軍用電磁屏蔽方艙的電磁屏蔽效能測(cè)試研究

高慶濤 李琦

摘要：所有電子產(chǎn)品都需要在一定的電磁環(huán)境下才能工作，而當(dāng)電磁輻射超過閾值時(shí)，工作中的電子設(shè)備就會(huì)失控。電磁屏蔽在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中有著非常重要的地位。電磁屏蔽是方艙在執(zhí)行任務(wù)中的有效幫手，所以若要方艙保持性能，就需要不斷改進(jìn)電磁屏蔽方法。而在對(duì)電磁屏蔽方艙進(jìn)行各方面的改進(jìn)過程中，就需要對(duì)這些改進(jìn)后的方法進(jìn)行測(cè)試，從而了解改進(jìn)措施是否有效。文章對(duì)達(dá)標(biāo)測(cè)試和診斷測(cè)試進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：方艙;電磁屏蔽;能效;測(cè)試中圖法分類號(hào)：TM936

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on electromagnetic shielding effectiveness test ofmilitary electromagnetic shielding shelter

GAO Qingtao，LI Qi

（The 15th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Beijing 100083，China）

Abstract：All electronic products need a certain electromagnetic environment to work， and when the electromagnetic radiation exceeds the threshold， the electronic equipment in operation can go out of control. Electromagnetic shielding plays a very important role in modern warfare. Electromagnetic shielding is an effective helper in the performance of the shelter， so if the shelter is to maintain its performance， it is necessary to continuously improve the electromagnetic shielding effect. In the process of improving various aspects of the electromagnetic shielding shelter， it is necessary to test the effects of these improvements to understand whether the improvement measures are effective. This paper studies compliance testing and diagnostic testing.

Key words：shelter， electromagnetic shielding， energy efficiency， testing

近年來(lái)，電磁屏蔽防護(hù)系統(tǒng)因良好的防護(hù)能力在許多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。特別是在軍事領(lǐng)域，電磁屏蔽防護(hù)系統(tǒng)成為軍事保護(hù)方面的重要系統(tǒng)。隨著科技不斷發(fā)展和進(jìn)步，電磁屏蔽防護(hù)系統(tǒng)也不能一成不變，而要不斷進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)不斷更新的武器系統(tǒng)。而軍用電磁屏蔽防護(hù)系統(tǒng)在改進(jìn)時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行一系列測(cè)試，如測(cè)試其設(shè)計(jì)是否合理、生產(chǎn)工藝是否先進(jìn)。所以，測(cè)試工作就為電磁屏蔽防護(hù)系統(tǒng)的不斷改進(jìn)提供了具體的數(shù)據(jù)和方向。在方艙車輛行駛時(shí)，因其處在一個(gè)移動(dòng)的環(huán)境中，所以具有特殊性。因此，我們需要對(duì)電磁屏蔽防護(hù)裝置進(jìn)行測(cè)試，即對(duì)其屏蔽效果、設(shè)計(jì)是否合理和生產(chǎn)工藝等進(jìn)行測(cè)試，從而不斷提高其電磁屏蔽防護(hù)系統(tǒng)的效果，提高和保證電磁屏蔽方艙的屏蔽效率和效果[1]。

1電磁屏蔽方艙

1.1屏蔽要求

方艙是一種移動(dòng)的作戰(zhàn)工具，具有其特殊的性能，如強(qiáng)度大、剛度高，同時(shí)有很長(zhǎng)的使用壽命以及足夠的承載能力、良好的運(yùn)輸能力、優(yōu)秀的水和氣體密封性能等。因此，它被廣泛應(yīng)用于我國(guó)軍事裝備的各個(gè)領(lǐng)域。隨著科技的不斷發(fā)展，微波、電子偵查和對(duì)抗等一系列高科技技術(shù)和產(chǎn)品被研發(fā)出來(lái)，這就對(duì)電磁屏蔽的效率和性能提出了越來(lái)越高的要求。

電磁屏蔽防護(hù)是一種可移動(dòng)的電磁屏蔽空間。它不僅具有一般軍事防護(hù)所需的各種特性，還具有電磁屏蔽空間所需的電磁屏蔽特性，是二者有機(jī)結(jié)合形成的新型軍事裝備平臺(tái)。在我國(guó)的相關(guān)規(guī)定中，對(duì)于電磁屏蔽的防護(hù)有明確要求，如防護(hù)性能必須控制在0.15～10GHz，而且對(duì)于電磁波的衰減量也做出了明確說明，即不能低于60dB。同時(shí)，也有文件明確將電磁屏蔽分為三個(gè)等級(jí)，等級(jí)規(guī)劃內(nèi)容如表1所列。

