船用网络型复合操纵器电磁辐射兼容措施合理性探讨

冯之炜，庄浩然，张 新，叶道飞

(中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海201108)

电子设备的电磁兼容设计需满足两个要求:①有抗干扰能力，即不被其它电子设备干扰;②不产生超过限度的电磁干扰，即不干扰其它电子设备。国际及各国都制定了相关的电磁兼容标准，在此前提下，为了验证电子电机设备电磁兼容设计是否符合要求，在设备产品开发的整个过程中必须对各种电磁干扰源的发射干扰、传输特性及受干扰设备能否负荷耐受性进行测试。本文就一款产品在设计及电磁兼容性试验中遇到的问题，提出此类产品设计需遵循的原则，提倡测试与设计相辅相成的设计理念［1-3］。

1 测试环境

1.1 测试的种类

电磁兼容性测试基本上已经成为验证机电类产品量产前是否符合电磁兼容规范必做测试，测试内容见表1、2。

表1 电磁干扰测试EMT

一般电磁干扰(EMI，包括CE和RE)测试主要内容有:电子电机产品和设备在各种电磁杂讯环境中的传导干扰和辐射干扰发射量的测试(例如电子电机设备的交换式电源的脉冲干扰和连续干扰)及各种讯号传输时，干扰传递特性的测试(例如各种传输线的传输特性和屏蔽效果)。

表2 电磁耐受性测试EMS

而电磁耐受性(EMS，包括CS及RS)测试主要内容如下。

1)对电场、磁场的辐射耐受性测试;

2)对电源线、控制线、讯号线、地线等注入干扰的传导耐受性测试;

3)对静电放电和各种暂态电磁波(突波或电性快速暂态)的耐受性测试。

由于任意电子电机设备既可能是一个干扰源，也可能是被干扰者。因而，电磁兼容性测试包含电磁干扰测试(EMI)及电磁耐受性测试(EMS)。基于电磁兼容性测试种类太多，实在无法逐一详细说明，同时依据相应的电磁兼容性标准和规范，电磁干扰(EMI)及电磁耐受性测试(EMS)在不同频率范围内，也需采用不同的方式进行。

1.2 试验场地

为了模拟复杂电磁杂讯环境及保证EMC测试结果的重复性、准确性和可靠性，电磁兼容测试对环境有较高的要求，测试场地可分为隔离室(包含TEM/GTEM Cell等积向电磁波EMC测试室)、电波暗室和室外开放测试区的场地(open area test site，OATS)等。这些电磁兼容测试场地的功能、建材和限制条件如下:就隔离室而言，隔离室的作法一方面是对外来电子电机干扰加以屏蔽，从而保证室内电磁环境满足要求，另一方面是对内部如天线等发射源进行屏蔽而不对外界造成干扰。

根据电磁理论，隔离室是一个很大的方形波导共振腔，具有一系列的电磁共振频率，当隔离室发生共振时，将会影响屏蔽效果及测试结果，隔离室基本共振频率为

式中:f——共振频率，MHz;

A、b、c——隔离室的长、宽、高度，m;

m、n、p——0及正整数，三者中最多只能一个为0，对于TE波m≠0。

举例来说，长、宽、高9 m×6 m×6 m的隔离室基本TE101波的共振频率约为30 MHz。

测试所需仪器的基本配备需求见图1、图2。

图1 场强均匀度校正测试架构

图2 典型EMI/EMS测试架构

2 测试设备和状态

某型复合操纵器的待测设备状态如图3，作为待测件置于隔离室内。复合操纵器上部的结构分解见图4，其中电磁屏蔽聚酯膜初期没有安装到设备中，初期做CE101，RE101(见表1)等试验均符合标准，通过试验。在做RE102的试验时，出现图5所示的曲线。

图3 待测设备

图4 复合操纵器上部的结构分解

图5 无任何措施通电后的试验曲线

RE102为10 kHz～18 GHz电场辐射发射测试，图5～图12为测试得出的曲线。其中直线为RE102的规定测试线，直线下方的波形曲线为实际测得的曲线。图5的结果说明产品性能不能通过试验，实际曲线部分高于规定测试线。于是对试验设备进行调整，鉴于实际曲线在10～100 Hz区段的电磁波动较大，试图通过加装结构措施和电气线路来检查分析这部分曲线不正常的原因。并尽量使试验设备在测试时获得平稳过渡的实际曲线。

对比图6、图7得出结论一:经过调整电源后，试验曲线低于规定测试线，判断在0～10 Hz区段的曲线波动不是由试验箱内部的电磁屏蔽措施不到位造成，而是由试验箱外部设备的电磁屏蔽措施不到位造成。需对复合操纵器采取进一步的电磁屏蔽措施。

图6 调整电源，复合操纵器通电，试验箱门关闭

图7 调整电源，复合操纵器通电，试验箱门打开

对比图8、图9得出结论二:所谓罩铜网屏蔽是在整个箱体外露的复合操纵器的面板以上部分盖一层细密的铜质网，得出面板以上部分发生了电磁泄露，需进一步检查是否由灯板造成。

图8 复合操纵器罩铜网屏蔽，通电

由图10得出结论三:验证是由灯板造成的电磁泄露。并考虑如何从结构设计上改善这一情况。结构上采用电磁屏蔽聚酯膜［4］，并再次通电试验。

图9 复合操纵器I2C线上加磁环，无铜网

图10 复合操纵器灯板线断开

对比图11、图12得出结论四:进行结构改进后产品的EMI性能得到了显著的提升。

图11 复合操纵器贴电磁屏蔽聚脂膜，但不接地

图12 复合操纵器贴电磁屏蔽聚脂膜，并良好接地

3 结论

电磁兼容测试可以将问题细化，促成产品的电磁兼容设计更趋合理。由于目前电磁兼容性测试基本上是在产品量产前进行，大部分的设计师都在产品研发后期才考虑电磁兼容设计问题，这时要作EMI问题的修改，往往捉襟见肘。因此，建议在研究新型产品的初期，就要拟订产品电磁兼容设计整体计划书，有系统地整合接地、布线、搭接、滤波、包装与隔离等环节，完成电磁兼容设计的要求，使产品的质量更趋于完善。

［1］朱惠强，虞承浩.加固机的电磁兼容性和热设计［J］.计算机工程，2008，34(S1):100-103.

［2］高攸钢.屏蔽与接地［M］.北京:北京邮电大学出版社，2004.

［3］郭银景，吕文红.电磁兼容原理与应用［M］.北京:清华大学出版社，2004.