舰船电磁兼容技术工艺要素与试验＊

朱承邦 华 阳

（驻大连426厂军事代表室 大连 116011）

1 引言

科学实践使人们认识到：要使一些电子、电气设备共存于一个有限空间，并能正常运行，实现各自的功能，必须事先对这些设备进行某种约定，即确定电磁兼容（Electro magnetic Compatibility，EMC）指标和相应的检测办法。于是，人们在实践中花费大量精力研究、制定了各种EMC 标准。这些标准规定了电磁干扰的极限值，也规定了测量方法。

电磁兼容（EMC）技术是以电磁场理论为依据，以近代统计学和计算机为手段，以试验为基础，涉及到众多技术领域的一门综合性系统工程。EMC 技术是在认识电磁干扰、研究电磁干扰和控制电磁干扰的过程中发展起来的。第一篇题为“论无线电干扰”的文章发表于1881年，距今已有100多年。1887年德国的电气工程师协会成立了干扰问题研究委员会。1904年国际电工委员会（IEC）成立。1934年国际无线电干扰特别委员会（CISPR）成立。IEC 和CISPR是典型的有代表性的国际组织，其目的是促进在电气、电子及有关技术领域的所有标准化问题及其它有关问题上的技术合作。从那时起，就开始了对电磁干扰问题进行世界性有组织的研究。但是，EMC 作为电子学中独立的一个分支，还是第二次世界大战以后的事情。

EMC试验技术是EMC技术领域研究的重点课题。1965年，美国国防部组织三军的工程技术人员和标准化研究人员制定了一个研究电磁干扰专用术语、测试范围、测试方法及设备要求的计划。这就是美国电磁兼容性军标产生的历史背景。美国军标从第一次发布至今已经历了30多年的历程，先后公布了五个版本。每个版本对测试方法和测试设备的要求都有一定的改进。与此同时，测试仪器设备的研制也取得了重大突破，测试软件也随计算机操作系统的发展逐步升级。目前军品EMC测试已成为非常规范化的标准测试。

近些年来，一些技术发达国家已向EMC技术发展的新阶段—系统设计法阶段—发展。系统设计法是指电子设备或系统在进行电设计以前，运用电磁场理论分析和计算方法以及相关数据来预测系统内的电磁环境，在电性能和EMC同步设计中对EMC 标准进行剪裁，根据预估的电磁环境，下达设备、分系统EMC设计指标，使设备或系统实现最佳设计。美国国家标准局（NBS）承担EMC 测试设备的计量及场强量值校准，对测试设备进行认证，并开展对噪声射频干扰的仲裁工作。美国国防部马里兰州的“EMC 分析中心”负责向各军种提供所需的电磁环境数据和快速分析。应该说EMC试验技术已实现了将测试数据用于指导新的设计的飞跃［2～4］。

水面舰船集雷达探测、通信、导航、电子武器、稳定平台和推进等系统于一体，对舰船总体和系统设备的电磁兼容设计技术和工艺能力提出了更高要求，舰船电磁兼容性水平决定了舰船武器的综合作战能力。我国电磁兼容（EMC）设计技术、工艺能力及试验能力和发达国家相比，存在较大的差距，要提高舰船武器的作战能力，需要提高总体电磁兼容性设计能力，尤其需要改进和提高舰船电磁兼容技术工艺与试验能力，研究和探讨舰船电磁兼容技术工艺要素与试验技术对改进舰船武器系统设备的电磁兼容性，提高舰船的综合作战能力有十分重要的作用。

2 总体方案的电磁兼容性设计

在舰船的总体方案设计阶段，需要向发达国家学习，运用系统设计法，即：电子系统或设备在进行电设计以前，运用电磁场理论分析和计算方法以及相关数据来预测系统内的电磁环境，在电性能和EMC 同步设计中对EMC 标准进行剪裁，根据预估的电磁环境，下达设备、分系统EMC设计指标，使设备或系统实现最佳设计［5～6］。

美国波音飞机公司声称按EMC 预测结果设计的系统有90%以上可以直接达到电磁兼容。提高总体阶段的电磁兼容性设计，尽可能规避了不兼容的系统设备布置在一起，消除了同一舰船平台的系统（设备）之间的干扰，如美国海军的宙斯盾作战系统，其雷达、通信、导航及数据链等使用电磁频谱的频谱资源彼此错开，基本互不影响，从设计源头解决系统（设备）的电磁兼容性问题，将电磁干扰和危害减至最轻，使全部系统、设备均能发挥出效能，达到了电磁兼容性设计目标。

