1、學(xué)術(shù)平臺(tái)電子科學(xué)技術(shù)評(píng)論33電子信息系統(tǒng)電磁兼容性測(cè)試研究賈翠霞(中國(guó)電子科學(xué)研究院,北京100041)摘要本文主要介紹了系統(tǒng)電磁兼容性測(cè)試的必要性及復(fù)雜性,分析了系統(tǒng)所處平臺(tái)環(huán)境上電磁干擾產(chǎn)生的途徑,并詳細(xì),了系統(tǒng)電磁兼容性控制的常用措施。關(guān)鍵詞系統(tǒng);規(guī)劃,往往導(dǎo)致系統(tǒng)電磁兼容性測(cè)試的重復(fù)性較差,1引言現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)又是電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn),大量雷達(dá)、通訊與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用,以及人為和自然電磁干擾,使得電磁環(huán)境異常復(fù)雜。軍用裝備系統(tǒng)包含上十個(gè)分系統(tǒng)和上百臺(tái)設(shè)備,以及有關(guān)的保障系統(tǒng)和操作指揮人員。工作平臺(tái)空間狹小,有限頻帶內(nèi)工作頻率密集,單位體積內(nèi)電磁功率密度增大,高低電平器件或裝置的混合使用,設(shè)備敏感度提

2、高等因素導(dǎo)致系統(tǒng)電磁兼容性能進(jìn)一步惡化,致使系統(tǒng)電磁兼容問(wèn)題更加復(fù)雜。任何一個(gè)系統(tǒng),要使其在整個(gè)壽命期內(nèi)都能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)、完成既定使命,必須要研究電磁兼容性設(shè)計(jì)。尤其在大系統(tǒng)聯(lián)試時(shí),無(wú)法快捷準(zhǔn)確的將電磁兼容性問(wèn)題分解、定位,造成大量測(cè)試工作的反復(fù)。與其他問(wèn)題不同,電磁兼容問(wèn)題往往在系統(tǒng)安裝聯(lián)試時(shí)才暴露出來(lái),這將產(chǎn)生兩種嚴(yán)重的后果:一是造成系統(tǒng)研制周期加長(zhǎng);二是所存在的問(wèn)題不易徹底解決。目前我們正面臨著各種新研裝備數(shù)量在不斷增加,研制周期在不斷縮短的形勢(shì),迫使原有的研究體制及方法隨之改變,必須從“方案論證(設(shè)備選型)樣品研制樣品調(diào)試正式生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)試”等各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)電磁兼容設(shè)計(jì)和對(duì)電磁兼容性能進(jìn)行

3、監(jiān)控。在上述各個(gè)環(huán)節(jié)中,電磁兼容測(cè)試都是必不可少的關(guān)鍵部分,否則將難以保證系統(tǒng)的綜合性能。值得注意的是,對(duì)系統(tǒng)(分系統(tǒng))的電磁兼容測(cè)試,往往是結(jié)合在其他系統(tǒng)聯(lián)試時(shí)進(jìn)行,這樣會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題:一是系統(tǒng)聯(lián)試功能繁雜,對(duì)于所出現(xiàn)的故障無(wú)法明確究竟是電磁兼容問(wèn)題還是其他功能問(wèn)題;二是對(duì)實(shí)際存在的電磁兼容問(wèn)題難以做到有效的分解定位及排除。因此,必須在系統(tǒng)聯(lián)試前就先期進(jìn)行專門的電磁兼容性測(cè)試。2系統(tǒng)EMC測(cè)試的復(fù)雜性及重要性電磁兼容性測(cè)試分為設(shè)備(分系統(tǒng))級(jí)測(cè)試和系統(tǒng)級(jí)測(cè)試兩大類,設(shè)備未安裝到平臺(tái)前進(jìn)行的電磁兼容性測(cè)試一般比較成熟,可依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施。相比之下,由于缺乏統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范,系統(tǒng)級(jí)測(cè)試研

4、究幾乎是空白。其困難主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一是各種平臺(tái)間測(cè)試方法的可借鑒性較差;二是測(cè)試需結(jié)合實(shí)際環(huán)境或在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行;三是即使針對(duì)同一受試對(duì)象,由于沒(méi)有對(duì)測(cè)試項(xiàng)目的分類3電磁干擾分析本文所說(shuō)的系統(tǒng)是指可以完成某一規(guī)定使命或任務(wù)的設(shè)備(或分系統(tǒng))的集合體,例如一艘艦艇、一34電子科學(xué)技術(shù)評(píng)論2005年第2期架飛機(jī)、一枚導(dǎo)彈都可看作一個(gè)系統(tǒng),而艦艇或飛機(jī)上的通訊或?qū)Ш较到y(tǒng)等也可看作一個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)由于所擔(dān)負(fù)的使命或任務(wù)的不同,所包含的設(shè)備、分系統(tǒng)的范圍也不同,但就電磁干擾方面而言卻存在很多共性的地方,如工作平臺(tái)空間有限,存在電子設(shè)備多、發(fā)射功率大、接收設(shè)備靈敏度高、電磁頻譜異常復(fù)雜、工作頻率重疊嚴(yán)重

