EMC測試設備—軍用電子設備試驗標準

近20年來，軍用電子設備對電磁工作環境的兼容性越來越受到重視。EMC不僅與溫度、濕度、振動等平行成為評估軍用設備環境適應性的重要指標，而且對于一些軍用電子設備來說，電磁兼容性是所有環境要求中最重要的位置。這是因為在現代軍用設備的電子化程度大大提高后，軍用電子設備的功率譜和頻率譜繼續延伸到高端和低端，軍用電子設備在海洋、陸地和空氣平臺上的安裝密度也顯著增加，導致電子設備之間的電磁干擾（EMI）問題越來越突出。因此，要求軍用電子設備具有規定的電磁兼容性已成為設備設計、生產和使用各方的共識。

為了評估軍用電子設備的EMC性能，幾乎所有軍用電子設備都需要通過國家軍用標準規定的電磁兼容性試驗。因此，近年來，軍用電子設備電磁兼容性試驗標準和標準技術引起了前所未有的關注。

與其他環境條件的評估要求不同，電磁兼容性的檢查不僅要評估設備對電磁環境的適應性，還要評估設備的存在是否會導致不利于容納其他設備正常運行的電磁環境。因此，電磁兼容性試驗是一種雙向試驗，測試設備（EUT）必須同時滿足外部電磁干擾和非外部電磁干擾的標準。由于電磁信號可以通過電路傳輸和空間輻射產生效應，因此，為了使軍用電子設備在電磁兼容性試驗中達到標準，必須在設備的電子電氣系統和機械結構系統中采取協調措施。這些因素決定了電磁兼容性試驗比其他常規環境試驗更復雜，更難達到標準。

對于從事軍用電子設備電磁兼容性設計和測試的人員，除了掌握與設備相關的專業知識和必不可少的電磁學、電子學、電工學、材料科學和結構設計的基礎知識外，還必須熟悉電磁兼容性測試的軍事標準，盡可能詳細地了解測試的物理含義和要求。

圍繞GJB151A.97標準的主要規定，結合十多年來從事電磁兼容性設計和試驗的軍用電子設備在各種安裝平臺上的實踐，提供一些實用的技術和經驗，有利于使試驗項目達到標準。

一.GJB151A197標準簡介：

GJB151A.97標準全稱為軍用設備和分系統的電磁發射和敏感性要求，是我國軍用電子、電氣、機電等設備和分系統開發訂購的國家軍用標準，規定了軍用設備必須滿足的EMC要求。該標準經國防科技工業委員會批準，于1997年5月23日發布，自1997年12月1日起實施。GJB152A-97標準[2]軍用設備和分系統電磁發射和敏感性測量，規定了GJB151A-97標準中測試指標的測量方法。

GJB151A-97標準的前身是1986年發布的GJB151A-86標準。新標準參照國外軍標(主要是美國軍標MIL)修訂了舊標準，對一些指標提出了更嚴格的要求。

軍用電子設備的EMC試驗包括以下19項：

• 傳導發射CE10125Hz~10kHz電源線

• 傳導發射CE10210kHz~10mHz電源線

• ce10610kHz~40gHz天線端子傳導發射

• 傳導發射CE107電源線尖峰信號(時域)

• cs10125Hz~50kHz電源線傳導敏感性

• cs10315kHz~10gHz天線端子互調傳導敏感性

• 無用信號抑制CS10425Hz~20GHz天線端子的傳導敏感性

• CS10525Hz~20GHz天線端子交調傳導敏感性

• ·CS106電源線尖峰信號傳輸敏感性

• ·CS10950Hz~100kHz殼體電流傳導敏感性

• 傳導敏感性注入CS11410kHz~400mHz電纜束

• 脈沖激勵傳導敏感性注入CS115電纜束

• ·CS11610kHz~100mHz電纜及電源線阻尼正弦瞬變傳導敏感性

• REIO125Hz~100kHz磁場輻射發射

• RE10210kHz~18gHz電場輻射發射

• RE10310kHz~40gHz天線諧波和亂真輸出輻射發射

• RSIO125Hz~100kHz磁場輻射敏感性

• RS10310kHz40gHz電場輻射敏感性

• RS105瞬變電磁場輻射敏感性

對于各種不同的軍事安裝平臺，上述19項EMC試驗并非全部必要。所謂的軍事安裝平臺分為9類：水面船舶、潛艇、陸軍飛機（包括航線安全設備）、海軍飛機、空軍飛機、空間系統（包括運載火箭）、陸軍地面、海軍地面和空軍地面。在GJB151A-97標準中，規定了每個平臺的適用性。

