浅谈军用电子设备电磁兼容设计技术

祝刘坡，王威,2*，余冰冰

（1.成都新欣神风电子科技有限公司，成都 611731； 2.西南交通大学 电气工程学院，成都 610000）

引言

随着军用电子、计算机、通信类设备在飞机、车辆和舰船等平台上的大量应用，平台空间越来越小，集成度越来越高，设备功率越来越大，所以就造成整个系统的电磁环境越来越复杂，设备之间经常会出现自兼容问题，无法满足设计的技术指标。目前，电子设备的电磁兼容性能已经成为武器装备研发的重要技术指标。

1 电磁兼容概念

电磁兼容首先是指设备本身在特定的电磁环境下能够实现功能性能指标，其次是指设备自身产生的电磁干扰不会对平台内其他设备产生恶劣影响的能力，也就是电磁敏感性[1]。

2 电磁兼容相关试验标准

军用电子设备的电磁兼容性试验主要可以分为设备及分系统级试验和系统级试验。GJB 151A-1997、GJB 152A-1997 和GJB 151B-2013 这三个标准主要用于设备和分系统级的电磁兼容性试验；GJB 1389A-2005、GJB 1389B-2022 和GJB 8848-2016 这三个标准主要用于系统级的电磁兼容性试验。

本文主要针对军用电子设备单体和分系统的电磁兼容设计展开进行研究。GJB 151B-2013 这个标准[2]是军用电子设备电磁兼容试验中最常用的标准，所有电子设备单体或分系统均应满足标准相关要求。

3 军用电子设备电磁兼容设计

军用电子设备的电磁兼容设计，必须从干扰源、敏感器件和耦合途径入手，采取各种有效的技术手段，抑制干扰源、消除或减弱电磁干扰的耦合路径、降低敏感器件对电磁干扰的响应或增加电磁敏感性电平[3]。

本文对系统电磁兼容设计主要从四个方面进行论述，具体见图1 所示。

图1 系统电磁兼容设计

3.1 滤波设计

滤波设计是使用电容、电感、电阻等器件的特性，将发射的电磁干扰信号降低到一定程度，使传导发射或敏感度能够满足标准要求的指标。

3.1.1 电源滤波设计

电源的干扰噪声分为共模噪声和差模噪声两种。电源的共模噪声是电磁发射的主要来源，可以通过使用共模电感和接地电容等措施来抑制；电源的差模噪声可以使用串联差模电感或线间电容等措施来抑制。电源滤波器的基本电路结构如图2 所示。

图2 电源滤波器的基本电路结构

图2 中，C1、C2、C5 是线间电容，用来抑制电源的差模噪声；C3、C4、C6、C7 是接地电容，用来抑制电源的共模噪声；L1 和L2 是共模电感，可以使用非晶纳米晶材质或者铁氧体材质的磁芯进行绕制，用来抑制电源的共模噪声。

电源滤波器在安装使用上也有一些原则需要特别注意。首先，电源滤波器在安装时应实现良好接地，最好能直接安装在设备机壳上[4]。其次，电源滤波器的安装位置要尽量靠近设备供电输入端口，滤波器输入线越短越好，同时双绞屏蔽处理。最后，滤波器的输入线与输出线及设备内其他所有线缆之间要实现隔离。

3.1.2 电机和风机滤波设计

电机和风机的低频干扰噪声是电子设备的强干扰源之一，这种低频噪声在滤波时需要很低的截止频率，一般低频干扰频率范围在（10 ～500）kHz。

这种电机和风机的滤波设计一般需在图2 滤波电路的基础上增加差模电感L2 和L3 来抑制低频的电磁干扰噪声。基本的电路结构见图3 所示。

图3 电机和风机滤波的基本电路结构

3.1.3 信号滤波设计

信号滤波器主要用于滤除各种信号线上的无用高频干扰，也属于低通滤波器。由于产品内部电路板上的信号源可以作为发射和接收天线，对外发射无用的电磁干扰，同时又接收外界较强的电磁干扰。因此，在信号线上加装滤波器可以将高频电磁干扰进行抑制。

针对信号滤波一般采用C 型电路结构，可以选用自身屏蔽效能很好的超小型馈通滤波器，馈通滤波器具有较好的高频滤波特性，适合高频的信号滤波，其电路图如图4 所示。

图4 信号滤波的基本电路结构

3.2 屏蔽设计

3.2.1 机箱盖板接缝屏蔽设计

根据电磁场传播理论推算和工程实际测试，电磁泄漏的强度与盖板接缝长度和深度密切相关，缝隙的屏蔽效能估算公式如下所示：

式中：

I—孔缝长度，mm；

F—频率，MHz；

h—孔缝高度，mm；

t—孔缝深度，mm。

从缝隙的屏蔽效能估算公式可以得出增加缝隙深度和减少缝隙长度可以显著提高盖板缝隙的屏蔽效能。

由于金属材料在加工过程中存在的加工误差以及盖板配合表面并非完全平整光滑，经过上面的设计依然不能完全屏蔽，壳体依然会存在缝隙，在这种情况下，可以在缝隙处安装导电屏蔽胶条作为两金属接触面的过渡。安装示意图见图5 所示。