1.2影響電磁屏蔽效率的主要因素

電磁屏蔽防護(hù)系統(tǒng)需要進(jìn)行全面而科學(xué)的設(shè)計(jì)：首先，需要防護(hù)裝置有非常高的剛度和非常大的強(qiáng)度，從而更好地形成外部保護(hù);其次，電磁屏蔽的效率方面要滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足其防護(hù)性能要求。而由于電磁方艙并不是全部無(wú)縫密封的，在有大窗鞥附件時(shí)會(huì)給電磁屏蔽的保護(hù)能力造成一定影響。

（1）材料的選擇

不同的材料具有不同的特性，從性能、價(jià)格和重量等進(jìn)行考慮，電磁屏蔽防護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)結(jié)構(gòu)一般要求外觀平整、密閉性好、強(qiáng)度大以及導(dǎo)電性好。所以，綜合而言，鋁型材和鋁板是非常不錯(cuò)的選擇。

（2）方艙所有部件的電氣連接

確定保護(hù)結(jié)構(gòu)后，還需確定主屏幕材料。尤其是保護(hù)導(dǎo)電的不連續(xù)性，其中包括各種開口、通風(fēng)孔、門、電源連接等。由于操作不當(dāng)很容易出現(xiàn)傳導(dǎo)中斷，導(dǎo)致電磁泄漏，嚴(yán)重影響電磁屏蔽效率。車門是方艙最大的開口，車門和門框之間形成的間隙是電磁波泄漏的重要因素。松開車門電磁屏蔽對(duì)于方艙屏蔽室非常重要。

為了保障門和門框之間的緊密連接，設(shè)計(jì)時(shí)特別要注意對(duì)材料的表面進(jìn)行處理，同時(shí)需要注意門和門框之間的連接不是無(wú)縫的，這個(gè)部位的屏蔽效率要求有所不同，需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)則是按照絲網(wǎng)導(dǎo)電墊的材料和大小來(lái)決定。根據(jù)以往的數(shù)據(jù)可以得知，在襯墊的壓縮率達(dá)到35%時(shí)，屏蔽效果最好。為了避免電磁對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)的各種干擾、降低電磁感應(yīng)的影響，防護(hù)體必須確定，并且時(shí)刻保持和接地相同的電位，即零電位。而為了提高屏蔽效率，必須設(shè)計(jì)并保證正確的接地方式，尤其是在低頻段，盡可能長(zhǎng)時(shí)間地選擇接地裝置，接地裝置的接地線必須從防波護(hù)套等處拆除。

（3）保證觀察窗不受日光照射

在方艙中，防護(hù)窗的屏蔽是一個(gè)難點(diǎn)，既要具有良好屏蔽性，又需要有一定的采光性。這就在設(shè)計(jì)上增加了非常大的難度。在設(shè)計(jì)方艙時(shí)，對(duì)屏蔽效能的要求不同，設(shè)計(jì)的方案也是不同的。例如，在要求嚴(yán)格時(shí)（大于60db），就不能設(shè)計(jì)日光觀察窗，以避免屏蔽效果達(dá)不到預(yù)期。而對(duì)于要求沒有不嚴(yán)格時(shí)（低于50db），則可以設(shè)置日光觀察窗。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮到電氣之間的連接，并且屏蔽玻璃的使用也是有一定的要求的，必須綜合考慮各種標(biāo)準(zhǔn)和要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2軍用掩體的試驗(yàn)方法

正確連接信號(hào)源、接收器、天線等測(cè)試設(shè)備，并將其加熱至穩(wěn)定狀態(tài)，如圖1所示。試驗(yàn)期間，必須將試驗(yàn)設(shè)備調(diào)整至規(guī)定的工作頻率范圍。首先，如果沒有防護(hù)罩，模擬自由空間場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，所選空間場(chǎng)必須盡可能不受反射和其他電磁場(chǎng)干擾。設(shè)置發(fā)射天線和接收天線之間的中心距離，使其滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T12190?1990）的要求，并記錄測(cè)試過程中接收機(jī)接收到的讀數(shù)ekh1;（在被測(cè)部位）加屏蔽后，還應(yīng)設(shè)置發(fā)射天線和接收天線之間的中心距離，以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T12190?1990）的要求;記錄測(cè)試過程中接收機(jī)的測(cè)量值E2（H2），同時(shí)將記錄好的數(shù)據(jù)進(jìn)行兩次處理，則可提高保護(hù)裝置的電磁屏蔽效率。

