摘要
在弹载电子设备中，电子兼容性至关重要。良好的电磁兼容性设计能够有效减少电磁干扰对于设备的影响，提升弹载电子产品的稳定性和可靠性，提升武器装备应对复杂电磁环境的能力。本文基于电磁兼容性的技术基础，结合电磁兼容性试验数据，分析了弹载电子设备电磁干扰的来源以及影响，并就弹载电子设备电磁兼容性设计进行研究。
0.引言
在机载和外挂电子设备不断增多，弹载电子设备集成度不断增高，战场电磁环境下不断复杂的情况下，弹载电子设备的抗干扰性能和电磁兼容问题的好坏直接影响着机载武器性能甚至于空战的结局。弹载电子设备是导弹的核心控制设备，是导弹制导和控制信息处理的硬件平台，承担对外与载机通信，与弹上其他设备的通信，与弹上其他设备进行模拟量、数字量信号交互。担负着信息收集、处理及分发的重任，是导弹武器的核心中枢，其抗电磁干扰问题至关重要。
1.航天产品电磁环境问题
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。随着航天电子技术的不断发展，弹载电子设备使用越来越广泛，弹载电子设备集计算、处理和通信功能于一体，大大的提升了导弹各项功能、性能指标，但同时使得使用电磁环境变得更加复杂。尤其对于航天弹载电子产品应用于复杂的弹上、弹外环境，加之战场电磁环境不断复杂的情况下，弹载电子产品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。本文通过分析弹载嵌入式电子产品电磁兼容问题产生的原因及传播途径，提出了一整套有效抑制电磁干扰的设计方法。
2.电子设备电磁兼容性
电磁兼容性问题的产生，一般需要满足必要条件：干扰源、传播途径和干扰接收设备。也就是说需要电磁发射源，传播途径以及容易受到电磁干扰设备(器件)。
对于挂载在飞机外侧的弹载电子产品，就其产品本身以及同弹载的其他电子系统内的多个产品均在同时动作，相互之间的安装距离也非常紧密，故弹载电子产品的电磁兼容性问题还具有以下特点：电磁干扰源多、辐射功率大，尤其是存在雷达发射信号、无线通信信号、等辐射源，如果产品的电磁兼容性设计控制不当，会严重影响其他设备工作的稳定性；另外、辐射信号的频谱和带宽，不同频段的多个电子产品同时工作，设备的二次谐波和多次谐波分量，也可能造成产品工作的不稳定性问题。
3.电磁兼容性试验
按照GJB151B-2013 标准，军用电子设备需要通过多项电磁兼容试验。并根据不同平台实际使用环境的不同，选择的电磁兼容性试验项目和标准也有所不同。其中CE102试验为10kHz-10MHz 电源线传导发射，是电磁兼容性试验项目中较难通过的一项。CE102项试验名称为电源线传导发射试验,其目的是控制设备在较低频段工作时，通过电源线以传导的方式对外造成干扰。
CE102项试验内容为测量试样设备整机输入电源线上10kHz~10MHz 的传导发射是否超出规定要求。试验时，按照GJB151B的要求，按照基本测试配置连接试验设备和测试系统。试验开始前，需要对测试系统进行误差校准工作，校准的方法是将测试设备通过线性阻抗稳定网络连接到电源上，测试系统通电预热稳定后，在LISN 电源输出端施加GJB151B 要求的校准信号，在设备正常的状态下，测试通过LISN 耦合的干扰电压，检查测试系统的测量误差在国军表允许的容差范围内。
CE102项试验典型的测试结果如图1 所示。由图可见，被测试产品在10KHz-100KHz与2MKHz-2.5MHz频段范围内出现超差。其中低频段呈现为连续产超差，最大超差大约为20db左右。在2MHz频率附近出现尖峰超差，超差幅度不大，约为7db左右。两处超差需进一步进行优化设计，满足电磁兼容试验要求。
4.分析以及改进措施
根据产品内部电路特性分析，其低频段超差很可能是有限DCDC二次电源中的PWM工作产的。产品内部包含DC/DC电源共5颗，其工作频率涵盖40K~600K不等。受产品设计体积以及重量限制，在一次电源入口处的滤波电路设计值选用一级滤波模块作为滤波器，滤波模块后端接DC/DC模块数量超过了推荐数量。另外，个别DC模块只使用了LC滤波电路，没有配置专用的滤波器。由于上述原因，产品未能有效抑制低频干扰通过电源线向外传导，需要改善产品对低频电源噪声的抑制能力。
3.2.3 改进方案
PCB板上时，较长的走线会产生感性负载特征。另外，感性布置在PCB上的位置也会产生对其他走线或者器件的感性负载耦合。如果是总线结构的电路，设计时感性负载的影响不可小视，是必须考虑的关键因素之一。印制线一般较短，且频率很高，所以通常不考虑电阻的作用。影响高频传输线特性的主要作用因素为单位长度电感L和电容C，因为不考虑线条衰减，只要两个参数即可决定印制线的传输特性。
为降低电感产生的电磁场对敏感电路的耦合干扰，可采取在干扰源与敏感设备电路之间增加导电性能好的金属屏蔽体，并将屏蔽体良好接地，实现阻隔串扰信号【2】。或者在PCB布线时，尽可能将敏感线路的走线远离电感、DC电源、mos管等功率型频率器件，从而减少电磁耦合的比例。辐射电场对敏感电路的耦合干扰电压大小取决于电场电压、耦合电容和屏蔽体接地电阻之积。因此通过设法将金属屏蔽体良好接地，能够有效将电场对敏感电路的耦合干扰电压大大降低；另一方面屏蔽体在高频磁场的作用下，能够产生反向涡流磁场与原磁场抵消，而削弱高频磁场的干扰，利用屏蔽体的趋肤效应特点，将屏蔽体良好接地，大大减小电磁场对电路的干扰。
根据依据电磁兼容设计基本原则及前期累计经验，对产品PCB进行检查，发现在产品电源板PCB走线时，出现了一次电源地线穿越滤波电感底部的情况。这种走线方式可能会将电感中的电磁场耦合到一次电源地中。修改该处PCB设计，并且重新计算高核优化印制线条构成的传输线传输延迟和传输波阻抗两个量。
在经过对PCB和原理图的多处修改后，将产品复做CE102项试验，等到试验数据通过国军标要求。
5.结束语
弹载电子设备的电磁兼容性，是一项复杂的系统工程。进行电子设备的电磁兼容性设计十分必要。随着装备的发展，弹载电子设备设计周围空间充满了电磁干扰，这对电子设备的稳定性和可靠性提出了更高的要求。产品的电磁兼容设计需要从原理图设计阶段一并开始，发现其存在的EMC 问题，从而最大限度地降低EMC 风险，降低设计成本。
参考文献
【1】区健昌 电子设备的电磁兼容性设计理论与实践 电子工业出版社 2003
【2】郑军奇 EMC电磁兼容性设计与测试案例分析 电子工业出版社 2006
论文作者:李虎，陈丽婷，张少华
论文发表刊物:《科技新时代》2019年5期
论文发表时间:2019/7/25
标签：电磁论文; 兼容性论文; 电子设备论文; 干扰论文; 设备论文; 产品论文; 电源论文; 《科技新时代》2019年5期论文;