舰载陀螺仪的电磁兼容实验研究∗

朱安周 段 涛 杜晓昌 梁胜杰

（91697部队 青岛 261200）

1 引言

现代舰艇在狭小空间中布置的电子设备多、任务量较大，线缆集中安装，电磁频谱覆盖范围宽，发射功率大，接受器灵敏度高，受干扰途径多，相对更是一个电磁干扰复杂的环境，对系统设备的可靠性和使用性能产生严重影响的可能性更大［1］。陀螺仪是舰艇导航设备和舰载武器系统稳定平台的重要传感部件，其工作稳定和输出精度是保证舰艇安全和舰载武器有效命中目标的基础。因此对舰载陀螺仪单个工作设备进行相对应的电磁兼容测试和电磁兼容性研究具有重要的意义［2］。本文以某型舰载陀螺仪为受试对象（EUT），根据GJB-151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》中的CE102、CS101、RE102测试项目的特征，提出了相应的测试方案，并对其进行了实际的测试实验。

2 测量实验的一般要求

在具体的实验中我们采用的是带电控系统的机械式陀螺仪，虽然现在各种新型陀螺仪像激光陀螺仪、光纤陀螺仪、微机械陀螺仪等都被普遍应用，单就测试的目的来说，我们将其作为舰载设备电磁兼容性测试的受试设备具有一定的代表性。

2.1 测量容差

除非对特定测试另有说明，容差应如下：

a.距离：±5%；

b.频率：±2%；

c.幅度，测量接收机：±2%dB；

测量系统（包括测量接收机、传感器、电缆等）：±3%dB；

d.时间（波形）：±5%

2.2 电磁环境电平

当在屏蔽室内进行测试时，EUT（受试设备）断电和所有辅助设备通电时测得的电磁环境电平应至少低于规定的极限值6dB。电源线上的传导环境电平应在断开EUT但连接一个电阻负载情况下测量，该电阻负载应流过与EUT相同的额定电流。

当在屏蔽室内按GJB151B对EUT进行考核试验时，电磁环境电平没必要记录在EMITR（电磁干扰测试报告）中；在屏蔽室外进行测试时，则测试应在电磁环境电平处于最低点的时间和条件下进行，电磁环境电平应记录在GJB151B要求的EMITR中。

2.3 屏蔽室

为防止EUT和外部环境相互影响，通常在屏蔽室内进行试验。屏蔽室必须具有足够的屏蔽效能以满足电磁环境电平要求。屏蔽室必须足够大以满足EUT配置要求和单项测试方法所需的天线配置要求。

当在屏蔽室内进行辐射发射和辐射敏感度测试时，为减少反射，改善准确性和重复性，应采用射频吸波材料（浸碳泡沫尖劈、铁氧体瓦、铁氧体瓦和尖劈组合等）。射频吸波材料应位于EUT上面、后面和两侧面以及辐射和接收天线后面。

EUT应安装在模拟实际情况的接地平板上。如果实际情况未知。或需要多种形式安装，则应使用金属接地平板。除另有规定，接地平板的面积应不小于2.25m2，其短边不小于760mm。当在EUT安装中不存在接地平板时，EUT应放在非导电面上。

2.4 电源阻抗

在单项测试中一般使用LISN（线路阻抗稳定网络）来隔离电源干扰并为EUT提供规定的电源阻抗。

3 EUT及测试设备的相关规定

3.1 EUT的搭接

只有EUT的设计和安装有说明中有规定时，设备外壳和安装基座等才能搭接在一起或将其搭接在接地平板上。当测试安装需要搭接条时，所用搭接条应与实际安装规定的搭接条相同。通过电源电缆安全接地的便携设备，应按照相应测试方法的规定接地。

如果EUT安装设计时使用具有振动和冲击减震器的基座，则EUT必须紧固在基座上。当安装基座备有搭接条时，应搭接到接地平板上；当安装基座没有搭接条时，则在测试配置中不应使用搭接条。

在EUT上有供接地的外部接线端子或连接插头的情况下，若该端子在设备中通常是接地的，则应把端子接到接地平板上；如果该端子安装条件不明则不应接地。

3.2 EUT的取向

应将EUT产生最大辐射的那一面或对辐射信号最易产生影响的那一面朝向天线。EUT应安装于接地平板前缘100±20mm处，以便为电缆敷设提供足够的空间。

3.3 EUT电缆的构成和敷设

电缆敷设应模拟实际的安装和使用情况。应按安装要求检查电缆已确定是否采用正确敷设形式，如使用对绞、屏蔽和屏蔽端接等。

单独互连线应按实际安装中同样的方法组合成电缆。在测试配置中整个互连电缆的长度应与实际安装平台安装的长度一致。如电源线应连接到LISN（线路阻抗稳定网络）上，从EUT连接器到LISN的电源线总长度不超过2.5m。

3.4 EUT的工作

对发射测量，EUT应在易产生最大发射的状态下工作；对敏感度测量，EUT应在其最敏感的状态下工作。对具有几种不同状态（包括用软件控制的状态），应对发射和敏感度进行足够多的状态测试，以便对所有的电路进行评估。

