戰術飛行器電氣系統電磁兼容性設計

米曉莉，汪 非，趙永剛

(91550 部隊91 分隊，遼寧 大連 116023)

隨著現代科技的進步，戰術飛行器得到了高速發展。電氣系統是戰術飛行器的重要組成部分，承載了飛行器供電、信號傳輸等基本功能，電路集成化、小型化、信號數字化、信號高密度化等是戰術飛行器電氣設計的特點。

由于戰術飛行器往往應用于復雜電磁環境中，強電磁環境、高對抗背景下要求電氣系統要能充分考慮電磁兼容性設計［1］。如何抑制干擾設備發出的干擾信號，加強敏感設備的抗干擾能力，是戰術飛行器電氣系統電磁兼容性設計的重點。

1 常用的電磁兼容性定義

電磁兼容性的定義在不同書籍中和不同標準中有一定細微的差異，綜合起來，電磁兼容性可以理解為:在規定的電磁環境下，設備完成預定工作的能力。

一個設備電磁兼容性的好壞，需要是在規定的電磁環境下，電磁環境惡劣程度不能無限制地放大或無理由地縮小;其次，需要設備具備能完成預定工作的能力。這樣的情況下，才能說這個設備電磁兼容性設計的好壞。

電磁兼容的相關定義里還有傳導干擾和輻射干擾，干擾源，敏感設備，分貝等，相關書籍中敘述較為充分［2-4］，本文不再贅述。從工程設計來講，可以簡單地理解為: 傳導干擾是一種有線的干擾，干擾通過導電的導線或導電的金屬進行傳播;輻射干擾是一種無線的干擾，干擾通過無線的媒體( 例如空氣)進行傳播;干擾源是產生較大傳導干擾或輻射干擾的設備或裝置;敏感設備是受到干擾后，容易造成工作不穩定的設備。

2 電氣系統電磁兼容性設計

戰術飛行器的電氣系統電磁兼容性設計可以分為以下幾類:供電系統電磁兼容性設計;信號接地設計;信號的電磁兼容性處理;導線電磁兼容性設計;人體靜電的預防和消除。

2.1 供電系統電磁兼容性設計

戰術飛行器設備供電主要由電池完成，有的戰術飛行器安裝有發電機，配置電源變換裝置，將發電機發出的交流電轉換為直流電輸出，這些電源統稱為一次電源。大多數一次電源提供的是28 V 直流電。有些設備需要±15 V 或高壓電，使用DC/AC 或DC/DC 變換器，將一次電源提供的電壓轉換為其他數值的電壓輸出，這些變換后再輸出供電的電源，稱為二次電源。二次電源的一個重要指標是電壓穩定度，指標為二次電源電壓變化率和一次電源電壓變化率的比值，一般情況下數值為百分之幾。這樣一次電源上電壓產生的波動，對二次電源的電壓影響極小。

戰術飛行器供電體制分為單線制和雙線制，兩者的區別在于單線制情況下，飛行器殼體是電流導體，相當于用電設備的負線，有電流流過;雙線制設備有專用的負線導線，飛行器殼體不流過電流。在工程應用上來講，單線制和雙線制各有其優點和缺點。單線制的最顯著缺點是飛行器殼體作為公用的電流通道，有大電流流過時，造成一定的電壓壓降，這樣的情況下，其它敏感設備的負線上就引入了這個電壓壓降，容易產生共地耦合傳導干擾。單線制的優點在于由于飛行器殼體作為電源負線，減少了導線數量，同時形成靜電屏蔽，易于屏蔽外界電場輻射干擾，減少殼體靜電累計。相對于單線制，雙線制的優點在于避免了單線制固有的共地耦合干擾，缺點是導線數量在一定程度上增多了，同時，容易在殼體上積累靜電。

由于戰術飛行器上精密設備較多，單線制的共地耦合現象愈發突出，所以大多數新研制的戰術飛行器采用了雙線制的供電體制。

因戰術飛行器上設備供電存在不同數值的電壓，一般情況下，這些不同種類的電壓地均不連接在一起，電壓正端也不連接在一起，以避免傳導干擾。

當戰術飛行器上存在共負載的電池和發電機并聯供電情況時，兩者負線一般是直接并聯在一起的; 電池供電正和發電機供電正可控制接通或無控直接并聯。一般情況下，電池額定輸出28 V 時，電源變換裝置輸出電壓短時間達到34 V 以上，并不會造成電池性能下降，不存在反供電問題;而電源變換裝置有整流模塊，反向電壓可抗電池額定輸出電壓2倍以上，不存在反供電問題。

2.2 信號接地設計

在戰術飛行器上“地”主要包括大地、金屬構件地、數字信號地、模擬信號地、電源電壓地。

大地就是測試廠房內的接地母帶，在廠房內釘一定數量的接地樁，經電阻測量合格后，沿廠房一周連接一圈金屬環帶即為接地母帶。在戰術飛行器未通電的情況下，一般將其和飛行器金屬構件地連接在一起，以消除殼體產生的靜電。低壓1000 V 以下電源的殼體一般接交流電的PE 地，即保護接零。PE 地在變壓器根部接大地，后每隔20 ～30 m 反復接大地。在戰術飛行器通電情況下，一般由測試系統統一將殼體接在大地上，不允許飛行器金屬構件地再重復接大地，其一避免產生接地環路，在電磁場下產生干擾電壓; 其二避免兩處接地的電位不同，損毀設備。

在戰術飛行器的設計過程中，一般情況下數字信號地、模擬信號地、電源地和金屬構件地之間均采用隔離措施進行隔離。常用的隔離措施有光電耦合器、射隨器等。因系統要求和設備要求不同，有的設備因設計需要必須要接殼體( 如波導管等)，這樣的情況下，盡量采用單點接地方式，避免接地環路和共地耦合現象的存在。

