军工电子设备电磁兼容性的试验标准和达标技术

军工电子设备电磁兼容性的试验标准和达标技术关键词：GJBI51A－97标准；电磁兼容性；电磁干扰；受测试设备；屏蔽；滤波0 引言近20年来，军工电子设备对于电磁工作环境的兼容性能日益受到重视。

EMC不仅与温度、湿度、振动等并列成为考核军工设备环境适应能力的重要指标，而且对某些军工电子设备来讲，电磁兼容性更是提到了所有各种环境要求中最重要的位置。

这是因为现代军工装备的电子化程度大幅度提高后，军工电子设备的功率谱和频率谱不断向高端和低端两个方向延伸，军工电子设备在海、陆、空各种平台上的安装密集度也大幅增加，导致各电子设备相互之间的电磁干扰(EMI)问题越来越突出。

因此，要求军工电子设备必须具有规定的电磁兼容能力已成为从事设备设计、生产、使用有关各方的共识。

为了考核军工电子设备的EMC性能，几乎所有的军工电子设备都要求必须通过国家军用标准规定的电磁兼容性试验测试。

因此，近年来有关军工电子设备电磁兼容性的试验标准和达标技术受到了前所未有的关注。

与其他环境条件的考核要求不同，“电磁兼容性”的检验不仅要考核设备对电磁环境的适应能力，还要考核该设备的存在是否会造成不利于容纳其他设备正常工作的电磁环境。

因此，电磁兼容性试验是双向性的试验，受测试设备(EUT)必须在承受外部电磁干扰和不对外产生电磁干扰两方面同时达标才算合格。

又因为电磁信号能够通过电路传导和空间辐射2种途径产生效应，所以，为使军工电子设备能够在电磁兼容性试验中达标，必须在设备的电子电气系统和机械结构系统两方面协调采取措施。

这些因素决定了电磁兼容性试验相对其他的例行环境试验来说更为复杂，达标也更不容易。

对从事军工电子设备电磁兼容性设计和试验的人员来说，除了要掌握与设备有关的专业知识和必不可少的电磁学、电子学、电工学方面的基础知识以及有关材料科学和结构设计方面的知识外，还必须熟悉有关电磁兼容性试验的军用标准，并尽可能详细地了解各项试验的物理含义及对试验测试的要求等方面的内容。

围绕GJB151A．97标准¨的主要条文，笔者结合十几年来对海、陆、空各种安装平台上的军工电子设备从事电磁兼容性设计和试验工作的实践，针对军标电磁兼容性试验的各项主要考核要求，提供一些有利于使试验项目达标的实用技术和经验。

1 GJB151A一97标准简介GJB151A．97标准全称为“军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求”，是我国为军用电子、电气、机电等设备和分系统的研制和订购制定的关于设备电磁发射和敏感度特性的国家军用标准，规定了军用设备必须满足的EMC要求。

该标准由国防科学技术工业委员会批准，发布于1997年5月23日，于1997年12月1日起实施。

与该标准密切相关并同期发布和实施的另一个标准是GJB152A－97标准[2]“军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量”，规定了GJB151A－97标准中各项试验指标的测量方法。

GJB151A－97标准的前身是发布于1986年的GJB151A－86标准，新版标准参照国外军标(主要是美国军标MIL)对老标准作了修订，对一些指标作出了更严格的要求。

根据GJB151A－97标准的规定，军用电子设备的EMC试验包括下列19项：· CE101 25 Hz～10 kHz电源线传导发射· CE102 10 kHz～10 MHz电源线传导发射· CE106 10 kHz～40 GHz天线端子传导发射· CE107电源线尖峰信号(时域)传导发射· CS101 25 Hz～50 kHz电源线传导敏感度．· CS103 15 kHz～10 GHz天线端子互调传导敏感度· CS104 25 Hz～20 GHz天线端子无用信号抑制传导敏感度· CS105 25 Hz～20 GHz天线端子交调传导敏感度· CS106电源线尖峰信号传导敏感度· CS109 50 Hz～100 kHz壳体电流传导敏感度· CS114 10 kHz～400 MHz电缆束注入传导敏感度· CS1 15电缆束注入脉冲激励传导敏感度· CS116 10 kHz～100 MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度· REIO1 25 Hz～100 kHz磁场辐射发射· RE102 10 kHz～18 GHz电场辐射发射· RE103 10 kHz～40 GHz天线谐波和乱真输出辐射发射· RSIO1 25 Hz～100 kHz磁场辐射敏感度· RS103 10 kHz 40 GHz电场辐射敏感度· RS105瞬变电磁场辐射敏感度对于各种不同的军用安装平台，上述19项EMC试验并非全部是必做的。

