《系统电磁兼容性要求》应用指南研究

2005年,国家军用标准GJB 1389A -2005《系统电磁兼容性要求》(以下简称GJB 1389A )颁布实施。

该标准是为保证我国武器系统电磁兼容性满足在复杂电磁环境条件中作战应用需求,而建立的顶层系统级电磁兼容性指标标准,是目前我国武器系统研制和应用中所急需的标准。

而我们对该标准中的指标认识还不够清晰,设计和验证方法还不明确,在使用过程中遇到了许多应用问题,分析其原因主要是该标准尚未及时配套建立相应电磁兼容性基本概念、设计、试验、分析等标准,使得该标准在执行层面上有一定的困难。

美国于2002年颁布了与GJB 1389A 内容大致相当的美军标MIL-STD-464A 《系统电磁环境效应要求》,也面临着与GJB 1389A 相同的应用困难。

为此,MIL-STD-464A 中附录了“应用指南”,用多达96页篇幅(MIL-STD-464A 正文仅17页)对标准规定的各项电磁兼容性指标逐项从指标定义、原理、应用理由、适用性、试验要求等方面进行了说明和解释,指导标准执行者正确理解和应用标准。

笔者认真分析和研究了MIL -STD -464A 的应用指南,发现对理解GJB 1389A 大有裨益。

MIL-STD-464A 中附录“应用指南”的做法给了我们启示。

GJB 1389A 作为顶层电磁兼容性指标标准,尚未配套相关应用标准时,借鉴MIL-STD-464A ,以建立“应用指南”的形式,
协助推广和贯彻GJB 1389A 是可行和有益的。

由此我们申请了课题,并完成GJB 1389A 应用指南研究,解决了实际应用问题。

1GJB 1389A 应用中存在的问题
笔者在数年应用GJB 1389A 及与同行交流中,感受到GJB 1389A 执行过程中存在着若干应用问题,见表1。

其中部分典型问题,限制了
GJB 1389A 的全面贯彻执行,这些问题及其根源可归结为下述几个方面。

1.1指标定义问题
大部分指标无定义或定义不清晰,无法清晰
GJB 1389A-2005《系统电磁兼容性要求
》应用指南研究
文
摘:针对GJB 1389A-2005《系统电磁兼容性要求》尚未配套建立相应的基本概
念、设计、试验和分析等相关标准,提出编制该标准应用指南的必要性,分析GJB 1389A 实施中暴露的部分典型问题,探讨制定应用指南的基本思路和编制的内容。

关键词:电磁兼容性;武器系统;应用指南。

孙国庆王申白文静
(北京电子工程总体研究所,北京,100854)
Application guidance researches for GJB 1389A-2005《Electromagnetic
compatability
reguirements for systems 》
理解指标,不知道指标所规定的干扰来源或机理,使得标准执行者无法确定指标是否采用和采用后的电磁兼容性设计目标和内容。

例如,船壳引起的互调干扰指标,舰面设备设计师大多不知道指标的含义。

该干扰是源于船上任意两高频(HF )辐射信号与船体结构耦合,由于船壳的非线性而产生的互调电流,互调电流产生的二次电磁辐射即为船壳引起的互调干扰。

19阶及以上互调干扰信号将覆盖舰上射频信号频段,对舰上通信、导航、搜索、探测等可能产生同频干扰威胁。

如果设计师能够清晰知道船壳引起的互调干扰的定义和原理,则可根据产品的射频信号特性来确定是否采用该项指标和开展相应的防护设计与试验。

二次电子倍增、全寿命周期电磁环境效应控制、防信息泄漏、电磁发射控制等指标也同样存在着指标定义问题。

1.2
指标适用性问题
部分指标要求没有明确指标适用对象或规定
的适用性过于宽泛,很可能造成过设计或无法实施设计。

例如二次电子倍增效应指标适用于空间设备和分系统。

但根据二次电子倍增效应的产生机理,一般而言,该类效应只发生于低气压(压强不大于0.1Pa )、较大功率(大于5W )信号传输途径中。

绝大部分空间设备均不满足发生二次电子倍增效应的条件,且若在空间设备所有信号传输路径上均实施防护设计,将是空间系统在功能、体积、重量等方面所无法承受的。

安全裕度、防信息泄漏、发射控制等指标也同样存在着指标适用性问题。

1.3设计方法问题
所有指标均没有规定设计方法,也没有推荐
参照执行的现有标准。

可以想象,设计师面对GJB 1389A 规定的14类、27项指标,尤其是诸
如不熟悉或较难理解的静电电荷控制、全寿命周期电磁环境效应控制、防信息泄漏、发射控制、频谱兼容性管理等指标,在制定设计方案时的困境。

