅有給設備加電的正負電源線，而且還包括若干總線與控制線，使用專用連接器分別與信號處理模塊和電源模塊相連。

2.2 設備電場輻射產生的原因

設備的電場輻射通常是由電路中的兩種電流信號產生的，一種是電路中流動著的正常工作電流信號，如時鐘信號及其諧波等，另一種則是設備電路中流動著的一種共模電流信號。由于電子線路中信號線路間寄生電容和信號線的引線電感等這些等效元器件的存在，使得電路中寄生著一種共模電流，它通常是一種無用信號，且一般強度很小，但是由于這些等效元器件的電參數與頻率密切相關，所以當信號為高頻信號時，這些等效元器件會造成嚴重影響，成為產生設備輻射發射的主要原因。設備中的電纜或較長形態的導體可以看作一種等效天線，根據相關理論研究，當它的長度大于其中信號頻率波長的1/2時，這種等效天線所產生的電場輻射只與其上共模電流的大小有關[2]。

綜合以上分析討論可以得出，限制接收機中正常工作電流信號產生的電場輻射，并抑制設備控制電纜中寄生共模電流的大小，是解決接收機電場輻射超標問題的基本整改思路。

3 解決措施

根據大量電磁兼容設計的研究與實踐，可以采取屏蔽和濾波兩種方法相結合的方式對設備進行整改。通過對控制電纜上各路信號進行濾波來減小其中共模電流的大小，進而降低其產生的電場輻射。這種減弱之后的電場輻射和設備正常工作電流信號產生的電場輻射可以通過加強設備的屏蔽搭接來進一步降低其對外影響，最終使設備對外的電場輻射發射量達到RE102測試要求。具體整改方案如下。

3.1 濾波方案

在設備的控制電纜連接器與電路板連接處加裝專用濾波器，對控制電纜送來的電源與各路信號進行濾波。專用濾波器中的關鍵器件是共模電感，針對各路信號的不同狀態，經過計算匹配不同大小的共模電感。當線路上有共模電流時，由于共模電流的同向性，會在共模電感內產生同向的磁場而增大線圈的感抗，使共模電感表現為高阻抗，產生較強的阻尼效果，以此衰減共模電流，達到濾波的目的[3]。為將定制濾波器置于設備內部，充分研究了設備內部的剩余空間，制作了一個異形腔體作為定制濾波器的外殼，緊貼于設備前面板，這樣既能將濾波器置于設備內部，又避免了更改設備原有部件的結構，將設備的控制電纜連接器也套進該腔體，這樣能加強其屏蔽性，增強電磁兼容性能。

3.2 屏蔽方案

在設備外殼各面板之間的搭接面及面板與連接器搭接面加裝導電襯墊來加強設備外殼屏蔽，具體辦法是通過在前后面板與側板接合處加裝導電橡膠板，在上下楞邊的縫隙接合處加裝復合導電橡膠條加強設備外殼的結合，對前面板上用于伸出電纜連接器的孔洞加入導電橡膠片，加強設備密封屏蔽的效果[4]。控制電纜中的線纜盡量采用對絞屏蔽線，控制電纜外層加裝防波套，防波套與電纜連接器尾部保證360°屏蔽連接，同時連接各模塊的扁平電纜全部使用銅箔包裹，提高線纜的屏蔽效果[5]。

整改措施落實完畢之后再次對接收機進行RE102測試，實驗結果表明設備之前超標的電場輻射得到了明顯抑制，輻射量均在極限值以下，測試結果如圖2所示。整改后的接收機在RE102測試要求的2MHz～18GHz頻段均無輻射超標現象，設備通過測試。

圖2 整改后接收機RE102測試原超標頻段曲線圖

4 結 論

現代飛機上裝備了包括導航系統、通信系統以及自動控制系統等完成各項功能的多種電子設備，由于飛機體積有限，這些電子設備須工作在一個狹小擁擠的空間中，彼此間不可避免會產生電磁干擾，因此機載設備的電磁兼容性能是否達標是關系到設備本身和其他設備能否正常工作的重要問題。接收機能順利通過RE102測試得益于對設備電磁兼容問題的科學研究和有效定位，結合接收機本身實際制定合理的整改方案是解決設備電場輻射發射超標問題的關鍵。