军用电子设备电磁兼容性设计与试验研究

陈 磊

（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068）

0 引 言

电磁兼容（Electro Magnetic Compatibility，EMC）是指设备、分系统、系统在共同的电磁环境中互不干扰，能够正常实现各自功能的状态。在信息化战争条件下，随着军用电子设备安装密集度的大幅增加，导致电磁环境日益复杂，电磁兼容问题变得异常突出，严重时可能引起设备功能失常、故障甚至人员伤亡等。目前，电磁兼容性在军用电子设备中已受到高度重视，成为了考核其通用质量特性的重要指标。

1 电磁干扰机理

电磁干扰产生的机理是：干扰源发出的电磁能量，通过某种耦合通路传输至电磁敏感设备，致使敏感设备出现某种形式的响应并产生效果。可见，任何电磁干扰问题中都包含“干扰源、耦合路径和敏感设备”这三个要素[1]。因此，解决电磁干扰问题就是围绕这三个要素，根据具体情况采取相应的措施。

2 电磁兼容性设计

电磁兼容措施一定要尽早考虑，在设计中从源头解决电磁兼容隐患，才会取得较高的效费比。在电磁兼容性设计中最常用的手段是屏蔽、滤波和接地，根据电磁干扰产生的机理，通过屏蔽技术可切断耦合路径，防护电磁敏感设备；采用滤波技术可显著有效地消除或抑制电磁干扰源；同时，配合使用电磁兼容接地技术，可以有效地改善系统或设备的电磁兼容性。

2.1 屏蔽技术

军用电子设备通常采用金属材料制作的密封式加固机箱结构，一方面，可起到防护作用，使设备能经受较强的振动冲击等力学条件和湿热、盐雾、霉菌等恶劣气象条件；另一方面，可有效地抑制通过空间传播的电磁干扰信号。但在工程应用中考虑到通风散热、人机工程等因素，不得不破坏屏蔽机箱的完整性，如图1 所示。

图1 典型军用电子设备机箱示意图

不同部分结合处的缝隙、通风口、接插件、按钮、键盘、指示灯、显示屏等都会成为机箱上电磁信号的泄漏源，针对不同的应用情况，可选取不同的设计措施实现屏蔽。

（1）机箱接缝

机箱尽量采用整体焊接、独立风道的密闭结构形式，且表面经过导电氧化处理。

（2）缝隙或孔洞

缝隙或孔洞的尺寸避免与电路信号波长的1/2 成整倍数关系，盖板连接处应采用导电衬垫或导电橡胶条，使机箱形成连续导电体。

（3）接插件

选用符合军用标准的屏蔽型接插件，在机箱与插座之间增加导电衬垫，确保接插件与机箱面板之间导电连续性。

（4）通风口

通风口设计尽量开圆孔，其次是开方孔，避免开长圆孔，屏蔽效能要求高的场合应选用波导通风板[2]。

（5）线缆

尽量选用屏蔽导线或屏蔽双绞线，屏蔽层要在机箱外部接地，并与屏蔽机箱360°搭接，线缆进入机箱后通过滤波器进行连接。

（6）显示屏、指示灯面板等

采用导电玻璃、碳素丝网或柔性透明导电膜片等屏蔽体进行屏蔽，并注意屏蔽层与机箱良好的导电连续性。

2.2 滤波技术

滤波技术是抑制电磁干扰的一种有效措施，尤其是在抑制传导干扰方面，具有明显的效果。电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径，在设备电源入口安装一个电源线滤波器（低通滤波器），对无用的高频干扰信号有较大的衰减，同时设备的工作频率信号（直流或低频交流）可以正常通过。电源线滤波器一般是由电感和电容组成的低通滤波，可以将火线、零线回路中的差模干扰信号以及火线、零线与地线回路中的共模干扰信号都抑制在允许的范围之内。

在选择电源线滤波器时，不仅要根据实际使用需求，选择合适的插入损耗、截止频率、额定电压、额定电流、耐压等级、漏电流、安装方式、尺寸与重量和温度条件，而且要考虑滤波器输入和输出端的阻抗特性，遵循阻抗失配原则，否则可能影响滤波效果，甚至引起谐振。一般对低阻抗的电源侧，应配高输入阻抗的滤波器，对高输入阻抗的负载侧，则应配低输出阻抗的滤波器[3]。

