戰(zhàn)術(shù)飛行器電氣系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計

米曉莉，汪 非，趙永剛

(91550 部隊91 分隊，遼寧 大連 116023)

隨著現(xiàn)代科技的進步，戰(zhàn)術(shù)飛行器得到了高速發(fā)展。電氣系統(tǒng)是戰(zhàn)術(shù)飛行器的重要組成部分，承載了飛行器供電、信號傳輸?shù)然竟δ?，電路集成化、小型化、信號?shù)字化、信號高密度化等是戰(zhàn)術(shù)飛行器電氣設(shè)計的特點。

由于戰(zhàn)術(shù)飛行器往往應(yīng)用于復雜電磁環(huán)境中，強電磁環(huán)境、高對抗背景下要求電氣系統(tǒng)要能充分考慮電磁兼容性設(shè)計［1］。如何抑制干擾設(shè)備發(fā)出的干擾信號，加強敏感設(shè)備的抗干擾能力，是戰(zhàn)術(shù)飛行器電氣系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計的重點。

1 常用的電磁兼容性定義

電磁兼容性的定義在不同書籍中和不同標準中有一定細微的差異，綜合起來，電磁兼容性可以理解為:在規(guī)定的電磁環(huán)境下，設(shè)備完成預定工作的能力。

一個設(shè)備電磁兼容性的好壞，需要是在規(guī)定的電磁環(huán)境下，電磁環(huán)境惡劣程度不能無限制地放大或無理由地縮小;其次，需要設(shè)備具備能完成預定工作的能力。這樣的情況下，才能說這個設(shè)備電磁兼容性設(shè)計的好壞。

電磁兼容的相關(guān)定義里還有傳導干擾和輻射干擾，干擾源，敏感設(shè)備，分貝等，相關(guān)書籍中敘述較為充分［2-4］，本文不再贅述。從工程設(shè)計來講，可以簡單地理解為: 傳導干擾是一種有線的干擾，干擾通過導電的導線或?qū)щ姷慕饘龠M行傳播;輻射干擾是一種無線的干擾，干擾通過無線的媒體( 例如空氣)進行傳播;干擾源是產(chǎn)生較大傳導干擾或輻射干擾的設(shè)備或裝置;敏感設(shè)備是受到干擾后，容易造成工作不穩(wěn)定的設(shè)備。

2 電氣系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計

戰(zhàn)術(shù)飛行器的電氣系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計可以分為以下幾類:供電系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計;信號接地設(shè)計;信號的電磁兼容性處理;導線電磁兼容性設(shè)計;人體靜電的預防和消除。

2.1 供電系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計

戰(zhàn)術(shù)飛行器設(shè)備供電主要由電池完成，有的戰(zhàn)術(shù)飛行器安裝有發(fā)電機，配置電源變換裝置，將發(fā)電機發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出，這些電源統(tǒng)稱為一次電源。大多數(shù)一次電源提供的是28 V 直流電。有些設(shè)備需要±15 V 或高壓電，使用DC/AC 或DC/DC 變換器，將一次電源提供的電壓轉(zhuǎn)換為其他數(shù)值的電壓輸出，這些變換后再輸出供電的電源，稱為二次電源。二次電源的一個重要指標是電壓穩(wěn)定度，指標為二次電源電壓變化率和一次電源電壓變化率的比值，一般情況下數(shù)值為百分之幾。這樣一次電源上電壓產(chǎn)生的波動，對二次電源的電壓影響極小。

戰(zhàn)術(shù)飛行器供電體制分為單線制和雙線制，兩者的區(qū)別在于單線制情況下，飛行器殼體是電流導體，相當于用電設(shè)備的負線，有電流流過;雙線制設(shè)備有專用的負線導線，飛行器殼體不流過電流。在工程應(yīng)用上來講，單線制和雙線制各有其優(yōu)點和缺點。單線制的最顯著缺點是飛行器殼體作為公用的電流通道，有大電流流過時，造成一定的電壓壓降，這樣的情況下，其它敏感設(shè)備的負線上就引入了這個電壓壓降，容易產(chǎn)生共地耦合傳導干擾。單線制的優(yōu)點在于由于飛行器殼體作為電源負線，減少了導線數(shù)量，同時形成靜電屏蔽，易于屏蔽外界電場輻射干擾，減少殼體靜電累計。相對于單線制，雙線制的優(yōu)點在于避免了單線制固有的共地耦合干擾，缺點是導線數(shù)量在一定程度上增多了，同時，容易在殼體上積累靜電。

