机载设备电磁兼容技术分析

机载设备电磁兼容技术分析

闫冬

太原航空仪表有限公司  030006

摘要：飞行器中所应用的电子电气设备具备高度敏感性，因而其电磁兼容性成为人们关注的重点。鉴于此，文章重点就机载设备的电磁兼容技术要点进行研究分析，以供参考。

关键字：机载设备；电磁兼容；技术

引言

电磁兼容是一项系统工程，应在设备和系统设计、研制、生产、使用与维护的各阶段都充分地予以考虑。在进行电磁兼容设计时，除了采用干扰传播抑制技术，如屏蔽、接地、搭接、合理布线等方法以外，还可以采取回避和疏导的技术处理，如空间方位分离、时间闭锁分隔、频率划分与回避、滤波、吸收和旁路等等，有时这些回避和疏导技术简单而巧妙，可代替成本费用昂贵而质量体积较大的硬件措施，收到事半功倍效果。

1机载设备的电磁干扰

1.1电磁环境效应

电磁波辐射是指无线电侦查、通信等设备应用中，利用天线及其他辐射体将电能转化为电磁能并向外部传递的过程或所产生的现象，所有可产生电磁辐射的设备统称为辐射电磁源。辐射电磁源不同，其所产生的电磁环境效应也不同。如人为电磁源是通过人为操控电子设备而产生的电磁辐射，而被动电磁辐射则不是由天线辐射产生的，其是在电子或电器设备运行中意外出现的电磁辐射，会使之周边形成严重电磁干扰区，或导致脉冲放电，会增强电磁环境的复杂性。除此之外，由自然因素导致的自然电磁辐射会导致静电产生，也会引发雷电或是形成地磁场，静电会击穿损坏元件或融毁精密半导体器件，直击雷及电磁脉冲对设备会产生更为严重的损害，影响三维空间中的全部电子设备。

1.2电磁干扰模型的组成

1.2.1电磁干扰源模型

电磁干扰源模型有两个干扰源，一是自然干扰源，二是人工干扰源，所有电子系统既是接收机也是干扰源。电磁干扰源中涵盖微处理器、传送器和微控制器，并且静电放电以及瞬时功率执行元件也是其结构之一，如机电继电器便是典型的干扰源。干扰源模型常以时域进行表示，此种表示方式更加直观。干扰源时域有多种波型，如脉冲序列波、梯型单脉冲波等。

1.2.2耦合路径

电子电力系统的传输通道模型除了导线对导线感应模型、电磁场对导线感应耦合模型以外，还有电阻、电容、电感3种传导耦合模型，这些传输通道共同存在，无法单一描述，可基于宽频范围对系统内部电磁兼容问题进行预测，用于单个或多个设备间干扰问题的评估。电磁干扰有两种传输途径，即传导和辐射。

1.2.3敏感器模型

模拟及数字电路是电子系统及电磁兼容预测中的重要敏感器，传导干扰作用于模拟及数字电路时会产生响应，辐射干扰由导体感应向电路后传递间接作用时也会产生响应，可根据敏感度对这些响应进行描述，这便是敏感度模型。

1.3飞行器电磁环境及其效应分析

各种环境下只要是在机载电子设备寿命周期内，便存在传导或辐射等多种电磁干扰，飞行器机体内部及外部均存在多个电磁干扰源。机体内部的电磁干扰源有搭载设备、机载设备以及军用电子装备等，机外电磁干扰源为广播电台、电力传输线、变电站及电磁辐射武器等。外界电磁环境的强弱决定着飞行器所受到的电磁干扰大小，且飞行器自身结构、系统布局以及所采用的工作方式也与其外部电磁环境产生的影响有所关联[1]。