2.1低頻頻率段測(cè)試

低頻段電磁屏蔽的測(cè)試也是一個(gè)重點(diǎn)，主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括艙口、通風(fēng)口、窗口和電纜口等。在低頻段測(cè)試中，發(fā)射天線和接收天線與屏蔽墻之間的距離約為0.5～3m。在測(cè)試過程中，接收天線必須反復(fù)調(diào)整方向并升高或降低位置，以確保信號(hào)處于“最糟糕”的狀態(tài)。對(duì)于每個(gè)點(diǎn)的測(cè)試，應(yīng)記錄接收器的最大測(cè)試值。首先，需要進(jìn)行一個(gè)無(wú)屏蔽模擬試驗(yàn)，然后根據(jù)以下低頻電磁屏蔽試驗(yàn)裝置布置圖進(jìn)行屏蔽試驗(yàn)（圖2）。

測(cè)試頻率點(diǎn)：150KHz、200KHz、1MHz、18MHz。

測(cè)試天線：環(huán)形天線、鞭形天線。

2.2超高頻頻率段的相關(guān)測(cè)試

超高頻頻率段測(cè)試方式適用于廂式貨車和方艙，并且要求其高度不得超過3m。在測(cè)試時(shí)，發(fā)射天線的位置是有要求的，即需要與屏蔽墻平行，且二者間的距離最好為1.5m，接收天線應(yīng)放置在遮蔽物中，并與測(cè)試的屏蔽墻平行，距離墻壁0.3m。在測(cè)試時(shí)，應(yīng)該先進(jìn)行水平方向的測(cè)試，測(cè)試完成后再進(jìn)行垂直方向測(cè)試;首先進(jìn)行水平極化試驗(yàn)，然后進(jìn)行垂直極化試驗(yàn)。

2.3微波頻段的測(cè)試

在微波頻段測(cè)試中，發(fā)射天線的位置需要與背側(cè)的墻壁保持2m的距離，同時(shí)需要首先進(jìn)行水平方向的測(cè)試，然后進(jìn)行垂直方向的測(cè)試。再根據(jù)相關(guān)要求，安置屏蔽試驗(yàn)的相關(guān)用具，進(jìn)行屏蔽測(cè)試。

2.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

首先需要模擬測(cè)試條件，按照自由空間場(chǎng)來(lái)布置，然后進(jìn)行測(cè)試，記錄下度數(shù)，接下來(lái)需要將掩體進(jìn)行隱蔽，再根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測(cè)試，并且記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。在測(cè)試完成后，需要對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算完畢后，再進(jìn)行分析和比較，得出試驗(yàn)結(jié)果后，驗(yàn)證此設(shè)計(jì)方案是否能夠滿足要求，能否達(dá)到安全保護(hù)目的。若達(dá)不到相關(guān)要求，需要對(duì)此設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，直到滿足要求。

2.5評(píng)估避難所電磁屏蔽的有效性

電磁屏蔽的有效性可以通過無(wú)屏蔽時(shí)間、空間保護(hù)區(qū)域的場(chǎng)力（EO或HO）與有屏蔽時(shí)該區(qū)域的場(chǎng)力（E或H）之比來(lái)表示。一般來(lái)說，屏蔽不僅會(huì)削弱場(chǎng)的作用力，還會(huì)在不同程度上扭曲空間保護(hù)區(qū)中的有源場(chǎng)。因此，通過上述方法確定的電場(chǎng)的電氣元件和磁性元件的屏蔽效能是不同的，并且與測(cè)試點(diǎn)的坐標(biāo)有關(guān)。這將很難量化屏蔽的有效性。在一般情況下，屏蔽效率不止一個(gè)值。因此，平面電磁波在空間上受到無(wú)限平面均勻屏蔽的保護(hù);用均勻的球形屏蔽、保護(hù)位于中心的點(diǎn)源;位于其軸線上的線源由均勻的、無(wú)限長(zhǎng)的圓柱屏蔽層屏蔽。在電磁屏蔽理論中，研究的第一個(gè)重點(diǎn)即真實(shí)情況成為理想情況，但理想化將極大地影響評(píng)估的準(zhǔn)確性和準(zhǔn)確性。因此，只能確定最低屏蔽效能的數(shù)量級(jí)。