由于戰(zhàn)術(shù)飛行器上精密設(shè)備較多，單線制的共地耦合現(xiàn)象愈發(fā)突出，所以大多數(shù)新研制的戰(zhàn)術(shù)飛行器采用了雙線制的供電體制。

因戰(zhàn)術(shù)飛行器上設(shè)備供電存在不同數(shù)值的電壓，一般情況下，這些不同種類的電壓地均不連接在一起，電壓正端也不連接在一起，以避免傳導干擾。

當戰(zhàn)術(shù)飛行器上存在共負載的電池和發(fā)電機并聯(lián)供電情況時，兩者負線一般是直接并聯(lián)在一起的; 電池供電正和發(fā)電機供電正可控制接通或無控直接并聯(lián)。一般情況下，電池額定輸出28 V 時，電源變換裝置輸出電壓短時間達到34 V 以上，并不會造成電池性能下降，不存在反供電問題;而電源變換裝置有整流模塊，反向電壓可抗電池額定輸出電壓2倍以上，不存在反供電問題。

2.2 信號接地設(shè)計

在戰(zhàn)術(shù)飛行器上“地”主要包括大地、金屬構(gòu)件地、數(shù)字信號地、模擬信號地、電源電壓地。

大地就是測試廠房內(nèi)的接地母帶，在廠房內(nèi)釘一定數(shù)量的接地樁，經(jīng)電阻測量合格后，沿廠房一周連接一圈金屬環(huán)帶即為接地母帶。在戰(zhàn)術(shù)飛行器未通電的情況下，一般將其和飛行器金屬構(gòu)件地連接在一起，以消除殼體產(chǎn)生的靜電。低壓1000 V 以下電源的殼體一般接交流電的PE 地，即保護接零。PE 地在變壓器根部接大地，后每隔20 ～30 m 反復接大地。在戰(zhàn)術(shù)飛行器通電情況下，一般由測試系統(tǒng)統(tǒng)一將殼體接在大地上，不允許飛行器金屬構(gòu)件地再重復接大地，其一避免產(chǎn)生接地環(huán)路，在電磁場下產(chǎn)生干擾電壓; 其二避免兩處接地的電位不同，損毀設(shè)備。

在戰(zhàn)術(shù)飛行器的設(shè)計過程中，一般情況下數(shù)字信號地、模擬信號地、電源地和金屬構(gòu)件地之間均采用隔離措施進行隔離。常用的隔離措施有光電耦合器、射隨器等。因系統(tǒng)要求和設(shè)備要求不同，有的設(shè)備因設(shè)計需要必須要接殼體( 如波導管等)，這樣的情況下，盡量采用單點接地方式，避免接地環(huán)路和共地耦合現(xiàn)象的存在。

2.3 信號的電磁兼容性處理

戰(zhàn)術(shù)飛行器上常常出現(xiàn)共模、差模電壓影響。在工程上共模電壓可以理解為沒有參考點的電壓，即它們之間沒有聯(lián)系;差模電壓為有共同參考點的電壓，它們之間有壓差。一般來說，共模電壓對設(shè)備正常工作不會造成影響，差模電壓會對設(shè)備工作造成影響。戰(zhàn)術(shù)飛行器上信號采用的一些電磁兼容性設(shè)計，一般都是消除差模電壓，或避免共模電壓轉(zhuǎn)換為差模電壓對設(shè)備造成影響。

常用的信號電磁兼容性處理包括濾波、隔離等措施。濾波就是把希望用的信號保留，把不希望存在的信號消除; 隔離采用光電耦合器或射隨器對不能接通的信號之間進行隔離。

戰(zhàn)術(shù)飛行器的濾波大多數(shù)使用無源濾波方式，包括使用濾波電容、電感、扼流圈、鐵氧體磁環(huán)等。濾波電容、電感方式屬于反射式濾波器，濾波效果較好，但存在受溫度影響較大的問題，戰(zhàn)術(shù)飛行器均予以充分考慮，同時因電容、電感均為儲能器件，有可能會對電路正常工作造成一定影響; 扼流圈分為共模扼流圈和差模扼流圈，和鐵氧體磁環(huán)一樣屬于吸收式濾波器，將雜波轉(zhuǎn)換為熱能散發(fā)出去，在使用時也需要考慮飽和量和散熱。

