试验机改装中导线特性分析及综合布线技术

谭秀萍 张琦

摘 要：试验机改装包括测试设备和被试设备在机上的安装，以及系统设备交联电缆的敷设、用电引取，从原机系统采集电信号，各系统之间通电联试等工作。改装期间需充分考虑系统之间电磁兼容性的问题。目前试验机改装常用的导线从耐高温、抗拉强度、绝缘层的厚度、节距个数等指标均已达到行业标准。但各类导线的电特性不同，导线的正确选用和敷设是机载电子设备抗电磁干扰的先决条件，文章简要介绍了扭绞线、屏蔽线和同轴线的抗电磁干扰特性，重点介绍了导线的分类及综合布线技术。

关键词：试验机改装 扭绞线 屏蔽线 同轴线 综合布线技术

中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（a）-0022-03

随着航空工业的飞速发展，飞机的性能不断提高，电子设备复杂程度大幅度增加，在空间上形成了电子设备高度密集的情况，而且设备的工作频带越来越宽，发射功率越来越大，灵敏度也越来越高，接受微弱信号的能力也越来越强。电磁干扰已成为电气、电子设备及其构成的系统正常工作的突出障碍[1]。

因此，在试验机改装过程中，加/改装系统的电路设计及施工，必须统筹考虑加/改装各系统之间、以及飞机系统间电磁干扰的相互影响，采取相应的措施把电磁干扰给各系统正常工作带来的危害降到最低，使原机系统和加/改装系统之间、加/改装系统内部之间能够达到相互兼容。

笔者结合多年试验机改装实际工作，对各种扭绞线、屏蔽线、同轴线的抗干扰特性进行了简要的介绍，针对试验机改装提出了导线、电缆综合布线技术，结合每架机改装的实际情况，合理地利用综合布线技术，保证了加/改装系统的正常工作。

1 试验机改装常用导线特性介绍

试验机机载电子设备处于各种电机、开关设备、微处理器及各种通讯导航设备和电气系统所产生的电磁环境中，且电磁干扰产生的机理异常复杂，由于电磁信号交织在一起，会形成很大的相互干扰，有通过磁场耦合的，有通过电场耦合的。电磁干扰按传输途径可分為两大类：传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备[2]，是以电磁波的形式传播辐射，可以通过各种天线接收，也可以在系统内部极小的距离间进行。

机载电子设备的电磁干扰，大部分是由于导线的选用不当，布线不合理造成的。因此，导线、电缆的合理选用和布线是抑制电磁干扰的重要手段。

试验机改装中使用的导线种类众多，各自具有不同特性，只有明确了解其特性才能很好的对导线、电缆进行合理的选用和敷设，下面对几种典型的导线逐一进行简要介绍。

1.1 扭绞线特性

在试验机改装中，常用的扭绞线为两绞、三绞、四绞线，经常采用扭绞线所具有的平衡结构来抑制电缆敷设引起的电磁干扰信号的感性耦合。

所谓扭绞线就是用两根或两根以上相同的绝缘导体进行捻合扭绞，形成一根双螺旋线或多螺旋线电缆，由于几个导体是一起扭绞的并携带相等相反的电流，一个导体的场趋向于抵消另外一个导体的场，因而无论是关于减小场的发射或者降低对于干扰场的感应电平方面都是很有效果的。不论是电源线，还是信号线，只有与它的回线扭绞在一起时才起到消除耦合的作用。

最常用的两绞线和屏蔽两绞线只适用于100KHZ以下的信号传输，当频率达到1MKHZ时传输损耗大大增加，所以两绞线较多应用在音频电路和低频电路中。

1.2 屏蔽线特性

屏蔽线是使用金属编织的屏蔽层把一根或多根独立绝缘导体构成的屏蔽导线[3]。屏蔽编织层的剥离端应与要连接的末端尽可能短，并且要求接地，使外部的干扰信号被屏蔽层导入大地，避免了外部干扰信号进入内层导体引起干扰，同时降低传输信号的损耗。

