机载设备的电磁干扰及电磁兼容实验分析

张 鹏

（航天江南集团有限公司，贵州 贵阳 550009）

当今社会的信息化发展速度逐步加快，电气电子设备应用量也逐渐增加，导致出现了多种类型的电磁波，这些电磁波会对电子设备正常运行产生干扰，易使高频通信设施间产生极为严重的电磁干扰，会进一步加剧电磁辐射的影响程度。由于机载设备需在相对敏感的特殊环境下工作，以小空间内多个电子设备及电缆的集中化为特征，具备大范围的电磁频谱、较高的发展功率、高灵敏性的接受器，存在多种干扰因素，因而有必要针对飞行器线缆及设备的电磁干扰展开探讨，通过电磁兼容性分析消除电磁干扰的影响，从而减少飞行器运行中因电磁干扰所导致的危害。

1 机载设备的电磁干扰

1.1 电磁环境效应

电磁波辐射是指无线电侦查、通信等设备应用中，利用天线及其他辐射体将电能转化为电磁能并向外部传递的过程或所产生的现象。所有可产生电磁辐射的设备统称为辐射电磁源。辐射电磁源不同，其所产生的电磁环境效应也并不一致。如人为电磁源是通过人为操控电子设备而产生的电磁辐射，而被动电磁辐射则不是由天线辐射产生的，其是在电子或电器设备运行中意外出现的电磁辐射，会使之周边形成严重电磁干扰区，或导致脉冲放电，会增强电磁环境的复杂性。除此之外，由自然因素导致的自然电磁辐射会导致静电产生，也会引发雷电或是形成地磁场，静电会击穿损坏元件或融毁精密半导体器件，直击雷及电磁脉冲两种雷电对新技术设备会产生更为严重的损害，瞬变电磁波会导致瞬变电磁场形成，从而影响三维空间中的全部电子设备，会产生感应电流或导致感应电压增高。

1.2 电磁干扰模型的组成

作为电磁干扰机理及实验分析描述的电磁干扰模型，由电磁干扰源模型、传输通道模型、敏感器模型3个部分组成。电磁干扰模型的组成如图1所示。

图1 电磁干扰模型组成

1.2.1 电磁干扰源模型

电磁干扰源模型有两个干扰源，一是自然干扰源，二是人工干扰源，所有电子系统既是接收机也是干扰源。电磁干扰源中涵盖微处理器、传送器和微控制器，并且静电放电以及瞬时功率执行元件也是其结构之一，如机电继电器便是典型的干扰源。干扰源模型常以时域进行表示，此种表示方式更加直观。干扰源时域有多种波型，如脉冲序列波、梯型单脉冲波等。

1.2.2 耦合路径

电子电力系统的传输通道模型有5种，除了导线对导线感应模型、电磁场对导线感应耦合模型以外，还有电阻、电容、电感3种传导耦合模型。这些传输通道共同存在，无法单一描述，可基于宽频范围对系统内部电磁兼容问题进行预测，用于单个或多个设备间干扰问题的评估。电磁干扰有两种传输途径一是传导、二是辐射。电磁干扰的耦合路径分类如图2所示。

图2 电磁干扰耦合路径分类

1.2.3 敏感器模型

模拟及数字电路是电子系统及电磁兼容预测中的重要敏感器，传导干扰作用于模拟及数字电路时会产生响应，辐射干扰由导体感应向电路后传递间接作用时也会产生响应，可根据敏感度对这些响应进行描述，这便是敏感度模型。

1.3 飞行器电磁环境及其效应分析

各种环境下，只要是在机载电子设备寿命周期内，便存在传导或辐射等多种电磁干扰，飞行器机体内部及外部均存在多个电磁干扰源。机体内部的电磁干扰源有搭载设备、机载设备以及军用电子装备等，机外电磁干扰源为广播电台、电力传输线、变电站以及电磁辐射武器等。外界电磁环境的强弱决定着飞行器所受到的电磁干扰大小，且飞行器自身结构、系统布局以及所采用的工作方式也与其外部电磁环境产生的影响有所关联。