戰(zhàn)術(shù)飛行器常用的隔離措施包括光電耦合和射隨器等，光電耦合適用于開關(guān)量的隔離，射隨器適合于需精確采集的模擬信號的隔離。

2.4 導線電磁兼容性設(shè)計

戰(zhàn)術(shù)飛行器選用導線在考慮導線載流量的同時，還需針對信號的特性選擇不同類型的導線。如422 數(shù)字信號需選用屏蔽雙絞線加單根屏蔽線，或屏蔽三絞線;1553B 數(shù)字信號需選用專用的屏蔽雙絞線; 視頻信號、高頻信號采用同軸線;甚高頻信號采用波導管; 三相交流電信號采用三絞線或四絞線;火工品點爆線路采用雙絞線或屏蔽雙絞線等等。

采用絞線的目的是減少線線之間的環(huán)路面積，以減小受磁場干擾產(chǎn)生的干擾電壓，絞線的絞距均有相應(yīng)要求，比如有的要求不少于14 絞/m，有的要求更小的絞距及更高的絞數(shù)。

采用屏蔽處理的導線，屏蔽層必須良好接殼，按照電磁兼容理論，根據(jù)信號的頻率和電纜長度，屏蔽層采用單點接地、雙點接地、多點接地。對于屏蔽層接殼有較多要求，比較清晰的要求是，信號頻率在3 MHz 以下時，屏蔽層單點接殼;信號頻率處于3 ～30 MHz 時視導線長度和信號λ/8 的比值，屏蔽層采用單點或雙點接殼;信號頻率處于30 MHz 以上時，屏蔽層采用雙點或多點接殼。

在戰(zhàn)術(shù)飛行器設(shè)計過程中，因電纜均成束設(shè)計、生產(chǎn)，不具備采用各種接地方式并存的條件，因大多數(shù)信號頻率屬于低頻，導線束屏蔽層多采用單點接殼方式。單點接殼的方式避免了雙點接殼和多點接殼方式造成的接地環(huán)路面積，減少了電磁干擾對信號造成的影響。采用同軸線的電路，在使用中都進行相應(yīng)的阻抗匹配，對同軸線在高頻下的電阻均作相應(yīng)的要求，避免較大衰減而影響信號。

2.5 人體靜電的預防和消除

靜電的產(chǎn)生不容易避免，一般情況下，人體產(chǎn)生的靜電可高達15 kV 左右，這種能量能對CMOS 管等元器件造成一定的影響，可能造成元器件的損壞; 在平時對戰(zhàn)術(shù)飛行器的測試操作過程中，操作人員如不消除靜電的情況下，直接操作火工品，有可能將敏感火工品點爆，危害較大。

因戰(zhàn)術(shù)飛行器設(shè)備成件較多，集成電路較多，火工品也較多，在平時貯存戰(zhàn)術(shù)飛行器以及操作時均須十分注意防止靜電。在貯存戰(zhàn)術(shù)飛行器時，殼體需良好接大地，一般情況下，不能用手直接接觸CMOS 管等敏感元器件，測量火工品時除了進行相應(yīng)防護外，需要在特定廠房進行測量。

3 其他電磁兼容設(shè)計方法

除了上述各種電磁兼容設(shè)計方法外，戰(zhàn)術(shù)飛行器還采用一些其他電磁兼容設(shè)計方法:

1)設(shè)備殼體和戰(zhàn)術(shù)飛行器殼體之間用搭鐵線良好的連接，避免殼體之間存在不同電勢或靜電積累。

2)個別設(shè)備設(shè)計過程中考慮電磁波的輻射，采用截止波導原理設(shè)計設(shè)備。

3)良好屏蔽效果的電連接器的使用，以及帶有穿心電容電連接器的使用，增強信號傳輸抗干擾措施。

4)高密度防波套的使用，增強信號抗電磁場輻射干擾的能力。

5)固體繼電器的使用，避免傳統(tǒng)電磁繼電器磁力線干擾。

上述電磁兼容性設(shè)計因篇幅所限，本文不再一一介紹。

4 結(jié)束語

本文介紹了戰(zhàn)術(shù)飛行器中電氣系統(tǒng)大多數(shù)電磁兼容性設(shè)計方法，這些方法能有效地對電磁干擾進行抑制，有效地提高系統(tǒng)電磁兼容性。

隨著科技的發(fā)展，電磁兼容研究不斷的深入，戰(zhàn)術(shù)飛行器勢必采用更多的電磁兼容新技術(shù)、新產(chǎn)品，將系統(tǒng)的電磁兼容性能提升到更高層次。

［1］GJB151—97，軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求［S］.

［2］區(qū)健昌.電器設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2003.

［3］威廉姆斯.產(chǎn)品設(shè)計中的EMC 技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［4］蒙特羅斯.電磁兼容的測試方法與技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.