20181111-军工电子设备电磁兼容性的试验标准和达标技术_临测检测技术有限公司
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        20181111-军工电子设备电磁兼容性的试验标准和达标技术
        时间:2018-11-19 14:16:44  作者:临测检测技术(上海)有限公司  点击:
        近20年来,军工电子设备对于电磁工作环境的兼容性能日益受到重视。EMC不仅与温度、湿度、振动等并列成为考核军工设备环境适应能力的重要指标,而且对某些军工电子设备来讲,电磁兼容性更是提到了所有各种环境要求中 重要的位置。这是因为现代军工装备的电子化程度大幅度提高后,军工电子设备的功率谱和频率谱不断向高端和低端两个方向延伸,军工电子设备在海、陆、空各种平台上的安装密集度也大幅增加,导致各电子设备相互之间的电磁干扰(EMI)问题越来越突出。因此,要求军工电子设备必须具有规定的电磁兼容能力已成为从事设备设计、生产、使用有关各方的共识。
        军工电子设备电磁兼容性的试验标准和达标技术
            为了考核军工电子设备的EMC性能,几乎所有的军工电子设备都要求必须通过国家军用标准规定的电磁兼容性试验测试。因此,近年来有关军工电子设备电磁兼容性的试验标准和达标技术受到了前所未有的关注。

            与其他环境条件的考核要求不同,“电磁兼容性”的检验不仅要考核设备对电磁环境的适应能力,还要考核该设备的存在是否会造成不利于容纳其他设备正常工作的电磁环境。因此,电磁兼容性试验是双向性的试验,受测试设备(EUT)必须在承受外部电磁干扰和不对外产生电磁干扰两方面同时达标才算合格。又因为电磁信号能够通过电路传导和空间辐射2种途径产生效应,所以,为使军工电子设备能够在电磁兼容性试验中达标,必须在设备的电子电气系统和机械结构系统两方面协调采取措施。这些因素决定了电磁兼容性试验相对其他的例行环境试验来说更为复杂,达标也更不容易。

            对从事军工电子设备电磁兼容性设计和试验的人员来说,除了要掌握与设备有关的专业知识和必不可少的电磁学、电子学、电工学方面的基础知识以及有关材料科学和结构设计方面的知识外,还必须熟悉有关电磁兼容性试验的军用标准,并尽可能详细地了解各项试验的物理含义及对试验测试的要求等方面的内容。

            围绕GJB151A.97标准¨ 的主要条文,笔者结合十几年来对海、陆、空各种安装平台上的军工电子设备从事电磁兼容性设计和试验工作的实践,针对军标电磁兼容性试验的各项主要考核要求,提供一些有利于使试验项目达标的实用技术和经验。

        1 GJB151A一97标准简介

        GJB151A.97标准全称为“军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求”,是我国为军用电子、电气、机电等设备和分系统的研制和订购制定的关于设备电磁发射和敏感度特性的国家军用标准,规定了军用设备必须满足的EMC要求。该标准由国防科学技术工业委员会批准,发布于1997年5月23日,于1997年12月1日起实施。与该标准密切相关并同期发布和实施的另一个标准是GJB152A-97标准[2]“军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量”,规定了GJB151A-97标准中各项试验指标的测量方法。

            GJB151A-97标准的前身是发布于1986年的GJB151A-86标准,新版标准参照国外军标(主要是美国军标MIL)对老标准作了修订,对一些指标作出了更严格的要求。

            根据GJB151A-97标准的规定,军用电子设备的EMC试验包括下列19项:

            · CE101 25 Hz~10 kHz电源线传导发射

            · CE102 10 kHz~10 MHz电源线传导发射

            · CE106 10 kHz~40 GHz天线端子传导发射

            · CE107电源线尖峰信号(时域)传导发射

            · CS101 25 Hz~50 kHz电源线传导敏感度.