2 机载设备的电磁兼容实验

2.1 测量实验的一般要求

2.1.1 测量容差

测量容差的距离误差不高于5%，频率偏差控制在2%之内，测量系统及测量接收机的幅度误差不可超过3%与2%，时间及波形偏差应低于5%。

2.1.2 电磁环境电平

电磁环境电平应控制在规定极限值6 dB以下，断开受试设备（EUT）且在与电阻负载相连接的情况下方可测量传导环境电平，且电阻负载的额定电源要与受试设备一致。需于电磁环境电平最低值时开展屏蔽室外测试，非室内检测中需于报告中记录电磁环境电平。

2.1.3 屏蔽室

屏蔽室中的辐射发射及敏感度测试时，需在EUT上部、两侧及后方应用射频吸波材料，且辐射天线及接收天线后侧也要应用此种材料。

2.1.4 接地平板

需要在接地平板上安装EUT，多种安装形式下应选用金属接地平板，且面积应高于2.25 m2，短边不能低于76 cm。无接地平板时可将EUT安装于非导电面上。

2.1.5 电源阻抗

以线路阻抗稳定网络对电源干扰进行隔离，进而为EUT提供与规定要求相符的电源阻抗。

2.2 EUT的相关规定

2.2.1 EUT电缆搭接与取向

非特殊要求，不可将设备外壳及安装基座搭接在一起，应根据规定决定是否将之搭接于接地平板之上。搭接条应符合安装规定要求，根据测试方式对电源电缆安全接地设备进行接地处理。应用振动或冲击减震器基座时需做好EUT在基座上的加固，安装备有搭接条的基座时，搭接条应搭接在接地平板上，根据是否有接地要求选择性将外部接线端子及连接插头连接或不连接于接地平板之上。将EUT辐射较大一侧朝向天线，且安装位置是接地平板前缘8～12 cm处。

2.2.2 EUT电缆构成与敷设

按照实际安装利用情况敷设电缆，根据要求判断是否应用屏蔽电缆或电缆内屏蔽线，并要检测敷设形式的正确性。按照实际安装要求将单独互连线组成电缆，其长度应与平台长度相等。与前缘边界敷线相平行的互连电缆应长于2 m，其应以Z字型牵引至配置后侧。敷设多根电缆时，电缆外缘之间要相隔2 cm，于工作台上利用接地平板布置EUT时，电缆应敷设于接地平板前缘10 cm处，按照互连线的敷设方法敷设2 m长的EUT输入电源线，将之连接于线路阻抗稳定网络之上，且二者之间电源线长度应大于2.5 m。所有电缆均应比接地平板高5 m。在EUT发射量最大时测量发射量，在最敏感状态下测量敏感度，若有多个状态，则需进行多次状态测试。

2.3 测试设备的使用

2.3.1 发射测试

以表1中接收机的带宽数据为依据进行发射测量，带宽为接收机总选择性曲线6 dB带宽，且不可利用视频滤波器对接收机响应产生限制，具备可控视频带宽时应将数值设置为最高。在频率范围内进行发射测量的扫苗，根据表1中的测量时间数据设置模拟式测量接收机的最小测量时间，若为数字式接收机，其扫频步长不可高于半个带宽，且驻留时间也要按表1数据设置。发射测试参数详见表1。

表1 发射测试参数

2.3.2 敏感度测试

应根据表2数据设置敏感度测试时的信号源扫频速率及频率，根据信号源调谐频率、结合倍乘因子确定频率及步长。连续调频的信号源便是模拟式扫描，而于离散频率点上采用相继方式调谐频率合成信号源则为步进式扫描。步进式扫描时，各调谐频率上的驻留时间不可低于1 s。为提升部分EUT响应观察效果，可酌情调低扫描速率或降低步长。敏感度扫描参数见表2。

