關(guān)于航空機(jī)載設(shè)備電磁兼容性的研究

金 濤

中國(guó)久遠(yuǎn)高新技術(shù)裝備有限公司，北京 100094

由于航空工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，飛機(jī)航電設(shè)備集成化程度越來(lái)越顯著，同時(shí)飛機(jī)航電設(shè)備的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率也得到了極大的提高。隨著航電設(shè)備集成化程度的提高，飛機(jī)上或外界產(chǎn)生的電磁輻射會(huì)干擾電子設(shè)施和電子技術(shù)的正常運(yùn)行。雖然這些電磁干擾不會(huì)破壞設(shè)備，但是會(huì)對(duì)它們的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。甚至?xí)癸w機(jī)上的控制系統(tǒng)發(fā)生故障或者失效，增加了飛機(jī)飛行安全隱患。所以，航空機(jī)載設(shè)備的電磁兼容性應(yīng)受到飛機(jī)的制造商和相關(guān)公司檢修部門的關(guān)注和重視。

1 電磁干擾的屏蔽方法

1.1 電磁屏蔽概念

電磁屏蔽就是用金屬將兩部分空間進(jìn)行隔離，進(jìn)而達(dá)到控制區(qū)域間電磁波和電磁場(chǎng)的輻射效果。具體來(lái)說，就是將元件、線路或者這個(gè)系統(tǒng)的全部干擾源用屏蔽體將其包圍起來(lái)，防止電磁場(chǎng)對(duì)外界的干擾。因?yàn)槠帘误w對(duì)能量有吸收、反射和抵消的作用[1]，所以屏蔽可以有效地減弱干擾。

電磁兼容性作為電磁干擾交融的工程問題存在于系統(tǒng)內(nèi)與系統(tǒng)間、系統(tǒng)與機(jī)艙環(huán)境間[2]。飛機(jī)自身就類似于一個(gè)裝有高靈敏度的接受裝置及大功率輻射裝置的電磁平臺(tái)，由于飛機(jī)的機(jī)艙內(nèi)空間狹小的原因，飛機(jī)內(nèi)設(shè)備之間的空間相對(duì)來(lái)說比較小，也就形成了復(fù)雜的電磁環(huán)境，而且一些設(shè)備的輻射頻率及功率跨度都很大。在同時(shí)進(jìn)行工作的過程中，其余設(shè)備產(chǎn)生的電磁能量就會(huì)形成疊加的效果，在線纜傳輸和空間耦合的作用下，飛機(jī)內(nèi)的其他設(shè)施設(shè)備無(wú)法避免地會(huì)受到電磁信號(hào)產(chǎn)生的干擾，從而會(huì)對(duì)機(jī)載設(shè)備裝置的運(yùn)行能力產(chǎn)生影響，甚至?xí)绊戯w機(jī)飛行的安全。

1.2 電磁干擾屏蔽的原理

根據(jù)相關(guān)定義，選取最適宜的材料，以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析作為電磁屏蔽原理的基礎(chǔ)，能夠有效地對(duì)電磁干擾進(jìn)行消除和減少。

①在屏蔽體表面有電磁波時(shí)，因?yàn)榻饘倜媾c空氣間的阻抗是斷開的，會(huì)對(duì)入射的電磁波造成反射的現(xiàn)象，對(duì)于這種反射情況，對(duì)屏蔽材料的厚度沒有太多的要求，只要兩者相交接的界面是間斷的就可以。

②沒有被反射的電磁波會(huì)進(jìn)入屏蔽體中，電磁波在屏蔽體中繼續(xù)向前傳播，在傳播的過程中，電磁波會(huì)被屏蔽體的屏蔽材料所減弱，也可以被理解為被屏蔽材料所吸收。

③未被屏蔽體吸收掉的剩余電磁波會(huì)在屏蔽材料的其他位置接觸到金屬，有空氣的阻抗形成的間斷交接處可以再次產(chǎn)生反射的現(xiàn)象，而且會(huì)再次回到屏蔽體中，類似于這種的反射，有可能在兩個(gè)金屬面的相互作用下進(jìn)行多次的反射現(xiàn)象?？偨Y(jié)來(lái)說，在電磁波的反射作用下，電磁輻射被電磁屏蔽體減弱。

