机内通信设备电磁兼容设计

刘亚军

摘 要：为解决机内通信设备的电磁兼容问题，根据有关电磁兼容性原理和产品的电磁兼容性整改经验，提出了机内通信设备电磁兼容设计原则，为产品设计提供技术支持。

关键词：电磁兼容性；电磁干扰；电磁噪声；技术支持

中图分类号：TP39；TN803 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）07-00-02

0 引 言

机内通信设备（简称“机通”）是一种机载通信及控制设

备，支持多名乘员进行机内通话，使用电台、卫通、JIDS对外联络，监听特定的无线电导航、告警等设备的音响信号；地面检修飞机时，供维修人员之间通话联络。机通作为飞行员的音频终端，良好的通话质量关系到飞行人员能否顺利完成既定任务。但在复杂的机舱环境下，机通装置处于飞机的不同位置，导致机通电缆在飞机上的走线较长，分布范围较广，极易与机上其他电缆之间产生容性或感性耦合，且由于长度原因使机通电缆很容易成为辐射或接收天线。因此，机通面临的电磁环境较复杂，要保证飞行员能够正常通话不受干扰，提高电磁抗扰度，机通的电磁兼容性设计显得尤为重要。

1 机通电磁噪声及干扰来源

机通交联图如图1所示，机通作为低频敏感设备，具有交联设备多，音频信号多等特点。电磁兼容性是指设备在电磁干扰环境下仍能正常工作的能力，电路设计之初优先考虑电磁兼容性[1]。电缆和内部印制板的传导干扰和辐射干扰是机通电磁噪声产生的主要原因之一。

机通信号的传输依靠电流闭环流动来完成，因此供电、控制、信号传输一般都由两根导线（或印制线）共同完成，其中一根导线作为电流的返回路径，即通常所说的地线。当两根导线之间的间距较大时，由此形成的环路面积也较大。不论这两跟导线上是否有工作电流，当外部电磁场穿过该环路时，环路就会作为接收天线在其上产生感应电动势，感应电动势叠加在正常工作的电压上，可能对机通的内部电路造成影响。当组成回路的两根导线传输的工作电流频率较高时，该环路就会作为发射天线向外产生差模辐射。因此，在机通电磁设计中，应遵循信号环路面积最小原则，同时减小公共地阻抗耦合、导线间的容性耦合以及感性耦合。

2 电缆设计

电缆引起的外部干扰一般来自两个方面，一是其他设备的电缆对机通电缆的感性或容性耦合（如在机上平行绑扎在一起）；二是空间电磁波（其他设备的电缆、孔缝泄漏等产生的空间辐射）在机通电缆上产生的感应电压。不论哪种情况，在机通电缆上产生的共模电流，其返回路径在外部的参考地上，而非正常工作信号的返回线即地线上。

电缆包括机通各组成部分之间的互连电缆、机通与外部交联设备之间的电缆、飞机给机通的供电电缆等。

机通电缆一般由屏蔽双绞线、普通裸线等一种或几种组成。屏蔽双绞线是机通电缆中的另一种常见导线类型，它与同轴电缆的结构类似，不同之处在于中心导体由一根变为两根，多用于传输音频平衡信号或数字差分信号，也可用于电源正线及负线，或其他任何单端信号及其返回线（即地线）。不论哪种情况，由于其特殊的结构形式，对外产生的差模辐射较小，并且对外部差模形式的干扰也不敏感。

根据以上分析，电缆设计应遵循以下原则：

（1）电源的正负线应采用双绞线，无特别要求时，应采用屏蔽双绞线。

（2）所有的平衡信号应采用双绞线。

（3）敏感小信号应有单独的返回线，且采用双绞线。

（4）大功率信号应有单独的返回线，且采用双绞线。

（5）屏蔽电缆的屏蔽层应与插头的外壳360 ?连接。

3 接口滤波设计要求

转接板是信号和干扰进出设备的主要通道。抗串扰设计是印制板设计的主要要素之一，导线、电缆、走线间的串扰会影响系统性能[2]。从电磁兼容方面考虑，转接板是产品内部最重要的印制板，所有进出转接板的信号、电源等都必须进行滤波处理。

差模电流是正常工作电流，不能减小，如果差模电流形成的回路面积较大，可引起差模辐射，不仅对产品内部的敏感电路造成影响，还会通过机壳上的孔、缝等向外产生辐射。所以转接板上的电源线、信号线等应紧邻其电流的返回路径。此举可通过多层板实现，在多层板上设置至少一个完整的地平面。

在接口处对除平衡信号线以外的所有引脚对地加滤波电容，并使电容的地引脚就近与机壳地相连，使共模电流通过机壳的内表面返回源端。对于音频平衡信号，每根信号线可以对地加滤波电容。

根据以上分析，接口滤波设计应遵循以下原则：

（1）应根据信号种类，在转接板上对所有外部接口进行必要的滤波处理。可采用专用的EMI滤波器或串联电感、电阻、磁珠及并联电容进行滤波处理。为避免二次污染，滤波器件应环状均匀分布在圆形连接器引脚的周边。

（2）在电源端口上可将磁珠和三端电容器组合进行滤波。电源应滤波并进行保护设计，遵循先保护后滤波的原则。应保证滤波前的电源线与滤波后的电源线保持一定距离，避免两者因耦合而影响滤波效果。

（3）平衡信号应在转接板上使用共模扼流线圈进行滤波。

（4）在信号端口上将磁珠和三端电容器组合对单端信号进行滤波，根据信号的工作频率选择相应的磁珠和电容规格型号。

4 实物验证

某型机通按以上电磁兼容设计原则进行了研制。该产品通过电磁兼容试验，装机后产品能适应复杂的环境，设备的通话效果和通话舒适度较以往有了较大提升，满足了机上环境的使用要求。

5 结 语

电磁兼容特点决定了产品电磁兼容技术的复杂度[3]，预防重于治疗，电磁噪声的抑制应在设计阶段尽早处理。遵循电磁兼容设计原则，提高机通电磁抗扰度，避免装机后的电磁干扰。

参考文献

[1]林果荣.电磁干扰及控制[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2]呂文红.电磁兼容原理及应用教程[M].北京：清华大学出版社，2008.

[3]白云同.电磁兼容设计[M].北京：邮电大学出版社，2002.

[4]许伟.面向传导发射的电磁兼容试验整改[J].物联网技术，2014，4（3）：57-59.

[5]孙伟玮.浅析电子设备电磁兼容故障的预防处理[J].物联网技术，2015，5（12）：35.

[6]生建友.抗干扰通信设备的电磁兼容性和热设计[J].舰船电子对抗，2002，25（1）：36-39.

[7]何腊梅，杨帆.LMS自适应滤波在航空瞬变电磁信号去噪中的应用[J].物联网技术，2018，8（1）：30-32.

[8]刘宝殿，鲁朝晖，卢民牛，等.通信设备的电磁兼容性设计——屏蔽与滤波[J].现代电信科技，2010，40（1）：53-60.