            · CS103 15 kHz~10 GHz天线端子互调传导敏感度

            · CS104 25 Hz~20 GHz天线端子无用信号抑制传导敏感度

            · CS105 25 Hz~20 GHz天线端子交调传导敏感度

            · CS106电源线尖峰信号传导敏感度

            · CS109 50 Hz~100 kHz壳体电流传导敏感度

            · CS114 10 kHz~400 MHz电缆束注入传导敏感度

            · CS1 15电缆束注入脉冲激励传导敏感度

            · CS116 10 kHz~100 MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度

            · REIO1 25 Hz~100 kHz磁场辐射发射

            · RE102 10 kHz~18 GHz电场辐射发射

            · RE103 10 kHz~40 GHz天线谐波和乱真输出辐射发射

            · RSIO1 25 Hz~100 kHz磁场辐射敏感度

            · RS103 10 kHz 40 GHz电场辐射敏感度

            · RS105瞬变电磁场辐射敏感度

            对于各种不同的军用安装平台,上述19项EMC试验并非全部是必做的。所谓的军用安装平台分为水面舰船、潜艇、陆军飞机(含航线保障设备)、海军飞机、空军飞机、空间系统(含运载火箭)、陆军地面、海军地面、空军地面9类。在GJB151A-97标准中,每个试验项目对每种平台的适用性都作出了规定。

            对于要求进行EMC试验的军用电子设备,通常在所有试验项目中,CE102、CSIO1、CS114、RE102、RS103这5项是 主要的必做项目。对装载于舰船和飞机上的设备,还往往要求做CE101、CS115、CS116、RE101、RS101中的一些项,连同前述的5项,总的必做试验项目在7项到9项之间。其余项目由订购单位根据有关规范确定是否需做试验。



        2 军工电子设备的EMC特点和设计对策

            军工电子设备相对于一般的非军工类电子设备或非电子类军工设备来说,其电磁兼容性有如下一些特点。

            1.安装密集度高。出于战术技术方面的考虑,军工电子设备的安装非常紧凑,大量功能各异的军工电子设备密集于狭小的空间内,使得设备间的电磁干扰问题特别突出。

            2.强弱信号共存。几乎所有种类的军工电子设备都要同时处理幅度相差悬殊的强弱多种信号。强信号对外部设备造成干扰,弱信号又对外部干扰极为敏感。

            3.频谱分布广。军工电子设备充分利用了频率资源,占用了从直流到微波的各个频带。有的设备如雷达等工作于脉冲方式,覆盖了广阔的频率范围,对周边设备造成强烈干扰。

            4.共用电源和地线。各种安装平台上的大量军工电子设备往往共用电源和备份电源、共用地线,使得通过电源耦合和地线耦合造成的相互干扰不能忽视。

            5.设备机电结构的回旋余地小。军工电子设备结构坚固,设备内部冗余空间小。如果在设计后期才对设备进行EMC强化,往往会与设备的原有机械结构或电气布局发生冲突,这时就难以兼顾各方面的战术技术性能指标。

            由于以上这些特点,决定了军工电子设备的EMC设计比一般的电子设备更为复杂和困难,电磁兼容性试验的达标难度更高。要设计符合GJB151A.97电磁兼容性标准的军工电子设备,首先要遵循通用的EMC设计原则,再在这个基础上强化EMC措施,尤其要关注电源、机箱屏蔽、电路设计、接地质量这几方面。

        2.1 电源和EMC的关系

            在GJB151A.97标准中,CE101、CE102、CE107、CS101、CS106这5项是直接与电源有关的,CS114、CS115和CS116这3项与电源电缆有关,其余辐射发射和敏感度的项目间接与电源有关。因此可以说,军工电子设备的EMC设计,第1步要做好的就是设备电源的EMC设计。

        2.1.1 电源EMC设计的主要对策

            (1)电源输入端的电磁屏蔽和电源线滤波。电源线一进入机箱就要直接连接到电源滤波器上,或者采用输入端兼做电源插座的电源滤波器。电源滤波器的安装很有讲究,滤波器的输出线要远离输入线,金属外壳要大面积接地。如果把进出滤波器的电源线捆扎在一起,这个滤波器就几乎等于没用。

            (2)使用隔离变压器。如果采用交流电源,在成本和安装条件许可的情况下, 好使用隔离变压器。 简单的隔离变压器是在初次级间有屏蔽隔离层的电源变压器,这种变压器能够起到安全防护、变压、隔离地线环流、提高共模干扰抑制能力等多种作用,而且其滤波特性能够和电源滤波器互补。FDA认证

            (3)合理设计二次电源。设备的二次电源有开关电源和线性电源2种。虽然开关电源对外来干扰有一定的抑制能力,但不少开关电源对外的辐射发射和传导发射过大,致使在EMC试验时,能通过敏感度项目却通不过发射项目。因此,在低功耗电路中,如可不用开关电源就尽量不用,选用线性稳压器可避免产生对外干扰。

