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                    軍工電子設備的EMC特點和設計對策

                    -2020-01-17-

                      軍工電子設備相對于一般的非軍工類電子設備或非電子類軍工設備來說,其電磁兼容性有如下一些特點。

                      1.安裝密集度高。出于戰術技術方面的考慮,軍工電子設備的安裝非常緊湊,大量功能各異的軍工電子設備密集于狹小的空間內,使得設備間的電磁干擾問題特別突出。

                      2.強弱信號共存。幾乎所有種類的軍工電子設備都要同時處理幅度相差懸殊的強弱多種信號。強信號對外部設備造成干擾,弱信號又對外部干擾極為敏感。

                      3.頻譜分布廣。軍工電子設備充分利用了頻率資源,占用了從直流到微波的各個頻帶。有的設備如雷達等工作于脈沖方式,覆蓋了廣闊的頻率范圍,對周邊設備造成強烈干擾。

                      4.共用電源和地線。各種安裝平臺上的大量軍工電子設備往往共用電源和備份電源、共用地線,使得通過電源耦合和地線耦合造成的相互干擾不能忽視。

                      5.設備機電結構的回旋余地小。軍工電子設備結構堅固,設備內部冗余空間小。如果在設計后期才對設備進行EMC強化,往往會與設備的原有機械結構或電氣布局發生沖突,這時就難以兼顧各方面的戰術技術性能指標。

                      由于以上這些特點,決定了軍工電子設備的EMC設計比一般的電子設備更為復雜和困難,電磁兼容性試驗的達標難度更高。要設計符合GJB151A.97電磁兼容性標準的軍工電子設備,首先要遵循通用的EMC設計原則,再在這個基礎上強化EMC措施,尤其要關注電源、機箱屏蔽、電路設計、接地質量這幾方面。

                      2.1電源和EMC的關系

                      在GJB151A.97標準中,CE101、CE102、CE107、CS101、CS106這5項是直接與電源有關的,CS114、CS115和CS116這3項與電源電纜有關,其余輻射發射和敏感度的項目間接與電源有關。因此可以說,軍工電子設備的EMC設計,第1步要做好的就是設備電源的EMC設計。

                      2.1.1電源EMC設計的主要對策

                      (1)電源輸入端的電磁屏蔽和電源線濾波。電源線一進入機箱就要直接連接到電源濾波器上,或者采用輸入端兼做電源插座的電源濾波器。電源濾波器的安裝很有講究,濾波器的輸出線要遠離輸入線,金屬外殼要大面積接地。如果把進出濾波器的電源線捆扎在一起,這個濾波器就幾乎等于沒用。

                      (2)使用隔離變壓器。如果采用交流電源,在成本和安裝條件許可的情況下,使用隔離變壓器為好。較簡單的隔離變壓器是在初次級間有屏蔽隔離層的電源變壓器,這種變壓器能夠起到安全防護、變壓、隔離地線環流、提高共模干擾抑制能力等多種作用,而且其濾波特性能夠和電源濾波器互補。

                      (3)合理設計二次電源。設備的二次電源有開關電源和線性電源2種。雖然開關電源對外來干擾有一定的抑制能力,但不少開關電源對外的輻射發射和傳導發射過大,致使在EMC試驗時,能通過敏感度項目卻通不過發射項目。因此,在低功耗電路中,如可不用開關電源就盡量不用,選用線性穩壓器可避免產生對外干擾。

                      (4)電源的整體屏蔽。鑒于電源部分在電子設備EMC性能方面的重要性,還可以在屏蔽機箱內部把電源部分整體再屏蔽在另一個與其它部分隔離的空間內,形成對電源的整體屏蔽。

                      2.2機箱電磁屏蔽

                      機箱電磁屏蔽是防止空間電磁輻射較基本也是較有效的辦法,在GJB151A.97標準中,RE101、RE102、RS101、RS103、RS105這5項與機箱的屏蔽直接有關,其余與電纜有關的項目也間接與機箱屏蔽有關,因為電纜是要通過機箱進出的。

