系留氣球電磁兼容性試驗分析與整改

張 萌

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥230031）

0 引言

系留氣球是一種較為特殊的浮空器，依靠充入內部的輕于空氣的氣體提供的升力將有效載荷帶到一定高度的空中工作，實現既定的任務。系留氣球是用纜索栓系固定的浮空器，借助于系留纜索、氣動升力和剩余浮力，可以在空中特定范圍內實現定高度、長時間駐留。作為空中平臺，適合搭載各種通訊、干擾、偵察和探測等電子設備。系留氣球系統平臺包含電源分系統、測控通信分系統、壓力調節分系統、動力分系統、環控分系統等。由于多種電子設備集中在一個相對較小的空間內，在提高設備集成度、降低體積與安裝空間的同時，不可避免地帶來了內部電子部件之間的電磁干擾問題，給設備的正常可靠工作帶來潛在的影響。

為保證設備滿足GJB151A-97《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求》的要求，并在電磁環境中能夠正常的工作，特別是提高系統在惡劣的電磁環境中保持良好的工作狀態，就需對各類電子設備進行電磁兼容試驗，對沒有通過的試驗項目就行分析、整改，以達到滿足環境的需要。

根據在電磁兼容試驗室對各個分系統進行的摸底試驗結果，主要有 CE102、CE107、CS114、RE102、RS103 五個項目在個別分系統中出現了不同程度的超標或者敏感現象。根據測試曲線和故障現象，需要對各個設備進行超標現象分析和超標部位定位，再進行針對性的整改處理，以滿足設備電磁兼容特性。

1 電磁兼容方案設計

電子設備實現電磁兼容性，主要有兩種措施，一是屏蔽，切斷干擾源在空間的傳播途徑；二是將干擾信號濾除，抑制干擾源，切斷線路傳播途徑以達到電磁兼容的目的。本方案中，主要采用切斷線路傳播途徑技術,對干擾源信號、電源系統輸入、輸出端進行濾波處理,濾除電磁干擾。同時對機箱外殼、線纜處做屏蔽處理，降低設備通過空間縫隙輻射對其它設備造成影響，從而達到電磁兼容的目的。

2 電磁兼容分析

根據設備組成框圖以及測試情況對系統進行電磁兼容設計分析。

2.1 電源線傳導發射（CE102）超標現象分析

設備的傳導騷擾發射超標，主要是設備電源線傳導發射（設備產生的射頻騷擾電壓經過電源線傳導出來）。由于設備電源入口沒有添加電源濾波器，或者添加的電源濾波器在某一頻段的插入損耗值未能滿足電磁兼容性要求，騷擾經過電源線直接傳導出來，導致電源線傳導發射超標。

2.2 電場輻射發射（RE102）超標現象分析

根據超標現象分析，輻射超標有兩種可能：一種是設備外殼屏蔽性能不完善，比如連接器未與機殼有良好導電接觸，設備機殼與蓋板之間因為有縫隙而導致屏蔽不完善；另一種是由于電源線、其他信號線纜未進行濾波處理，或未對線纜進行良好的屏蔽，射頻的電磁騷擾經電源線和其他信號線纜對外輻射發射，導致設備電磁兼容試驗超標。

2.3 電源線尖峰信號傳導發射（CE107）超標現象分析

設備電源開關接通和斷開瞬間產生的尖峰信號是造成CE107項超標的主要原因。需要采取抑制器件對開關瞬間尖峰進行吸收，使測試數據滿足電磁兼容大綱要求。

2.4 電場輻射敏感度（RS103）超標現象分析

在空間施加電場輻射干擾，干擾通過空間和線纜耦合兩種方式進入設備內部，影響設備正常工作。

2.5 電纜束注入傳導敏感度（CS114）超標現象分析

經排查，發現設備網線未采取屏蔽處理，通過電流卡鉗注入的干擾通過網線進入內部電路，影響敏感元器件的工作，從而使設備出現數據故障。

3 電磁兼容整改

根據超標曲線，對各分系統進行一系列的整改措施。

3.1 各單體電源線傳導發射（CE102）的設計整改

在電源分配單元輸入端增加相匹配電源濾波器，用來抑制電源線纜上10K-10M的傳導騷擾發射。電源濾波器采用高性能可靠性器件，對入口電源部分進行處理。按照以往整改經驗，可采用和后端設備相匹配的濾波電路對電源線上的干擾進行濾除，在寬的頻率范圍內有良好的共模、差模插入損耗。濾波器外形如圖1所示：

圖1

3.2 電源線尖峰信號傳導發射（CE107）整改

根據測試發現，CE107超標主要因為空氣開關（外加開關，本身不屬于系統組成）閉合和斷開瞬間本身就有很強的尖峰干擾，引起試驗超標，針對此種情況，我們在系統前端添加電源濾波器對尖峰進行吸收的方式來降低尖峰干擾值，從而使測試開關瞬間電壓值達到大綱規定值。

3.3 電場輻射發射（RE102）的設計整改

使用近場探頭來對超標點進行定位分析，測試方法如圖2所示：

圖2

當設備處于全工作狀態時，采用近場探頭測試機柜各部位（包括線纜、按鍵、縫隙等），發現以下電磁泄漏點。

1）電源線泄露

在各分系統前端添加電源濾波器，特別注意電源濾波器后端到各分系統電纜的屏蔽處理。對導線進行屏蔽處理，減小導線的耦合干擾。直接避免輸入線纜過長和未屏蔽而造成輻射超標。本次整改主要對線纜進行屏蔽處理，來防止空間與其他線纜之間的耦合。

2）信號線泄露

對于設備的信號線纜，按照定義分別在設備兩端進行濾波處理，并對連接線纜使用屏蔽材料進行屏蔽處理。

經檢查發現，設備信號線屏蔽層未與連接器插頭360°接觸，而是使用一根細導線進行連接，或者屏蔽層未與連接器插頭接觸，不能保證信號線的屏蔽連續性，造成信號線上的騷擾從屏蔽不連續處逸出。將屏蔽層與圓形連接器插頭進行360°環接，屏蔽層盡量選擇接觸電阻小的材質。

3）射頻頭泄露

根據近場探頭對射頻頭測試發現，射頻頭泄露比較嚴重。將50歐姆負載連接在射頻頭上，測試發現干擾消除，采用此種方法，防止干擾從射頻頭向外泄露。

4）縫隙處泄露

外殼縫隙處，接觸面氧化導致導電性下降，對各接觸面進行清潔，使接觸面導電連續。

將圓形連接器下防水襯墊更換為導電襯墊，使圓形連接器與殼體導電接觸良好。

3.4 電場輻射敏感度（RS103）的設計整改

對于RE103超標，主要采取屏蔽的方式，來抑制空間干擾通過縫隙或線纜對內部電路的影響。

3.5 電纜束注入傳導敏感度（CS114）的設計整改

對設備信號線纜和網線進行屏蔽處理，抑制試驗時干擾通過線纜對設備的影響。

4 結束語

通過對系留氣球上各個分系統或單體設備的電磁兼容性測試、分析、整改及再測試，在電磁兼容實驗室按照國軍標GJB151A-97《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求》和試驗大綱相關規定通過了電磁兼容要求的試驗項目。

［1］白同云.電磁兼容設計[M].2版.北京:北京郵電大學出版社,2011.

［2］郝曉冬,喬恩明.電源系統電磁兼容設計與應用[M].北京:中國電力出版社,2007.

［3］吳良斌.現代電子系統的電磁兼容性設計[M].北京:國防工業出版社,2004.