            (4)电源的整体屏蔽。鉴于电源部分在电子设备EMC性能方面的重要性,还可以在屏蔽机箱内部把电源部分整体再屏蔽在另一个与其它部分隔离的空间内,形成对电源的整体屏蔽。

        2.2 机箱电磁屏蔽

            机箱电磁屏蔽是防止空间电磁辐射 基本也是 有效的办法,在GJB151A.97标准中,RE101、RE102、RS101、RS103、RS105这5项与机箱的屏蔽直接有关,其余与电缆有关的项目也间接与机箱屏蔽有关,因为电缆是要通过机箱进出的。

        2.2.1 设计屏蔽机箱的几点原则

            (1)保证屏蔽层的导电连续性。理论分析和EMC试验都证明,电磁屏蔽体上的细长缝隙将使屏蔽效果大打折扣。因此,机箱结构上的所有外部缝隙都要实现连续且有良好的导电接触。而对于直径小于屏蔽机箱厚度的小孔,一般不必担心影响EMC效果。

            (2)妥善处理机箱的各种开口。机箱开口主要用来安装开关、按钮、指示灯与显示屏等。开口较大时,如果难以在所安装器件的前面采取屏蔽措施,也要在器件的后面加装屏蔽层(后置屏蔽法),并对穿过屏蔽层的导线做滤波处理。

            (3)正确选择和安装机箱接插件,解决电缆屏蔽问题。进出机箱的线缆如处理不当,会减弱甚至失去机箱屏蔽效能。因此,连接至机箱插座的外部线缆可加外屏蔽层,并且线缆的外屏蔽层要和机箱的屏蔽层保持导电连续性。安装在机箱上的插座要选用符合军用标准的屏蔽型接插件。机箱上安装插座的接触面不能有漆膜或涂塑层等任何绝缘材料。

            (4)机箱散热 好采用自然风冷的方式,允许有一些小的散热孔。如果要安装散热风扇的话,需要在风扇外侧安装截止波导式屏蔽通风板。

        2.3 电路设计中的EMC对策

            电路EMC设计的基本原则已有许多文献述及,此处仅提一下几个实用的具体细节。

            1)应用多层印制电路板和表面贴装元器件。具有电源层和地线层的4层以上印制电路板的EMC特性优于普通的单、双面印制电路板,在电路设计时应尽可能采用多层板。表面贴装元器件的等效电磁辐射面积显著小于插装式元器件,具有更好的EMC性能。所以多层电路板加表面贴装元器件的组合应当成为符合GJBI51A-97标准要求的印制电路板设计首选。

            2)信号传感器的选用和传感信号放大器的设计。传感器一般安装在设备主机箱以外,因此,对主机箱采取的电磁屏蔽措施覆盖不到传感器。又由于来自传感器的信号十分微弱,所以传感器经常成为电子设备中 易遭受外部电磁干扰的薄弱环节,尤其是在做RS101和RS103测试时。

            传感放大器有单端输入式和差分输入式之别。从理论上讲,理想的平衡输入差分放大器抑制共模干扰信号的能力很强,因此一般应采用这种输入方式。但当干扰信号大到一定程度时(如RS103试验时干扰场强 大可达200 V/m),可能导致有源差分放大器的工作范围脱离线性区,使共模抑制失效。实际试验的结果也表明,在严密屏蔽和良好接地的条件下,单端输入式的传感放大器抗干扰能力有时更胜一筹。因此,究竟选用哪种输入放大电路,还需结合实际情况决定。

            3)强化有源器件的高频旁路。按照GJB151A.97标准做RS103项目的试验时,有时会出现这种情况:干扰信号为等幅波时,输出信号不受干扰;干扰信号为调幅波时,输出信号中就有了干扰。经分析,可能是调幅波干扰信号窜入电路后,由于有源器件的非线性响应产生了高频检波,从而造成干扰。为防止这种情况,强化对有源器件的高频旁路可起一些作用。

        2.4 注重接地质量

            在电源、屏蔽和电路设计这3方面,都必须高度关注地线和接地质量问题。接地质量首先体现在要正确接地,即选择正确的接地点和接地方式;再则是要可靠接地,接地面积要大、接地线要粗而短、接地螺栓要安装紧固,以减小接地电阻。

