艦載陀螺儀的電磁兼容實驗研究?

朱安周 段 濤 杜曉昌 梁勝杰

（91697部隊 青島 261200）

1 引言

現(xiàn)代艦艇在狹小空間中布置的電子設(shè)備多、任務(wù)量較大，線纜集中安裝，電磁頻譜覆蓋范圍寬，發(fā)射功率大，接受器靈敏度高，受干擾途徑多，相對更是一個電磁干擾復(fù)雜的環(huán)境，對系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和使用性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響的可能性更大［1］。陀螺儀是艦艇導(dǎo)航設(shè)備和艦載武器系統(tǒng)穩(wěn)定平臺的重要傳感部件，其工作穩(wěn)定和輸出精度是保證艦艇安全和艦載武器有效命中目標(biāo)的基礎(chǔ)。因此對艦載陀螺儀單個工作設(shè)備進(jìn)行相對應(yīng)的電磁兼容測試和電磁兼容性研究具有重要的意義［2］。本文以某型艦載陀螺儀為受試對象（EUT），根據(jù)GJB-151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量》中的CE102、CS101、RE102測試項目的特征，提出了相應(yīng)的測試方案，并對其進(jìn)行了實際的測試實驗。

2 測量實驗的一般要求

在具體的實驗中我們采用的是帶電控系統(tǒng)的機(jī)械式陀螺儀，雖然現(xiàn)在各種新型陀螺儀像激光陀螺儀、光纖陀螺儀、微機(jī)械陀螺儀等都被普遍應(yīng)用，單就測試的目的來說，我們將其作為艦載設(shè)備電磁兼容性測試的受試設(shè)備具有一定的代表性。

2.1 測量容差

除非對特定測試另有說明，容差應(yīng)如下：

a.距離：±5%；

b.頻率：±2%；

c.幅度，測量接收機(jī)：±2%dB；

測量系統(tǒng)（包括測量接收機(jī)、傳感器、電纜等）：±3%dB；

d.時間（波形）：±5%

2.2 電磁環(huán)境電平

當(dāng)在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行測試時，EUT（受試設(shè)備）斷電和所有輔助設(shè)備通電時測得的電磁環(huán)境電平應(yīng)至少低于規(guī)定的極限值6dB。電源線上的傳導(dǎo)環(huán)境電平應(yīng)在斷開EUT但連接一個電阻負(fù)載情況下測量，該電阻負(fù)載應(yīng)流過與EUT相同的額定電流。

當(dāng)在屏蔽室內(nèi)按GJB151B對EUT進(jìn)行考核試驗時，電磁環(huán)境電平?jīng)]必要記錄在EMITR（電磁干擾測試報告）中；在屏蔽室外進(jìn)行測試時，則測試應(yīng)在電磁環(huán)境電平處于最低點(diǎn)的時間和條件下進(jìn)行，電磁環(huán)境電平應(yīng)記錄在GJB151B要求的EMITR中。

2.3 屏蔽室

為防止EUT和外部環(huán)境相互影響，通常在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行試驗。屏蔽室必須具有足夠的屏蔽效能以滿足電磁環(huán)境電平要求。屏蔽室必須足夠大以滿足EUT配置要求和單項測試方法所需的天線配置要求。

當(dāng)在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行輻射發(fā)射和輻射敏感度測試時，為減少反射，改善準(zhǔn)確性和重復(fù)性，應(yīng)采用射頻吸波材料（浸碳泡沫尖劈、鐵氧體瓦、鐵氧體瓦和尖劈組合等）。射頻吸波材料應(yīng)位于EUT上面、后面和兩側(cè)面以及輻射和接收天線后面。

EUT應(yīng)安裝在模擬實際情況的接地平板上。如果實際情況未知。或需要多種形式安裝，則應(yīng)使用金屬接地平板。除另有規(guī)定，接地平板的面積應(yīng)不小于2.25m2，其短邊不小于760mm。當(dāng)在EUT安裝中不存在接地平板時，EUT應(yīng)放在非導(dǎo)電面上。

2.4 電源阻抗

在單項測試中一般使用LISN（線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)）來隔離電源干擾并為EUT提供規(guī)定的電源阻抗。

3 EUT及測試設(shè)備的相關(guān)規(guī)定

3.1 EUT的搭接

只有EUT的設(shè)計和安裝有說明中有規(guī)定時，設(shè)備外殼和安裝基座等才能搭接在一起或?qū)⑵浯罱釉诮拥仄桨迳稀．?dāng)測試安裝需要搭接條時，所用搭接條應(yīng)與實際安裝規(guī)定的搭接條相同。通過電源電纜安全接地的便攜設(shè)備，應(yīng)按照相應(yīng)測試方法的規(guī)定接地。

