國外外部射頻電磁環境標準演變簡析

張新宇 張鋒 韓玉峰

（北京無線電計量測試研究所，北京，100854）

文 摘：簡介外部射頻電磁環境特點和國外外部射頻電磁環境標準演變過程，分析設備、分系統級和系統級標準的差異，概述標準的發展和應用情況。

隨著產品信息化程度越來越高，同時電磁脈沖、高功率微波等新技術不斷發展，使得產品面臨的電磁環境日益復雜。如果被試產品對復雜電磁環境，尤其是射頻電磁環境的適應能力不強，就會限制系統的全方位、全天候應用，這一問題隨著信息技術的發展將變得更加嚴峻[1]。為了提高產品的電磁環境適應性，各國的標準經過不斷完善，將外部射頻電磁環境試驗項目納入設備級和系統級多級綜合的考核體系，以提高產品的電磁兼容性能。

GJB72A—2002《電磁干擾和電磁兼容性術語》中給出的電磁兼容性（EMC）定義為：設備、分系統、系統在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態。包括以下兩個方面：①設備、分系統、系統在預定的電磁環境中運行時，可按規定的安全裕度實現設計的工作性能、且不因電磁干擾而受損或產生不可接受的降級；②設備、分系統、系統在預定的電磁環境中正常地工作且不會給環境（或其他設備）帶來不可接受的電磁干擾。其中，電磁環境的定義為：存在于某場所的所有電磁現象的總和。GJB 6130—2007《戰場電磁環境術語》中給出的復雜電磁環境定義為：在一定空域、時域、頻域和功率域上，多種電磁信號同時存在，對用頻裝備運用和作戰行動產生一定影響的電磁環境。而戰場電磁環境的定義為：一定的戰場空間內對作戰有影響的電磁環境。

電磁環境是一個綜合的概念，既存在于產品的設備級也存在于系統級。而且，當設備或系統所搭載的平臺不同時，所遭遇的電磁環境也將具有較大差異性。

1 外部射頻電磁環境特點

電磁環境的構成因素有很多，既有自然因素也有人為因素，其中人為因素既可能為有意產生也可能為無意產生，見表1。從狹義角度來講，戰場電磁環境主要指作戰過程中，作戰雙方有意或無意產生的電磁輻射、反射和散射而構成的電磁環境[2]。2005年發布的GJB1389A《系統電磁兼容性要求》中指出，系統外部射頻電磁環境包括（但不限于）來自于平臺（如編隊飛行的飛機、帶有護衛艦編隊航行的艦船和彼此相鄰的地面指揮系統）、友方發射機和敵方發射機等形成的電磁環境。

表1 電磁環境構成

從表1可以看出，系統工作的電磁環境是復雜多變的，其組成因素在時域、頻域、功率域上均可能發生改變，因此各國編制了眾多標準對電磁環境進行描述，以提高各系統對電磁環境的適應能力。以美軍標為代表，將電磁環境指標分解至設備級和系統級，形成了各軍兵種通用的外部射頻電磁環境標準。根據設備級和系統級所搭載的平臺不同、遭遇的電磁環境不同，制定了不同的考核限值，這種方法也成為了國際上較為認可的考核武器裝備電磁兼容性能的方法。

近年來，隨著對電磁兼容理解的不斷深入，電磁兼容問題也從設備級電磁干擾逐步向系統級電磁環境效應過渡，電磁兼容性的概念得到進一步延伸。美軍標MIL-STD-464C《系統電磁環境效應要求》中對電磁環境效應給出的定義為：電磁環境對軍事力量、設備、系統和平臺的運行能力的影響。電磁環境是客觀存在的，但電磁環境對產品的影響不盡相同，即產品的電磁環境效應不同。隨著電磁環境的惡化，各國更加重視產品的電磁環境效應，軍用標準也從設備級向系統級、電磁干擾向電磁環境效應不斷完善。但各國電磁兼容性發展的進程不同，對環境特點的理解不同，導致標準的制定也不盡相同。