所谓的军用安装平台分为水面舰船、潜艇、陆军飞机(含航线保障设备)、海军飞机、空军飞机、空间系统(含运载火箭)、陆军地面、海军地面、空军地面9类。

在GJB151A－97标准中，每个试验项目对每种平台的适用性都作出了规定。

对于要求进行EMC试验的军用电子设备，通常在所有试验项目中，CE102、CSIO1、CS114、RE102、RS103这5项是最主要的必做项目。

对装载于舰船和飞机上的设备，还往往要求做CE101、CS115、CS116、RE101、RS101中的一些项，连同前述的5项，总的必做试验项目在7项到9项之间。

其余项目由订购单位根据有关规范确定是否需做试验。

2 军工电子设备的EMC特点和设计对策军工电子设备相对于一般的非军工类电子设备或非电子类军工设备来说，其电磁兼容性有如下一些特点。

1．安装密集度高。

出于战术技术方面的考虑，军工电子设备的安装非常紧凑，大量功能各异的军工电子设备密集于狭小的空间内，使得设备间的电磁干扰问题特别突出。

2．强弱信号共存。

几乎所有种类的军工电子设备都要同时处理幅度相差悬殊的强弱多种信号。

强信号对外部设备造成干扰，弱信号又对外部干扰极为敏感。

3．频谱分布广。

军工电子设备充分利用了频率资源，占用了从直流到微波的各个频带。

有的设备如雷达等工作于脉冲方式，覆盖了广阔的频率范围，对周边设备造成强烈干扰。

4．共用电源和地线。

各种安装平台上的大量军工电子设备往往共用电源和备份电源、共用地线，使得通过电源耦合和地线耦合造成的相互干扰不能忽视。

5．设备机电结构的回旋余地小。

军工电子设备结构坚固，设备内部冗余空间小。

如果在设计后期才对设备进行EMC强化，往往会与设备的原有机械结构或电气布局发生冲突，这时就难以兼顾各方面的战术技术性能指标。

由于以上这些特点，决定了军工电子设备的EMC设计比一般的电子设备更为复杂和困难，电磁兼容性试验的达标难度更高。

要设计符合GJB151A．97电磁兼容性标准的军工电子设备，首先要遵循通用的EMC 设计原则，再在这个基础上强化EMC措施，尤其要关注电源、机箱屏蔽、电路设计、接地质量这几方面。

2．1 电源和EMC的关系在GJB151A．97标准中，CE101、CE102、CE107、CS101、CS106这5项是直接与电源有关的，CS114、CS115和CS116这3项与电源电缆有关，其余辐射发射和敏感度的项目间接与电源有关。

因此可以说，军工电子设备的EMC设计，第1步要做好的就是设备电源的EMC设计。

2．1．1 电源EMC设计的主要对策(1)电源输入端的电磁屏蔽和电源线滤波。

电源线一进入机箱就要直接连接到电源滤波器上，或者采用输入端兼做电源插座的电源滤波器。

电源滤波器的安装很有讲究，滤波器的输出线要远离输入线，金属外壳要大面积接地。

如果把进出滤波器的电源线捆扎在一起，这个滤波器就几乎等于没用。

(2)使用隔离变压器。

如果采用交流电源，在成本和安装条件许可的情况下，最好使用隔离变压器。

最简单的隔离变压器是在初次级间有屏蔽隔离层的电源变压器，这种变压器能够起到安全防护、变压、隔离地线环流、提高共模干扰抑制能力等多种作用，而且其滤波特性能够和电源滤波器互补。

(3)合理设计二次电源。

设备的二次电源有开关电源和线性电源2种。

虽然开关电源对外来干扰有一定的抑制能力，但不少开关电源对外的辐射发射和传导发射过大，致使在EMC试验时，能通过敏感度项目却通不过发射项目。

因此，在低功耗电路中，如可不用开关电源就尽量不用，选用线性稳压器可避免产生对外干扰。

(4)电源的整体屏蔽。

鉴于电源部分在电子设备EMC性能方面的重要性，还可以在屏蔽机箱内部把电源部分整体再屏蔽在另一个与其它部分隔离的空间内，形成对电源的整体屏蔽。

2．2 机箱电磁屏蔽机箱电磁屏蔽是防止空间电磁辐射最基本也是最有效的办法，在GJB151A．97标准中，RE101、RE102、RS101、RS103、RS105这5项与机箱的屏蔽直接有关，其余与电缆有关的项目也间接与机箱屏蔽有关，因为电缆是要通过机箱进出的。

2．2．1 设计屏蔽机箱的几点原则(1)保证屏蔽层的导电连续性。

理论分析和EMC试验都证明，电磁屏蔽体上的细长缝隙将使屏蔽效果大打折扣。

因此，机箱结构上的所有外部缝隙都要实现连续且有良好的导电接触。

而对于直径小于屏蔽机箱厚度的小孔，一般不必担心影响EMC效果。

(2)妥善处理机箱的各种开口。

机箱开口主要用来安装开关、按钮、指示灯与显示屏等。

开口较大时，如果难以在所安装器件的前面采取屏蔽措施，也要在器件的后面加装屏蔽层(后置屏蔽法)，并对穿过屏蔽层的导线做滤波处理。

(3)正确选择和安装机箱接插件，解决电缆屏蔽问题。

进出机箱的线缆如处理不当，会减弱甚至失去机箱屏蔽效能。

因此，连接至机箱插座的外部线缆可加外屏蔽层，并且线缆的外屏蔽层要和机箱的屏蔽层保持导电连续性。

安装在机箱上的插座要选用符合军用标准的屏蔽型接插件。

机箱上安装插座的接触面不能有漆膜或涂塑层等任何绝缘材料。

(4)机箱散热最好采用自然风冷的方式，允许有一些小的散热孔。

如果要安装散热风扇的话，需要在风扇外侧安装截止波导式屏蔽通风板。

2．3 电路设计中的EMC对策电路EMC设计的基本原则已有许多文献述及，此处仅提一下几个实用的具体细节。

1)应用多层印制电路板和表面贴装元器件。

具有电源层和地线层的4层以上印制电路板的EMC特性优于普通的单、双面印制电路板，在电路设计时应尽可能采用多层板。

表面贴装元器件的等效电磁辐射面积显著小于插装式元器件，具有更好的EMC性能。

所以多层电路板加表面贴装元器件的组合应当成为符合GJBI51A－97标准要求的印制电路板设计首选。

2)信号传感器的选用和传感信号放大器的设计。

传感器一般安装在设备主机箱以外，因此，对主机箱采取的电磁屏蔽措施覆盖不到传感器。

又由于来自传感器的信号十分微弱，所以传感器经常成为电子设备中最易遭受外部电磁干扰的薄弱环节，尤其是在做RS101和RS103测试时。