2机载设备电连接器的电磁兼容技术要点

2.1屏蔽设计

屏蔽技术作为一种抑制电磁干扰、提高机载设备电磁兼容性的有效方法，广泛应用于飞机机载设备的电磁兼容设计技术中。屏蔽设计分为线路设计和结构设计，主要用于切断通过空间辐射的干扰传输途径。结构屏蔽设计的关键是屏蔽体的选择，可分为传输线屏蔽体和专用屏蔽体。对机载设备而言，传输线屏蔽体的选择可归结为电缆设计。电缆材料、走向的设计合理与否，直接影响设备性能的发挥。由于机载设备的装机受飞机总体设计制约，组成设备的间的距离短则几十厘米，长则几米甚至几十米，对信号的传输及供电都是不利的。机载设备的电缆设计遵循的原则是交流线和信号线选择屏蔽线，尽可能用防波套将屏蔽导线套住，屏蔽导线两头的屏蔽层与外防波套连接，保证与地良好接触；屏蔽线焊接时不宜剥得过长，一般距焊点10mm即可，以保证良好的屏蔽效果；严格按芯线特性设计，保证交流、直流电源分开供电，大信号和小信号远离，高频和低频分开，对高灵敏的传输线实行单独传输，或采用特殊传输线。机载设备中各种功率源的泄漏会干扰机上其它高灵敏、宽频带的接收设备。为此，对有功率泄漏的部件或分机必须设计专门的屏蔽体，阻止其功率泄漏以消除干扰。屏蔽体的设计关键是屏蔽体形状和材料的选择。屏蔽体的形状应尽量选择盒形，多采用板状、全封闭性，少采用开孔和缝隙结构。屏蔽体材料的选择应选用良好导体，如铜、铝，屏蔽体表面应尽量镀银以提高屏蔽效能。

2.2接地设计

公共地线是传播干扰的一个重要途径，接地设计对任何机载设备都是必不可少、至关重要的。接地设计可分为机箱的接地设计和线路接地设计。机箱的接地设计包括材料的选用、机箱与飞机机体的连接等。材料的选用是根据组成分机的功能和作用，根据机内是不是有高压、高功率等来确定。接地设计应从机箱与飞机机体、减振垫与飞机机体，搭铁线与机箱，搭铁线与飞机机体的连接入手。连接的设计应保证各连接表面之间紧密接触，被搭接表面的接触区应光滑、清洁，绝不允许有非导电物质；对有较大相对运动的搭接对象，搭铁线要有好的抗震性能和较大的柔性，以防止搭铁线折断，影响接地效果；有防潮、防锈措施，防止接触电受潮、生锈，造成接触不良，电阻增大。在搭铁线材料的选择上，要尽可能选用等效直径大的材料，并且要尽可能短；搭铁线的接头底部不要焊接，以防机上震动而折断。

2.3滤波设计

滤波设计是解决机载设备电源干扰，保证系统正常工作的一种有效措施。各种类型的滤波器被广泛用于电子电路和传输线中。机载设备电磁兼容滤波器的作用是抑制来自电源线上的各种强度的干扰，抑制设备本身的干扰经电源线向外传播。

2.4装机位置的选择

机载电子设备遍及飞机各个部位，理想的装机位置对解决机上电磁兼容性是十分有利的。对电磁兼容性影响较大的是天线的安装位置，确定天线在飞机上的安装部位，应从减少空间辐射、减少干扰、利于设备性能发挥等方面考虑[2]。确定天线的装机部位时，应做到：第一，接收天线和发射天线尽可能远离，以提高空间隔离度。当今机载设备，追求的是宽频带、高灵敏、大功率，接收及灵敏度越高越容易受干扰，发射功率越大，空间干扰能力越强，通过接收天线进入接收机的可能性越大。因此，在条件允许的情况下，应尽可能增大收、发天线的距离；第二，频域隔离。尽可能地将机上各设备的相同或相近工作频率的天线远离，尤其是收、发天线等，以免相互干扰；第三，大功率发射天线远离接收天线。在飞机上，有的设备的发射脉冲功率达到几十千瓦或更高，有时尽管工作频率相差甚远，但由于发射功率大，或天线特性不理想等原因，仍会产生干扰，影响设备的正常工作。除了正确选择天线装机位置外，其余各设备分机应尽可能地集中，减少相互连接的电缆长度，以利于减少干扰，提高设备的电磁兼容性。

结束语

综上所述，就目前来说机载设备电磁兼容性是个十分复杂的问题，电磁兼容设计也是个实践性极强的工作。造成电磁干扰的原因非常复杂，要求工程技术人员全面地掌握电磁兼容技术，对周围电磁环境有全面的了解；从元器件选用到系统设计，从样机试验到出厂验收测试及加装工程实施均采取有力的电磁兼容性控制管理措施。

参考文献：

[1]何锦涛.航空发动机电子控制器电磁防护设计研究[D].南京航空航天大学，2019.

[2]魏俊淦，田建学，赵波，卞金来.短波电台干扰无线电高度表电磁兼容研究与整治[J].仪表技术，2012(06):45-48.