战术飞行器电气系统电磁兼容性设计

米晓莉，汪 非，赵永刚

(91550 部队91 分队，辽宁 大连 116023)

随着现代科技的进步，战术飞行器得到了高速发展。电气系统是战术飞行器的重要组成部分，承载了飞行器供电、信号传输等基本功能，电路集成化、小型化、信号数字化、信号高密度化等是战术飞行器电气设计的特点。

由于战术飞行器往往应用于复杂电磁环境中，强电磁环境、高对抗背景下要求电气系统要能充分考虑电磁兼容性设计［1］。如何抑制干扰设备发出的干扰信号，加强敏感设备的抗干扰能力，是战术飞行器电气系统电磁兼容性设计的重点。

1 常用的电磁兼容性定义

电磁兼容性的定义在不同书籍中和不同标准中有一定细微的差异，综合起来，电磁兼容性可以理解为:在规定的电磁环境下，设备完成预定工作的能力。

一个设备电磁兼容性的好坏，需要是在规定的电磁环境下，电磁环境恶劣程度不能无限制地放大或无理由地缩小;其次，需要设备具备能完成预定工作的能力。这样的情况下，才能说这个设备电磁兼容性设计的好坏。

电磁兼容的相关定义里还有传导干扰和辐射干扰，干扰源，敏感设备，分贝等，相关书籍中叙述较为充分［2-4］，本文不再赘述。从工程设计来讲，可以简单地理解为: 传导干扰是一种有线的干扰，干扰通过导电的导线或导电的金属进行传播;辐射干扰是一种无线的干扰，干扰通过无线的媒体( 例如空气)进行传播;干扰源是产生较大传导干扰或辐射干扰的设备或装置;敏感设备是受到干扰后，容易造成工作不稳定的设备。

2 电气系统电磁兼容性设计

战术飞行器的电气系统电磁兼容性设计可以分为以下几类:供电系统电磁兼容性设计;信号接地设计;信号的电磁兼容性处理;导线电磁兼容性设计;人体静电的预防和消除。

2.1 供电系统电磁兼容性设计

战术飞行器设备供电主要由电池完成，有的战术飞行器安装有发电机，配置电源变换装置，将发电机发出的交流电转换为直流电输出，这些电源统称为一次电源。大多数一次电源提供的是28 V 直流电。有些设备需要±15 V 或高压电，使用DC/AC 或DC/DC 变换器，将一次电源提供的电压转换为其他数值的电压输出，这些变换后再输出供电的电源，称为二次电源。二次电源的一个重要指标是电压稳定度，指标为二次电源电压变化率和一次电源电压变化率的比值，一般情况下数值为百分之几。这样一次电源上电压产生的波动，对二次电源的电压影响极小。

战术飞行器供电体制分为单线制和双线制，两者的区别在于单线制情况下，飞行器壳体是电流导体，相当于用电设备的负线，有电流流过;双线制设备有专用的负线导线，飞行器壳体不流过电流。在工程应用上来讲，单线制和双线制各有其优点和缺点。单线制的最显著缺点是飞行器壳体作为公用的电流通道，有大电流流过时，造成一定的电压压降，这样的情况下，其它敏感设备的负线上就引入了这个电压压降，容易产生共地耦合传导干扰。单线制的优点在于由于飞行器壳体作为电源负线，减少了导线数量，同时形成静电屏蔽，易于屏蔽外界电场辐射干扰，减少壳体静电累计。相对于单线制，双线制的优点在于避免了单线制固有的共地耦合干扰，缺点是导线数量在一定程度上增多了，同时，容易在壳体上积累静电。

由于战术飞行器上精密设备较多，单线制的共地耦合现象愈发突出，所以大多数新研制的战术飞行器采用了双线制的供电体制。

因战术飞行器上设备供电存在不同数值的电压，一般情况下，这些不同种类的电压地均不连接在一起，电压正端也不连接在一起，以避免传导干扰。

当战术飞行器上存在共负载的电池和发电机并联供电情况时，两者负线一般是直接并联在一起的; 电池供电正和发电机供电正可控制接通或无控直接并联。一般情况下，电池额定输出28 V 时，电源变换装置输出电压短时间达到34 V 以上，并不会造成电池性能下降，不存在反供电问题;而电源变换装置有整流模块，反向电压可抗电池额定输出电压2倍以上，不存在反供电问题。

2.2 信号接地设计

在战术飞行器上“地”主要包括大地、金属构件地、数字信号地、模拟信号地、电源电压地。

大地就是测试厂房内的接地母带，在厂房内钉一定数量的接地桩，经电阻测量合格后，沿厂房一周连接一圈金属环带即为接地母带。在战术飞行器未通电的情况下，一般将其和飞行器金属构件地连接在一起，以消除壳体产生的静电。低压1000 V 以下电源的壳体一般接交流电的PE 地，即保护接零。PE 地在变压器根部接大地，后每隔20 ～30 m 反复接大地。在战术飞行器通电情况下，一般由测试系统统一将壳体接在大地上，不允许飞行器金属构件地再重复接大地，其一避免产生接地环路，在电磁场下产生干扰电压; 其二避免两处接地的电位不同，损毁设备。

在战术飞行器的设计过程中，一般情况下数字信号地、模拟信号地、电源地和金属构件地之间均采用隔离措施进行隔离。常用的隔离措施有光电耦合器、射随器等。因系统要求和设备要求不同，有的设备因设计需要必须要接壳体( 如波导管等)，这样的情况下，尽量采用单点接地方式，避免接地环路和共地耦合现象的存在。