滤波器安装时，应尽量减小接地阻抗，使用扁平接地线就近接地或将滤波器直接安装在机箱导电金属表面；同时，滤波器应尽量安装在电源线的入口或出口处，并确保输入端和输出端相隔离，防止产生耦合。

2.3 接地技术

恰当地选择接地点位置和接地点个数，既能保证电路正常工作，同时又能减少接地干扰。常见的接地方式有浮地、单点接地、多点接地和混合接地四种基本形式：（1）采用浮地方式可以彻底消除接地干扰和地环路干扰，但容易产生静电积累引起静电击穿现象，一般需要接入一个泄放电阻（约几兆欧），以消除静电积累；（2）工作频率较低（＜1 MHz）的电路应采用单点接地，以消除公共阻抗耦合和低频地环路；（3）工作频率较高（＞30 MHz）的电路应采用多点接地式就近接地，尽量减小接地引线的长度；（4）工作频率在1～30 MHz 的电路应采用混合接地式，当接地线的长度大于工作信号波长的0.05 倍时，应采用多点接地，否则采用单点接地方式[4]。

3 电磁兼容性测试

军用电子设备的电磁兼容性通常采用国家军用标准规定的电磁兼容性试验测试来考核，试验中受测试设备（Equipment Under Test，EUT）的电磁发射和敏感度必须同时达标才算合格。

GJB 151B—2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》是我国针对军用电子、电气、机电等设备和分系统制定的关于设备电磁发射和敏感度特性的国家军用标准，本标准参考引用了美国国防部2007 年发布的MIL-STD-461F，将GJB151A 和GJB152A 合二为一，规定了军用设备的电磁兼容性要求和测试方法。其中测试项目共21 项，传导发射类4项，传导敏感度类11 项，辐射发射类3 项，辐射敏感度类3 项。各测试项目都是针对EUT 端口的，测试项目对各端口的适用性如图2 所示。

图2 电磁兼容性测试对各类端口的适用性

这21 项试验并非全部是必做的，GJB 151B—2013 标准中规定了每个测试项目对各安装平台的适用性，CS103、CS104、CS105、CE106、RE103 和 天 线有关，针对的是无线通信类设备，这5 项一般不做；RS105、CS102、CS109 和CS112 这4 项试验也做得较少。CE102、RE102、CS1O1、CS114、CS116、RS103这6 项试验是必做项目，对安装在飞机和舰船平台上的设备，还要求做CE101、CE107、CS106、CS115、RE101、RS101 中的一些项目，其余项目由订购方根据有关规范确定是否需做[5]。

4 电磁兼容性整改

样机生产完成后，针对在电磁兼容性试验测试过程中发现的不达标问题，也应该从电磁干扰的三个要素入手进行分析，查清这三个要素是什么，然后根据具体情况，采取适当的措施消除或抑制电磁干扰信号，以对产品实施最小的改动，使其达到电磁兼容标准的要求。

根据工程实践经验，常见的电磁兼容性不合格问题的原因分析和主要整改对策如表1 所示，综合考虑如下整改对策，采取补救措施，可以使设备顺利通过GJB 151B—2013 标准规定的试验项目[6]。

5 结 论

军工电子设备具有安装密集度高、强弱信号共存、频谱分布广等特点，设计阶段采用屏蔽和滤波技术，同时选择正确的接地点和接地方式，可以在前期消除电磁兼容性隐患；试验阶段，根据测试结果选择合理的整改措施，可以有效改善电磁兼容性不达标的问题，满足军用标准试验考核项目的要求。

表1 常见电磁兼容性问题的原因及整改对策

[5] 中国人民解放军总装备部.GJB 151B—2013 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量[S].北京：总装备部军标出版发行部，2013.

[6] 惠 洋.机载电子对抗系统电磁兼容设计[D].成都：电子科技大学，2013.