电缆之间的耦合主要表现为近场耦合，而电缆屏蔽层是有效减小近场耦合的一种手段。所以屏蔽线常用于对电磁干扰较为敏感的电路或系统的信号传输和控制中。

1.3 同轴线特性

同轴电缆是单一绝缘中心导体和金属编织外导体构成的射频导线。中心导线分单根实芯线和多股绞合线，单根实芯线比多股绞合线的损耗要稍微小些，多股绞合线由于强度较好，多用于反复弯曲的场合。同轴电缆的外层导体一般由金属编织网覆以PVC材料组成，为防止泄漏和干扰，在金属编织网和绝缘体之间，无间隙地缠绕上一层金属箔，即可有更优异的性能。

同轴电缆是非平衡电线，具有较均匀的特性阻抗和较低的损耗，广泛用于从直流到甚高频信号的传输。

2 导线的选用

试验机上，众多的电子设备密集，在狭小的空间内，各设备之间的相互连线错综复杂，干扰可以通过互连的电缆布线从某个线路传输到别的线路，也可以从电缆内辐射出来或从外场传播到电缆内，为了减小电子设备之间的相互耦合，以确保机载电子设备的正常工作，需要在有限的空间内对所加装的设备，以及电缆敷设安装进行优化布局设计，最终实现原机电子设备和加装电子设备的电磁兼容。经过多年的实践工作经验总结，导线的合理选用应遵照以下原则：

（1）外部电源电路（例如：28V直流、115V交流），一般不用屏蔽线。单芯屏蔽电缆可以用于以地为电流回路的低频电路。

（2）多点接地的音频电路和电源电路用单芯屏蔽线。

（3）单点接地的音频电路和低频电路用双扭线，凡是要求隔离返回电路的地方应当用双芯扭绞线或同轴线。

（4）低频隔离要求很严的单点接地和多点接地电路用屏蔽双扭线。

（5）所有双扭线电路应单点接地。对于采用了接地电路的低频仪器，用单根单层屏蔽导线，而对于单端的低频仪器则应用单层的双扭线。

（6）在同一屏蔽内的各导线应成对地使用，并在同等量级的电压电流下运行。

（7）信号反馈电路不应屏蔽。

（8）所有信号电路（包括接地归路）均应分别屏蔽，而且屏蔽套外面还应有绝缘保护。

（9）平衡电路应用双扭线或有公共屏蔽套的平衡同轴线。使用各自有屏蔽套或有公共屏蔽套的多线绞扭电缆时所有屏蔽均应彼此绝缘。

（10）传输射频脉冲和高频电路以及在宽频范围内，使用同轴电缆来达到阻抗匹配，其终端所接负载阻抗应等于该同轴电缆特性阻抗。

（11）三角形连接传输系统的三相线以及星形连接的三相和中线均应绞扭成一根电缆。

（12）为了避免其电源阻抗干扰，低电平信号装备的电源线应同易产生干扰的设备的电源线分开配电，最好不使用同一电源。

3 综合布线技术

由于被改装的试验机中，多数空间狭小，电磁环境复杂，且部分机载设备或改装加装设备自身的电磁兼容性有限，而目前及未来的试验机改装中，根据试飞任务需求，加装的设备和电缆数量越来越多，随着加装设备的性能越来越高，电气线路越来越复杂，对电磁兼容性的要求也越来越高，由此对试验机改装中导线的合理选用及敷设施工提出了更高的要求，使得综合布线技术在试验机改装中就显得越发重要。综合布线技术是指在改装施工中，将装机设备及其导线、电缆进行综合布置和规划，分类进行敷设、固定、保护、捆扎，最大限度的保障加/改装系统具有良好的可维护性和电磁兼容性的试验机改装技术。

3.1 试验机改装中加装设备及其电缆的分类

试验机改装中加装的电子设备应按照功率的大小，及工作中的对外电磁特性进行分类，将大功率、对外电磁辐射强的设备（如：电源、功放、发射机和天线等），容易受干扰的小功率敏感设备（如：各类小信号传感器、音频设备等），按要求保持必要的距离安装。