1.4
试验方法问题
除了为安全裕度、船壳引起的互调干扰、静电电荷控制等数项指标,推荐了试验规范或试验原理外,其他指标均没有规定试验方法或标准。

对一些熟悉和理解的指标,产品设计师能够寻找到可参照执行的试验标准(如果有相应标准),并按标准实施试验;而对那些不熟悉或不理解的指标,将难于找到可采用的试验标准,即使找到了,也难以参照标准编制正确、可行的试验方案。

1.5
其他问题
GJB 1389A 应用还有其他一些问题,诸如指标目的不明确可能使标准执行者误解和抵触。

例如:舰船直流磁场环境指标的最终目的是消除舰船固有直流磁场,避免被磁性水雷攻击;电磁发射控制的目的是实现电子静默,避免被敌方侦测到。

设计师只有知道指标的目的,才能理解指标的重要性和易于接受指标。

2编制标准应用指南的基本思想
GJB 1389A 是我国唯一用于电磁环境防护的系统指标标准,在很大程度上影响着我国武器装备对日益复杂电磁环境的整体防护能力。

如何有
表1
GJB 1389A 应用中部分典型问题汇总
序号指标项目主要应用问题
1
安全裕度
指标定义不清晰,使指标应用和设计方法有偏差
2船壳引起的互调干扰指
标无定义,不清楚干扰机理,无法确定指标是否采用
3
二次电子倍增
干扰机理不清楚,无相应设计和试验规范
4
外部射频电磁环境
指标规定的电磁环境条件远超过了实际环境,但没有指标剪裁方法和高场强试验方法
5
舰船直流磁场环境
指标目的和干扰机理不清楚,无法确定指标是否采用
6
沉积静电控制
指标定义不清晰,不清楚沉积静电的危害、来源和重点危害对象,无法确定指标是否采用
7
发射控制
指标无定义,不清楚指标应用的意图是什么,无法确定指标是否采用
8
频谱兼容性管理
没有适用的设计和试验规范
效实施该标准,将标准规定的指标落实到武器装备中,成为一项急迫工作。

美军标MIL-
STD464A给出了应用指南,以及时并有效地推广标准的做法,值得我们效仿。

笔者在数年前就已针对本企业产品电磁特性和电磁环境防护需求,开展了GJB1389A应用指南的研究和编制工作,并与GJB1389A执行者——
—产品设计师进行了探讨,认为:应用指南应立足于其能够替代尚未配套的设计、试验等标准,且通俗易懂、简练实用、内容全面,能够有效指导设计师采用指标和开展相关设计、试验等电磁兼容性工作。

GJB1389A应用指南研究编制的基本思想应包括以下几方面。

a)指标定义明确,概念清晰。

参照现有相关标准或参考相关技术资料,明确定义各项电磁兼容性指标及其目的,并详细规定电磁干扰的来源和干扰机理,使标准执行者能深刻理解和采用指标。

b)采用现有设计和试验标准或成熟方法。

我国已经有国家标准、国家军用标准、行业标准、企业标准的多种形式,基本健全了电磁兼容性标准体系。

现有大量电磁兼容性相关标准,使得GJB1389A规定的大部分指标都有设计标准和试验标准;少部分指标无适用标准,可参考现有技术资料,直接给出成熟的设计、试验方法或原理,指导和方便产品设计师开展电磁兼容性设计和试验。

c)采用新技术、新概念,解决技术和应用条件的不足。

少部分指标的设计和试验技术或条件还不完全具备,应采用新技术、新概念给予解决或部分弥补。

诸如目前不具备高辐射场强试验条件,可以利用场线耦合线性关系,借助低场强试验结果来推算高场强试验结果。

d)参考MIL-STD-464A应用指南。

美军标MIL-STD-464A与GJB1389A内容基本相同, MIL-STD-464A的应用指南,对各项指标给予了较明确的定义和用实例进行了说明,并给出了指标采用的理由、干扰机理等,这些均可以在制定GJB1389A应用指南时参考、借鉴。

e)借鉴电磁兼容性工程经验。

在长期的电磁兼容性工作中积累了大量工程经验,可以在应用指南中以设计案例、电磁干扰故障案例的形式,指导和提醒设计师正确开展电磁兼容性设计、试验等相关工作。

3应用指南的主要内容
根据GJB1389A应用指南研究的基本思想,应用指南的指导性、实用性需求以及标准的可操作性与内容要求,应用指南研究重点内容应包括电磁兼容性指标要求与定义、指标的适用性、指标的采用理由与条件、指标剪裁原则、设计方法、试验方法和分析方法等。

3.1电磁兼容性指标要求与定义
GJB1389A规定的部分电磁兼容性指标不完全,应根据预计的最强电磁环境,给出应防护的电磁环境(干扰)类型、极限值、频率范围或波形,完善指标。