3.5 测试设备的使用

测试设备应符合测试方法的规定。任何选频测量接收机，其性能（如灵敏度、带宽选择、检波功能、动态范围和工作频率等）需要满足测试方法的要求。对测量所要求的测量设备和附件应按照规定的方法进行校准。在每次发射测量开始之前，应对整个测试系统（包括测量接收机、电缆、衰减器、耦合器及软件等）按照单项测试方法规定，通过注入一已知信号来进行检验，同时监测系统输出指示是否满足要求。

4 实验测试

4.1 CE102实验：10kHz～10MHz电源线传导发射

4.1.1 实验目的

按照GJB151B-2013中CE102的测试要求，检验EUT输入电源线上的传导发射。通过观察测试设备输出幅值是否符合标准规定适用极限值中曲线（受试设备额定电源电压＞28V）要求。在电磁兼容实验室对CE102实验项目进行了测试。

4.1.2 测试设备及配置

测试设备：测量接收机；数据记录装置；信号发生器；衰减器（20dB）；示波器；T型同轴连接器；LISN。

设备配置图如下所示：

图1 CE102测试配置图

4.1.3 测试方法

1）测试设备以及EUT通电预热，并达到温度工作状态。

2）选择电源线，测量带宽是10kHz～10MHz，采用标准中规定的最小测量时间，使测量接收机在适用的频率范围内扫描；

3）检查记录数据。

4.1.4 测试数据

图中A曲线为国军标规定的极限值，B曲线为设备测试结果。

传感器+设备电缆（直流供电±15V）

图2 测试设备接正线实验测试图

4.2 CS101实验：10kHz～10MHz电源线传导敏感度

4.2.1 实验目的

按照GJB151B-2013中CS101的测试要求，检验EUT承受耦合到输入电源线上的信号的能力。观察记录检测EUT的示波器输出波形及幅值。在电磁兼容实验室对CS101进行测试。

图3 测试设备接回线实验测试图

4.2.2 测试设备及配置

测试设备为信号发生器；功率放大器；示波器；耦合变压器；电容器（10μF）；隔离变压器；电阻器（0.5Ω）；LISN。

设备配置图如下所示：

图4 CS101测试配置图

4.2.3 测试方法

1）EUT及相关测试设备通电预热，使其达到稳定工作状态；

2）将信号发生器调到最低测试频率，增加信号电平，直到电源线上的功率电平达到80W为止；

3）保持要求的信号电平，在整个频率范围内进行扫描测量；

4）检测连接在EUT两端的示波器的输出波形。

4.2.4 测试数据分析

信号发生器的输出波形应为正弦波，如图5所示。

由于这项测试中实验结果基本不变，因此只选取了其中个别波形，测试结果如下所示：

传感器+设备电缆（直流供电±15V）

当频率为436kHz时，EUT的输出波形如图6所示。

当频率为4.2MHz时，EUT的输出波形如图7所示。

表1 信号发生器随频率的注入数据

图5 信号发生器的输出波形

图6 EUT的输出波形

图7 EUT的输出波形

4.3 RE102实验：30MHz～1GHz电场辐射发射

4.3.1 实验目的

按照GJB151B-2013中RE102的测试要求，检验EUT及其有关电线、电缆的电场发射是否超过规定要求。通过观察测试设备输出幅值符合标准规定适用极限值中曲线（受试设备额定电源电压＞28V）要求。在电磁兼容实验室对RE102进行了测试。

4.3.2 测试设备及测试配置

测试设备为测量接收机；数据记录装置；信号发生器；短棒辐射器；电容器（10pF）；LISN；对数周期 天 线（30MHz～200MHz）；双 锥 天 线（30MHz～1GHz）。

图8 RE102测试配置图

测试配置如下图所示：4.3.3 测试方法

1）测试设备以及EUT通电预热，达到稳定工作状态；

2）使用对数周期天线，在30MHz～200MHz的频率范围内对EUT工作状态下对外界的电场辐射进行测试；

3）使用双锥天线，在200MHz～1GHz的频率范围内对EUT工作状态下对外界的电场辐射进行测试；

4）检查记录实验数据。

4.3.4 测试数据

（图中红色曲线为国军标规定的极限值，蓝色曲线为设备测试结果）：

屏蔽室内没有EUT时电磁环境的测试结果如下：

图9 屏蔽室内没有EUT时电磁环境测试图

传感器+设备电缆（直流供电±15V）

图10 测试设备接回线实验测试图

5 结语

实验以舰载陀螺仪为受试对象对CE102、CS101、RE102测试项目进行了相应测试实验，通过对测试结果进行分析并结合GJB151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》传导干扰和敏感度实验的基本要求得出如下结论。

1）检验EUT输入电源线上的传导发射，通过观察测试设备输出幅值在450KHz附近达到峰值，设备输入电源线上的传导干扰是符合国军标要求的。

2）10kHz～10MHz电源线传导敏感度测试，波形正常，符合国军标的要求。

3）30MHz～1GHz 电 场 辐 射 发 射 实 验 ，在200MHz附近测到峰值，电场辐射发射在国军标范围内。