5、、電源種類多樣化等眾多不利于電磁兼容的因素。從干擾途徑看,平臺(tái)上各類設(shè)備主要通過(guò)供電系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、互連系統(tǒng)以及空間輻射產(chǎn)生電磁干擾耦合,尤其在局部空間集中了各種天線,大功率發(fā)射天線對(duì)敏感度很高的接收天線、同頻帶發(fā)射天線對(duì)同頻帶接收天線都將產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾(如諧波干擾、鄰道干擾等),這些都將使電磁干擾的控制存在非常大的難度。大型系統(tǒng)的系統(tǒng)間EMC試驗(yàn)一般無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室作直接測(cè)試。多數(shù)情況是靠基本測(cè)試數(shù)據(jù)分析給出合理預(yù)估結(jié)論。系統(tǒng)內(nèi)的EMC測(cè)試,在條件允許時(shí)應(yīng)在EMC實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。這樣可以模擬自由空間,不受外界影響,反映的是系統(tǒng)內(nèi)的真實(shí)情況。下面重點(diǎn)研究電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度試驗(yàn),其測(cè)試結(jié)果是被

6、測(cè)試系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)來(lái)源,常成為系統(tǒng)級(jí)EMC分析的主要依據(jù)。511電源線傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試該試驗(yàn)的目的是防止負(fù)載降低電源系統(tǒng)的品質(zhì)。通過(guò)使用LISN,可以獲得發(fā)射電流在特定阻抗上的電壓值同,。體現(xiàn)在電場(chǎng)輻射發(fā)射試驗(yàn)中。當(dāng)電源線上有較強(qiáng)的高頻發(fā)射時(shí),電場(chǎng)輻射發(fā)射會(huì)超標(biāo)。另一方面,電源線傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)也保證了10MHz以下電場(chǎng)輻射發(fā)射試驗(yàn)?zāi)軌蚝细?。在具體工程中,理解二者的關(guān)系十分重要。第一,在制定EMC試驗(yàn)計(jì)劃時(shí),應(yīng)該首先進(jìn)行電源線傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn),該項(xiàng)試驗(yàn)簡(jiǎn)單,費(fèi)用低,一旦試驗(yàn)失敗,沒(méi)有必要進(jìn)行更復(fù)雜、昂貴的電場(chǎng)輻射發(fā)射試驗(yàn)。第二,在對(duì)電源線的傳導(dǎo)發(fā)射抑制進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),絕對(duì)不能僅考慮對(duì)10MHz以下的頻率成份進(jìn)

7、行抑制,要考慮到電場(chǎng)輻射發(fā)射試驗(yàn)所覆蓋的頻率范圍(1GHz以上)。第三,當(dāng)被測(cè)件的電場(chǎng)輻射發(fā)射試驗(yàn)失敗時(shí),首先要檢查電源線上的高頻發(fā)射。4,。被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地,測(cè)試儀器的布置擺放、監(jiān)視設(shè)備的接入、電源的連接等均需事先予以安排和準(zhǔn)備。應(yīng)根據(jù)被測(cè)系統(tǒng)所處的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行配置,最大限度地接近實(shí)際的使用條件,如各組成設(shè)備應(yīng)按實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行連接和擺放,電纜的位置模擬真實(shí)使用情況,并且采用工程用的真實(shí)電纜,再現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)際工作狀況,以便為系統(tǒng)后期電磁兼容排故、修改兼容方案提供驗(yàn)證手段。測(cè)試時(shí)應(yīng)使整個(gè)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài),使可能產(chǎn)生干擾的設(shè)備工作在最大功率與關(guān)鍵頻率,使那些可能受擾設(shè)備以最敏感的方式工作。并選

8、擇合適的關(guān)鍵點(diǎn)或關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行測(cè)試,它們應(yīng)是便于監(jiān)測(cè)的、對(duì)干擾最為敏感的點(diǎn)。512天線端子傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試該試驗(yàn)采用定向耦合器法進(jìn)行測(cè)量,通過(guò)定向耦合器將大功率的發(fā)射機(jī)天線輸出接至模擬負(fù)載,通過(guò)定向耦合器的耦合端測(cè)量天線端口的傳導(dǎo)發(fā)射。由于耦合出的載波功率仍很大,超出了接收機(jī)的幅度測(cè)量范圍,而所測(cè)的傳導(dǎo)發(fā)射值遠(yuǎn)小于載波功率,因此需要將發(fā)射機(jī)的載波頻率抑制掉,即在測(cè)量接收機(jī)和定向耦合器的耦合輸出端之間接入抑制網(wǎng)絡(luò),其功能類似帶阻濾波器,將載頻抑制掉。該試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證通過(guò)分系統(tǒng)天線端子非預(yù)期發(fā)射造成的平臺(tái)電磁噪聲是否超標(biāo)。5測(cè)試項(xiàng)目的說(shuō)明系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性測(cè)試包括:系統(tǒng)內(nèi)分系統(tǒng)設(shè)備相互作用試驗(yàn),系統(tǒng)內(nèi)關(guān)

