复杂电磁环境下某型保障装备电磁防护研究

罗佳伟王保成孙国文孙玉琳

（空军勤务学院航空四站系徐州221000）

复杂电磁环境下某型保障装备电磁防护研究

罗佳伟王保成孙国文孙玉琳

（空军勤务学院航空四站系徐州221000）

简要分析了某型保障装备所面临的复杂电磁环境，并分析了该保障装备在电磁环境下所受的影响，最后分析了从该保障装备的整体屏蔽机壳、控制系统、电缆线三个易受电磁干扰的部分提出了电磁防护措施，提高该保障装备的电磁防护能力。

电磁防护；保障装备；电磁环境；电磁干扰

Class NumberO44

1 引言

随着现代科技的不断进步，现在的飞行保障装备大多数是机电仪一体化技术与自动控制技术紧密结合的产物，它们对外部电磁环境的敏感程度比传统机械要高得多，所以恶劣的电磁环境往往使飞行保障装备不能正常工作，从而不能很好地完成飞行保障任务。因此，对保障装备进行电磁防护设计，来提高飞行保障装备的电磁防护能力，已经成为一项重要的课题。

2 某型保障装备面临的复杂电磁环境分析

2.1 复杂电磁环境

复杂电磁环境指在一定的时域和频域上，电磁信号纵横交叉、连续交错、密集重叠、功率分布参差不齐，对相应的电磁活动和其他军事活动产生重大影响的电磁环境［1］。随着大量的电子、电气设备广泛地应用于军用飞机的系统中，导致飞机中各种电磁辐射体如雷达、通信设备等电磁辐射源的功率越来越大，发射出的电磁波频带越来越宽，所以现在机场的电磁环境越来越复杂、密集和多变［2］，特别是在未来战场上，电磁脉冲武器的使用会使电磁信号的频带越来越广，杀伤力越来越强，脉冲时间越来越短，严重影响保障装备的安全使用。

2.2 电磁干扰耦合途径

所有电磁干扰都是由三个基本条件组成：电磁干扰源、对该干扰能量敏感的接收器以及将电磁干扰源传输到接收器的媒介，如图1所示。电磁信号对保障装备的干扰途径主要有两种：一种是通过机壳上的孔缝辐射耦合进入装备内部，进而影响装备内部结构；另一种是通过场线耦合，信号从装备的电缆进入装备的电子系统，使电子系统造成紊乱。

3 复杂电磁环境对某型保障装备的影响分析

按保障装备的各部分组成，将其分为励磁调压系统、电磁调速器、回路板总成和计算机控制系统四个部分［3］，并对电磁环境对各部分的影响及原因进行了分析。通过对各部分的影响分析，能够清楚保障装备受电磁环境影响的方式，从而可以更方便地采取针对性的电磁防护措施。复杂电磁环境对该保障装备的影响及原因分析见表1。

4 某型保障装备电磁防护设计

为提高该保障装备的电磁防护能力，需要对保障装备进行电磁防护设计，来达到电磁防护要求。对照电磁环境对保障装备的影响及原因分析，将从飞行保障装备的整体屏蔽机壳、控制系统、电缆线三个主要部分分别对其进行电磁防护设计来提高复杂电磁环境下的防护能力。

表1 复杂电磁环境对某型保障装备的影响表

4.1 控制系统设计

控制系统最易受外部电磁干扰的是其系统内的电气结构，所以对控制系统的电磁防护设计最主要采用两种办法：一种是屏蔽；另一种是滤波。

1）屏蔽。即将控制系统易受外部电磁干扰的电气元件及功能模块放入屏蔽室内，可以使电磁波衰减60dB～140dB，从而达到防护的目的。所以要对其屏蔽室或屏蔽外壳进行设计，首先的就是选用较好的屏蔽材料。在战时，保障装备要面对的是强电磁干扰，因此要求所有屏蔽材料能同时屏蔽电场和磁场两种成分，这里选用的是结构上完好的铁磁材料，其屏蔽效能能受厚度以及搭接和接地好坏的影响。常用的屏蔽材料的特性如表2所示［5］。

