直升机机载设备电磁干扰与整改技术研究

黄福贵，洪 彬，石广军

(1.海军装备部驻武汉地区军事代表局，湖北 武汉 430000; 2.陆军装备部航空军事代表局驻景德镇地区航空军事代表室，江西 景德镇 333001；3.中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

0 引言

1881年，英国著名学者希维赛德发表的《论干扰》开启了电磁兼容研究的序幕。19世纪80年代法拉第、麦克斯韦、西门子等人的工作，使得人们更深层次地了解到电磁场的空间关系。电磁干扰指对设备或者系统产生性能降级或者不能正常工作的电磁现象。例如在RE102电场辐射发射测试中典型的频段10kHz～30MHz，是很多设备的灾难区，很多设备电磁兼容性试验就卡在这一关。在设备装机之前，电子设备必须满足电磁兼容性技术要求，因此在设备研发之初，相当重要的一项就是电磁兼容设计，而如何判定它是否合格就是要对它进行电磁兼容性检测[2]。在如今这种复杂的电磁环境中，如何减少设备间的相互干扰，使系统正常运行，是电磁兼容技术迫切需要解决的问题。

国内对电磁兼容专业的研究起步较晚，而航空领域电磁兼容专业相比其他领域电磁兼容发展显得更晚一步。直升机相对于航空领域其他类飞行器而言，机体较小，而航电系统各项性能又必须满足，相比之下电磁环境显得尤为恶劣。在如此狭窄的空间内，满足各项性能的实现，往往会出现这样或那样的电磁干扰现象，而有些电磁干扰是非常严重甚至是毁灭性的。直升机领域电磁兼容专业成立之初，有过对机载设备电磁干扰问题的研究和针对故障的解决措施，虽然取得过一些成就，但到目前为止，还处于探索阶段，主要存在以下4方面的不足：

1)收集的电磁干扰问题及解决措施数据量较少，还没有较为系统全面的问题库，局限性较大；

2)对电磁干扰问题的分析有一定的经验性和表面性，经常出现头痛医头、脚痛医脚的局面，解决措施比较粗放，往往解决了电磁干扰问题又带来了减重或者其他电磁干扰的难题；

3)电磁兼容设计和管控方面比较滞后，往往在整机设计之初电磁兼容管控不到位，而最后设计定型时问题一大堆，不同研究人员得出的结果往往有偏差，没有形成公认的结果；

4)电磁干扰及整改技术往往借鉴其他行业的电磁干扰处理措施，没有形成具有直升机特色，专门针对直升机特点的整改技术研究。

本文对直升机机载设备电磁干扰出现的各种现象加以深入分析，形成以直升机为载体的各种电磁干扰整改技术，最终将该方法应用到直升机型号研制工作中。

1 电磁干扰原因分析

电磁干扰产生必须存在三个元素：干扰源、干扰途径和敏感源，所以产品电磁干扰原因分析应从这三点出发。

1)定位干扰源：在整机众多机载设备复杂的电磁环境下如何判定哪个是干扰源或者哪些是共同干扰源，一般采用矩阵表法。整机航电设备在出现电磁干扰现象后，除了敏感设备，逐一把机载设备断路器断开，直至定位到某机载设备或某多个机载设备断路器断开则电磁干扰现象消失，而断路器合上则电磁干扰现象复现。此机载设备或者此批多个机载设备共同列为干扰源。

2)查找干扰途径：电磁干扰从干扰路径又分为传导干扰(CE)和辐射干扰(RE)两种。定位干扰源后，应立即着手查阅干扰源的设备级电磁兼容检测报告，干扰源的整机布线布局。针对传导干扰和辐射干扰可分别使用电流检测探头和近场探头，分析机载设备的传导发射值和辐射发射值，结合机载设备的电磁检测报告定位干扰途径。

3)分析敏感源被耦合方式：敏感源受干扰一般为传导耦合和空间辐射耦合，查找敏感源设备级电磁兼容检测报告，分析其传导敏感度和辐射敏感度，并针对性地做一些临时整改，基本可以确定是哪种耦合方式。

2 电磁干扰整改技术分析

郑军奇[4]提出的传统整改技术主要为滤波、屏蔽和接地。林瑞进[2]结合其自身工作实际提出滤波，即从三要素中的干扰源入手，抑制干扰源，从干扰源的输入口把无用的干扰信号滤掉，保留有用的信号通过。在电磁兼容设计和整改中，赵玉峰[1]以干扰途径分析为入手点，将强信号与弱信号分开，将数字地与模拟地分开，以免因接地原因导致电磁兼容性不达标；在敏感源的抑制方面，运用屏蔽，使用铜箔、铝箔，在整改措施有效后再使用金属材料外壳、防波套、喷涂导电漆等。由于电磁环境往往比较复杂，朱文立[3]将三种传统整改技术结合实际进行细化，整改措施一般采用两种或者多种方式一起进行才能有效抑制电磁干扰。但是上述专家都是针对自己行业而提出电磁干扰整改技术，没有专门针对以直升机为载体的电磁干扰整改技术研究。现结合工作实际和其他行业领域，以直升机为载体的电磁干扰问题和解决措施可归结为以下几类：