1.3 電磁干擾屏蔽方法

屏蔽是減少或消除電磁能量傳播最重要的一種措施；也可以非常有效地阻礙輻射的傳播。屏蔽要想發(fā)揮更好的作用，一般與設(shè)備接地一起使用。根據(jù)干擾的源頭、距離及方向選擇最有效的屏蔽方法。電場(chǎng)、磁場(chǎng)及較遠(yuǎn)地區(qū)的平面形成的磁場(chǎng)是干擾輻射源的3 種形式。在進(jìn)行材料的選擇時(shí)，又有相應(yīng)不同的選擇方式，根據(jù)不同的設(shè)備被干擾時(shí)所選擇的阻斷方式也有很多不同。

為了阻止飛機(jī)電動(dòng)機(jī)、航空計(jì)算機(jī)等這類電子系統(tǒng)產(chǎn)生電磁輻射，最有效也是最常用的方法就是屏蔽。屏蔽的方法有很多種，如隔板、連接器等，但是每種屏蔽材料的效果不一致，主要影響屏蔽效果的因素有使用材料的厚度、電磁源到屏蔽設(shè)施間的距離等。方法基本有以下幾種：發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)最為重要的機(jī)載設(shè)施，可以使用金屬封閉盒將其封閉起來(lái)，通過再加一層封閉或者選擇電、磁導(dǎo)率比較高的材料進(jìn)行封閉。電器間斷位置（如信號(hào)輸入的端口）采取不常用的特殊方式進(jìn)行屏蔽，這樣是為了避免對(duì)屏蔽效果產(chǎn)生影響。通常使用屏蔽電纜對(duì)電源線這種類型的設(shè)備進(jìn)行屏蔽工作，防止通電導(dǎo)線受到電磁波的輻射，一般采用的方法是將防波套安裝在電纜線上。飛機(jī)上進(jìn)行無(wú)線設(shè)備接收發(fā)送的天線上會(huì)發(fā)電，由飛機(jī)點(diǎn)火啟動(dòng)以后，形成的交變電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)的進(jìn)入，從而產(chǎn)生影響發(fā)射信號(hào)的感應(yīng)電流，而且會(huì)引發(fā)噪聲，并對(duì)飛機(jī)上用于無(wú)線通信的設(shè)施產(chǎn)生干擾，所以為了不影響通訊設(shè)備的使用，我們需要在交變電流通過的飛機(jī)電路中安裝能阻隔電磁波的金屬罩裝置。根據(jù)各部分情況不同會(huì)采取不同的隔斷電磁波裝置。例如，電嘴與電磁機(jī)隔斷電磁波的裝置都是安裝在設(shè)備外部的。外部導(dǎo)線的阻斷方法是用金屬絲制成的外套進(jìn)行隔絕，包括機(jī)箱和操作鍵盤等一系列的設(shè)備上都要進(jìn)行屏蔽電磁干擾的處理。機(jī)箱或者機(jī)柜加入電纜線時(shí)，應(yīng)該將帶有屏蔽的電纜與設(shè)備連接安裝好，同時(shí)要將連接器表面帶有的絕緣物質(zhì)清除干凈，并保證連接器與各個(gè)設(shè)備接觸良好。

通過電磁屏蔽的方法分析可知，想要解決電磁干擾的問題，就要從電磁產(chǎn)生的源頭、減少或者消除的方法及提高抗干擾的能力這3 個(gè)方面進(jìn)行研究。首先就是考慮電器元件選擇的問題，優(yōu)先使用引線電感較小的穿心電容或支架電容在頻率較高的電路中進(jìn)行濾波[3]。為了防止電解電容的暫時(shí)性介質(zhì)擊穿造成較大的電磁波及瞬間的電壓變化，一般選用固體電容。繼電器選擇具有良好屏蔽殼和接地的繼電器。普通插座替換成濾波插座。電路板走線和輸入輸出電纜是設(shè)備印制電路板的主要輻射來(lái)源，盡管有些電纜傳輸?shù)氖穷l率很低的信號(hào)，但是電纜卻是輻射很高的，電纜會(huì)通過某種耦合的方式得到印制電路板的頻率較高的信號(hào)，從而頻率較高的高頻輻射就會(huì)產(chǎn)生。因?yàn)殡娮釉骷臄[放位置可以決定電路中的電磁兼容性，所以要重視電子元器件的擺放位置，要考慮到元器件的擺放位置會(huì)不會(huì)影響到元器件性能發(fā)揮。底線和電源只能按照系統(tǒng)的要求進(jìn)行布置，還可以分開放置信號(hào)線和電源線，并且用屏蔽線代替信號(hào)線和電源線的非屏蔽線。