但穿过屏蔽体的导线对屏蔽体的破坏是十分严重的，在这里有两种处理办法，如图2所示。

一是将导线屏蔽起来，这相当于将屏蔽体延伸到导线端部另一机箱内。

二是对导线进行滤波处理，滤除导线上的高频成分。在导线端口上安装低通滤波器，可以有效的滤除导线上的干扰，保持屏蔽体的完整性。

表2 几种常见屏蔽材料的性能

2）滤波。控制系统内最容易受电磁干扰的是励磁调压系统，特别是对励磁电流的影响。因此需要对励磁调压系统采取滤波措施，该滤波设计就是在励磁线圈E1-E2前加装一个电磁干扰滤波器（EMI滤波器），如图3所示。

用单一电容元件滤波的缺点是带外衰落速率只有6dB倍频程，把单个串联电感和并联电容组合而成一个L型结构的滤波器，则得到12dB倍频程。由于励磁线圈E1-E2正常工作是用的是直流电，故选用低通EMI滤波器［6］，其接线方法如图4所示。

差模和共模干扰信号的滤除的等效原理图如图5所示。

其对数幅频特性为

随着角频率ω=2πf→∞，经过滤波器的输出的干扰信号衰减逐渐增加，起到了滤除高频干扰信号的作用。如果源阻抗和负载阻抗相等，则其插入损耗为

4.2 电缆线设计

1）电缆线进出机箱设计

在给飞机进行供电保障时，电缆线则是给飞机供电的传输通道。一方面它能将稳定的电源输送给飞机，另一方面也能将干扰信号传导至飞机以及将飞机上的干扰信号传导至保障装备，使干扰信号进入系统中的电子设备，形成破坏。所以为了提高装备的电磁防护能力，需要对电缆线进出机箱进行电磁防护设计。其控制方法主要是在屏蔽基础上的合理滤波，主要用以下两种设计方法。

方法一是将滤波器与连接器合成为集屏蔽与滤波为一体的电源线进出机箱设计。即利用滤波器的底面安装连接器并作为屏蔽面。并且滤波器的插入损耗和阻抗特性一定要能达到EMC要求，不能简单选用。

方法二则是将滤波器放置于与连接器同一机箱面上，距离靠近，用一个半屏蔽壳屏蔽，使输入线和输出线绝对隔离。

滤波器采用三相并联电源输出滤波器，为了克服二阶LC滤波器可能引起谐振的缺点，加入了一个阻尼电阻来抑制，设计了LRC低通滤波器，如图6所示。滤波电感L值和滤波电容C值满足截止频

2）屏蔽电缆设计

在保障过程中，电缆既是传送能量的途径，也是干扰的传送途径，并且电缆又在机场复杂电磁环境下铺设［7］，面对的大多是高频电磁干扰的威胁，很容易受辐射干扰从而导致辐射干扰经过耦合进入电缆内部，影响保障的正常进行。因此，为了减小外界电磁信号的干扰度，对电缆要进行屏蔽设计。对比传统的屏蔽方法，对电缆的屏蔽采用“超级屏蔽”更为合理［8］，即采用编织网屏蔽层与金属或类似的高磁导率材料包裹层组合起来。其性能比常用的实心铜屏蔽层一样好，甚至更好，同时还具有一定的柔韧性。屏蔽电缆减小电缆辐射的原理是为共模干扰电流提供了一个返回源的通路，减小了共模干扰电流的回路面积，所以屏蔽层提供的通路阻抗越小越好。

除了考虑屏蔽层的质量之外，还得考虑屏蔽层之间的连接，如果屏蔽层连接不好，同样也达不到理想的防护效果。电缆屏蔽层需要与它所穿过的屏蔽机箱表面形成完整的圆周连接（即360°端接）［9］，减小电缆屏蔽层与机箱之间的搭接阻抗，使其构成一个完整的屏蔽体，如图7所示。