            综上所述,对军工电子设备进行EMC设计时,设计重点依次是电源、屏蔽、电路,而对接地的设计考虑则自始至终贯穿于这3个方面。

        3 针对各项军标EMC试验的达标技术

            电磁干扰的物理本质是电磁场的相互作用。从理论上来讲,有关电磁场的任何问题,都可以通过求解Maxwell方程组来得到精确的解答。但大多数军工电子设备由数量众多的结构件和电子元件组成,电磁场的空间分布非常复杂,闺此,在求解Maxwell方程组时无法得到足够精确的、与现实环境相一致的边界条件。而众所周知,数学物理方程的解是强烈地依赖于边界条件的。只要在理论计算中假定的边界条件与实际分布有细微的差别,计算得出的结果就可能变得毫无意义。在这样的情况下,实用经验仍然在军工电子设备EMC设计中起着相当重要的作用。

            在GJB151A.97标准所列出的全部19项EMC试验中,有5项和天线有关。如果被测试的不是无线通信类设备,这5项一般不需要做。CS109和RS105这2项试验通常做得较少。余下的12项试验,按其性质可分成4类:传导发射类试验、传导敏感度类试验、辐射发射类试验、辐射敏感度类试验。以下针对这4类电磁兼容性试验项目,以测试达标为目的,介绍一些经实践证明有效的设计准则和经验。

        3.1 传导发射类试验

            传导发射类试验包括CE101、CE102、CE107。前2项属于电源线常规传导发射试验,都是测试EUT传导发射到电源线上的信号,区别是所测试的传导发射频段不同;后1项测试EUT从电源线传导发射出的尖峰信号。这3项传导发射试验所针对的都是EUT电源对环境的干扰,要求必须在规定值之下,以防止任何1台设备经由共用电源去干扰其他设备。

            EUT的电源线传导发射信号有2个来源:来自EUT的功能电路和来自EUT的电源电路。在电源电路里阻断EMI信号的传导发射,主要手段是隔离和滤波。如果EUT是交流供电的, 简单的隔离方法是采用具有屏蔽隔离层的电源变压器,对于低频段的EMI有较强的隔离功能。

            在直流供电的情况下,为达到隔离的目的,要使用输出和输入不共地的DC/DC变换器。但DC/DC变换器采用脉宽调制技术,本身就是一个干扰源,因此,选型十分重要,应尽量选用低EMI的DC/DC变换器。

        电源进线处的滤波器必不可少。由于该滤波器为对称无源电路结构,能够起到双向隔离滤波作用,不仅能阻挡外来干扰进入EUT,同时也防止内部干扰传向外部。但电源滤波器主要用于滤除高频段的干扰,对低频段干扰基本无效。

            电源电路的输出滤波也很重要。对于功率型的电子设备,当负载功率变化时,造成电源供电变化,进而造成外部线上电源波动。如果这个波动的频率超过25 Hz且幅度过大,CE101就不能达标。在电源电路的输出端并联大容量滤波电容器,利用电容的储能作用,能够使电源波动平滑化。只要把电源波动的频率降到25 Hz以下,就可避开CE101试验频率的下限使试验达标。对于信号型的电子设备,前端电路通过电源传出去的干扰信号能量主要集中在高频段,要使用高频性能优良的小容量滤波电容器。又因为稳压电源输出端的交流等效阻抗很低,单纯并联电容的滤波效果不明显,所以还要结合采用串联电感的方法来提高高频阻抗,增强滤波电容的旁路效果,以滤除高频干扰。

            采用这些方法,参照EUT的功率、工作频率来选定所用抗干扰器件的参数,就能使CE101和CE102试验项目达标。

            CE107项目测试电源线尖峰信号对外的传导发射干扰。电子设备工作时可能产生各种类型的尖峰干扰信号,但从传导功率的强度和对共用电源的影响方面来考虑,EUT的电源开关是尖峰干扰的一个主要来源。如在某工程的一次多设备EMC联合测试时,发现每当某设备启闭电源时,都会造成邻近的另一台设备死机。检查结果发现前一台设备未通过CE107试验,影响了相邻设备。可使CE107达标的办法较多,可在电源开关上并联尖峰干扰吸收电路,或把设备电源从冷启动改为热启动,或用无触点开关代替机械开关,或者降低开关接通/关闭时电流上升/下降的速率等。