對于需要EMC測試的軍用電子設備，CE102.CSIO1.CS114.RE102.RS103通常是所有測試項目中最重要的項目。對于裝載在船舶和飛機上的設備，通常需要CE101.CS115.CS116.RE101.RS101中的一些項目，以及上述5個項目，通常需要在7到9個項目之間進行測試，其余項目由訂單單位根據相關規范確定是否需要進行測試。

二.軍用電子設備的EMC特點及設計對策

與一般非軍用電子設備或非電子軍用設備相比，軍用電子設備的電磁兼容性具有以下特點。

1.安裝密度高。考慮到戰術技術，軍用電子設備的安裝非常緊湊，大量功能各異的軍用電子設備密集在狹窄的空間內，使得設備間的電磁干擾問題尤為突出。

2.強弱信號共存。幾乎所有種類的軍用電子設備都必須同時處理各種不同強度的信號。強信號干擾外部設備，弱信號對外部干擾非常敏感。

3.頻譜分布廣泛。軍用電子設備充分利用頻率資源，占用從直流到微波的各個頻帶。雷達等部分設備在脈沖模式下工作，覆蓋頻率范圍廣，對周圍設備造成強烈干擾。

4.共用電源和地線。各安裝平臺上的大量軍用電子設備通常共用電源和備份電源。共用地線使電源耦合和地線耦合引起的相互干擾不容忽視。

5.設備機電結構旋轉空間小。軍用電子設備結構堅固，設備內部冗余空間小。如果EMC在設計后期得到加強，往往會與設備原有的機械結構或電氣布局發生沖突，難以考慮各方面的戰術技術性能指標。

由于上述特點，軍用電子設備的EMC設計比普通電子設備更加復雜和困難，電磁兼容性試驗更難達到標準。

為了設計符合GJB151A.97電磁兼容性標準的軍用電子設備，首先要遵循一般EMC設計原則，然后在此基礎上加強EMC措施，特別是電源、底盤屏蔽、電路設計和接地質量。

2．1 電源和EMC的關系

在GJB151A．97標準中，CE101、CE102、CE107、CS101、CS106這5項是直接與電源有關的，CS114、CS115和CS116這3項與電源電纜有關，其余輻射發射和敏感度的項目間接與電源有關。因此可以說，軍工電子設備的EMC設計，第1步要做好的就是設備電源的EMC設計。

2．1．1電源EMC設計的主要對策

       (1)電源輸入端的電磁屏蔽和電源線濾波。電源線一進入機箱就要直接連接到電源濾波器上，或者采用輸入端兼做電源插座的電源濾波器。電源濾波器的安裝很有講究，濾波器的輸出線要遠離輸入線，金屬外殼要大面積接地。如果把進出濾波器的電源線捆扎在一起，這個濾波器就幾乎等于沒用。

(2)使用隔離變壓器。如果采用交流電源，在成本和安裝條件許可的情況下，最好使用隔離變壓器。最簡單的隔離變壓器是在初次級間有屏蔽隔離層的電源變壓器，這種變壓器能夠起到安全防護、變壓、隔離地線環流、提高共模干擾抑制能力等多種作用，而且其濾波特性能夠和電源濾波器互補。

  (3)合理設計二次電源。設備的二次電源有開關電源和線性電源2種。雖然開關電源對外來干擾有一定的抑制能力，但不少開關電源對外的輻射發射和傳導發射過大，致使在EMC試驗時，能通過敏感度項目卻通不過發射項目。因此，在低功耗電路中，如可不用開關電源就盡量不用，選用線性穩壓器可避免產生對外干擾。 

(4)電源的整體屏蔽。鑒于電源部分在電子設備EMC性能方面的重要性，還可以在屏蔽機箱內部把電源部分整體再屏蔽在另一個與其它部分隔離的空間內，形成對電源的整體屏蔽。