若未具体规定指标,可根据电磁兼容性需求和相关标准规定,论证并规定适用指标。

例如,GJB1389A只规定了天线安装的电搭接要求,未规定具体指标。

但可论证确定是否采用QJ992-1986《导弹运载火箭电气和电子设备安全通用技术条件》(规定该搭接电阻应不大于2.5mΩ)等相关标准规定的具体搭接指标。

参照GJB72A-2002《电磁干扰和电磁兼容性名词术语》等相关电磁兼容性基本概念标准或相关技术资料,给出各项电磁兼容性指标的详细定义,使设计师理解和准确掌握指标。

例如,安全裕度指标,很多设计师将其简单理解为电磁兼容性设计余量。

但提出该指标的MIL-STD-464A 在其应用指南中明确规定,此项指标是针对生产过程的不一致性和检验过程的不确定性而提出的功能健壮性要求,相对设计余量,具有完全不同的概念和设计方法。

3.2电磁兼容性指标的适用性
为了使设计师能准确地将电磁兼容性指标落实于应防护的产品和电磁干扰,应根据GJB 1389A规定、参照MIL-STD-464A应用指南和电磁干扰机理,论证各项电磁兼容性指标的适用性。

产品适用性:明确指标适用于何种产品。

诸如安全裕度指标适用于集成设备,不适用于单个产品;射频电磁环境适用于直接暴露于环境
中的
设备,不适用于受到方舱等保护的内部设备;沉积静电控制指标只适用于高速飞行器等。

电磁干扰适用性:明确指标适用于何种电磁干扰。

诸如安全裕度适用于集成设备遭遇的所有传导和辐射干扰;船壳引起的互调干扰指标适用于高频辐射信号,而不适用于微波辐射信号等。

3.3电磁兼容性指标的采用理由与条件GJB1389A规定的各项指标都有其充分理由,也都是从现实电磁干扰效应及其案例中提炼出来的,可以总结部分典型电磁干扰案例,提示设计师采用指标的重要性和必要性,这对实施标准极其有益。

指标都是有采用条件的,诸如二次电子倍增效应只发生于特定气压和功率条件下,必须在应用指南中明确规定,以避免设计出现大的偏差。

3.4电磁兼容性指标剪裁原则
GJB1389A规定的电磁兼容性指标是通用指标,大多数指标必须根据实际需求进行一定程度的剪裁,以避免造成过、欠或多余设计。

应根据GJB1389A规定和企业产品电磁特性及应用电磁环境,参照MIL-STD-464A应用指南,论证并明确规定各项电磁兼容性指标的剪裁要求或原则,指导设计师合理剪裁采用指标。

例如,GJB1389A规定的外部射频电磁环境条件在部分频段远高于舰面武器装备实际电磁环境,若按该条件进行的防护设计,其难度之大是无法接受的,甚至对武器装备的性能和舰船战斗力都有较大影响。

然而规定的电磁环境条件是规定的雷达在规定的距离处的辐射电场最大电平,可以由根据实际舰面雷达及其距离计算得出的辐射电场最大电平替代,这就大大缓解设计难度。

又如,全寿命周期电磁环境效应控制完全可以并入可靠性、环境适应性、维修性和测试性工作,简化电磁环境防护工作。

3.5电磁兼容性设计与试验方法
为了方便和指导设计师按照GJB1389A要求,开展电磁兼容性设计和试验,应根据GJB 1389A要求、电磁干扰原理和现有相关电磁兼容性标准,论证并推荐适用或可以参照执行的标准。

目前,我国已经制定了大量可在实施GJB 1389A中参照采用的电磁兼容性设计与试验标准;若无适用标准,可以根据相关技术资料,直接给出方法或原理。

诸如二次电子倍增设计没有标准,但相关设计资料中给出了详细设计方法,包括改变信号传输途径的缝隙宽度、填充电介质、充惰性气体、选择适当材料等方法,可以有效防止二次电子倍增效应发生。

诸如发射控制没有适用的试验标准,但可以论证用GJB152A-
1997《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》中规定的CE106或RE102试验方法替代。

3.6电磁兼容性分析方法
电磁兼容性分析是建立电磁兼容性设计方案与评估设计效果所必须开展的工作,应根据GJB 1389A要求和电磁干扰原理,论证并给出指标分析方法。

目前尚没有电磁兼容性分析的相关标准,但有我们已得到工程应用的大量相关分析技术资料可以在应用指南中提供给设计师。

诸如频谱兼容性管理分析包含的同频频谱分析、中频分析、镜像频率分析、互调频率分析等都有具体的数学解析式,并易于设计师掌握和应用。

4标准应用指南的效果与展望
笔者已经根据本企业产品电磁特性及其应用中电磁环境防护需求,编制了适用于本企业的GJB1389A应用指南,并在数个在研系统中试用了一段时间,在指导设计师理解标准和开展电磁兼容性设计、试验等方面取得了良好的效果,获得设计师的普遍认可。