            3.2 传导敏感度类试验

            传导敏感度类试验包括CS101、CS106、CS114、CS115、CSI16。前2项针对EUT的电源线做试验,后3项测试的是连接到EUT的所有电缆(包括电源线)。本类试验测试EUT对通过电缆传人的外来干扰的敏感度,要求在规定的外来干扰传人时,EUT对干扰不敏感,能保持正常工作。

            CS101和CS106这2项试验要求EUT在来自电源线的传导干扰信号作用下能够正常工作,3.1节中有关电源的隔离、滤波等措施在这里同样适用。不过一般来说,传导敏感度测试比传导发射测试更难达标。这是因为在传导发射测试时,被测信号是来自设备的,而设备依据其功能和用途的不同,并不一定会有干扰向外传导发射,或者即使有的话,传导发射出的干扰信号幅度和频率也不一定落在被测的范围内。比如当被测设备内部只有低频小信号电路时,传导发射类试验就较易过关。而在做传导敏感度试验时,干扰信号来自外部,EUT必须在整个频段内防御外来干扰。对付这种干扰,单纯依靠电源滤波器是不够的。对低频段来说,要求的滤波电容容量很大,一般的电源滤波器不能使用这么大的电容容量。因为电源滤波器的滤波电容跨接在电源线和接地平面之间,过大的滤波电容会使旁路的干扰电流通过公共地线耦合到同一接地平面的其他设备中去,反而会造成新的电磁干扰。这一点对于装载在舰船上的设备来讲尤为突出。所以在GJB151A.97标准中,对电源输入端的接地滤波电容容量上限是有限制的,一般应该小于0.1μF。

            既要阻挡住来自电源线的EMI,又不能采用大容量的滤波电容,这时可选用能够吸收和衰耗EMI的器件。磁环和磁柱等就是这类器件。在电源输入端采用合适的磁性元件能够有效地吸收EMI能量。这些磁性元件有许多品种规格,在满足适用频率要求的前提下,一般可选择导磁率高的品种,但要避免在使用中出现磁饱和而使抗干扰性能失效。把输入的一对电源线并排在磁环上绕几圈,或并在一起穿过磁柱,可使电源电流一去一回产生的磁场相互抵消,避免磁饱和,共模干扰得到了抑制。在EMC测试时有过这样的经验,当CS101就差一点达不到标准的时候,在电源线上串1个磁环,往往可收到立竿见影的效果。

            对于传导敏感度试验项目CS114、CS115、CS116来说,干扰频率范围从10 kHz到数百MHz,可采用高频滤波和低频电磁衰耗相结合的抗干扰措施。现在市面上已有商品化的EMI三端滤波器,其内部综合采用了磁珠、电感和高频电容,组成T型或双T型滤波网络,对高频段干扰有较好的抑制作用。这些三端滤波器体积很小,可以在每1根进出设备的导线上串接1个滤波器。在电缆接入到设备机箱的地方,可选用内部衬有磁性材料的接插件。这类接插件内除了插针、插孔的金属接触偶以外的部位都衬了高频磁性体,相当于在每根导线上都串了磁环,能够在电缆接入设备处吸收掉高频干扰。

            从电路设计上来讲,如电路的输入信号采用平衡差分方式,连接到EUT的信号电缆应采用双绞线型电缆,并选择适当的绞距,使共模干扰信号的主要能量在输入电路中相互抵消。

            3.3 辐射发射类试验

            辐射发射类试验包括磁场辐射发射项目RE101和电场辐射发射项目RE102, 主要的测试项目是电场辐射发射RE102,测试的频率范围是10 kHz~18 GHz,在这个频段内任何一个频点上EUT的辐射发射信号都必须低于规定值才判定为测试达标。

            对于一台具体的受测设备,实际的辐射发射频率不可能覆盖上述整个频率范围,辐射发射的能量往往集中在某些频点或频段中。大多数情况下,EUT低频端的辐射发射常常来自开关电源,高频端的辐射发射主要来自电路中振荡器的基波和高次谐波。

            开关电源的辐射发射和电源的品质密切相关,优质的开关电源不仅效率高,而且杂散辐射少。所以在选用开关电源时,一定要挑选符合军标要求的电源,如Ericsson和Vicor等公司的军标电源就具有低辐射的特性。