如果EUT安裝設(shè)計時使用具有振動和沖擊減震器的基座，則EUT必須緊固在基座上。當(dāng)安裝基座備有搭接條時，應(yīng)搭接到接地平板上；當(dāng)安裝基座沒有搭接條時，則在測試配置中不應(yīng)使用搭接條。

在EUT上有供接地的外部接線端子或連接插頭的情況下，若該端子在設(shè)備中通常是接地的，則應(yīng)把端子接到接地平板上；如果該端子安裝條件不明則不應(yīng)接地。

3.2 EUT的取向

應(yīng)將EUT產(chǎn)生最大輻射的那一面或?qū)椛湫盘栕钜桩a(chǎn)生影響的那一面朝向天線。EUT應(yīng)安裝于接地平板前緣100±20mm處，以便為電纜敷設(shè)提供足夠的空間。

3.3 EUT電纜的構(gòu)成和敷設(shè)

電纜敷設(shè)應(yīng)模擬實際的安裝和使用情況。應(yīng)按安裝要求檢查電纜已確定是否采用正確敷設(shè)形式，如使用對絞、屏蔽和屏蔽端接等。

單獨(dú)互連線應(yīng)按實際安裝中同樣的方法組合成電纜。在測試配置中整個互連電纜的長度應(yīng)與實際安裝平臺安裝的長度一致。如電源線應(yīng)連接到LISN（線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)）上，從EUT連接器到LISN的電源線總長度不超過2.5m。

3.4 EUT的工作

對發(fā)射測量，EUT應(yīng)在易產(chǎn)生最大發(fā)射的狀態(tài)下工作；對敏感度測量，EUT應(yīng)在其最敏感的狀態(tài)下工作。對具有幾種不同狀態(tài)（包括用軟件控制的狀態(tài)），應(yīng)對發(fā)射和敏感度進(jìn)行足夠多的狀態(tài)測試，以便對所有的電路進(jìn)行評估。

3.5 測試設(shè)備的使用

測試設(shè)備應(yīng)符合測試方法的規(guī)定。任何選頻測量接收機(jī)，其性能（如靈敏度、帶寬選擇、檢波功能、動態(tài)范圍和工作頻率等）需要滿足測試方法的要求。對測量所要求的測量設(shè)備和附件應(yīng)按照規(guī)定的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。在每次發(fā)射測量開始之前，應(yīng)對整個測試系統(tǒng)（包括測量接收機(jī)、電纜、衰減器、耦合器及軟件等）按照單項測試方法規(guī)定，通過注入一已知信號來進(jìn)行檢驗，同時監(jiān)測系統(tǒng)輸出指示是否滿足要求。

4 實驗測試

4.1 CE102實驗：10kHz～10MHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射

4.1.1 實驗?zāi)康?/p>

按照GJB151B-2013中CE102的測試要求，檢驗EUT輸入電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射。通過觀察測試設(shè)備輸出幅值是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定適用極限值中曲線（受試設(shè)備額定電源電壓＞28V）要求。在電磁兼容實驗室對CE102實驗項目進(jìn)行了測試。

4.1.2 測試設(shè)備及配置

測試設(shè)備：測量接收機(jī)；數(shù)據(jù)記錄裝置；信號發(fā)生器；衰減器（20dB）；示波器；T型同軸連接器；LISN。

設(shè)備配置圖如下所示：

圖1 CE102測試配置圖

4.1.3 測試方法

1）測試設(shè)備以及EUT通電預(yù)熱，并達(dá)到溫度工作狀態(tài)。

2）選擇電源線，測量帶寬是10kHz～10MHz，采用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最小測量時間，使測量接收機(jī)在適用的頻率范圍內(nèi)掃描；

3）檢查記錄數(shù)據(jù)。

4.1.4 測試數(shù)據(jù)

圖中A曲線為國軍標(biāo)規(guī)定的極限值，B曲線為設(shè)備測試結(jié)果。

傳感器+設(shè)備電纜（直流供電±15V）

圖2 測試設(shè)備接正線實驗測試圖

4.2 CS101實驗：10kHz～10MHz電源線傳導(dǎo)敏感度

4.2.1 實驗?zāi)康?/p>

按照GJB151B-2013中CS101的測試要求，檢驗EUT承受耦合到輸入電源線上的信號的能力。觀察記錄檢測EUT的示波器輸出波形及幅值。在電磁兼容實驗室對CS101進(jìn)行測試。