1)屏蔽问题

问题现象：电磁干扰问题通过现场使用铜网、铜箔以及铝箔屏蔽有明显改善。

解决措施：加强屏蔽，减少缝隙，在屏蔽体的装配表面处喷涂导电胶、导电漆，使用导电衬垫甚至是铝箔和铜箔进行临时的补救，其中导电衬垫一般使用金属丝线编织。

2)布局布线问题

问题现象：电磁干扰问题有时具有个体差异性，机载设备定型前设备级电磁兼容性检测项目已通过，但整机装机后出现相互干扰。

解决措施：在不影响设备和系统性能的前提下，排查出干扰源及干扰信号，调整设备之间或者设备内部的布局及布线，线缆的走向和排列，以减小设备或者分系统之间的电磁干扰。

3)接地问题

问题现象：在科研样机状态下，电磁干扰问题在不同编号机上的严重程度不一致，甚至出现时有时无的现象，在对机载搭接处理后有明显改善。

解决措施：加强接地的性能，降低接地电阻，设备或者分系统整体要有单独的低阻接地。

4)接口问题

问题现象：分系统的各个组件电磁兼容性检测合格，但是一旦组装后分系统试验往往会出现这样或者那样的问题，而对接口进行屏蔽或者对输入电源进行铝箔改进后，故障消失。

解决措施：加强接口的滤波和金属机箱与屏蔽层的连接，在电源、信号的输入输出线上改进或者加装滤波器。

5)电缆问题

问题现象：在传导敏感度试验中，尤其是CS114中的曲线5，容易出现敏感。

解决措施：正确选择传输电缆，电缆的屏蔽层必须接地。小信号或者高频信号尽量使用带屏蔽线缆，低频率大电流偏向使用双绞屏蔽线。

6)关键大功率设备或者关键部位问题：

问题现象：在系统级电磁兼容性摸底试验中，经常会出现几个设备同时受一个设备的电磁干扰。

解决措施：大功率设备往往是周边布局的机载设备电磁干扰的罪魁祸首，针对大功率设备，对重要部件、板卡进行屏蔽、隔离处置，可以采取安装金属隔离屏蔽罩等措施。

7)电路和电源问题：

问题现象：在传导发射(例如CE102)和辐射发射试验(例如RE102)中尤为明显，时常伴有谐波干扰。

解决措施：修改晶振点，改进电源和电路的滤波，以旁路去高频干扰。

3 电磁干扰整改案例分析

3.1 某型电子设备辐射发射检测及整改

测试标准：GJB 151A-97 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求。

测试场地：屏蔽暗室。

测试设备：阻抗稳定网络LISN，拉杆天线，ESIB40接收机。

测试项目：RE102 10kHz～18GHz电场辐射发射。

整改技术：改善接地、屏蔽。

测试数据见图1、图2。

图1 整改前RE102 10kHz～30MHz垂直极化

图2 整改前RE102 30MHz～200MHz垂直极化

问题描述与分析：从图1、图2可以看出，超标部分集中在10kHz～20kHz，1.25MHz～200MHz。根据实验室检测和外场排故经验，低频段干扰一般是由于电源部分引起的，高频段的干扰一般是由于设备外壳的一些缝隙向外辐射造成的。通过排查，发现产品内部有浮地，造成接地不良，而且设备外壳有缝隙，造成电磁信号泄露。通过整改，还有部分频点超标，最后将部分信号线使用屏蔽套后才最终解决。整改后的测试数据见图3、图4。

图3 整改后RE102 10kHz～30MHz垂直极化

图4 整改后RE102 30MHz～200MHz垂直极化

3.2 某型电子设备辐射敏感度检测及整改

测试标准：某型无人直升机系统级电磁兼容性试验大纲[5]。

测试场地：屏蔽暗室。

测试设备：信号源、功率放大器、辐射天线、场强计、场强探头。

测试项目：外界强电磁环境敏感门限试验。

整改技术：接口问题整改、电缆问题整改、屏蔽[1]。

问题描述与分析：某电子设备在全机摸底试验中外界强电磁环境敏感门限只有20V/m，远远达不到200V/m的测试要求。经排查发现，该设备接口及电缆严重暴露，因此分析设备敏感是从接口处和线缆处耦合进去的，需要对接口和线缆进行屏蔽处理以屏蔽干扰信号。整改前后试验技术状态如图5、图6。

图5 某电子设备整改前技术状态

图6 某电子设备整改后技术状态

将插头后甩出的线缆用金属防波套进行了包裹，塑料插头与金属管之间的非金属部分用铜箔包裹。整改前后辐射敏感度门限如表1所示。

表1 某电子设备辐射敏感度敏感门限

由于电磁干扰本身比较复杂，特别是处于复杂电磁环境中，电磁干扰问题显得尤为棘手，解决措施也需要综合运用，一步一步排查分析。上述电子产品电磁干扰与整改，为类似电磁干扰问题及外场排故提供了一定的参考。

4 结束语

随着现代技术的发展，电子设备在各行各业广泛应用，电磁环境也变得日益复杂。复杂电磁环境下，突出的电磁干扰问题已常态化，因此电磁干扰整改技术越来越受到各大科研院所的重视。电磁干扰整改需要理论联系实际，应该针对不同的设备载体形成各行各业的整改技术标准与规范。近年来，电磁整改技术已经日益完善，搭接、接地、天线布局、辐射安全性、雷电防护、静电防护、电磁脉冲、高强度辐射场、电缆布局等各方面都可以成为整改技术的入手点。所以，电磁干扰与整改技术，是一个对研究人员基础积累要求较高，不易入门，难度较大的专业。