試驗機改裝中導(dǎo)線特性分析及綜合布線技術(shù)

譚秀萍 張琦

摘 要：試驗機改裝包括測試設(shè)備和被試設(shè)備在機上的安裝，以及系統(tǒng)設(shè)備交聯(lián)電纜的敷設(shè)、用電引取，從原機系統(tǒng)采集電信號，各系統(tǒng)之間通電聯(lián)試等工作。改裝期間需充分考慮系統(tǒng)之間電磁兼容性的問題。目前試驗機改裝常用的導(dǎo)線從耐高溫、抗拉強度、絕緣層的厚度、節(jié)距個數(shù)等指標(biāo)均已達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但各類導(dǎo)線的電特性不同，導(dǎo)線的正確選用和敷設(shè)是機載電子設(shè)備抗電磁干擾的先決條件，文章簡要介紹了扭絞線、屏蔽線和同軸線的抗電磁干擾特性，重點介紹了導(dǎo)線的分類及綜合布線技術(shù)。

關(guān)鍵詞：試驗機改裝 扭絞線 屏蔽線 同軸線 綜合布線技術(shù)

中圖分類號：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（a）-0022-03

隨著航空工業(yè)的飛速發(fā)展，飛機的性能不斷提高，電子設(shè)備復(fù)雜程度大幅度增加，在空間上形成了電子設(shè)備高度密集的情況，而且設(shè)備的工作頻帶越來越寬，發(fā)射功率越來越大，靈敏度也越來越高，接受微弱信號的能力也越來越強。電磁干擾已成為電氣、電子設(shè)備及其構(gòu)成的系統(tǒng)正常工作的突出障礙[1]。

因此，在試驗機改裝過程中，加/改裝系統(tǒng)的電路設(shè)計及施工，必須統(tǒng)籌考慮加/改裝各系統(tǒng)之間、以及飛機系統(tǒng)間電磁干擾的相互影響，采取相應(yīng)的措施把電磁干擾給各系統(tǒng)正常工作帶來的危害降到最低，使原機系統(tǒng)和加/改裝系統(tǒng)之間、加/改裝系統(tǒng)內(nèi)部之間能夠達(dá)到相互兼容。

筆者結(jié)合多年試驗機改裝實際工作，對各種扭絞線、屏蔽線、同軸線的抗干擾特性進(jìn)行了簡要的介紹，針對試驗機改裝提出了導(dǎo)線、電纜綜合布線技術(shù)，結(jié)合每架機改裝的實際情況，合理地利用綜合布線技術(shù)，保證了加/改裝系統(tǒng)的正常工作。

1 試驗機改裝常用導(dǎo)線特性介紹

試驗機機載電子設(shè)備處于各種電機、開關(guān)設(shè)備、微處理器及各種通訊導(dǎo)航設(shè)備和電氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁環(huán)境中，且電磁干擾產(chǎn)生的機理異常復(fù)雜，由于電磁信號交織在一起，會形成很大的相互干擾，有通過磁場耦合的，有通過電場耦合的。電磁干擾按傳輸途徑可分為兩大類：傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備[2]，是以電磁波的形式傳播輻射，可以通過各種天線接收，也可以在系統(tǒng)內(nèi)部極小的距離間進(jìn)行。

機載電子設(shè)備的電磁干擾，大部分是由于導(dǎo)線的選用不當(dāng)，布線不合理造成的。因此，導(dǎo)線、電纜的合理選用和布線是抑制電磁干擾的重要手段。

試驗機改裝中使用的導(dǎo)線種類眾多，各自具有不同特性，只有明確了解其特性才能很好的對導(dǎo)線、電纜進(jìn)行合理的選用和敷設(shè)，下面對幾種典型的導(dǎo)線逐一進(jìn)行簡要介紹。

1.1 扭絞線特性

在試驗機改裝中，常用的扭絞線為兩絞、三絞、四絞線，經(jīng)常采用扭絞線所具有的平衡結(jié)構(gòu)來抑制電纜敷設(shè)引起的電磁干擾信號的感性耦合。