2.3 信號的電磁兼容性處理

戰術飛行器上常常出現共模、差模電壓影響。在工程上共模電壓可以理解為沒有參考點的電壓，即它們之間沒有聯系;差模電壓為有共同參考點的電壓，它們之間有壓差。一般來說，共模電壓對設備正常工作不會造成影響，差模電壓會對設備工作造成影響。戰術飛行器上信號采用的一些電磁兼容性設計，一般都是消除差模電壓，或避免共模電壓轉換為差模電壓對設備造成影響。

常用的信號電磁兼容性處理包括濾波、隔離等措施。濾波就是把希望用的信號保留，把不希望存在的信號消除; 隔離采用光電耦合器或射隨器對不能接通的信號之間進行隔離。

戰術飛行器的濾波大多數使用無源濾波方式，包括使用濾波電容、電感、扼流圈、鐵氧體磁環等。濾波電容、電感方式屬于反射式濾波器，濾波效果較好，但存在受溫度影響較大的問題，戰術飛行器均予以充分考慮，同時因電容、電感均為儲能器件，有可能會對電路正常工作造成一定影響; 扼流圈分為共模扼流圈和差模扼流圈，和鐵氧體磁環一樣屬于吸收式濾波器，將雜波轉換為熱能散發出去，在使用時也需要考慮飽和量和散熱。

戰術飛行器常用的隔離措施包括光電耦合和射隨器等，光電耦合適用于開關量的隔離，射隨器適合于需精確采集的模擬信號的隔離。

2.4 導線電磁兼容性設計

戰術飛行器選用導線在考慮導線載流量的同時，還需針對信號的特性選擇不同類型的導線。如422 數字信號需選用屏蔽雙絞線加單根屏蔽線，或屏蔽三絞線;1553B 數字信號需選用專用的屏蔽雙絞線; 視頻信號、高頻信號采用同軸線;甚高頻信號采用波導管; 三相交流電信號采用三絞線或四絞線;火工品點爆線路采用雙絞線或屏蔽雙絞線等等。

采用絞線的目的是減少線線之間的環路面積，以減小受磁場干擾產生的干擾電壓，絞線的絞距均有相應要求，比如有的要求不少于14 絞/m，有的要求更小的絞距及更高的絞數。

采用屏蔽處理的導線，屏蔽層必須良好接殼，按照電磁兼容理論，根據信號的頻率和電纜長度，屏蔽層采用單點接地、雙點接地、多點接地。對于屏蔽層接殼有較多要求，比較清晰的要求是，信號頻率在3 MHz 以下時，屏蔽層單點接殼;信號頻率處于3 ～30 MHz 時視導線長度和信號λ/8 的比值，屏蔽層采用單點或雙點接殼;信號頻率處于30 MHz 以上時，屏蔽層采用雙點或多點接殼。

在戰術飛行器設計過程中，因電纜均成束設計、生產，不具備采用各種接地方式并存的條件，因大多數信號頻率屬于低頻，導線束屏蔽層多采用單點接殼方式。單點接殼的方式避免了雙點接殼和多點接殼方式造成的接地環路面積，減少了電磁干擾對信號造成的影響。采用同軸線的電路，在使用中都進行相應的阻抗匹配，對同軸線在高頻下的電阻均作相應的要求，避免較大衰減而影響信號。

2.5 人體靜電的預防和消除

靜電的產生不容易避免，一般情況下，人體產生的靜電可高達15 kV 左右，這種能量能對CMOS 管等元器件造成一定的影響，可能造成元器件的損壞; 在平時對戰術飛行器的測試操作過程中，操作人員如不消除靜電的情況下，直接操作火工品，有可能將敏感火工品點爆，危害較大。

因戰術飛行器設備成件較多，集成電路較多，火工品也較多，在平時貯存戰術飛行器以及操作時均須十分注意防止靜電。在貯存戰術飛行器時，殼體需良好接大地，一般情況下，不能用手直接接觸CMOS 管等敏感元器件，測量火工品時除了進行相應防護外，需要在特定廠房進行測量。

3 其他電磁兼容設計方法

除了上述各種電磁兼容設計方法外，戰術飛行器還采用一些其他電磁兼容設計方法:

1)設備殼體和戰術飛行器殼體之間用搭鐵線良好的連接，避免殼體之間存在不同電勢或靜電積累。

2)個別設備設計過程中考慮電磁波的輻射，采用截止波導原理設計設備。

3)良好屏蔽效果的電連接器的使用，以及帶有穿心電容電連接器的使用，增強信號傳輸抗干擾措施。

4)高密度防波套的使用，增強信號抗電磁場輻射干擾的能力。

5)固體繼電器的使用，避免傳統電磁繼電器磁力線干擾。

上述電磁兼容性設計因篇幅所限，本文不再一一介紹。

4 結束語

本文介紹了戰術飛行器中電氣系統大多數電磁兼容性設計方法，這些方法能有效地對電磁干擾進行抑制，有效地提高系統電磁兼容性。

隨著科技的發展，電磁兼容研究不斷的深入，戰術飛行器勢必采用更多的電磁兼容新技術、新產品，將系統的電磁兼容性能提升到更高層次。

［1］GJB151—97，軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求［S］.

［2］區健昌.電器設備的電磁兼容性設計［M］.北京:電子工業出版社，2003.

［3］威廉姆斯.產品設計中的EMC 技術［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［4］蒙特羅斯.電磁兼容的測試方法與技術［M］.北京:機械工業出版社，2007.