圖3 測試設(shè)備接回線實驗測試圖

4.2.2 測試設(shè)備及配置

測試設(shè)備為信號發(fā)生器；功率放大器；示波器；耦合變壓器；電容器（10μF）；隔離變壓器；電阻器（0.5Ω）；LISN。

設(shè)備配置圖如下所示：

圖4 CS101測試配置圖

4.2.3 測試方法

1）EUT及相關(guān)測試設(shè)備通電預(yù)熱，使其達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)；

2）將信號發(fā)生器調(diào)到最低測試頻率，增加信號電平，直到電源線上的功率電平達(dá)到80W為止；

3）保持要求的信號電平，在整個頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃描測量；

4）檢測連接在EUT兩端的示波器的輸出波形。

4.2.4 測試數(shù)據(jù)分析

信號發(fā)生器的輸出波形應(yīng)為正弦波，如圖5所示。

由于這項測試中實驗結(jié)果基本不變，因此只選取了其中個別波形，測試結(jié)果如下所示：

傳感器+設(shè)備電纜（直流供電±15V）

當(dāng)頻率為436kHz時，EUT的輸出波形如圖6所示。

當(dāng)頻率為4.2MHz時，EUT的輸出波形如圖7所示。

表1 信號發(fā)生器隨頻率的注入數(shù)據(jù)

圖5 信號發(fā)生器的輸出波形

圖6 EUT的輸出波形

圖7 EUT的輸出波形

4.3 RE102實驗：30MHz～1GHz電場輻射發(fā)射

4.3.1 實驗?zāi)康?/p>

按照GJB151B-2013中RE102的測試要求，檢驗EUT及其有關(guān)電線、電纜的電場發(fā)射是否超過規(guī)定要求。通過觀察測試設(shè)備輸出幅值符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定適用極限值中曲線（受試設(shè)備額定電源電壓＞28V）要求。在電磁兼容實驗室對RE102進(jìn)行了測試。

4.3.2 測試設(shè)備及測試配置

測試設(shè)備為測量接收機(jī)；數(shù)據(jù)記錄裝置；信號發(fā)生器；短棒輻射器；電容器（10pF）；LISN；對數(shù)周期 天 線（30MHz～200MHz）；雙 錐 天 線（30MHz～1GHz）。

圖8 RE102測試配置圖

測試配置如下圖所示：4.3.3 測試方法

1）測試設(shè)備以及EUT通電預(yù)熱，達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)；

2）使用對數(shù)周期天線，在30MHz～200MHz的頻率范圍內(nèi)對EUT工作狀態(tài)下對外界的電場輻射進(jìn)行測試；

3）使用雙錐天線，在200MHz～1GHz的頻率范圍內(nèi)對EUT工作狀態(tài)下對外界的電場輻射進(jìn)行測試；

4）檢查記錄實驗數(shù)據(jù)。

4.3.4 測試數(shù)據(jù)

（圖中紅色曲線為國軍標(biāo)規(guī)定的極限值，藍(lán)色曲線為設(shè)備測試結(jié)果）：

屏蔽室內(nèi)沒有EUT時電磁環(huán)境的測試結(jié)果如下：

圖9 屏蔽室內(nèi)沒有EUT時電磁環(huán)境測試圖

傳感器+設(shè)備電纜（直流供電±15V）

圖10 測試設(shè)備接回線實驗測試圖

5 結(jié)語

實驗以艦載陀螺儀為受試對象對CE102、CS101、RE102測試項目進(jìn)行了相應(yīng)測試實驗，通過對測試結(jié)果進(jìn)行分析并結(jié)合GJB151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》傳導(dǎo)干擾和敏感度實驗的基本要求得出如下結(jié)論。

1）檢驗EUT輸入電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射，通過觀察測試設(shè)備輸出幅值在450KHz附近達(dá)到峰值，設(shè)備輸入電源線上的傳導(dǎo)干擾是符合國軍標(biāo)要求的。

2）10kHz～10MHz電源線傳導(dǎo)敏感度測試，波形正常，符合國軍標(biāo)的要求。

3）30MHz～1GHz 電 場 輻 射 發(fā) 射 實 驗 ，在200MHz附近測到峰值，電場輻射發(fā)射在國軍標(biāo)范圍內(nèi)。