EMC测试设备—军用电子设备试验标准

近20年来，军用电子设备对电磁工作环境的兼容性越来越受到重视。EMC不仅与温度、湿度、振动等平行成为评估军用设备环境适应性的重要指标，而且对于一些军用电子设备来说，电磁兼容性是所有环境要求中最重要的位置。这是因为在现代军用设备的电子化程度大大提高后，军用电子设备的功率谱和频率谱继续延伸到高端和低端，军用电子设备在海洋、陆地和空气平台上的安装密度也显著增加，导致电子设备之间的电磁干扰（EMI）问题越来越突出。因此，要求军用电子设备具有规定的电磁兼容性已成为设备设计、生产和使用各方的共识。

为了评估军用电子设备的EMC性能，几乎所有军用电子设备都需要通过国家军用标准规定的电磁兼容性试验。因此，近年来，军用电子设备电磁兼容性试验标准和标准技术引起了前所未有的关注。

与其他环境条件的评估要求不同，电磁兼容性的检查不仅要评估设备对电磁环境的适应性，还要评估设备的存在是否会导致不利于容纳其他设备正常运行的电磁环境。因此，电磁兼容性试验是一种双向试验，测试设备（EUT）必须同时满足外部电磁干扰和非外部电磁干扰的标准。由于电磁信号可以通过电路传输和空间辐射产生效应，因此，为了使军用电子设备在电磁兼容性试验中达到标准，必须在设备的电子电气系统和机械结构系统中采取协调措施。这些因素决定了电磁兼容性试验比其他常规环境试验更复杂，更难达到标准。

对于从事军用电子设备电磁兼容性设计和测试的人员，除了掌握与设备相关的专业知识和必不可少的电磁学、电子学、电工学、材料科学和结构设计的基础知识外，还必须熟悉电磁兼容性测试的军事标准，尽可能详细地了解测试的物理含义和要求。

围绕GJB151A.97标准的主要规定，结合十多年来从事电磁兼容性设计和试验的军用电子设备在各种安装平台上的实践，提供一些实用的技术和经验，有利于使试验项目达到标准。

一.GJB151A197标准简介：

GJB151A.97标准全称为军用设备和分系统的电磁发射和敏感性要求，是我国军用电子、电气、机电等设备和分系统开发订购的国家军用标准，规定了军用设备必须满足的EMC要求。该标准经国防科技工业委员会批准，于1997年5月23日发布，自1997年12月1日起实施。GJB152A-97标准[2]军用设备和分系统电磁发射和敏感性测量，规定了GJB151A-97标准中测试指标的测量方法。

GJB151A-97标准的前身是1986年发布的GJB151A-86标准。新标准参照国外军标(主要是美国军标MIL)修订了旧标准，对一些指标提出了更严格的要求。

军用电子设备的EMC试验包括以下19项：

• 传导发射CE10125Hz~10kHz电源线

• 传导发射CE10210kHz~10mHz电源线

• ce10610kHz~40gHz天线端子传导发射

• 传导发射CE107电源线尖峰信号(时域)

• cs10125Hz~50kHz电源线传导敏感性

• cs10315kHz~10gHz天线端子互调传导敏感性

• 无用信号抑制CS10425Hz~20GHz天线端子的传导敏感性

• CS10525Hz~20GHz天线端子交调传导敏感性

• ·CS106电源线尖峰信号传输敏感性

• ·CS10950Hz~100kHz壳体电流传导敏感性

• 传导敏感性注入CS11410kHz~400mHz电缆束

• 脉冲激励传导敏感性注入CS115电缆束

• ·CS11610kHz~100mHz电缆及电源线阻尼正弦瞬变传导敏感性

• REIO125Hz~100kHz磁场辐射发射

• RE10210kHz~18gHz电场辐射发射

• RE10310kHz~40gHz天线谐波和乱真输出辐射发射

• RSIO125Hz~100kHz磁场辐射敏感性

• RS10310kHz40gHz电场辐射敏感性

• RS105瞬变电磁场辐射敏感性

对于各种不同的军事安装平台，上述19项EMC试验并非全部必要。所谓的军事安装平台分为9类：水面船舶、潜艇、陆军飞机（包括航线安全设备）、海军飞机、空军飞机、空间系统（包括运载火箭）、陆军地面、海军地面和空军地面。在GJB151A-97标准中，规定了每个平台的适用性。