电气改装中应根据导线、电缆的电压高低、电流磁场和干扰特性对导线、电缆进行分类组合，通常分为：电源线，二次电源线，控制线，低电平敏感线，高频信号线等几大类。将电压、电流在同一量级和干扰类型相同的导线、电缆成束，同时将电源线和信号线分开一定距离布线。

3.2 具体布线要求

试验机改装施工中，导线、电缆布线受制于空间等条件的限制，无法满足理想的安装距离需求，但应尽可能做到布线设计最优，从而降低耦合，尽可能使敏感线远离干扰源（线），并尽量利用被改装试验机现有的空间结构进行布线、隔离，以满足电磁兼容性的要求，在机上敷设导线、电缆时，具体要求如下：

（1）各类导线、电缆敷设时应参照HB6524的相关要求，彼此间尽量保持一定的距离。

（2）在导线、电缆布线时，应当把高电平电线，低电平敏感电线，脉冲导线分开，避免它们平行走线，并且将导线进行良好屏蔽和接地。

（3）敏感线不可靠近电磁干扰发射线，干扰大的电线束与干扰小的电线束要互相隔离开来，如果抽引信号电缆必须在有干扰的传输线附近通过时，则应使它们大致相互垂直。

（4）当不同类型的导线或电缆不得不敷设在一起时（如：穿过隔框同一个孔时），应在隔框各侧尽量按要求隔离，传输高电平能量的同轴电缆不应与无屏蔽的电缆或传输低电平信号的屏蔽电缆组合在一起。所有导线、电缆要尽量保持一定的间距，并注意电缆走向与敷设以使干扰耦合控制到最小。

（5）若电源线路只允许使用单芯电线布线的，则相线或正线尽量靠近中线或直流回线敷设，所有电源线以及载流量大于5A的任何电缆尽量靠近飞机的金属蒙皮。

（6）在同一电连接器上不应采用不同类型的导线，尤其是隔离线，敏感线不应和电源线、干扰线使用同一个电连接器。

3.3 接地点的要求

良好的接地是最经济有效的电磁兼容设计技术，合理的布线和接地既能够提高抗干扰度，又能减小干扰发射，是抑制电磁干扰的重要手段之一。

接地的方式可分为单点接地、多点接地和混合接地等，其目的主要有：使整個加/改装系统中所有的设备都有一个公共的参考零电位，保证加装系统能稳定工作，重要的是能很好的防止电磁干扰，保证加/改装系统安全工作。因此，在试验机改装导线、电缆布线施工中，不能图方便省事，将多根不同种类的地线捏在一起通过一条公共引线或者一个接地螺栓接地，这样做是危险的。为了防止通过搭接引线带来共地阻抗干扰，不同线束的导线不能接同一接地点的螺栓，电源回路接地、信号电路接地、屏蔽接地和结构接地应当分开在不同地点接地，低电平信号线切勿重叠在大电流电线的同一螺栓上。

4 结语

随着机载电子设备的精密度、敏感程度的不断提高，电子设备的工作频段将更加拥挤，甚至相互重叠，机上电磁兼容环境变得更加恶劣，其表现形式比较多样，大大提高了抗电磁干扰的难度，往往给设计和施工人员带来很大的困扰，致使电磁干扰成为机载电子设备及系统工作的突出问题，同时加上试验机本身就是一个复杂的电磁体，所以在对机载电子设备的加/改装过程中，在设计初始阶段就应当充分考虑到加装的电子设备安装、导线的选用及电缆敷设要求。因此，根据不同导线的抗干扰特性合理选用导线，以及有效地运用综合布线技术，科学接地方法，必将能极大地减小系统间发生电磁兼容问题，提高和改善试验机改装工作的电磁兼容性和电气改装施工的可靠性。综合布线技术具有成本低、效果明显等特点，相比屏蔽、滤波等方法具有明显的优势。

参考文献

[1] 周志敏，纪爱华，电磁兼容技术[J].北京：电子工业出版社，2007.

[3] 刘铭光，飞机电器[M].广州：中山大学出版社，2008.