                      2.2.1設計屏蔽機箱的幾點原則

                      (1)保證屏蔽層的導電連續性。理論分析和EMC試驗都證明,電磁屏蔽體上的細長縫隙將使屏蔽效果大打折扣。因此,機箱結構上的所有外部縫隙都要實現連續且有良好的導電接觸。而對于直徑小于屏蔽機箱厚度的小孔,一般不必擔心影響EMC效果。

                      (2)妥善處理機箱的各種開口。機箱開口主要用來安裝開關、按鈕、指示燈與顯示屏等。開口較大時,如果難以在所安裝器件的前面采取屏蔽措施,也要在器件的后面加裝屏蔽層(后置屏蔽法),并對穿過屏蔽層的導線做濾波處理。

                      (3)正確選擇和安裝機箱接插件,解決電纜屏蔽問題。進出機箱的線纜如處理不當,會減弱甚至失去機箱屏蔽效能。因此,連接至機箱插座的外部線纜可加外屏蔽層,并且線纜的外屏蔽層要和機箱的屏蔽層保持導電連續性。安裝在機箱上的插座要選用符合軍用標準的屏蔽型接插件。機箱上安裝插座的接觸面不能有漆膜或涂塑層等任何絕緣材料。

                      (4)機箱散熱采用自然風冷的方式為好,允許有一些小的散熱孔。如果要安裝散熱風扇的話,需要在風扇外側安裝截止波導式屏蔽通風板。

                      2.3電路設計中的EMC對策

                      電路EMC設計的基本原則已有許多文獻述及,此處僅提一下幾個實用的具體細節。

                      1)應用多層印制電路板和表面貼裝元器件。具有電源層和地線層的4層以上印制電路板的EMC特性優于普通的單、雙面印制電路板,在電路設計時應盡可能采用多層板。表面貼裝元器件的等效電磁輻射面積顯著小于插裝式元器件,具有更好的EMC性能。所以多層電路板加表面貼裝元器件的組合應當成為符合GJBI51A-97標準要求的印制電路板設計的選擇。

                      2)信號傳感器的選用和傳感信號放大器的設計。傳感器一般安裝在設備主機箱以外,因此,對主機箱采取的電磁屏蔽措施覆蓋不到傳感器。又由于來自傳感器的信號十分微弱,所以傳感器經常成為電子設備中極易遭受外部電磁干擾的薄弱環節,尤其是在做RS101和RS103測試時。

                      傳感放大器有單端輸入式和差分輸入式之別。從理論上講,理想的平衡輸入差分放大器抑制共模干擾信號的能力很強,因此一般應采用這種輸入方式。但當干擾信號大到一定程度時(如RS103試驗時干擾場強較大可達200 V/m),可能導致有源差分放大器的工作范圍脫離線性區,使共模抑制失效。實際試驗的結果也表明,在嚴密屏蔽和良好接地的條件下,單端輸入式的傳感放大器抗干擾能力有時更勝一籌。因此,究竟選用哪種輸入放大電路,還需結合實際情況決定。

                      3)強化有源器件的高頻旁路。按照GJB151A.97標準做RS103項目的試驗時,有時會出現這種情況:干擾信號為等幅波時,輸出信號不受干擾;干擾信號為調幅波時,輸出信號中就有了干擾。經分析,可能是調幅波干擾信號竄入電路后,由于有源器件的非線性響應產生了高頻檢波,從而造成干擾。為防止這種情況,強化對有源器件的高頻旁路可起一些作用。

                      2.4注重接地質量

                      在電源、屏蔽和電路設計這3方面,都必須高度關注地線和接地質量問題。接地質量首先體現在要正確接地,即選擇正確的接地點和接地方式;再則是要可靠接地,接地面積要大、接地線要粗而短、接地螺栓要安裝緊固,以減小接地電阻。

                      綜上所述,對軍工電子設備進行EMC設計時,設計重點依次是電源、屏蔽、電路,而對接地的設計考慮則自始至終貫穿于這3個方面。

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