图5 导电橡胶条安装示意图

3.2.2 连接器缝隙屏蔽设计

针对连接器与设备壳体之间的缝隙，我们可以选择在连接器法兰盘和设备壳体之间加装导电衬垫，见图6所示；导电衬垫在起到电磁屏蔽作用的同时，还具有环境密封效果，可以完美的替代连接器上不导电的橡胶密封圈，且抗盐雾性高、导电性能好。

3.2.3 线缆屏蔽设计

系统各设备之间的互联线缆应做好屏蔽处理，防止干扰噪声从电缆泄露。

对于射频同轴线缆，屏蔽层无需单独设计，只需选用屏蔽效能高的成品同轴线缆即可。对于电源线和其他信号线缆的屏蔽，需将电源线和信号线分开屏蔽，并将屏蔽层360 °环接在圆形连接器上，屏蔽层与连接器屏蔽尾附最好采用焊接方式，以保证完全电连续性及牢固性。线缆的屏蔽与连接器之间需要用360 °的搭接方式，否则将不会起到良好的屏蔽作用，示意图如图7 所示。

图7 线缆屏蔽层360 °搭接示意图

3.2.4 通风、散热口屏蔽设计

用小孔代替大口径的通风孔或使用“蜂窝式屏蔽通风板”是提高通风、散热口屏蔽体屏蔽效能的有效方法[5]，蜂窝式屏蔽通风板的安装方式简单可靠，电磁屏蔽效能高，不影响设备通风散热。设备的通风和散热口均可采用此种设计实现，见图8 所示。

图8 蜂窝式屏蔽通风板安装示意图

3.2.5 转轴缝隙屏蔽设计

某些光电观瞄设备，自带伺服转动机构，由于其功能需求，转轴不能完全屏蔽，其缝隙泄露的电磁能量是RE102 项目不通过的主要原因之一，故需对转轴缝隙进行特殊处理。处理措施可包括以下几个方面：

1）用磁流体对转轴缝隙进行填塞，密封转轴滑动缝隙；

2）在转子或定子上设计钢丝毛刷或采用多个凹凸结构（如图9 所示）进行屏蔽设计；

图9 凹凸结构设计示意图

3）对穿过汇流环的线缆进行屏蔽处理。

3.2.6 显示窗口屏蔽设计

由于显示窗口有液晶屏幕显示，因此不能使用大面积覆盖的形式去屏蔽处理。一般我们有两种处理方案：

1）滤波、屏蔽隔离。将显示窗口与设备内部电路板之间做金属隔舱，并对设备与显示窗口之间互联的电源和信号线做滤波处理。

2）屏蔽玻璃。目前屏蔽玻璃有两种，一种为在玻璃面上镀一层导电漆，优点是视觉效果好，缺点是屏蔽效能低。另外一种为两层玻璃之间夹一层金属丝网，这种工艺简单，缺点就是视觉效果较差，需要通过调整丝网孔的角度来提高透视度。

3.3 接地设计

多点接地、混合接地和单点接地是电子设备常用的三种接地方式[6]。接地方式一般可以按照如下方式进行选择：

一般低于1 MHz 工作频率的电路中采用单点接地，如电源电路；高于10 MHz 工作频率的电路中，则采用多点接地。对工作频率在（1～10）MHz 的电路，可以根据设备传输线的长度L 来决定，当L 小于λ/20，建议使用单点接地，当L 大于λ/20，建议使用多点接地。数字电路含有丰富的高次谐波，射频电路工作频率较高，均推荐采用多点接地方式。

3.4 电缆布线设计

电缆分为一次电源线、二次电源线、控制及通信数据线和低电平敏感线。具体见表1 所示。

表1 系统电缆种类

电缆布线需按照以下原则进行：

1）一次电源线敷设远离其他几类线束；不在系统强辐射场区域内敷设电缆；进入处理机箱体的线缆在进入连接器后按分类散开敷设；线缆屏蔽层按照信号频率特点进行相应接地处理；屏蔽线缆的选材保证具有足够的屏蔽效能[7]。

2）电源线、数字传输线、天线馈线等单独敷设；

3） 数字传输线、天线馈线、低电平信号线、数传线、低频控制线等远离电源导线和壳体开孔处，防止外界辐射干扰；

4）交直流电源线、二次电源线和大于5 A 的电缆靠近壳体敷设；

5）不同类的电缆敷设在一起并穿过同一电缆孔时，在孔两侧敷设使距离尽量分开。

4 结论

军用电子设备在复杂的电磁环境中能够稳定工作的前提就是要有较好的电磁兼容设计。本文对电磁兼容的概念及相关测试标准的基础上，基于工程实践经验，分别从滤波设计、屏蔽设计、接地设计和电缆布线设计四个方面介绍了电子设备的电磁兼容设计方法，希望能够为相关产品在电磁兼容设计时，提供一些参考和帮助。