機內通信設備電磁兼容設計

劉亞軍

摘 要：為解決機內通信設備的電磁兼容問題，根據有關電磁兼容性原理和產品的電磁兼容性整改經驗，提出了機內通信設備電磁兼容設計原則，為產品設計提供技術支持。

關鍵詞：電磁兼容性；電磁干擾；電磁噪聲；技術支持

中圖分類號：TP39；TN803 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）07-00-02

0 引 言

機內通信設備（簡稱“機通”）是一種機載通信及控制設

備，支持多名乘員進行機內通話，使用電臺、衛通、JIDS對外聯絡，監聽特定的無線電導航、告警等設備的音響信號；地面檢修飛機時，供維修人員之間通話聯絡。機通作為飛行員的音頻終端，良好的通話質量關系到飛行人員能否順利完成既定任務。但在復雜的機艙環境下，機通裝置處于飛機的不同位置，導致機通電纜在飛機上的走線較長，分布范圍較廣，極易與機上其他電纜之間產生容性或感性耦合，且由于長度原因使機通電纜很容易成為輻射或接收天線。因此，機通面臨的電磁環境較復雜，要保證飛行員能夠正常通話不受干擾，提高電磁抗擾度，機通的電磁兼容性設計顯得尤為重要。

1 機通電磁噪聲及干擾來源

機通交聯圖如圖1所示，機通作為低頻敏感設備，具有交聯設備多，音頻信號多等特點。電磁兼容性是指設備在電磁干擾環境下仍能正常工作的能力，電路設計之初優先考慮電磁兼容性[1]。電纜和內部印制板的傳導干擾和輻射干擾是機通電磁噪聲產生的主要原因之一。

機通信號的傳輸依靠電流閉環流動來完成，因此供電、控制、信號傳輸一般都由兩根導線（或印制線）共同完成，其中一根導線作為電流的返回路徑，即通常所說的地線。當兩根導線之間的間距較大時，由此形成的環路面積也較大。不論這兩跟導線上是否有工作電流，當外部電磁場穿過該環路時，環路就會作為接收天線在其上產生感應電動勢，感應電動勢疊加在正常工作的電壓上，可能對機通的內部電路造成影響。當組成回路的兩根導線傳輸的工作電流頻率較高時，該環路就會作為發射天線向外產生差模輻射。因此，在機通電磁設計中，應遵循信號環路面積最小原則，同時減小公共地阻抗耦合、導線間的容性耦合以及感性耦合。

2 電纜設計

電纜引起的外部干擾一般來自兩個方面，一是其他設備的電纜對機通電纜的感性或容性耦合（如在機上平行綁扎在一起）；二是空間電磁波（其他設備的電纜、孔縫泄漏等產生的空間輻射）在機通電纜上產生的感應電壓。不論哪種情況，在機通電纜上產生的共模電流，其返回路徑在外部的參考地上，而非正常工作信號的返回線即地線上。

電纜包括機通各組成部分之間的互連電纜、機通與外部交聯設備之間的電纜、飛機給機通的供電電纜等。

機通電纜一般由屏蔽雙絞線、普通裸線等一種或幾種組成。屏蔽雙絞線是機通電纜中的另一種常見導線類型，它與同軸電纜的結構類似，不同之處在于中心導體由一根變為兩根，多用于傳輸音頻平衡信號或數字差分信號，也可用于電源正線及負線，或其他任何單端信號及其返回線（即地線）。不論哪種情況，由于其特殊的結構形式，對外產生的差模輻射較小，并且對外部差模形式的干擾也不敏感。

根據以上分析，電纜設計應遵循以下原則：

（1）電源的正負線應采用雙絞線，無特別要求時，應采用屏蔽雙絞線。

（2）所有的平衡信號應采用雙絞線。

（3）敏感小信號應有單獨的返回線，且采用雙絞線。

（4）大功率信號應有單獨的返回線，且采用雙絞線。

（5）屏蔽電纜的屏蔽層應與插頭的外殼360 ?連接。

3 接口濾波設計要求

轉接板是信號和干擾進出設備的主要通道。抗串擾設計是印制板設計的主要要素之一，導線、電纜、走線間的串擾會影響系統性能[2]。從電磁兼容方面考慮，轉接板是產品內部最重要的印制板，所有進出轉接板的信號、電源等都必須進行濾波處理。

差模電流是正常工作電流，不能減小，如果差模電流形成的回路面積較大，可引起差模輻射，不僅對產品內部的敏感電路造成影響，還會通過機殼上的孔、縫等向外產生輻射。所以轉接板上的電源線、信號線等應緊鄰其電流的返回路徑。此舉可通過多層板實現，在多層板上設置至少一個完整的地平面。

在接口處對除平衡信號線以外的所有引腳對地加濾波電容，并使電容的地引腳就近與機殼地相連，使共模電流通過機殼的內表面返回源端。對于音頻平衡信號，每根信號線可以對地加濾波電容。

根據以上分析，接口濾波設計應遵循以下原則：

（1）應根據信號種類，在轉接板上對所有外部接口進行必要的濾波處理。可采用專用的EMI濾波器或串聯電感、電阻、磁珠及并聯電容進行濾波處理。為避免二次污染，濾波器件應環狀均勻分布在圓形連接器引腳的周邊。

（2）在電源端口上可將磁珠和三端電容器組合進行濾波。電源應濾波并進行保護設計，遵循先保護后濾波的原則。應保證濾波前的電源線與濾波后的電源線保持一定距離，避免兩者因耦合而影響濾波效果。

（3）平衡信號應在轉接板上使用共模扼流線圈進行濾波。

（4）在信號端口上將磁珠和三端電容器組合對單端信號進行濾波，根據信號的工作頻率選擇相應的磁珠和電容規格型號。

4 實物驗證

某型機通按以上電磁兼容設計原則進行了研制。該產品通過電磁兼容試驗，裝機后產品能適應復雜的環境，設備的通話效果和通話舒適度較以往有了較大提升，滿足了機上環境的使用要求。

5 結 語

電磁兼容特點決定了產品電磁兼容技術的復雜度[3]，預防重于治療，電磁噪聲的抑制應在設計階段盡早處理。遵循電磁兼容設計原則，提高機通電磁抗擾度，避免裝機后的電磁干擾。

參考文獻

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