所謂扭絞線就是用兩根或兩根以上相同的絕緣導(dǎo)體進(jìn)行捻合扭絞，形成一根雙螺旋線或多螺旋線電纜，由于幾個導(dǎo)體是一起扭絞的并攜帶相等相反的電流，一個導(dǎo)體的場趨向于抵消另外一個導(dǎo)體的場，因而無論是關(guān)于減小場的發(fā)射或者降低對于干擾場的感應(yīng)電平方面都是很有效果的。不論是電源線，還是信號線，只有與它的回線扭絞在一起時才起到消除耦合的作用。

最常用的兩絞線和屏蔽兩絞線只適用于100KHZ以下的信號傳輸，當(dāng)頻率達(dá)到1MKHZ時傳輸損耗大大增加，所以兩絞線較多應(yīng)用在音頻電路和低頻電路中。

1.2 屏蔽線特性

屏蔽線是使用金屬編織的屏蔽層把一根或多根獨立絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的屏蔽導(dǎo)線[3]。屏蔽編織層的剝離端應(yīng)與要連接的末端盡可能短，并且要求接地，使外部的干擾信號被屏蔽層導(dǎo)入大地，避免了外部干擾信號進(jìn)入內(nèi)層導(dǎo)體引起干擾，同時降低傳輸信號的損耗。

電纜之間的耦合主要表現(xiàn)為近場耦合，而電纜屏蔽層是有效減小近場耦合的一種手段。所以屏蔽線常用于對電磁干擾較為敏感的電路或系統(tǒng)的信號傳輸和控制中。

1.3 同軸線特性

同軸電纜是單一絕緣中心導(dǎo)體和金屬編織外導(dǎo)體構(gòu)成的射頻導(dǎo)線。中心導(dǎo)線分單根實芯線和多股絞合線，單根實芯線比多股絞合線的損耗要稍微小些，多股絞合線由于強度較好，多用于反復(fù)彎曲的場合。同軸電纜的外層導(dǎo)體一般由金屬編織網(wǎng)覆以PVC材料組成，為防止泄漏和干擾，在金屬編織網(wǎng)和絕緣體之間，無間隙地纏繞上一層金屬箔，即可有更優(yōu)異的性能。

同軸電纜是非平衡電線，具有較均勻的特性阻抗和較低的損耗，廣泛用于從直流到甚高頻信號的傳輸。

2 導(dǎo)線的選用

試驗機上，眾多的電子設(shè)備密集，在狹小的空間內(nèi)，各設(shè)備之間的相互連線錯綜復(fù)雜，干擾可以通過互連的電纜布線從某個線路傳輸?shù)絼e的線路，也可以從電纜內(nèi)輻射出來或從外場傳播到電纜內(nèi)，為了減小電子設(shè)備之間的相互耦合，以確保機載電子設(shè)備的正常工作，需要在有限的空間內(nèi)對所加裝的設(shè)備，以及電纜敷設(shè)安裝進(jìn)行優(yōu)化布局設(shè)計，最終實現(xiàn)原機電子設(shè)備和加裝電子設(shè)備的電磁兼容。經(jīng)過多年的實踐工作經(jīng)驗總結(jié)，導(dǎo)線的合理選用應(yīng)遵照以下原則：

