核电磁脉冲滤波器屏蔽效能测试研究

孙军民

（陇东学院新能源学院 甘肃省庆阳市 745000）

随着未来战场空间的日趋复杂化，作战空间逐步朝着海、陆、空、天和电磁五维空间发展，2011 版《中国人民解放军军语》定义电磁空间是由电磁波构成的物理空间。在现代战争中，由各种不同的电磁能量相互作用形成了复杂电磁环境，电磁脉冲、高功率微波武器和军用通信雷达设备的频谱拓宽及发射功率的变大，使得现代战场空间电磁环境越来越复杂。

电磁脉冲主要分为雷电电磁脉冲(LEMP)、静电电磁脉冲、核电磁脉冲(NEMP)和非核电磁脉冲等，当有上述脉冲能量进入电子系统时，电磁脉冲通过与天线和电缆等耦合产生传导干扰对各种电子设备等造成损坏，对于这种情况，一般通过在电源输入端口安装电源线滤波器，抑制经电源线进入设备或者系统的电磁干扰，并对设备或系统自身的传导发射进行抑制。因此，研究电磁脉冲防护对维持政府、军事指挥中心和军用雷达、通信、导航等设备的防护能力具有十分重要的意义[1-3]。电磁脉冲滤波器的主要性能参数包括脉冲抑制峰值浪涌电流、插入损耗性能(EMI)、电磁脉冲防护性能和屏蔽效能等，前几项指标都有明确测试方法，但对于核电磁脉冲滤波器的电磁脉冲防护性能和屏蔽效能这两个指标需要进行专门的试验验证。

1 EMP滤波器防护技术指标

针对电磁脉冲对敏感设备的各种耦合通道，电磁脉冲防护的主要思路是通过对其能量的反射、吸收、隔离和泄放的手段，使电磁脉冲能量衰减到设备能够承受的程度，在实际工程中，常用的防护方式有屏蔽、滤波和接地等[4,5]。

电磁脉冲滤波器的主要性能参数包括额定电压、额定电流、漏电流、绝缘阻抗、工作温度范围、脉冲抑制峰值浪涌电流、插入损耗性能(EMI)、电磁脉冲防护性能和屏蔽效能等，前几项指标都有明确测试方法，但对于核电磁脉冲滤波器的电磁脉冲防护性能需要进行专门的试验验证[6,7]。

2 屏蔽效能指标的测试

核电磁脉冲滤波器还以一个重要指标就是屏蔽效能，电磁屏蔽体是指经专门设计的能对电子信息设备或系统的电磁泄漏发射能量起衰减作用的封闭体。目前，对核电磁脉冲屏蔽效能测试的主要有标准有GJB 5792-2006《军用涉密信息系统电磁屏蔽体等级划分和测量方法》，这一标准适用于10KHz～40GHz 频段范围内的军用涉密信息系统电磁屏蔽体的设计、生产、使用和屏蔽效能的检测评估[8]。

电磁屏蔽体根据屏蔽效能可划分为A、B、C、D四个等级，其中A 级是指其屏蔽效能满足图1 的屏蔽体，B 级是指其屏蔽效能满足图2 的屏蔽体，C 级是指其屏蔽效能满足图3 的屏蔽体，D 级是指其屏蔽效能满足图4 的屏蔽体。

图1： 屏蔽效能曲线A

图2： 屏蔽效能曲线B

图3： 屏蔽效能曲线C

图4： 屏蔽效能曲线D

2.1 测试原理及环境布置

电磁屏蔽体屏蔽效能基本测试方法是：如图5 所示，首先将发射天线和接收天线放置在开阔的区域，保证天线之间无任何遮挡物，将接收到的数值记为参考测量值。如图6 所示，然后将发射天线和发射源放置在屏蔽体外面，发射源的参数条件与参考测量时相同，接收天线和接收设备放在屏蔽体内，天线间的距离应符合表1 要求，接收到的值记为屏蔽测量值，需要注意的是在屏蔽效能测量前，应当对屏蔽体电磁泄露进行检查。参考测量值和屏蔽测量值的比值就是屏蔽体的屏蔽效能，通常用对数值表示。

图5： 参考测量布置图

图6： 屏蔽测量布置图

在屏蔽体的屏蔽效能测试过程中，屏蔽体、发射天线和接收天线间的距离如表1 所示。

表1： 标准测量距离

2.2 测试过程

按照图5 和图6 布置好测试环境后，选择14KHz、200kHz、450MHz、950MHz、3GHz、6GHz、9GHz 作为测量频点，测量位置选在安装滤波器的位置，除此之外为了更加接近测试效果，应尽可能的将屏蔽体内部影响测量的设施移开。在测试的过程中，将接收天线和发射天线共面且互相正对，发射天线位置固定不变，在±0.3m 内移动接收天线测得的最大值为屏蔽测量值。

2.3 屏蔽效能测试方法验证

为验证屏蔽效能测试方法的可行性，分别在空载和带载的条件下，按照GJB5792-2006 的配置对核电磁脉冲滤波器的屏蔽效能性能进行了验证。

在测试过程中，所用的天线设备如表2 所示。

表2： 屏蔽效能测量时所用的天线

根据屏蔽体的屏蔽效能定义，在使用对数单位时的屏蔽效能的计算如下式（1）所示：

式中：

U0—电压，参考测量值，dBμV；

U1—电压，屏蔽测量值，dBμV。

核电磁脉冲滤波器的屏蔽效能测试现场如图7(a)、(b)所示，空载和带载条件下核电磁脉冲滤波器的屏蔽效能测试结果如表3 和表4 所示。

表3： 空载条件下屏蔽效能测试结果

表4： 带载条件下屏蔽效能测试结果

图7： 屏蔽效能测试现场图

2.4 测试结果分析

根据上述空载和带载条件下核电磁脉冲滤波器的屏蔽效能测量结果绘制出的曲线如图8 所示。

图8： 屏蔽效能测试曲线

通过上述核电磁脉冲滤波器的屏蔽效能试验可以得出以下结果：

（1）从屏蔽效能参考测量值的结果看，其测量环境布置及方法符合GJB5792-2006 对屏蔽体屏蔽效能的测试要求；

（2）从屏蔽效能屏蔽测量值的结果看，该滤波器对14KHz～9GHz 频率处有良好的屏蔽作用，但受试验条件的限制，上述数据可以在一定程度上能够反应该电磁脉冲滤波器的屏蔽性能是否满足标准要求的依据；

（3）从试验结果来看，空载条件下屏蔽效能在频率为450MHz 和950MHz 处屏蔽效能到达D 级，对后期屏蔽效能的研究提供了新思路。

3 结论

随着核电磁脉冲电源滤波器的广泛应用，其防护性能和屏蔽效能效果会直接影响防护设备的防护效果。从上述核电磁脉冲滤波器的电磁脉冲防护能力和屏蔽效能测试的试验中可以看出PCI 试验和屏蔽效能试验能够准确的反应滤波器的性能，其测试结果的关键是在测试过程中要注意测试环境的布置与测试过程的操作规范。