9、鍵分系統(tǒng)設(shè)備安全系數(shù)測(cè)試,系統(tǒng)內(nèi)互調(diào)干擾測(cè)試,系統(tǒng)天線間干擾耦合測(cè)試,系統(tǒng)電源特性測(cè)量,系統(tǒng)電磁環(huán)境測(cè)量,系統(tǒng)雷電試驗(yàn),系統(tǒng)EMP試驗(yàn),系統(tǒng)電搭接測(cè)量,系統(tǒng)電氣安全接地測(cè)量,系統(tǒng)間電磁相互作用試驗(yàn)。具體測(cè)試項(xiàng)目的選擇還要依據(jù)被測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)及平臺(tái)環(huán)境而定。學(xué)術(shù)平臺(tái)電子科學(xué)技術(shù)評(píng)論35513電源線尖峰信號(hào)傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)視測(cè)量端接示波器,電源線上產(chǎn)生的尖峰信號(hào)通常在設(shè)備和分系統(tǒng)中操作開(kāi)關(guān)、繼電器閉合瞬間出現(xiàn),屬于瞬態(tài)干擾,測(cè)量過(guò)程中要不斷做開(kāi)關(guān)動(dòng)作,通過(guò)具有一定帶寬及存儲(chǔ)功能的示波器捕捉和測(cè)量。測(cè)試并記錄一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的尖峰干擾最大值,將其與極限值比較,評(píng)價(jià)結(jié)果是否超標(biāo)。時(shí),這個(gè)頻

10、段卻幾乎沒(méi)有問(wèn)題。該項(xiàng)測(cè)試針對(duì)不同環(huán)境下的設(shè)備所要求的極限值不同。517電場(chǎng)輻射敏感度測(cè)試滿足該項(xiàng)測(cè)試要求的目的是保證受試設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)有發(fā)射天線的情況下,不會(huì)出現(xiàn)降級(jí)或失效。測(cè)試應(yīng)選擇在系統(tǒng)最為敏感的點(diǎn)進(jìn)行,其中正確選擇敏感度判據(jù)也是十分重要的,它將決定測(cè)試結(jié)果是否能全面有效地評(píng)估系統(tǒng)的抗擾性能。不同測(cè)量頻段或處于不同平臺(tái)環(huán)境,試驗(yàn)照射場(chǎng)強(qiáng)的大小也不相同。514電場(chǎng)輻射發(fā)射測(cè)試該項(xiàng)測(cè)試的主要目的是防止對(duì)現(xiàn)場(chǎng)高靈敏度接收機(jī)形成干擾,大部分調(diào)諧式接收機(jī)的靈敏度可以V,因此我們對(duì)這項(xiàng)指標(biāo)要求十分嚴(yán)格。測(cè)達(dá)到1試前應(yīng)首先對(duì)環(huán)境電磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量,并且只有環(huán)境6dB。件1m,112m,并且應(yīng)使測(cè)量天線對(duì)準(zhǔn)被測(cè)

11、系統(tǒng)各設(shè)備的最大發(fā)射面。測(cè)試需在水平和垂直兩種天線極化方向進(jìn)行,并要求測(cè)得的最大發(fā)射值不能超出相應(yīng)的極限值。6系統(tǒng)標(biāo)之一。限制值或施加干擾量進(jìn)行適當(dāng)修改,才能通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析,確定系統(tǒng)當(dāng)前設(shè)計(jì)狀態(tài)是否能夠兼容地工作在環(huán)境平臺(tái)上。安全裕度通常有四種試驗(yàn)方法:一是將規(guī)定的安全裕度(例如6dB)人為地從敏感度閾值上減去,使受試系統(tǒng)對(duì)于干擾更為敏感;二是在系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾的設(shè)備工作情況下,測(cè)量關(guān)鍵接口處的傳導(dǎo)干擾和所研究設(shè)備處的輻射干擾,然后與實(shí)驗(yàn)室里測(cè)量的敏感度結(jié)果進(jìn)行比較,就可以確定安全裕度,只要系統(tǒng)的試驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)室敏感度的試驗(yàn)方法之間具有類似性,這一比較就是正確、有效的;三是首先在干擾發(fā)生器