2 接地降低電磁干擾

導(dǎo)電通路是由兩點(diǎn)間建立的，電氣元件作為其中的一個(gè)點(diǎn)，另一個(gè)點(diǎn)作為抗干擾的基礎(chǔ)接地或者參考點(diǎn)[4]。設(shè)備的機(jī)殼和機(jī)殼的隔離地板都可以作為機(jī)載設(shè)施電路的參考點(diǎn)，而且一般采用接地實(shí)現(xiàn)減少電磁波對(duì)設(shè)備的干擾。每一個(gè)機(jī)載設(shè)備的外殼都有接地，都可以作為屏蔽裝置，釋放靜電荷的接地線有避免電磁對(duì)設(shè)備進(jìn)行干擾的作用。如果想要整個(gè)機(jī)身具有屏蔽的作用，要靠一個(gè)完整的接地系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，靜電荷的釋放是由搭接線來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，電子速度開關(guān)箱的接地線裝置安裝出現(xiàn)錯(cuò)誤、導(dǎo)致波音747 的三速門裝置多次發(fā)生故障，因?yàn)殡姶鸥蓴_對(duì)電子開關(guān)的影響非常大，所以才會(huì)使飛機(jī)的電路產(chǎn)生故障[5]。因此，機(jī)載設(shè)備的充分接地，也是降低電磁干擾的有效手段。

3 電源濾波器

機(jī)載設(shè)施的電路會(huì)受到電源線與信號(hào)線等的干擾，導(dǎo)致自身的正常工作出現(xiàn)問題。所以，為了降低傳導(dǎo)發(fā)射現(xiàn)象，我們一般會(huì)將電源濾波器安裝到電源線輸入口，而且應(yīng)該選用較為專業(yè)的電源濾波器，并且通過認(rèn)真的分析選取最合適的，并且要隔離好輸入及輸出的引線[6]。為了降低濾波器接口間的電磁耦合，我們要注重濾波器的選取和安裝方法的選擇。

4 EMC 的分析方法

電磁干擾由于比較復(fù)雜，而且具有一定的隱蔽性，因此會(huì)有電磁干擾不容易預(yù)測(cè)的看法。雖然電磁場(chǎng)的分布不容易掌握、計(jì)算也相對(duì)煩瑣，但是在計(jì)算機(jī)的操作下，以上問題都可以得到相應(yīng)地得到解決。

為了增強(qiáng)飛機(jī)電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，一般使用冗余設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)載電子設(shè)施進(jìn)行加裝，這樣具有重構(gòu)能力的電子系統(tǒng)可以解決突然出現(xiàn)故障的部分電子系統(tǒng)的問題。但是這種設(shè)計(jì)方法會(huì)增加線路和元件，會(huì)使電子系統(tǒng)的復(fù)雜度增加，從而產(chǎn)生增加干擾的概率。所以，在設(shè)計(jì)實(shí)施之前要對(duì)EMC 進(jìn)行一系列的分析，主要是對(duì)機(jī)載設(shè)備在工作過程中產(chǎn)生的電磁及電磁兼容性的分析。為了減少設(shè)備的線路和元件，一般使用計(jì)算機(jī)的相關(guān)技術(shù)，用數(shù)字模型編輯圖形的方式對(duì)機(jī)載設(shè)施產(chǎn)生電磁干擾的特點(diǎn)及運(yùn)作的環(huán)境進(jìn)行分析[7]，達(dá)到增強(qiáng)電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性的目的。

5 總結(jié)

飛機(jī)內(nèi)的很多設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，從而影響飛機(jī)的正常飛行，所以在飛機(jī)制造和檢修的過程中要細(xì)致的對(duì)待每一個(gè)小點(diǎn)，這是保證飛機(jī)飛行安全的基礎(chǔ)。在處理電磁對(duì)機(jī)載設(shè)備的干擾時(shí)，我們要參考飛機(jī)正常工作時(shí)的電磁環(huán)境，以及電子設(shè)備的特點(diǎn)，同時(shí)利用仿真技術(shù)模擬飛機(jī)工作時(shí)的環(huán)境，這樣才能得到相對(duì)比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，才能更及時(shí)且有效地解決電磁輻射對(duì)機(jī)載設(shè)備的干擾，保證飛機(jī)飛行的安全性。