表2 敏感度扫描参数

2.4 实验过程

2.4.1 CE102（10 kHz～10 MHz电源线传导发射）测试

（1）实验目的。根据CE102测试要求对EUT输入电源线之上的传导发射进行检验。对测试设备的输出幅值进行观测，对其与GJB 151A—97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》所规定的适用极限值中的要求进行对比，判断受试设备的额定电源电压是否达到了高于28 V这一标准。于电磁兼容实验室之中开展CE102实验。

（2）测试设备。CE102要准备充足的设备，除了测量接收机、信号发生器之外，还要准备数据记录装置、衰减器以及示波器，还要有T型同轴连接器，且要做好线路阻抗稳定网络设置。CE102测试配置图如图3所示。

图3 CE102测试配置图

（3）测试方法。CE102实验开始之前，要先启动测试设备以及受试设备，先通电预热一段时间，待设备温度达到实验要求后再实施实验检测。测试时要合理选用电源线，测量时所选定的带宽是10 kHz～10 MHz，应根据规定要求的测量时间进行最小测时时间的设定，并且需在规定的频率范围之内完成测量接收机的整个扫描过程。测试完成之后，要对所有检测数据进行详细记录，并仔细核对保证数据精准性。

（4）测试数据。本次测试对测试设备采取了传感器+设备电缆（直流供电±15 V）模式下的接正线实验以及接回线实验2种测试方式，将设备测试结果与国家军用标准质量管理体系规定的极限值进行对比。

（5）测试结果。根据接正线与接回线两种实验测试的结果分析得知，测试设备在输入电源线上所产生的传导干扰曲线走向与国家军用标准质量管理体系曲线的走向相一致，说明这一传导干扰未超出国军标的规定范围。

2.4.2 RE102（30 MHz～1 GHz电场辐射发射）测试

（1）实验目的。以RE102测试要求为依据，对EUT及连接于设备之上的电线电缆的电场发射情况进行检测，进而判定测试设备的输出辐值与GJB 152A-97中的极限值曲线要求是否相符，即判断受试设备的额定电源电压是否高于28 V。本次RE102试验也在电磁兼容实验室内进行。

（2）测试设备。测试所用设备有测量接收机、信号发生器及数据记录装置3个必备设备，还需准备10 pF电容器、频率介于30～200 MHz之间的对数周期天线以及频率范围为30 MHz～1 GHz的双锥天线，此外，还要应用短棒辐射器以及线路阻抗稳定网络。RE102测试配置图如图4所示。

图4 RE102测试配置图

（3）测试方法。测试之前，需通电预热受试设备以及测试设备，确保所有设备均可稳定运行。而后利用对数周期天线，在30～200 MHz频率范围之内，在EUT工作状态下测试外界的电场辐射，而后再运用双锥天线于EUT工作状态之下检测外部电场辐射的强度，频率范围不可低于200 MHz，也不能高于1 GHz。检测时随时记录相关数据。

（4）测试数据。屏蔽室中不存在EUT时，得出电磁环境的检测结果。在传感器+设备电缆（直流供电±15V）情况下，对测试设备进行接回线实验测试。

（5）测试结果。通过测试结果分析发现，无论是屏蔽室内无EUT时的电磁环境检测还是接回线测试时，所得到的测试结果均与国家军用标准质量管理体系规定的极限值相一致。

3 结论

电磁兼容技术具备较强的工程性特征，当今社会背景下，其在电子领域中所起到的作用越发显著。在飞行器设计、定型、加工制作以及利用过程中，机载设备的电磁干扰始终存在，且电磁兼容性特性也贯穿于整个过程当中。通过了解电磁环境效应与电磁环境干扰模型，结合飞行器的电磁环境特点，通过CE102、RE102两组测试项目研究了机载设备的电磁特性及电磁兼容性，为机载电子设备的抗干扰设计及抗干扰方法应用提供了支持。可基于飞行器的电磁兼容性设计出有效的传导干扰及辐射干扰防护方案，以此提升飞行器的抗干扰能力，从而保障飞行器的运行安全。