            开关电源中DC/DC变换器的脉冲频率是个很重要的参数,这个频率一般在几十kHz到几百kHz间,也有的使用MHz级的变换频率。如果在RE102测试时有某些频段 难达标,有时改换频率不同的开关电源,可以在试验时避开这些频段。

            经验表明,开关电源除了直接的对外辐射发射外,电源电路的脉宽调制(PWM)信号还可能对设备内的邻近电路尤其是高频电路产生寄生调制作用,使得在远离开关电源工作频率的频点处出现辐射干扰。这种干扰很难在事先预料到,即使出现了也很难想到是由开关电源造成的。在机箱内部对开关电源单独进行屏蔽可以大幅度抑制掉这种干扰。

            另一个主要的辐射发射源是EUT电路里的晶体振荡器。一般来说,要判断辐射发射是否来自晶体振荡器很简单,因为晶振的频率都是已知的,而且非常精确,如在RE102项目测试中测到的辐射频率正好与晶振频率相同或是其整数倍,那就说明是来自振荡器基波或谐波的干扰。但也有例外,如果EUT里使用了多个频率不同的晶振,各晶振频率可能发生交叉调制,使辐射频谱复杂化,导致在大量频点处出现辐射干扰。降低晶体振荡器的辐射发射,首先是要选用质量好的晶振并使其工作在低电压、低功耗状态,其次是正确设计振荡电路以减少晶振的谐波,必要时对晶振电路进行板级屏蔽。尽量避免在电路里使用多个振荡源,而采用从一个振荡器导出其余所需频率的技术。这些措施都可以使晶振的对外辐射大幅降低。目前有一种扩展频谱能量的晶体振荡器,可以把晶振的辐射能量分散到主振频率周围的谱带中,以降低在某个特定频点上的峰值辐射能量。有时可以考虑选用这种晶体振荡器。

            对于大多数军工电子设备来说,不具有产生强磁场辐射的条件,RE101项目达标难度一般不大。

        3.4 辐射敏感度类试验

            辐射敏感度类试验包括磁场辐射敏感度项目RS101和电场辐射敏感度项目RS103。对于需要接收或检测微弱电信号的通信设备和自动控制设备,电场辐射敏感度是极为关键的测试项目,也可以说是所有EMC试验中 难过关的一项测试。

            要使RS103测试达标,仍然是在电源和屏蔽方面做工作。前述有关电源的抗传导干扰措施也能适用于抗辐射干扰。为了避免外来辐射干扰通过电源电缆进入机箱,电源电缆要有屏蔽层,而且这一屏蔽层要在机箱外部接地,不能随电源电缆进入机箱内再接地。

            对于机箱的屏蔽,前面已提到要尽量保持整个机箱的导电连续性,仔细处理好机箱上的每一处接缝和开口。机箱的接缝 好是焊接,如果出于维修拆卸的考虑不能焊接,那必须把接缝压紧。笔者曾经做过这样的试验:把l台调频收音机调到收音状态放在铁制机箱内,让声音通过机箱表面的小孔传出。当把机箱盖好后,收音机仍然能接收到电波。然后开始压紧机箱盖板,每压紧一点,收音机的广播声就轻一点,当压紧到一定程度后,就完全收不到广播,只传出收音机自身的静态噪声。可见压紧接缝的重要性。为填充接缝问的细微问隙,在接缝处可使用银铝填料的导电橡胶衬垫。

            机箱的开口有显示孔和电缆进出孔等。3 mm以下的LED显示孔对屏蔽效果影响不大,LCD显示屏面积较大,不加屏蔽的话,外来电场辐射就会进入机箱。屏蔽的方法有在显示屏上贴透明导电膜或加装夹有金属丝网的玻璃等。前者使用方便但屏蔽效果有限,后者屏蔽效果较好但对透光性有影响。无论采用哪种方法,都要注意屏蔽层与机箱良好的导电连续性, 好在显示器的后面再加屏蔽罩,并使用高频穿心电容器对通过后屏蔽罩的信号线进行滤波。

            电缆孔也是外来电场干扰窜人机箱的薄弱点。未采取措施的电缆穿过屏蔽体时,屏蔽效能将降低30 dB以上[4]。现在一些标准的军品接插件可配装专用的屏蔽电缆附件,使用这类附件能够确保电缆外屏蔽层和接插件外壳有良好的导电连续性。