2.3 信号的电磁兼容性处理

战术飞行器上常常出现共模、差模电压影响。在工程上共模电压可以理解为没有参考点的电压，即它们之间没有联系;差模电压为有共同参考点的电压，它们之间有压差。一般来说，共模电压对设备正常工作不会造成影响，差模电压会对设备工作造成影响。战术飞行器上信号采用的一些电磁兼容性设计，一般都是消除差模电压，或避免共模电压转换为差模电压对设备造成影响。

常用的信号电磁兼容性处理包括滤波、隔离等措施。滤波就是把希望用的信号保留，把不希望存在的信号消除; 隔离采用光电耦合器或射随器对不能接通的信号之间进行隔离。

战术飞行器的滤波大多数使用无源滤波方式，包括使用滤波电容、电感、扼流圈、铁氧体磁环等。滤波电容、电感方式属于反射式滤波器，滤波效果较好，但存在受温度影响较大的问题，战术飞行器均予以充分考虑，同时因电容、电感均为储能器件，有可能会对电路正常工作造成一定影响; 扼流圈分为共模扼流圈和差模扼流圈，和铁氧体磁环一样属于吸收式滤波器，将杂波转换为热能散发出去，在使用时也需要考虑饱和量和散热。

战术飞行器常用的隔离措施包括光电耦合和射随器等，光电耦合适用于开关量的隔离，射随器适合于需精确采集的模拟信号的隔离。

2.4 导线电磁兼容性设计

战术飞行器选用导线在考虑导线载流量的同时，还需针对信号的特性选择不同类型的导线。如422 数字信号需选用屏蔽双绞线加单根屏蔽线，或屏蔽三绞线;1553B 数字信号需选用专用的屏蔽双绞线; 视频信号、高频信号采用同轴线;甚高频信号采用波导管; 三相交流电信号采用三绞线或四绞线;火工品点爆线路采用双绞线或屏蔽双绞线等等。

采用绞线的目的是减少线线之间的环路面积，以减小受磁场干扰产生的干扰电压，绞线的绞距均有相应要求，比如有的要求不少于14 绞/m，有的要求更小的绞距及更高的绞数。

采用屏蔽处理的导线，屏蔽层必须良好接壳，按照电磁兼容理论，根据信号的频率和电缆长度，屏蔽层采用单点接地、双点接地、多点接地。对于屏蔽层接壳有较多要求，比较清晰的要求是，信号频率在3 MHz 以下时，屏蔽层单点接壳;信号频率处于3 ～30 MHz 时视导线长度和信号λ/8 的比值，屏蔽层采用单点或双点接壳;信号频率处于30 MHz 以上时，屏蔽层采用双点或多点接壳。

在战术飞行器设计过程中，因电缆均成束设计、生产，不具备采用各种接地方式并存的条件，因大多数信号频率属于低频，导线束屏蔽层多采用单点接壳方式。单点接壳的方式避免了双点接壳和多点接壳方式造成的接地环路面积，减少了电磁干扰对信号造成的影响。采用同轴线的电路，在使用中都进行相应的阻抗匹配，对同轴线在高频下的电阻均作相应的要求，避免较大衰减而影响信号。

2.5 人体静电的预防和消除

静电的产生不容易避免，一般情况下，人体产生的静电可高达15 kV 左右，这种能量能对CMOS 管等元器件造成一定的影响，可能造成元器件的损坏; 在平时对战术飞行器的测试操作过程中，操作人员如不消除静电的情况下，直接操作火工品，有可能将敏感火工品点爆，危害较大。

因战术飞行器设备成件较多，集成电路较多，火工品也较多，在平时贮存战术飞行器以及操作时均须十分注意防止静电。在贮存战术飞行器时，壳体需良好接大地，一般情况下，不能用手直接接触CMOS 管等敏感元器件，测量火工品时除了进行相应防护外，需要在特定厂房进行测量。

3 其他电磁兼容设计方法

除了上述各种电磁兼容设计方法外，战术飞行器还采用一些其他电磁兼容设计方法:

1)设备壳体和战术飞行器壳体之间用搭铁线良好的连接，避免壳体之间存在不同电势或静电积累。

2)个别设备设计过程中考虑电磁波的辐射，采用截止波导原理设计设备。

3)良好屏蔽效果的电连接器的使用，以及带有穿心电容电连接器的使用，增强信号传输抗干扰措施。

4)高密度防波套的使用，增强信号抗电磁场辐射干扰的能力。

5)固体继电器的使用，避免传统电磁继电器磁力线干扰。

上述电磁兼容性设计因篇幅所限，本文不再一一介绍。

4 结束语

本文介绍了战术飞行器中电气系统大多数电磁兼容性设计方法，这些方法能有效地对电磁干扰进行抑制，有效地提高系统电磁兼容性。

随着科技的发展，电磁兼容研究不断的深入，战术飞行器势必采用更多的电磁兼容新技术、新产品，将系统的电磁兼容性能提升到更高层次。

［1］GJB151—97，军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求［S］.

［2］区健昌.电器设备的电磁兼容性设计［M］.北京:电子工业出版社，2003.

［3］威廉姆斯.产品设计中的EMC 技术［M］.北京:中国电力出版社，2004.

［4］蒙特罗斯.电磁兼容的测试方法与技术［M］.北京:机械工业出版社，2007.