方案设计阶段对设备的电磁兼容性控制要求，在舰用条件和设备技术规格书中进行了规定，要求满足GJB151A和舰总体的舰用条件及相关要求，设备进行电磁兼容性设计，要求设备满足舰总体制定的电磁兼容管理控制要求和相关国军标要求，设备出厂（所）前需要完成专门检测，并出具相应的检测报告，以保证船厂接收的设备满足最基本的电磁兼容性控制要求，同时，总体电磁兼容性设计师可以获得有关设备电磁辐射以及敏感性的状态信息。经过电磁兼容性检测达标的设备，才可以向船厂交付。如果经检测电磁兼容性不达标，则需根据超标项目的具体情况，对设备采取相应措施进行整改，直至满足要求。之所以严格控制设备电磁兼容状态，是为了避免后期在复杂使用环境中相互间产生电磁干扰。

存在的风险是设备在出厂（所）等进行电磁兼容性测试时，其供电和接地等是在一个相对较好的环境中，设备所需要的电力电源和接地等基本没有其它电力设备或电子设备的污染，在陆上进行的电磁兼容性指标测试合格的设备，装船后，全舰所有电子设备工作时，有可能存在由于供电电源受到较大污染出现工作不正常的情况。

3 施工设计阶段电磁兼容技术工艺要素和要求

舰船建造阶段电磁兼容性技术工艺工作主要侧重于工艺设计和工艺施工实现，其中电磁屏蔽和接地等工艺及施工，对电子设备的电磁兼容性有较大影响，工艺质量未达到设计目标，工程试验阶段可能导致原先合格的系统设备装船后测试指标不合格，武器系统可能存在引信被误触发等安全隐患，电子武器设备可能不能兼容工作，不能满足设计要求［6～8］。

以下重点从舰船施工建造各环节进行电磁兼容技术工艺要素等方面控制，确保相关系统设备的电磁兼容性指标实现。

3.1 电缆分类与敷设工艺及控制

主船体成型以后，船厂将进行电缆敷设施工工艺设计。需要布设的电缆一般包括全船布局的供电电缆；局部敷设的专用电缆；各系统和设备之间传递信号的控制、数据电缆、射频电缆等。按照功能和结构特点，一般将电缆分为：

1）射频电缆、天线馈线等；

2）设备模拟信号线、控制信号线；

3）数字信号线、网线、光缆；

4）交、直流电源线、二次电源线、配电电源线；

5）专用电缆，如消磁电缆。

编制施工工艺时，必须按照电缆的功能和型谱特性对其分类，通过按类别进行分束敷设捆扎，避免相互间产生耦合干扰。对电缆工艺敷设应做到：

1）同类电缆进行同束捆扎敷设；

2）非同类电缆相互间的间距应愈大愈好，一般控制在相距不小于100mm；大功率射频电缆和敏感电缆之间相距要不小于300mm；

3）电缆交互时尽可能成直角敷设；

4）必要时外加钢管等电磁屏蔽措施［9～10］。

3.2 设备、舰面设施接地工艺要素

水面舰船许多电磁兼容性问题，与设备接地工艺不满足要求有关。接地工艺是船厂安装施工的重点内容，工艺过程需要严格控制。接地可分为电源地、信号地、机壳地、屏蔽地、保护地以及专用的接地系统等。

设备技术规格书中对设备接地设计有专门要求，标准化机柜的机壳地、数字地和电源地都是分开的，并有接地标识和接地柱。在进行接地工艺施工时需要重点查看，接地施工完成后需要检查接地电阻值是否小于规定的阻值，接地工艺安装施工满足接地电阻值要求十分必要。

工厂在设备上船安装时，根据总体设计提出的电磁兼容性施工设计要求，完成各类接地连接。

电子机柜接地工艺基本要素如下：首先清洁打磨接地平铜片表面直至裸露金属光泽，清洁的范围应大于垫圈面积的1.5倍，紧接着进行镀锡处理防止氧化，再进行螺栓接地或焊接接地，并保证接触面的直接接触。甲板或舱壁上焊接的接地螺柱要求为带突肩的接地螺柱，直径M8 或M10，材质为钢制或不锈钢制。

近几年工厂施工中对接地平铜片等进行接地连接时，利用外沿双向带刺的梅花形垫片，垫在接地平铜片和甲板以及机壳地之间后再以螺栓紧固，使得两个连接面之间可多点良好接触，简化了以前需打磨并防止氧化的工艺方法，接地电阻通常不大于10mΩ，可满足使用要求。

桅杆、上层建筑、甲板以及露天区域安装的天线基座、武器和设备基座等均应可靠接地；金属构件、门、窗和舱口盖等活动部件须良好接地，应有两处以上接地点；甲板上适当位置预留部分接地柱，供移动设施接地用。