            相比电场辐射来说,要求做磁场辐射敏感度RS101试验的较少。但要注意,如果设备中有对磁场辐射敏感的器件如电感线圈或电磁传感器等,就可能在RS101测试中不能达标。笔者曾把1台通信设备安装在某平台的舱壁上,结果出现400 Hz的干扰声,取下来就没有干扰。起初怀疑在安装位置处有电场干扰,但该设备已通过了RS103测试,而且无论如何改进屏蔽和接地都无济于事。后来得知在安装位置的舱壁内敷有400 Hz的电力电缆,大电流产生了强磁场,属于磁场干扰而非电场干扰。因为电屏蔽和磁屏蔽的防护要求不同,通常的密封金属机箱无法抵御磁场辐射。 后把该设备的动圈式语音传感器改换成对磁场不敏感的驻极体式传感器,干扰立即消失了。

        4 军工电子设备EMC设计实例

            近年来,笔者参照上述技术,结合选用合适的EMC器材,为陆用、海用、空用的多种军工电子设备进行了符合GJB151A一97标准的EMC设计,获得了良好的效果。以下试介绍一例。某通信设备,由1台主机和若干台从机、分机组成,要求按照GJB151A.97标准做CE102、CE107、CS101、CS106、CS114、CS115、CS116、RE102、RS103共9项EMC试验。

        4.1 主要设计考虑及措施

            1)机箱:考虑到该项设备对于重量相当敏感,决定采用ZL110型航空铸铝制造主机机箱。为减少缝隙,除前面板和上盖板外,机箱一体化铸造成型后进行精加工。前面板和上盖板采用LY12型铝板铣制,与机箱结合处铣出凹槽,槽内嵌入EMC专用弹性合金不锈钢螺旋管。当面板和上盖板安装到机箱上时,螺旋管被适度压紧,保持接触面的导电连续性。为保证机箱表面的高导电率,机箱及盖板在金加工完毕后经化学清洗,再进行导电氧化处理。从机和分机的机箱也采取类似工艺制造。多国认证

            2)电源:电源采用屏蔽型电源接插件接人机箱,保险丝座加屏蔽罩。电源线进入机箱后立即接人双节型电源滤波器,滤波输出接至三层屏蔽(初级、初次级问、次级三层屏蔽)隔离变压器。电源滤波器和隔离变压器一起用一体化密封铝盒整体屏蔽在机箱内部左后角。变压器的输出用双绞线经高频磁芯共模扼流圈接人整流桥,整流桥的每只二极管上并联高频旁路电容器,二次电源的每路输出串接直流滤波器。

            3)机箱接插件:机箱插座采用军标XC系列插座,通过座基方盘用4只螺丝把插座固定在机箱上。线缆插头配装屏蔽套筒。插座和插头均镀镉处理,插针镀金。插座方盘和机箱接触面安装CONCIL—A型铝镀银微粒填充氟硅导电橡胶衬垫并压紧。

            4)系统间线缆:系统问线缆全部采用双绞双屏蔽辐射交联氟塑料护套航空电缆,外屏蔽层接安装平台结构地,内屏蔽层根据线缆所载信号的性质选择接地方式。所有线缆在进入机箱后通过馈通式滤波器或片式三端滤波器滤除高频干扰信号;差分信号线通过共模扼流圈滤除共模干扰信号;话筒输入的微弱音频信号通过闭合磁路音频变压器进行隔离放大。

            5)电路板:采用4层印制电路板,贴片式元器件。

            6)电子电路:选用低压、小电流器件,精心进行电路设计,整机工作于低功耗状态,可省去散热系统以利机箱屏蔽。因为功耗小,可以使用线性二次电源,杜绝了开关电源的电磁辐射。

            采取以上各种措施后,使得该台设备在确保各项技术指标的同时,顺利通过了按照GJB151A-97标准进行的9个项目EMC试验,安装到使用平台后又通过了全系统EMC实测试验,已在复杂的电磁环境中工作多年始终正常。

        5 结 语

            参照国家军用标准GJB151A.97的相关条文,结合实际工作,总结了军工电子设备EMC设计和测试达标的一些经验。电磁兼容是理论性与实践性都很强的技术,在设计军工电子设备时,如能够依据理论和经验较充分地预估到EMI的各种可能形式并采取相应的EMC对策,将使得整个设计过程更为合理有效,并且在完成设备制造进行电磁兼容性试验时,不会出现大的反复,确保工作的质量和进度

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