淺析電纜屏蔽特性對CS114項目測試的影響

劉暢++董荻莎++李彬

摘 要：本文針對產品設備貫標GJB151A/152A測試常規測試項目CS114項目，對考核設備電磁兼容性有著重要作用。通過對CS114項目測試過程中電纜屏蔽與非屏蔽兩種特性的具體測試分析，得出結論，電纜外層是否屏蔽對測試過程及結果有著很大影響，在測試中應該引起重視和關注。

關鍵詞：電纜 屏蔽特性 傳導敏感度

中圖分類號：TM930 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0098-03

Abstract： The CS114 is a routine test item in the GJB151A/152A test of military equipment. It plays an important role in verification the electromagnetic compatibility of equipment. In this paper， through the analysis of the specific test to two kinds of shielded cable and non shielding in the process of CS114testing， and results the outer layer is shielded cable has a great impact on the test process，emphasis on the test should be paid more attention and concern.

Key Words： Cable； Shielding characteristics； Conduction sensitivity

現代產品裝備，設備之間的互聯電纜對系統的電磁兼容性有著重要影響。這些電纜可能并不很長，也可能并不直接受外界電磁場的作用，但也會成為感應電流及電壓通向敏感電路區的傳播途徑。在產品設備貫標GJB151A的測試中，CS114項目“10kHz～400MHz電纜束注入傳導敏感度”為常規測試項目，對考核設備電磁兼容性有著重要作用。CS114項目是模擬設備/分系統的電纜對平臺內、外電磁輻射的感應形成的電流，通過線纜傳導作用于設備內部敏感部位，考核設備的電磁敏感度。

標準規定的測試要求與方法中，對設備的互聯線纜及電源電纜特性并未作明確區分，適用范圍中規定適用所有的互聯電纜和電源電纜。而在具體測試過程中，作者發現電纜外層是否屏蔽對測試過程及結果有著很大影響。

1 CS114項目測試原理

CS114校準測試配置如圖1所示，信號發生器發射不調制的正弦波信號通過放大器功率放大后連接到注入探頭，注入探頭卡在校準專用裝置上，用接收機A監測流經校準裝置中心導體的電流，直至標準規定的電流，記錄此時接收機B測得的饋入注入探頭的正向功率。

待測件測試配置如圖2所示，信號發生器發射干擾信號通過放大器功率放大后連接到注入探頭，從而耦合到互聯電纜或者電源電纜上，注入探頭距離設備端口10cm，干擾信號為1kHz、占空比為50%的脈沖調制的正弦波信號，頻率范圍為10kHz～400MHz。同時監測探頭連接到接收機上，實時在電纜上監測施加干擾信號后，電纜上耦合出來的感應電流值，監測探頭距離設備端口5cm。

測試中，按標準規定的干擾極限值施加干擾信號，觀察待測件是否出現故障、性能降低或偏離規定的指標值，或超出單個設備和分系統規范中給出的指標允差等敏感現象。標準中規定，如果受試電纜上的實際感應電流高于限值6dB，即使定向耦合器上監測的正向功率電平低于校驗值，當待測件不敏感時，也認為滿足要求。

2 屏蔽電纜與非屏蔽電纜測試

選擇某型號產品控制器與源之間的控制電纜為受試電纜進行CS114項目測試。該電纜初始狀態無任何屏蔽措施。筆者在電纜初始狀態下進行一次CS114測試，測試布置如圖3所示。然后將控制電纜加裝金屬屏蔽防波套作屏蔽處理改造，接著再進行一次CS114測試，測試布置如圖4。兩次測試施加干擾極限值均選用標準中CS114校準值曲線三。注入探頭選用SOLAR公司型號為9144-1N（頻段為10kHz～100MHz）和9142-1N（頻段為2MHz～450MHz）的探頭。監測探頭選用SOLAR公司型號為9123-1N（頻段為10kHz～500MHz）的探頭。

測試校準值曲線見圖5，按校準時記錄的正向功率值施加干擾信號測試時，非屏蔽電纜時測試監測電流值見圖6，屏蔽電纜時測試監測電流值見圖7。比較圖6和圖7兩次監測電流值曲線，發現當電纜做過屏蔽處理后，監測探頭測量出來電纜上的感應電流值在某些頻段內明顯大于非屏蔽電纜上感應出來的電流值。

3 機理分析

傳輸線電纜置于電磁場中而耦合感應電流的分析方法主要有兩類：磁場環路積分方法和等效電路方法。磁場環路積分法是利用麥克斯韋方程組來求解。等效電路方法是傳輸線方程來求解。相對于麥克斯韋方程組需要求解電磁場邊值問題，用等效電路的方法更簡易一些，將電纜內外的電場和磁場的耦合簡化成電纜內外的電流和電壓，通過屏蔽電纜的轉移阻抗和轉移導納的耦合關系，求解電纜外部電磁場輻射時引起的內部響應。

在分析電磁波對傳輸線或類似設備的影響時，假設激勵電壓源是沿傳輸線長度分布的。有分布源的傳輸線可以定義為每段長度增量都有相應電壓源增量的傳輸線。圖8畫出了這種傳輸線的一個長度單元dz的情況。電壓源EZ具有電場強度的量綱（V/m）。

當正弦信號（）作用在圖8中的傳輸線上時，沿線的電壓和電流可用下列微分方程表示：

（1）

通過求導后可得二階微分方程：

（2）

式中；endprint

式（2）的解為：

I（z）=[K1+P（z）]e-γz+[K2+Q（z）]eγz

V（z）=Z0{[K1+P（z）]e-γz-[K2+Q（z）]eγz}

式中；

通過進一步求解即可求得電磁波在電纜上感應出來的具體電流值，從而可驗證屏蔽電纜和非屏蔽電纜感應電流值得差別。此驗證工作計算量較大，計算過程不在本文中詳述。

通過以上分析，在屏蔽電纜上施加干擾信號時，屏蔽電纜中的感應電流主要集中在屏蔽層，由屏蔽體所包敷的芯線中感應電流則很小。采用屏蔽電纜來減少干擾就是要使絕大部分干擾電流流過屏蔽層，而在屏蔽體里面的芯線上只有很小的感應電流和電壓。因而電纜屏蔽時電流監測探頭感應出來的電流值會大于非屏蔽電纜測試時的感應電流值。

4 結語

由于屏蔽電纜和非屏蔽電纜的特性不同，在做CS114項目時要注意監測探頭測出的感應電流值。標準中規定如果受試電纜上的實際感應電流高于限值6dB，即使定向耦合器上監測的正向功率電平低于校準值，當待測件不敏感時，也認為滿足要求。在做屏蔽電纜測試時，若按照校準功率施加干擾信號，電纜上實際感應的電流值往往會超出限值很多，而不僅僅是標準中規定的6dB，如此一來，實際施加的干擾信號就會超出標準要求，一方面會使得測試過程不規范影響測試判定準確性，另一方面人為的加嚴了對設備的考核，對設備生產商造成不必要的成本增加。此時應當根據實際感應出的電流值反饋降低輸入功率值，從而滿足實際感應電流值大于限值6dB要求。同時，當需要測試的待測設備互聯電纜為多根時，應該區分開屏蔽電纜和非屏蔽電纜，分批次施加。

參考文獻

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