2．2 機箱電磁屏蔽

機箱電磁屏蔽是防止空間電磁輻射最基本也是最有效的辦法，在GJB151A．97標準中，RE101、RE102、RS101、RS103、RS105這5項與機箱的屏蔽直接有關，其余與電纜有關的項目也間接與機箱屏蔽有關，因為電纜是要通過機箱進出的。

2．2．1 設計屏蔽機箱的幾點原則

(1)保證屏蔽層的導電連續性。理論分析和EMC試驗都證明，電磁屏蔽體上的細長縫隙將使屏蔽效果大打折扣。因此，機箱結構上的所有外部縫隙都要實現連續且有良好的導電接觸。而對于直徑小于屏蔽機箱厚度的小孔，一般不必擔心影響EMC效果。

(2)妥善處理機箱的各種開口。機箱開口主要用來安裝開關、按鈕、指示燈與顯示屏等。開口較大時，如果難以在所安裝器件的前面采取屏蔽措施，也要在器件的后面加裝屏蔽層(后置屏蔽法)，并對穿過屏蔽層的導線做濾波處理。

(3)正確選擇和安裝機箱接插件，解決電纜屏蔽問題。進出機箱的線纜如處理不當，會減弱甚至失去機箱屏蔽效能。因此，連接至機箱插座的外部線纜可加外屏蔽層，并且線纜的外屏蔽層要和機箱的屏蔽層保持導電連續性。安裝在機箱上的插座要選用符合軍用標準的屏蔽型接插件。機箱上安裝插座的接觸面不能有漆膜或涂塑層等任何絕緣材料。

(4)機箱散熱最好采用自然風冷的方式，允許有一些小的散熱孔。如果要安裝散熱風扇的話，需要在風扇外側安裝截止波導式屏蔽通風板。

2．3 電路設計中的EMC對策

電路EMC設計的基本原則已有許多文獻述及，此處僅提一下幾個實用的具體細節。

1)應用多層印制電路板和表面貼裝元器件。具有電源層和地線層的4層以上印制電路板的EMC特性優于普通的單、雙面印制電路板，在電路設計時應盡可能采用多層板。表面貼裝元器件的等效電磁輻射面積顯著小于插裝式元器件，具有更好的EMC性能。所以多層電路板加表面貼裝元器件的組合應當成為符合GJBI51A－97標準要求的印制電路板設計首選。

2)信號傳感器的選用和傳感信號放大器的設計。傳感器一般安裝在設備主機箱以外，因此，對主機箱采取的電磁屏蔽措施覆蓋不到傳感器。又由于來自傳感器的信號十分微弱，所以傳感器經常成為電子設備中最易遭受外部電磁干擾的薄弱環節，尤其是在做RS101和RS103測試時。

傳感放大器有單端輸入式和差分輸入式之別。從理論上講，理想的平衡輸入差分放大器抑制共模干擾信號的能力很強，因此一般應采用這種輸入方式。但當干擾信號大到一定程度時(如RS103試驗時干擾場強最大可達200 V／m)，可能導致有源差分放大器的工作范圍脫離線性區，使共模抑制失效。實際試驗的結果也表明，在嚴密屏蔽和良好接地的條件下，單端輸入式的傳感放大器抗干擾能力有時更勝一籌。因此，究竟選用哪種輸入放大電路，還需結合實際情況決定。

3)強化有源器件的高頻旁路。按照GJB151A．97標準做RS103項目的試驗時，有時會出現這種情況：干擾信號為等幅波時，輸出信號不受干擾；干擾信號為調幅波時，輸出信號中就有了干擾。經分析，可能是調幅波干擾信號竄入電路后，由于有源器件的非線性響應產生了高頻檢波，從而造成干擾。為防止這種情況，強化對有源器件的高頻旁路可起一些作用。

2．4 注重接地質量

在電源、屏蔽和電路設計這3方面，都必須高度關注地線和接地質量問題。接地質量首先體現在要正確接地，即選擇正確的接地點和接地方式；再則是要可靠接地，接地面積要大、接地線要粗而短、接地螺栓要安裝緊固，以減小接地電阻。

綜上所述，對軍工電子設備進行EMC設計時，設計重點依次是電源、屏蔽、電路，而對接地的設計考慮則自始至終貫穿于這3個方面。