12、工作時(shí),測(cè)量關(guān)鍵接口點(diǎn)的最大干擾信號(hào),然后再向系統(tǒng)加入同樣性質(zhì)的、增加了規(guī)定安全裕度的信號(hào),如果系統(tǒng)性能沒(méi)有下降,就驗(yàn)證了安全裕度滿足要求;四是增加干擾源與敏感設(shè)備間的耦合度。如減少收發(fā)天線間距離、減少極化損失或減小饋線損耗。在系統(tǒng)聯(lián)試前,結(jié)合測(cè)得的安全余量,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行電磁兼容性試驗(yàn),可減少實(shí)際工程中由于天線相對(duì)位置不可變、外場(chǎng)輻射功率電平受限等因素帶來(lái)的不便,易于全面掌握系統(tǒng)EMC性能。515電源線傳導(dǎo)敏感度測(cè)試該項(xiàng)測(cè)試要求的目的是保證設(shè)備不會(huì)由于使用現(xiàn)場(chǎng)電源紋波過(guò)大而降級(jí)或失效。這個(gè)試驗(yàn)僅對(duì)電源線的高端進(jìn)行,干擾串聯(lián)在電源線上,因此是一種差模干擾。共模型的干擾對(duì)設(shè)備的影響體現(xiàn)在電纜束注

13、入傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)和電場(chǎng)輻射敏感度試驗(yàn)中。在電源線傳導(dǎo)發(fā)射和電源線傳導(dǎo)敏感度限值之間存在著26dB的差別,這絕不是富裕量。因?yàn)?電源線傳導(dǎo)發(fā)射僅是對(duì)單臺(tái)設(shè)備提出的限制,整個(gè)電網(wǎng)上會(huì)有多臺(tái)設(shè)備,這些設(shè)備發(fā)射的干擾疊加起來(lái)會(huì)接近電源線傳導(dǎo)敏感度的限值。516電纜束注入傳導(dǎo)敏感度測(cè)試這個(gè)試驗(yàn)?zāi)M了現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射天線在電纜上感應(yīng)出的電流對(duì)設(shè)備的影響。由于尺寸和場(chǎng)模式的關(guān)系,輻射敏感度試驗(yàn)在低頻段很難在電纜上激勵(lì)起與工作現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)的干擾電流。如在短波頻段發(fā)射機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)在實(shí)際工程中通過(guò)電纜耦合產(chǎn)生了大量的問(wèn)題,但是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行輻射敏感度試驗(yàn)7系統(tǒng)電磁兼容性控制措施通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)上形成電磁干擾的三個(gè)因素電

14、磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備的分析,常采36電子科學(xué)技術(shù)評(píng)論2005年第2期用以下措施加以控制:1)天線合理布局。如增大收發(fā)天線距離;利用平臺(tái)結(jié)構(gòu)遮擋及控制天線指向等進(jìn)行空間隔離;2)嚴(yán)格限制發(fā)射機(jī)諧波、雜波等寄生發(fā)射。如增大發(fā)射天線帶外損耗或發(fā)射機(jī)天線端加濾波器;3)接收設(shè)備前端加固以提高其亂真響應(yīng)抗擾性或采用靜噪、相關(guān)接收等措施;4)頻率避讓。對(duì)于同頻干擾,通過(guò)頻率選擇,錯(cuò)開(kāi)工作頻率;對(duì)于鏡頻干擾,發(fā)射頻率避開(kāi)接收機(jī)鏡頻和其他亂真響應(yīng)頻率;5)分時(shí)工作或信號(hào)閉鎖(消隱);6)頻率管理、規(guī)劃任務(wù)剖面。如發(fā)射機(jī)預(yù)留信道,保護(hù)重要接收通道;7)對(duì)線纜間串?dāng)_的控制,除采用屏蔽線纜外,還需按用途進(jìn)行線纜分類,并注意將可能產(chǎn)生串?dāng)_的線纜束分開(kāi)鋪設(shè);8),即各類,從而最大限度的減少地電路帶來(lái)的串?dāng)_。由于系統(tǒng)實(shí)際的電磁環(huán)境遠(yuǎn)比理論預(yù)計(jì)的復(fù)雜,控制措施一般只是在系統(tǒng)電磁兼容分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)而提出的。其有效性還需通過(guò)研制過(guò)程中大量電磁兼容試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。8結(jié)語(yǔ)總之,對(duì)于系統(tǒng)級(jí)EMC試驗(yàn)一定要作好充分準(zhǔn)備,特別要對(duì)設(shè)備和分系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)內(nèi)EMI、EMS測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。對(duì)于有可能發(fā)生干擾的收發(fā)對(duì)安排重點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證,這樣才能有的放失,達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?。參考文獻(xiàn)2.,2