（1）外部電源電路（例如：28V直流、115V交流），一般不用屏蔽線。單芯屏蔽電纜可以用于以地為電流回路的低頻電路。

（2）多點接地的音頻電路和電源電路用單芯屏蔽線。

（3）單點接地的音頻電路和低頻電路用雙扭線，凡是要求隔離返回電路的地方應(yīng)當(dāng)用雙芯扭絞線或同軸線。

（4）低頻隔離要求很嚴(yán)的單點接地和多點接地電路用屏蔽雙扭線。

（5）所有雙扭線電路應(yīng)單點接地。對于采用了接地電路的低頻儀器，用單根單層屏蔽導(dǎo)線，而對于單端的低頻儀器則應(yīng)用單層的雙扭線。

（6）在同一屏蔽內(nèi)的各導(dǎo)線應(yīng)成對地使用，并在同等量級的電壓電流下運行。

（7）信號反饋電路不應(yīng)屏蔽。

（8）所有信號電路（包括接地歸路）均應(yīng)分別屏蔽，而且屏蔽套外面還應(yīng)有絕緣保護(hù)。

（9）平衡電路應(yīng)用雙扭線或有公共屏蔽套的平衡同軸線。使用各自有屏蔽套或有公共屏蔽套的多線絞扭電纜時所有屏蔽均應(yīng)彼此絕緣。

（10）傳輸射頻脈沖和高頻電路以及在寬頻范圍內(nèi)，使用同軸電纜來達(dá)到阻抗匹配，其終端所接負(fù)載阻抗應(yīng)等于該同軸電纜特性阻抗。

（11）三角形連接傳輸系統(tǒng)的三相線以及星形連接的三相和中線均應(yīng)絞扭成一根電纜。

（12）為了避免其電源阻抗干擾，低電平信號裝備的電源線應(yīng)同易產(chǎn)生干擾的設(shè)備的電源線分開配電，最好不使用同一電源。

3 綜合布線技術(shù)

由于被改裝的試驗機中，多數(shù)空間狹小，電磁環(huán)境復(fù)雜，且部分機載設(shè)備或改裝加裝設(shè)備自身的電磁兼容性有限，而目前及未來的試驗機改裝中，根據(jù)試飛任務(wù)需求，加裝的設(shè)備和電纜數(shù)量越來越多，隨著加裝設(shè)備的性能越來越高，電氣線路越來越復(fù)雜，對電磁兼容性的要求也越來越高，由此對試驗機改裝中導(dǎo)線的合理選用及敷設(shè)施工提出了更高的要求，使得綜合布線技術(shù)在試驗機改裝中就顯得越發(fā)重要。綜合布線技術(shù)是指在改裝施工中，將裝機設(shè)備及其導(dǎo)線、電纜進(jìn)行綜合布置和規(guī)劃，分類進(jìn)行敷設(shè)、固定、保護(hù)、捆扎，最大限度的保障加/改裝系統(tǒng)具有良好的可維護(hù)性和電磁兼容性的試驗機改裝技術(shù)。

3.1 試驗機改裝中加裝設(shè)備及其電纜的分類

試驗機改裝中加裝的電子設(shè)備應(yīng)按照功率的大小，及工作中的對外電磁特性進(jìn)行分類，將大功率、對外電磁輻射強的設(shè)備（如：電源、功放、發(fā)射機和天線等），容易受干擾的小功率敏感設(shè)備（如：各類小信號傳感器、音頻設(shè)備等），按要求保持必要的距離安裝。

電氣改裝中應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線、電纜的電壓高低、電流磁場和干擾特性對導(dǎo)線、電纜進(jìn)行分類組合，通常分為：電源線，二次電源線，控制線，低電平敏感線，高頻信號線等幾大類。將電壓、電流在同一量級和干擾類型相同的導(dǎo)線、電纜成束，同時將電源線和信號線分開一定距離布線。

3.2 具體布線要求

試驗機改裝施工中，導(dǎo)線、電纜布線受制于空間等條件的限制，無法滿足理想的安裝距離需求，但應(yīng)盡可能做到布線設(shè)計最優(yōu)，從而降低耦合，盡可能使敏感線遠(yuǎn)離干擾源（線），并盡量利用被改裝試驗機現(xiàn)有的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行布線、隔離，以滿足電磁兼容性的要求，在機上敷設(shè)導(dǎo)線、電纜時，具體要求如下：

