某导航机载设备RE102辐射发射超标的研究与整改

乌轶聪

（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068）

0 引 言

某导航机载设备是一种飞机精密进近和着陆引导系统中的机载接收机（简称为接收机），其工作原理是接收机收到地面设备发射的引导信号后，为飞机提供方位和下滑的角度偏差及地面数据信息，以此来引导飞机进近着陆。在对接收机按照《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》（GJB151B—2013）中空军海军飞机内部设备的要求进行RE102辐射发射测试时，接收机在多个频段超出极限值，本文针对这一问题进行研究分析并对设备实施了整改[1]。

1 设备问题概述

《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》（GJB151B—2013）给出了电子设备电磁发射和敏感度特性的指标要求与测量方法。RE102是一种测试设备电场辐射发射的测试方法，用来检验受试设备壳体和所有互联电缆10 kHz～18 GHz频段电场辐射发射是否超过实验要求极限值。RE102的测试方案是在不同频段分别使用杆天线、双锥天线以及双脊喇叭天线，通过专用的测试接收机扫描天线相对应的适用频率，来确定设备及互联电缆电场辐射发射量。其中对30 MHz以上的频率，天线取水平极化和垂直极化两个方向，同时使用数据记录设备连续地绘制出其幅度与频率的关系曲线图，通过对比曲线图上显示的极限值曲线和测量结果曲线，判断设备及互联电缆的电场辐射发射是否超标。

按照《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》（GJB151B—2013）中空军海军飞机内部设备的要求，接收机的RE102测试，适用频率范围为2 MHz～18 GHz，测试按频段分成4个阶段。一是在2～30 MHz频段使用杆天线进行垂直极化方向的测试，二是在30～200 MHz频段使用双锥天线进行垂直极化和水平极化两个方向的测试，三是在200 MHz～1 GHz频段使用双脊喇叭天线（口径典型尺寸为69.0 cm×94.5 cm）进行垂直极化和水平极化两个方向的测试，四是在1～18 GHz频段使用双脊喇叭天线（口径典型尺寸为24.2 cm×13.6 cm）进行垂直极化和水平极化两个方向的测试。测试中，接收机在2～30 MHz频段出现严重超标，200 MHz～1 GHz频段的垂直极化方向多处出现超标，测试结果如图1所示。

图1 接收机RE102测试超标频段曲线图

2 问题分析

要解决接收机电场辐射超标问题，可以从接收机本身结构和设备电场辐射产生的原因两方面来进行研究。

2.1 接收机的结构组成

接收机由射频接收模块、信号处理模块以及电源模块组成，模块之间通过扁平电缆进行通信，使用结构件连接紧固。设备外形为一长方形，外壳使用6块铝盖板拼接而成，设备通过一条高频电缆和一条控制电缆与外部连接，两条电缆的连接器均从设备前面板的孔洞中伸出。高频电缆中只有一路信号即地面设备发来的引导信号，高频电缆与设备射频接收模块相连。控制电缆中的线缆较多，不仅有给设备加电的正负电源线，而且还包括若干总线与控制线，使用专用连接器分别与信号处理模块和电源模块相连。

2.2 设备电场辐射产生的原因

设备的电场辐射通常是由电路中的两种电流信号产生的，一种是电路中流动着的正常工作电流信号，如时钟信号及其谐波等，另一种则是设备电路中流动着的一种共模电流信号。由于电子线路中信号线路间寄生电容和信号线的引线电感等这些等效元器件的存在，使得电路中寄生着一种共模电流，它通常是一种无用信号，且一般强度很小，但是由于这些等效元器件的电参数与频率密切相关，所以当信号为高频信号时，这些等效元器件会造成严重影响，成为产生设备辐射发射的主要原因。设备中的电缆或较长形态的导体可以看作一种等效天线，根据相关理论研究，当它的长度大于其中信号频率波长的1/2时，这种等效天线所产生的电场辐射只与其上共模电流的大小有关[2]。

综合以上分析讨论可以得出，限制接收机中正常工作电流信号产生的电场辐射，并抑制设备控制电缆中寄生共模电流的大小，是解决接收机电场辐射超标问题的基本整改思路。

3 解决措施

根据大量电磁兼容设计的研究与实践，可以采取屏蔽和滤波两种方法相结合的方式对设备进行整改。通过对控制电缆上各路信号进行滤波来减小其中共模电流的大小，进而降低其产生的电场辐射。这种减弱之后的电场辐射和设备正常工作电流信号产生的电场辐射可以通过加强设备的屏蔽搭接来进一步降低其对外影响，最终使设备对外的电场辐射发射量达到RE102测试要求。具体整改方案如下。

3.1 滤波方案

在设备的控制电缆连接器与电路板连接处加装专用滤波器，对控制电缆送来的电源与各路信号进行滤波。专用滤波器中的关键器件是共模电感，针对各路信号的不同状态，经过计算匹配不同大小的共模电感。当线路上有共模电流时，由于共模电流的同向性，会在共模电感内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使共模电感表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的[3]。为将定制滤波器置于设备内部，充分研究了设备内部的剩余空间，制作了一个异形腔体作为定制滤波器的外壳，紧贴于设备前面板，这样既能将滤波器置于设备内部，又避免了更改设备原有部件的结构，将设备的控制电缆连接器也套进该腔体，这样能加强其屏蔽性，增强电磁兼容性能。

3.2 屏蔽方案

在设备外壳各面板之间的搭接面及面板与连接器搭接面加装导电衬垫来加强设备外壳屏蔽，具体办法是通过在前后面板与侧板接合处加装导电橡胶板，在上下楞边的缝隙接合处加装复合导电橡胶条加强设备外壳的结合，对前面板上用于伸出电缆连接器的孔洞加入导电橡胶片，加强设备密封屏蔽的效果[4]。控制电缆中的线缆尽量采用对绞屏蔽线，控制电缆外层加装防波套，防波套与电缆连接器尾部保证360°屏蔽连接，同时连接各模块的扁平电缆全部使用铜箔包裹，提高线缆的屏蔽效果[5]。

整改措施落实完毕之后再次对接收机进行RE102测试，实验结果表明设备之前超标的电场辐射得到了明显抑制，辐射量均在极限值以下，测试结果如图2所示。整改后的接收机在RE102测试要求的2MHz～18GHz频段均无辐射超标现象，设备通过测试。

图2 整改后接收机RE102测试原超标频段曲线图

4 结 论

现代飞机上装备了包括导航系统、通信系统以及自动控制系统等完成各项功能的多种电子设备，由于飞机体积有限，这些电子设备须工作在一个狭小拥挤的空间中，彼此间不可避免会产生电磁干扰，因此机载设备的电磁兼容性能是否达标是关系到设备本身和其他设备能否正常工作的重要问题。接收机能顺利通过RE102测试得益于对设备电磁兼容问题的科学研究和有效定位，结合接收机本身实际制定合理的整改方案是解决设备电场辐射发射超标问题的关键。