某型激励设备的电磁兼容整改分析

高涵香

(西安远方航空技术发展有限公司，陕西 西安 710089)

1 引 言

某型激励设备的研制，可解决“民用电传飞机PIO与气动伺服弹性适航试飞技术”研究中的关键技术，为民用电传飞机激励技术研究任务安全高效地完成提供支持和保障。现代机载设备的类型、数量和工作方式众多，频率覆盖范围宽，发射功率大，灵敏度高，机载设备的电磁兼容问题是设计与试验工作的重点。

机载设备应该尽可能地在设计阶段就考虑其电磁兼容问题，但最终成品的电磁兼容性还是要按照GJB l5lB-2013的要求进行验证。即使在设计阶段已经对机载设备的电磁兼容问题进行了周全的考虑，但是由于电磁兼容问题的复杂性，机载设备在设计制造过程中仍不可避免地出现各种电磁干扰的因素。这些因素相互耦合，导致机载设备的电磁兼容测试无法通过，这就需要对机载设备进行整改，以使其达到电磁兼容要求。本文对某型激励设备在检测试验中电磁兼容部分出现的RE102项超限问题进行了研究，对其成因进行了分析，并介绍了可行的整改措施。

2 电磁兼容试验

2.1 电磁兼容性对机载设备效能的影响

电磁兼容性对机载设备效能的影响主要体现在以下3个方面：

(1)对设备精度的影响

由于对电磁环境预计不当或电磁兼容性设计不当，在设备产生附加的电磁干扰和外部环境中其它电磁干扰源产生的电磁发射共同作用下，机载设备内的关键电路所受到的电磁干扰超过了阈值，造成机载设备系统精度降低。

(2)对设备安全性的影响

当代的机载设备中使用了大量的大规模集成电路和低电平的数字设备，而执行任务中的机载设备可能会随时处于高强度、长时间、极度复杂的电磁干扰环境之中，这对机载设备的安全造成了极大的潜在危险。只要电磁干扰超过了机载设备所能承受的最大阈值，或者各个机载设备间的空间隔离不到位、频率和时间没有有效分隔，机载设备就可能会失效。

(3)对设备设计规范的影响

机载设备的设计规范必须以最恶劣和最复杂的电磁环境作为参考，以此制定机载设备的性能设计和结构设计要求。同时，不能单纯地考虑单个设备电磁兼容性的要求，必须从整个机载设备系统的电磁要求出发，权衡机载设备系统各个分系统之间的功能特性是否相容。

2.2 测试过程

(1)测试标准：GJB l5lB-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》。

(2)测试环境：电波暗室，即电波无反射室。在电磁屏蔽室的内壁、天花板及地板上加装电波吸波材料，以吸收反射到屏蔽室四壁的电磁场，消除四壁的反射。

(3)被测设备(EUT)：某型激励设备(激励控制器、控制盒)，如图1所示。

图1 被测设备

(4)EUT测试步骤：

a)依据测试标准要求及图2所示设备连接框图，搭接被测设备，确保被测设备产生的最大辐射面朝向测试配置边界的前沿。

图2 设备连接框图

b)测试设备通电预热并达到稳定工作状态。

c)使用对应的测量路径，观察记录被测设备及其有关线缆的电磁兼容性是否满足要求。

(5)测试结果：测试结果显示，该型激励设备在RE102项(10kHz～18GHz电场辐射发射)试验过程中出现超限，试验数据如图3所示。

图3 整改前测试结果

3 电磁兼容整改

3.1 超限分析及干扰源定位

RE102属于电场辐射发射测试，是测试被测设备辐射发射到周围的干扰信号是否处于标准要求的范围之内。RE102测试超限，说明设备对周围产生的电场干扰超限，会对机上其他设备造成影响。首先应确定存在哪些主要干扰源，确定整改方向，然后抑制主要干扰源，切断干扰源间的耦合途径。最后重新测试，确定达到整改目的。

从图3可以看出，超限部分主要集中在50MHz～100MHz及180MHz～200MHz范围内。分别对控制盒和激励控制器单独进行RE102项测试，确定主要干扰源为控制盒。

使用频谱仪对控制盒进行频域分析，结果显示，在显示屏处检测到明显强度的波形，在连接器处检测到中等强度的波形。反复测试排查，确认控制盒面板上的液晶显示屏组件对试验结果的影响较大，电源模块电路也是造成超限的主要原因。

对测试波形进行解算分析，发现超限点的尖峰之间相差的频率基本是相同的，推测这些超限的频率点都是同一源产生的，以某一固定频率的倍频周期出现。核对控制盒使用的器件，发现控制盒使用的晶振频率最为接近。

3.2 整改措施

(1)针对电源模块的干扰泄漏，采取增加去耦电容的整改方式。

机载设备采用的是DC-DC电源模块，其具有较大的传导和辐射干扰。虽然设计之初已经采取了滤波措施，但未能很好地解决电路系统中存在的电磁干扰。在电路设计中，为了防止电磁干扰能量在不同电路之间转移，通常采用的方法是增加去耦电容。去耦电容在给有源器件提供直流电源的同时，还能够提供高频通道。因此，去耦电容不但能有效地减少电路上噪声的转移传播，还能有效地滤除元器件的高频噪声。采用分别在电源的输入端和输出端添加去耦电容的方法，可以在更宽的频谱范围内有效地降低电源网络内产生的各种开关噪声。

(2)针对显示屏位置的干扰泄漏问题，采取控制盒显示屏加强屏蔽层的整改方式。

在原显示屏组件设计中，考虑经济性与实用性，控制盒显示屏内已经叠加了一层透光导电聚酯膜，导电镀层外覆有一种陶制薄膜，在不影响透光性的同时，还能为导电层提供保护。透光导电聚酯膜的屏蔽作用主要是针对波的反射，而不是吸收，因此采用更换高性能屏蔽层的方法。高性能屏蔽层是一种专门为那些对屏蔽有较高要求的场合设计的屏蔽层，采用低阻抗的金属丝网层，压在两层聚丙烯树脂之间，在宽频范围内有更高的屏蔽效果。

(3)针对晶振产生的倍频辐射，采取增加限流电阻的整改方式。

在不影响设备正常工作的情况下，增大晶振电路回路的限流电阻，降低回路电流，减少辐射。

(4)调整线缆。

在不影响设备性能的前提下，适当调整线缆的走向和排列，使敏感回路与源回路正交或接近正交，降低两电路的耦合量。

缩短接地线，与外壳接地采用面接触的方式。

屏蔽线缆屏蔽层采用多点接地。

3.3 整改效果

整改后的测试结果如图4所示，可以看出，整改后该型激励设备完全通过了电磁兼容试验。

图4 整改后测试结果

4 结束语

RE102项测试对于大多数带液晶显示屏的机载设备来说，通常都难以一次性完美通过。本文从查找干扰源入手，在确定主要干扰源之后，针对不同干扰源提出了相应的整改方法。整改后，该型激励设备顺利地通过了电磁兼容试验。试验结果表明，采取的整改措施取得了非常显著的成果，为同类型试验积累了丰富的经验。在设备初样阶段开展电磁兼容测试验证设备方案设计，然后根据测试结果对设计方案进行有针对性的迭代优化，可得到事半功倍的效果。