对于需要EMC测试的军用电子设备，CE102.CSIO1.CS114.RE102.RS103通常是所有测试项目中最重要的项目。对于装载在船舶和飞机上的设备，通常需要CE101.CS115.CS116.RE101.RS101中的一些项目，以及上述5个项目，通常需要在7到9个项目之间进行测试，其余项目由订单单位根据相关规范确定是否需要进行测试。

二.军用电子设备的EMC特点及设计对策

与一般非军用电子设备或非电子军用设备相比，军用电子设备的电磁兼容性具有以下特点。

1.安装密度高。考虑到战术技术，军用电子设备的安装非常紧凑，大量功能各异的军用电子设备密集在狭窄的空间内，使得设备间的电磁干扰问题尤为突出。

2.强弱信号共存。几乎所有种类的军用电子设备都必须同时处理各种不同强度的信号。强信号干扰外部设备，弱信号对外部干扰非常敏感。

3.频谱分布广泛。军用电子设备充分利用频率资源，占用从直流到微波的各个频带。雷达等部分设备在脉冲模式下工作，覆盖频率范围广，对周围设备造成强烈干扰。

4.共用电源和地线。各安装平台上的大量军用电子设备通常共用电源和备份电源。共用地线使电源耦合和地线耦合引起的相互干扰不容忽视。

5.设备机电结构旋转空间小。军用电子设备结构坚固，设备内部冗余空间小。如果EMC在设计后期得到加强，往往会与设备原有的机械结构或电气布局发生冲突，难以考虑各方面的战术技术性能指标。

由于上述特点，军用电子设备的EMC设计比普通电子设备更加复杂和困难，电磁兼容性试验更难达到标准。

为了设计符合GJB151A.97电磁兼容性标准的军用电子设备，首先要遵循一般EMC设计原则，然后在此基础上加强EMC措施，特别是电源、底盘屏蔽、电路设计和接地质量。

2．1 电源和EMC的关系

在GJB151A．97标准中，CE101、CE102、CE107、CS101、CS106这5项是直接与电源有关的，CS114、CS115和CS116这3项与电源电缆有关，其余辐射发射和敏感度的项目间接与电源有关。因此可以说，军工电子设备的EMC设计，第1步要做好的就是设备电源的EMC设计。

2．1．1电源EMC设计的主要对策

       (1)电源输入端的电磁屏蔽和电源线滤波。电源线一进入机箱就要直接连接到电源滤波器上，或者采用输入端兼做电源插座的电源滤波器。电源滤波器的安装很有讲究，滤波器的输出线要远离输入线，金属外壳要大面积接地。如果把进出滤波器的电源线捆扎在一起，这个滤波器就几乎等于没用。

(2)使用隔离变压器。如果采用交流电源，在成本和安装条件许可的情况下，最好使用隔离变压器。最简单的隔离变压器是在初次级间有屏蔽隔离层的电源变压器，这种变压器能够起到安全防护、变压、隔离地线环流、提高共模干扰抑制能力等多种作用，而且其滤波特性能够和电源滤波器互补。

  (3)合理设计二次电源。设备的二次电源有开关电源和线性电源2种。虽然开关电源对外来干扰有一定的抑制能力，但不少开关电源对外的辐射发射和传导发射过大，致使在EMC试验时，能通过敏感度项目却通不过发射项目。因此，在低功耗电路中，如可不用开关电源就尽量不用，选用线性稳压器可避免产生对外干扰。 

(4)电源的整体屏蔽。鉴于电源部分在电子设备EMC性能方面的重要性，还可以在屏蔽机箱内部把电源部分整体再屏蔽在另一个与其它部分隔离的空间内，形成对电源的整体屏蔽。