接地和跨接平铜片规格：长度一般为100、150、200、250、300mm，厚度不小于0.5mm，宽度不小于25mm，长宽比不大于5［9～10］。

3.3 电缆、穿舱管路的接地和搭接工艺要素

连接设备的电缆两端应将电缆外屏蔽套接地，当电缆插头带有尾部附件时，则用金属卡环箍紧电缆的金属屏蔽护套；对于不带尾部附件的电缆插头，可将端头金属屏蔽护套拆开编辫，连接固定在插头的接地螺栓上。

采用法兰连接的管路，在螺栓连接处搭接接地铜带。管路穿过敏感舱室和甲板处，就近用接地平铜片与舱壁和甲板螺柱连接。法兰端面应采用导电密封垫片，穿舱壁和甲板处采用电磁屏蔽填料函。

3.4 电磁敏感舱室的屏蔽工艺要素

舱室门、穿舱管路、穿舱电缆、通风管道等会破坏舱室的电磁屏蔽性能，其它舱室设备的射频辐射沿着这些部位传播，对于舱内安装有敏感电子设备的，有可能产生电磁干扰，造成设备工作出现异常，所以，应采取电磁屏蔽措施。这类舱室可采用电磁屏蔽门、窗；管路和电缆穿舱处采用电磁屏蔽填料函。

电缆屏蔽材料通常用编织套或金属管。对金属编织套而言，屏蔽效能随编织密度的增加而提高，当频率高到波长接近编织间隙时，屏蔽效能迅速下降。对低频的电缆常用金属电缆管屏蔽，材质为钢、铝、铜或履铜钢管等。钢管用于低频磁场的屏蔽，铜管用于中频或高频电缆的屏蔽，履铜钢管对所有频率都有较好的屏蔽效果。

通风管道内可加装电磁屏蔽网，在满足通风要求的情况下屏蔽网眼尺寸越小，屏蔽效果越好，至少应满足可屏蔽最小波长的要求［1～2，10～11］。

3.5 电磁兼容技术工艺要素实施情况

船厂完成设备安装施工后，必须对电磁兼容技术工艺要素实施情况进行检查，对接地电阻进行测量，检查接地效果。在接地点两端附近裸露金属的地方，分别用毫欧计的测量钳压紧，直接测量接地电阻值，军标要求控制在10mΩ以内。

射频电缆、馈线、波导等传输大功率信号的电缆和部件的安装连接情况检查，一般需要采用专用仪表，如测量线、功率计等，测量其驻波系数，验证安装连接是否良好，测试驻波是否满足要求，是存在打火和能量泄漏等。

4 电磁兼容安全性试验

完成工艺施工后，对于上层建筑和甲板人员活动场所以及武器和燃油加注口等区域的电磁环境需要进行检测，检查场强和功率密度分布情况，超过安全限值时，必须采取相应的措施，保护人员和武器装备的安全。按照GJB 5313电磁辐射暴露限值和测量方法，人员暴露限值应满足表1要求：

表1 作业区短波、超短波、微波脉冲波暴露限值

电引爆武器处的场强值，美军标准规定限值为200V／m，实际应用上也取决于电引爆武器自身敏感程度。经试验，射频辐射对燃油的危害性非常严重，在频率为2MHz～13MHz时，与发射功率100W 的通信天线相距半波长，燃油和空气混合气体可自然起爆。

电磁环境检测需要开阔空旷的场地，避免周围的电磁干扰以及附近障碍物反射回波等带来测量数据不准确。相关人员做好自身防护的情况下，利用近场场强仪、微波漏能仪等仪器，测量人员活动区、电引爆武器处、燃油加注口等部位电场强度和电磁场功率密度，根据结果进行电磁安全性评价。

5 电磁兼容性试验测试要求

水面舰船在战斗工况下，所有系统设备全部开机工作，观察设备工作是否正常，评估各设备的功能、性能是否完好，是否受到电磁干扰。在存在干扰的情况下，通常利用矩阵法逐一排查，确定干扰源在哪里，干扰原因是什么，然后采取必要的措施，保证系统和设备发挥正常的工作效能。

6 结语

舰船的电磁兼容性，关系到舰船的安全、人员的健康和设备性能是否可以得到保障，关系到舰船电子武器是否有战斗力，发挥较好作战能力，本文从舰船电子武器设计的各阶段提出了电磁兼容性技术要求，提出了舰船施工有关电磁兼容性设计技术工艺要素及试验测试要求，经某型舰船建造阶段的工艺实践和试验测试，取得了很好的效果。

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