GJB1389A应用指南的作用大大超过配套设计、试验等标准,内容更加全面、丰富,更贴近实际需求,能够提供给设计师在理解指标、执行设计等相关技术工作时需要的一切信息,对设计师具有更强的实际指导意义,对全面实施标准可起到事半功倍的效用。

本文结合GJB1389A贯彻实施的重要意义与需求、应用中存在的问题和制定适用于本企业的GJB1389A应用指南的切身体会,提出了各企业、单位针对产品电磁兼容性需求,以编制GJB1389A应用指南的方式实施GJB1389A的思路,详细探讨了制定GJB1389A应用指南的基本思想和编制的内容。

(下转第79页)
各行业和企业在实施GJB1389A时,应根据产品电磁特性,尤其考虑严酷的未来作战电磁环境,积极制定GJB1389A应用指南,用于指导设计师贯彻落实GJB1389A标准,全面、有效地开展相关电磁兼容性设计、试验等工作,对保证系统电磁兼容性满足在复杂电磁环境中应用需求是极其有益和必要的。

作者简介:
孙国庆(1954—),男,研究员。

王申(1983—),男,硕士,工程师。

白文静(1983—),女,硕士,工程师。

了重点考虑。

另外,在实际生产、试验过程中通过失效分析发现的一些质量隐患,也在新的规定中通过增加相关复验项目得以完善。

5.4.1T4态2A12铝合金增做低倍检测项目
由于LY12合金的优越性能,广泛应用于我院多种航天产品,属于成熟材料。

在GB3880-84《铝及铝合金板材》中,状态为CZ的LY12合金板,按照原“复验规定”的要求,检测项目是化学、拉伸、显微等三项检测。

LY12在2004年用于某型号中曾出现严重质量问题,在进行质量归零分析过程中,发现LY12合金板由于夹杂和Cu元素分布偏析造成热处理后批次性开裂,如果在复验阶段增加低倍组织的检测,可以较早发现问题,所以在金属材料复验规定(GB/T 3880-1997《铝及铝合金板材》)编制时,对T4状态的2A12加做低倍组织的检验(T4状态的2A12相当于CZ态的LY12),使复验真正起到把关作用。

5.4.2TC4合金棒材增做显微及100%超声检测试验项目
GB2965-87《钛及钛合金棒材》中TC4合金按照原《金属材料复验规定》的要求,检测项目只做化学、拉伸、冲击、低倍四项检测。

该合金在应用于航天产品某型号中的活塞连杆时发生漏油现象,分析查找其主要原因,发现TC4合金存在微裂纹造成漏油,针对该情况,在新编制的复验规定中对TC4合金加做显微组织分析和100%超声检验试验项目。

5.4.3Q235合金钢检测Si元素的必要性
Q235合金钢是我院近年来使用较多的材料之一,送检单位主要是699厂。

由于Q235合金钢的性能同16Mn较为接近,所以送检单位一般都引用16Mn的标准。

材料牌号的不一致,造成引用标准混乱以及检测项目上无据可依,按照
16Mn的标准,化学元素只要求检测C、S、P、Mn,但是在利用直读光谱仪器检测中发现,该材料中的Si元素常常超标,不符合标准要求。

Si 元素在合金钢中属有害元素之一,Si的超标会降低合金钢强度和韧性,因此建议增加Si元素的检测。

《金属材料复验规定》的标准化工作与航天产品型号研制的关系极为密切,是型号研制工作中一项极为重要的基础技术工作。

标准汇编是航天产品型号大量研制经验和教训的总结与升华,是规范化的技术文件,是航天产品型号研制规律的载体。

因此,健全和完善《金属材料复验规定》,并以此为契机,构建好航天产品型号标准体系,制定一批高质量、有影响和“龙头性”的标准或标准化技术文件,并保持动态修改,以适应信息技术实施的新问题是很有必要的。

只有这样,航天产品型号标准化工作才能在型号研制中产生影响、发挥作用,才能真正体现标准化工作的实用性和有效性,从而推动航天产品型号研制工作不断向前发展。

作者简介院
姚学松(1970—),女,大学本科,工程师,专业方向:金属、非金属材料理化及无损检测分析与质量评价。

(上接第75页)
GJB 1389A-2005《系统电磁兼容性要求》应用指南研究
作者：孙国庆， 王申， 白文静
作者单位：北京电子工程总体研究所 北京 100854
刊名：
航天标准化
英文刊名：Aerospace Standardization
年，卷(期)：2013(z1)
引用本文格式：孙国庆.王申.白文静GJB 1389A-2005《系统电磁兼容性要求》应用指南研究[期刊论文]-航天标准化 2013(z1)。