2．2 机箱电磁屏蔽

机箱电磁屏蔽是防止空间电磁辐射最基本也是最有效的办法，在GJB151A．97标准中，RE101、RE102、RS101、RS103、RS105这5项与机箱的屏蔽直接有关，其余与电缆有关的项目也间接与机箱屏蔽有关，因为电缆是要通过机箱进出的。

2．2．1 设计屏蔽机箱的几点原则

(1)保证屏蔽层的导电连续性。理论分析和EMC试验都证明，电磁屏蔽体上的细长缝隙将使屏蔽效果大打折扣。因此，机箱结构上的所有外部缝隙都要实现连续且有良好的导电接触。而对于直径小于屏蔽机箱厚度的小孔，一般不必担心影响EMC效果。

(2)妥善处理机箱的各种开口。机箱开口主要用来安装开关、按钮、指示灯与显示屏等。开口较大时，如果难以在所安装器件的前面采取屏蔽措施，也要在器件的后面加装屏蔽层(后置屏蔽法)，并对穿过屏蔽层的导线做滤波处理。

(3)正确选择和安装机箱接插件，解决电缆屏蔽问题。进出机箱的线缆如处理不当，会减弱甚至失去机箱屏蔽效能。因此，连接至机箱插座的外部线缆可加外屏蔽层，并且线缆的外屏蔽层要和机箱的屏蔽层保持导电连续性。安装在机箱上的插座要选用符合军用标准的屏蔽型接插件。机箱上安装插座的接触面不能有漆膜或涂塑层等任何绝缘材料。

(4)机箱散热最好采用自然风冷的方式，允许有一些小的散热孔。如果要安装散热风扇的话，需要在风扇外侧安装截止波导式屏蔽通风板。

2．3 电路设计中的EMC对策

电路EMC设计的基本原则已有许多文献述及，此处仅提一下几个实用的具体细节。

1)应用多层印制电路板和表面贴装元器件。具有电源层和地线层的4层以上印制电路板的EMC特性优于普通的单、双面印制电路板，在电路设计时应尽可能采用多层板。表面贴装元器件的等效电磁辐射面积显著小于插装式元器件，具有更好的EMC性能。所以多层电路板加表面贴装元器件的组合应当成为符合GJBI51A－97标准要求的印制电路板设计首选。

2)信号传感器的选用和传感信号放大器的设计。传感器一般安装在设备主机箱以外，因此，对主机箱采取的电磁屏蔽措施覆盖不到传感器。又由于来自传感器的信号十分微弱，所以传感器经常成为电子设备中最易遭受外部电磁干扰的薄弱环节，尤其是在做RS101和RS103测试时。

传感放大器有单端输入式和差分输入式之别。从理论上讲，理想的平衡输入差分放大器抑制共模干扰信号的能力很强，因此一般应采用这种输入方式。但当干扰信号大到一定程度时(如RS103试验时干扰场强最大可达200 V／m)，可能导致有源差分放大器的工作范围脱离线性区，使共模抑制失效。实际试验的结果也表明，在严密屏蔽和良好接地的条件下，单端输入式的传感放大器抗干扰能力有时更胜一筹。因此，究竟选用哪种输入放大电路，还需结合实际情况决定。

3)强化有源器件的高频旁路。按照GJB151A．97标准做RS103项目的试验时，有时会出现这种情况：干扰信号为等幅波时，输出信号不受干扰；干扰信号为调幅波时，输出信号中就有了干扰。经分析，可能是调幅波干扰信号窜入电路后，由于有源器件的非线性响应产生了高频检波，从而造成干扰。为防止这种情况，强化对有源器件的高频旁路可起一些作用。

2．4 注重接地质量

在电源、屏蔽和电路设计这3方面，都必须高度关注地线和接地质量问题。接地质量首先体现在要正确接地，即选择正确的接地点和接地方式；再则是要可靠接地，接地面积要大、接地线要粗而短、接地螺栓要安装紧固，以减小接地电阻。

综上所述，对军工电子设备进行EMC设计时，设计重点依次是电源、屏蔽、电路，而对接地的设计考虑则自始至终贯穿于这3个方面。