2 國外外部射頻電磁環境標準現狀

2.1 俄羅斯電磁兼容標準現狀

俄羅斯的電磁兼容性標準發展比我國略早，我們了解到的前蘇聯航空工業最早的EMC標準是OCT1953年標準,它只規定了傳導干擾要求。上世紀50年代至70年代中期，前蘇聯都沿用上述標準，但在70年代末EMC標準開始更新與發展，80年代已經更多地參考和采用國際標準（如CISPR標準）和美國標準。如OCT102679-89標準幾乎等同于美國RTCADO-160A。到上世紀80年代至90年代，前蘇聯已經制定出一系列EMC標準，但尚未發現完整的配套標準體系[3]。

2.2 英國電磁兼容標準現狀

我們已知的英國軍用電磁兼容標準主要與航空和飛行器有關。首個標準BS.2G.100于1960年發布，后期更新為BS.3G.100。但當英國試圖制定陸、海、空三軍標準DEF STAN59-41時，遇到了將推出的版本對新型飛機不適用的情況，因此制定了新的FS（F） 510和FS（F） 457規范。但這些方法更適用于在實驗室開展對電源線和信號線的瞬態測試，并不包含外部射頻電磁環境的空間發射類測試?，F行有效的DEFSTAN59-411系列《電磁兼容性》為2007年發布的第一版本，包括5個部分：第一部分《電磁兼容性管理與規劃》、第二部分《電、磁和電磁環境》、第三部分《設備和分系統電磁兼容性測試方法和限值》、第四部分《平臺和系統電磁兼容性測試與試驗》和第五部分《三軍裝備電磁兼容性設計和安裝操作規程》。

2.3 北約電磁兼容標準現狀

北約（NATO） 曾對設備和系統級EMC規范進行了幾次重大修改。分別用于設備及系統設計的STANAG3516、STANAG3614均有多種版本。這些文件與 MIL-STD-461和MIL-STD-6051D相類似。關于電磁環境效應的標準主要有STANAG4370：AECTP250系列《電和電磁環境條件》，STANAG4370：AECTP500系列《電磁環境效應測試與驗證》。其中，AECTP250用于描述環境，現行有效版本為2011年發布的第二版，適用于北約成員國，具有射頻電磁環境相關章節；AECTP500適用于武器裝備（包括設備、分系統、系統、平臺、軍械等）電磁環境效應試驗驗證，現行有效版本為2011年發布的第四版。

2.4 美軍標

美國軍事的快速發展以及其對電磁兼容的高度重視，導致美軍的電磁兼容試驗能力一直居于世界領先地位，美軍標也一直是各國EMC標準制定的重要參考。美軍擁有多個電磁環境效應實驗室，用于開展設備級、系統級電磁兼容性研究和試驗評估。其中大型電磁兼容實驗室擁有對系統級電磁環境效應進行研究、開發測試和評估的能力，可開展對系統內電磁兼容性、雷電效應、電磁脈沖效應、電磁易損性、靜電電荷控制、電磁輻射危害等效應的試驗評估，具備多模擬器施加外部射頻電磁綜合環境的條件。美國軍方至少建有20個大型電磁環境效應實驗場，包括陸軍7個、海軍8個、空軍5個，其中6個實驗場(海軍有4個)具有全部電磁環境效應試驗能力[4]。對電磁兼容的高度重視也直接導致了美軍標的修訂速度快、對裝備作戰環境的考慮全面，從而成為了各國軍用產品電磁兼容性標準制定的重要參考。其中，最具代表性的標準為MIL-STD-461系列和MIL-STD-464系列。

2.4.1 美軍標MIL-STD-461的演變過程

實際上，美國電磁兼容方面的軍用標準和規范的發展史可追溯到1945年，在461系列標準頒布以前，美國各軍兵種為滿足各自的需要，制定了各自的電磁兼容性要求標準，見表2。

表2 MIL-STD-461之前的電磁兼容性標準

這種多種標準共存的體制使得單設備設計時，如要滿足多軍兵種需要，經常需要重新設計，因為原本的設計可能達不到要求，也可能造成浪費。測試設備因測試方法和限值的不同，需要的種類較多，費用也較高。因此急需一個統一的標準降低這種差異性，以供三軍共同使用，MIL-STD-461就在這種背景下誕生了。

1965年，美國國防部組織三軍的工程技術人員和標準化人員制定了一個研究電磁干擾術語、測試范圍、測試方法及設備要求的計劃，即461系列標準。這一系列標準包括：MIL-STD-461《設備電磁干擾特別要求》、MIL-STD-462《電磁干擾特性測量》、MIL-STD-463《電磁干擾技術定義和單位制》。從此，美軍標進入了使用461標準的時代。