3影響測(cè)試結(jié)果的因素分析

在測(cè)試遮蔽物有效性的過程中，部分測(cè)試人員對(duì)于整個(gè)測(cè)試過程沒有足夠的了解，測(cè)試技術(shù)不過關(guān)，對(duì)于儀器的使用上不能做到得心應(yīng)手，這有可能出現(xiàn)測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確、不能真實(shí)反映測(cè)試項(xiàng)目的情況。頻譜分析儀是目前測(cè)試中廣泛使用的接收設(shè)備，具有頻率覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。然而，如果使用不當(dāng)，就會(huì)對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果造成影響，出現(xiàn)測(cè)試誤差。

為了擴(kuò)大測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，使用預(yù)選放大器是一種常見的選擇，但是如果沒有對(duì)其進(jìn)行正確的使用，也會(huì)對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果造成失真影響，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤的測(cè)試結(jié)果。

當(dāng)接收信號(hào)小于130dBm時(shí)，預(yù)選放大器超出正常范圍（接收信號(hào)通過電纜屏蔽層或空間耦合進(jìn)入接收設(shè)備），預(yù)選放大器對(duì)強(qiáng)弱信號(hào)的放大系數(shù)不同。因此，直接使用制造商提供的數(shù)據(jù)將出現(xiàn)測(cè)試誤差;當(dāng)預(yù)選放大器的輸入信號(hào)強(qiáng)度大于10dBm時(shí)，放大器將飽和，因此接收設(shè)備的讀數(shù)遠(yuǎn)低于實(shí)際值。如果直接連接時(shí)不進(jìn)行測(cè)量，使放大器工作在飽和區(qū)，會(huì)帶來(lái)很大的測(cè)量誤差。

3.1收發(fā)器天線和連接電纜

收發(fā)天線的類型對(duì)測(cè)試結(jié)果有很大影響。目前，市面上有許多不同類型的發(fā)射和接收天線，如使用雙音天線或周期對(duì)數(shù)天線的發(fā)射天線、使用陣列天線的接收天線、使用雙脊波導(dǎo)天線的發(fā)射天線和使用標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線的接收天線。此外，由于耦合、共振或位置變化，接收天線和接收設(shè)備支架之間的連接電纜也會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。

3.2受測(cè)庇護(hù)所的狀況

被測(cè)方艙的狀態(tài)包括是否接地、電源濾波器是否安裝、安裝位置是否正確、工作是否正常、信號(hào)濾波器是否安裝、安裝位置、工作是否正常，屏蔽室內(nèi)的設(shè)備、儀表是否放置正常，是否開啟或保持正常工作狀態(tài)。其中，電源濾波器和信號(hào)濾波器的狀態(tài)會(huì)影響遮蔽物的屏蔽效率;一些因素會(huì)增加駕駛室內(nèi)的背景噪聲，進(jìn)而影響測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍。在實(shí)際測(cè)試中，方艙中的濾波器經(jīng)常放電，內(nèi)部接收設(shè)備使用逆變電源或電池，使得無(wú)法反映屏蔽的實(shí)際效果。

4軍用方艙電磁屏蔽效能現(xiàn)狀

在軍用方艙的研制和生產(chǎn)過程中，電磁屏蔽效能帶來(lái)的重要作用受到了重視。通過不斷研發(fā)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝方面采取了許多電磁屏蔽措施;通過軍用掩體試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。例如，如果軍用方艙的屏蔽效率滿足指標(biāo)要求，檢查電磁屏蔽設(shè)計(jì)中采取的每項(xiàng)改進(jìn)措施的效果，則與電磁屏蔽效率測(cè)試Tenta密不可分。未來(lái)軍用方艙電磁屏蔽效能測(cè)試將更加規(guī)范化，促使軍用方艙生產(chǎn)水平不斷提高。

5總結(jié)

隨著科技的不斷進(jìn)步，我國(guó)的綜合實(shí)力不斷增強(qiáng)。而軍品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，在對(duì)軍用方艙進(jìn)行研發(fā)和不斷改進(jìn)中，需要對(duì)電磁的兼容性進(jìn)行全面探究，從而得出合理的設(shè)計(jì)理論。在積極開展相關(guān)研究的同時(shí)，也要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，從而不斷提高設(shè)計(jì)水平、增加作戰(zhàn)能力，為軍方提供更加先進(jìn)的設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

[1]洪濟(jì)曄.電磁屏蔽效能的測(cè)量[J].自動(dòng)化儀表，2009，30（9）：24?26.

作者簡(jiǎn)介：

高慶濤（1982—），本科，中級(jí)工程師，研究方向：軍用綜合電子信息系統(tǒng)。

李琦（1986—），碩士，高級(jí)工程師，研究方向：軍用綜合電子信息系統(tǒng)。