4.3 整体屏蔽机壳设计

装备的机壳可以对内部各个易受干扰的部件进行屏蔽保护，所以对装备的机壳的电磁防护设计显得尤为重要。外壳的屏蔽材料选用可参照控制系统的屏蔽体来设计，但为了保证装备的正常工作，还必须为供电线缆留下引线孔，为了便于操作和监控，以及对装备各部件散热和通风，还需在壳体上开操作显示窗口和天窗，这就造成电气不连续，使屏蔽的效能大大降低，造成外壳泄露或易受干扰［10］。

1）通风口设计

若忽略屏蔽体的面板的厚度，则屏蔽体在远场区最坏情况下的屏蔽效能为

式中，D为通风口圆孔的直径（mm），f为入射电磁波的频率（MHz）。所以由公式可以看出，当电磁波入射到通风口圆孔时，电磁泄露与孔的尺寸有关，开口尺寸越大屏蔽效能越差，因此在屏蔽机箱的通风口的设计上采用与一个大孔相同开口面积的多个小孔构成的阵代替一个大孔［11］。该方法能提高孔的截止频率，提高单个孔的屏蔽效能；增加辐射源到孔的相对距离（与孔的尺寸相比），减小孔的泄露。但在机场，干扰的电磁波的频带很宽，若采用含有规则排列的孔的金属板，其对一部分的干扰电磁波的屏蔽效能极低，所以在设计时，金属板上的孔洞的排列应该呈不规则性且孔与孔之间的间距不等。

2）指示灯、显示窗口的设计

飞行保障装备上现都含有操作面板，有了操作面板，那就不可避免的就有指示灯和显示窗口，而这些恰恰影响了整体屏蔽机壳的屏蔽效能。对其的防护设计采用一种新型的导电玻璃，它是一种在玻璃上镀上一层很薄的导电层的透明屏蔽材料［12］，屏蔽效能可以达到80dB～100dB，它随频率的升高而下降，在干扰频率大于1GHz时，几乎失去屏蔽作用。另外它的屏蔽效能与其透光率成反比，即导电层越薄，它的表面电阻就越大，屏蔽效能就越差，反之，导电层越厚，其表面电阻就越小，屏蔽效能就越好。表3列出了几种导电玻璃的屏蔽效能与干扰信号频率的关系。根据保障装备受电磁干扰时的干扰信号的频率，加上其监控显示屏是数码显示，有内光源，所以采用透光率为60%的导电玻璃效果最好。

表3 几种导电玻璃的屏蔽效能（单位：dB）

5 结语

针对现某型保障装备频受电磁干扰问题，本文通过分析保障装备面临的复杂的电磁环境以及复杂电磁环境对该保障装备的影响及原因，并在从保障装备的整体屏蔽机壳、控制系统、电缆线三个易受干扰的部分有针对性地提出了电磁防护措施，提高该保障装备的电磁兼容性和电磁防护能力。

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Electromagnetic Shielding for A Certain Support Equipment under Complex Electromagnetic Environment

LUO JiaweiWANG BaochengSUN GuowenSUN Yulin
（Department of Aviation Four Stations，Air Force Logistics College，Xuzhou221000）

The electromagnetic environment that support equipment faced was introduced.The influence of complex electromagnetic environment on support equipment was analyzed.Then several measures and designs of EMI protection from three aspects of overall cabinet，control system and cable were taken.The ability of electromagnetic shielding for support equipment was improved.

electromagnetic shielding，support equipment，electromagnetic environment，electromagnetic interference

O44

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.07.037

2017年1月8日，

2017年2月27日

罗佳伟，男，硕士研究生，研究方向：航空四站保障技术与信息化。王保成，男，硕士，副教授，研究方向：航空四站装备防雷及电磁防护。孙国文，男，硕士研究生，研究方向：航空四站保障技术与信息化。孙玉琳，男，硕士研究生，研究方向：航空四站保障技术与信息化。