航空计算机电磁兼容性研究与应用

李建英

[摘要]大多数航空计算机设备中的元器件和电子线路具有工作信号电平低、速度快、元器件安装密度高等特点，因而对电磁干扰比较敏感。如何抑制电磁干扰、防止相互间的有害影响，已成为计算机设备和自动化系统能否可靠运行的关键技术之一，也是自动化技术、计算机技术、测量与控制技术一系列专业所要解决的共同性课题。近来，电磁兼容性已由事后处理发展到预先分析、预测和设计。电磁兼容已成为现代工程设计中的重要组成部分。

[关键词]计算机设备 电磁干扰 敏感 可靠运行 电磁兼容性

[中图分类号]F224-39 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0069-01

1 引言

随着自动化技术和半导体期间迅速发展，电力电子技术和微电子技术迅速地向电器控制设备领悟渗透，逐渐形成了电力电子设备相结合、弱电与强电交互工作的局面。近年来，由于机电一体化和测量与控制一体化的发展，形成了复杂的自动化系统，电磁环境和电磁干扰问题日趋复杂。

自然界的各种充放电现象和人类的各种用电活动，都会使空间电场和磁场产生有序或无须的变化。电磁环境及其变化过程对处于该环境的各种电气设备产生各种形式的电磁干扰。

电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简称EMC俗称抗干扰）是指干扰可以在不损害信息的前提下与有用信号共存。电磁兼容性比较切贴的定义为：装置回系统在其设置的预定场所投入实际运行时，既不受周围电磁环境的影响，又不影响周围的环境，也不发生性能恶化和误动作，而能按设计要求正常工作的能力。

电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。电磁干扰是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作，甚至造成电子设备中的某些元器件损害。因此，对电子设备的电磁兼容技术要给予充分的重视。既要注意电子设备不受周围电磁干扰而能正常工作，又要注意电子设备本身不对周围其它设备产生电磁干扰，影响其它设备正常运行。

2 形成电磁干扰要素

一般情况下，形成电磁干扰的要素有三个：①电磁干扰源；②耦合途径或传播通道；③敏感设备。

电磁干扰的传播途径包括传导耦合和辐射耦合。传导耦合必须在干扰源和敏感设备之间有完整的电路连接。这个传输电路可包括导线、设备的导电部分、供电电源、公共阻抗、接地平面、电阻、电感、电容和互感元件等。

辐射耦合是通过介质以辐射电磁波形式传播，干扰能量按电磁波的规律向周围空间发射，常见的辐射耦合有三：①干扰源天线发射的电磁波被敏感设备天线以外接收，称为天线对天线耦合；②空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；③两根平行线之间的高频信息感应，称为线对线感应耦合。

传导耦合包括互传导耦合和导线间的感性与容性耦合。辐射耦合包括近场耦合和远场耦合。

电磁干扰敏感设备一般将端口分为以下5类：外壳端口；交流电源端口；直流电源端口；控制线＼信号线端口；接地端口，即系统和地活参考地之间的连接。

3 抑制电磁干扰措施

电磁兼容（EMC）的基本含义是，保证电子设备在共同的电磁环境中执行各自功能的共存状态而互不干扰。电子产品的电磁兼容设计，就是在电子产品设计时，设法抑制（消除）电磁干扰，提高电子产品在电磁环境中的工作稳定性和可靠性。

抑制（消除）电磁干扰主要有接地、屏蔽和滤波三种方法，三种方法各具特色，也相互关联。

1）接地。在电磁兼容设计时，接地是十分重要的环节。良好接地可以消除各种噪声的产生，减少电磁干扰的作用，降低对屏蔽和滤波的要求。

常见的接地方法有浮地、单点接地和多点接地三种。采用浮地的方法，不仅可以将电路或设备与公共地或可能引起环流的公共导线隔离开来，而且还可以使不同电位的电路之间的配合变得容易，它的主要特点是抗干扰性能好。单点接地的方法在低频条件下效果好，多点接地的方案则在高频条件下有较佳表现。与单点接地相比，多点接地的主要有点是接线比较简单，而且在接地线上出现高频驻波的现象也明显减少。但多点接地系统中的众多地线回路对线路的维护提出了更高的要求。应为设备本身的腐蚀、冲击振动和温度变化等因素，都会使接地系统出现高阻抗，使其接地效果变差。

为了回避单点接地和多点接地的缺点，充分发挥各自的优点，在实际设计时，通常采用混合接地方式。所谓混合接地，就是对电子系统的各部分工作情况做一分析，只将那些需要就近接地的电直接（或需要高频接地的电通过旁路电容）与地平面相连，而其余各点采用单点接地的办法。

2）屏蔽。屏蔽能有效地抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个：一是抑制辐射能量越出某一区域；二是防止外来的辐射电磁能力量进入某一区域。在电源设计时，主要是采用全封闭的金属外壳封装来实现屏蔽，达到抑制辐射电磁干扰的目的。

3）滤波。滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。是根据观察某一随机过程的结果，对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法。滤波能有效地抑制通过载流导体传播的电磁干扰（即传导电磁干扰）。采用滤波的目的有两个：一是限制传导电能通过载流导体越出莫一区域；二是防止外来的传导电能通过载流导体进入莫一区域。

传导电磁干扰分为差模干扰和共模干扰两种。在实际工作中，抑制电源传导电磁干扰通过载流体传播，主要是采用在电源的输入端和输出端设置差模共模滤波器。例如，安插在电源与电子设备之间的电源线滤波器就是抑制电源线传导电磁干扰的重要手段，它对提高电子设备在电磁环境中运行的可靠性（电磁兼容性）有着重要的作用。

4 电磁兼容的设计思路

为了提高电子设备的电磁兼容能力，必须从开始设计时就给予电磁兼容性以足够的重视。电磁兼容的设计思路可以从电磁兼容的三要素，即电磁干扰源、电磁干扰可能传播的路径及易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件人手。

1）首先，要充分分析电子设备可能存在的电磁干扰源及其性质，尽量消除或降低电磁干扰源的参数。

2）其次，要充分了解电磁干扰可能传播的路径，尽量切断其路径，或降低与电磁干扰耦合的能力。

3）最后，要充分认识易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件，尽量杜绝其接收电磁干扰的可能性。

据此，在设计时应采取相应对策，消除或部分消除可能出现的电磁干扰，以减轻调试工作的压力。在调试中，针对具体出现的电磁干扰，以及接收电磁干扰的电路和元器件的表现进行分析，以确定电磁干扰源所在及电磁干扰可能传播的路径，再采取相应的解决办法。

5 结束语

本文概述了电磁干扰和电磁兼容的基本知识，综合分析了电磁干扰产生机理和抑制对策。总的来说，电磁干扰主要采用滤波、屏蔽、接地，合理布局布线，挑选适当的元器件和电路技术等方法。与其它电子设备一样，为了达到电磁兼容性要求，采用一种方法往往是不够的，需要综合采用几种方法，才能起到良好的效果。为了提高电子设备的电磁兼容能力，必须从开始设计时就给予电磁兼容性以足够的重视。

参考文献

[1]张国雄，《测控电路》机械工业出版社2004，2

[2]沙斐，《机电一体化系统的电磁兼容技术》中国电力出版社1999-5