從MIL-STD-461標準第一次發布至今，已經先后公布了7個版本，在461D發布之前主要以通告形式進行更新，461D和462D最終演化為要求和方法合二為一的461E，至此MIL-STD-462標準廢止，后MIL-STD-463標準也被廢止，具體演變過程見表3。

表3 MIL-STD-461的演變過程

2.4.2 美軍標MIL-STD-464的演變過程

美軍最早的系統級電磁兼容標準出現在1950年。在MIL-STD-464《系統電磁環境效應要求》頒布之前經歷了MIL-E-6051和MIL-STD-1818兩個標準。其中MIL-E-6051先后經歷了三次改版，使用了47年，MIL-STD-1818作為過渡性標準頒布于1992年。美軍在1997年頒布464標準同時，通告了MIL-E-6051和MIL-STD-1818兩個標準廢止，從而在真正意義上統一和規范了電磁環境效應所涉及的內容與要求，是電磁環境效應標準化的一個重要里程碑。這一標準經歷了三次修訂，具體演變過程見表4。

表4 美軍標電磁環境效應標準的演變過程

2.4.3 美軍標外部射頻電磁環境試驗標準現狀對比

美軍標非常重視電磁兼容標準的修訂，更新換代速度很快，就目前來看，外部射頻電磁環境試驗作為電磁兼容性試驗中的重要一環，設備和分系統級依據為2007年發布的MIL-STD-461F，系統級依據為2010年發布的MIL-STD-464C。

MIL-STD-461F和MIL-STD-464C均為通用標準，以應用平臺劃分，其中MIL-STD-461F中RS103項目極限值劃分為空軍、海軍和陸軍，每個軍種都分為飛機外部或SCES（安全性關鍵設備和分系統）、飛機內部、艦船甲板上和水下外部、金屬艦船甲板下、非金屬艦船甲板下、水下內部、地面設備、空間系統共8個使用平臺。MIL-STD-464C將外部射頻電磁環境試驗項目極限值以工作環境劃分為艦船甲板上、在艦船上發射機主波束下工作、空間和運載系統外部、地面系統外部、陸軍直升機外部和固定機翼飛機外部共6種。但不同的被試系統可能會涉及兩個或兩個以上應用平臺，美軍標對分系統和系統級的標準并不相同，而是根據不同環境進行細致劃分。例如飛機外部電磁環境限值見文后附表。

附表中，標準MIL-STD-464C中的峰值場強是基于發射機的最大允許使用功率和天線最大增益減去系統損耗（若損耗未知則估為3dB）得到，平均場強是基于平均輸出功率，平均輸出功率是發射機的最大峰值輸出功率與最大占空比的乘積。占空比是脈沖寬度與脈沖重復頻率的乘積。平均值場強只適用于脈沖信號系統。非脈沖信號的平均功率與峰值功率是相同的（即沒有調制存在）。

3 思考與啟示

通過對比可以發現，美軍標中設備級標準和系統級標準差異較大，系統級標準MIL-STD-464C對外部電磁環境的劃分更為細致，考慮全面，經過了大量的測量和經驗積累，對系統的考核更加合理。而我國現階段標準還不夠完善，數據支撐不夠有力，不能準確表達系統的使用電磁環境，仍需進一步完善。

國外很早就開始關注復雜電磁環境的研究，美國軍方建立了電磁環境效應試驗中心，用于開展電磁環境效應驗證試驗和仿真驗證，包括高場強電磁環境效應試驗，其高場強試驗系統可覆蓋400MHz～14GHz頻段，射頻電磁環境發生器能夠產生的最大峰值場強可達20kV/m以上，試驗設備包括390MHz～940MHz、1GHz～34.8GHz頻段的磁控管發射機，通過試驗確定武器裝備系統、分系統等在暴露于外部工作環境和規定的電磁環境時的生存性、易損性和兼容性。相比而言，我國對電磁環境效應的研究和試驗起步較晚，目前對全壽命周期內的外部射頻環境的分析還不全面，但正在逐步朝著更合理、更可靠的方向發展。

綜上所述，美軍標對于外部射頻電磁環境試驗方法的考核更全面，更加貼近實戰，無論是設備級還是系統級EMC標準都對進一步修訂我國國軍標具有重要參考意義。