（1）各類導(dǎo)線、電纜敷設(shè)時應(yīng)參照HB6524的相關(guān)要求，彼此間盡量保持一定的距離。

（2）在導(dǎo)線、電纜布線時，應(yīng)當(dāng)把高電平電線，低電平敏感電線，脈沖導(dǎo)線分開，避免它們平行走線，并且將導(dǎo)線進(jìn)行良好屏蔽和接地。

（3）敏感線不可靠近電磁干擾發(fā)射線，干擾大的電線束與干擾小的電線束要互相隔離開來，如果抽引信號電纜必須在有干擾的傳輸線附近通過時，則應(yīng)使它們大致相互垂直。

（4）當(dāng)不同類型的導(dǎo)線或電纜不得不敷設(shè)在一起時（如：穿過隔框同一個孔時），應(yīng)在隔框各側(cè)盡量按要求隔離，傳輸高電平能量的同軸電纜不應(yīng)與無屏蔽的電纜或傳輸?shù)碗娖叫盘柕钠帘坞娎|組合在一起。所有導(dǎo)線、電纜要盡量保持一定的間距，并注意電纜走向與敷設(shè)以使干擾耦合控制到最小。

（5）若電源線路只允許使用單芯電線布線的，則相線或正線盡量靠近中線或直流回線敷設(shè)，所有電源線以及載流量大于5A的任何電纜盡量靠近飛機的金屬蒙皮。

（6）在同一電連接器上不應(yīng)采用不同類型的導(dǎo)線，尤其是隔離線，敏感線不應(yīng)和電源線、干擾線使用同一個電連接器。

3.3 接地點的要求

良好的接地是最經(jīng)濟有效的電磁兼容設(shè)計技術(shù)，合理的布線和接地既能夠提高抗干擾度，又能減小干擾發(fā)射，是抑制電磁干擾的重要手段之一。

接地的方式可分為單點接地、多點接地和混合接地等，其目的主要有：使整個加/改裝系統(tǒng)中所有的設(shè)備都有一個公共的參考零電位，保證加裝系統(tǒng)能穩(wěn)定工作，重要的是能很好的防止電磁干擾，保證加/改裝系統(tǒng)安全工作。因此，在試驗機改裝導(dǎo)線、電纜布線施工中，不能圖方便省事，將多根不同種類的地線捏在一起通過一條公共引線或者一個接地螺栓接地，這樣做是危險的。為了防止通過搭接引線帶來共地阻抗干擾，不同線束的導(dǎo)線不能接同一接地點的螺栓，電源回路接地、信號電路接地、屏蔽接地和結(jié)構(gòu)接地應(yīng)當(dāng)分開在不同地點接地，低電平信號線切勿重疊在大電流電線的同一螺栓上。

4 結(jié)語

隨著機載電子設(shè)備的精密度、敏感程度的不斷提高，電子設(shè)備的工作頻段將更加擁擠，甚至相互重疊，機上電磁兼容環(huán)境變得更加惡劣，其表現(xiàn)形式比較多樣，大大提高了抗電磁干擾的難度，往往給設(shè)計和施工人員帶來很大的困擾，致使電磁干擾成為機載電子設(shè)備及系統(tǒng)工作的突出問題，同時加上試驗機本身就是一個復(fù)雜的電磁體，所以在對機載電子設(shè)備的加/改裝過程中，在設(shè)計初始階段就應(yīng)當(dāng)充分考慮到加裝的電子設(shè)備安裝、導(dǎo)線的選用及電纜敷設(shè)要求。因此，根據(jù)不同導(dǎo)線的抗干擾特性合理選用導(dǎo)線，以及有效地運用綜合布線技術(shù)，科學(xué)接地方法，必將能極大地減小系統(tǒng)間發(fā)生電磁兼容問題，提高和改善試驗機改裝工作的電磁兼容性和電氣改裝施工的可靠性。綜合布線技術(shù)具有成本低、效果明顯等特點，相比屏蔽、濾波等方法具有明顯的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 周志敏，紀(jì)愛華，電磁兼容技術(shù)[J].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[3] 劉銘光，飛機電器[M].廣州：中山大學(xué)出版社，2008.