如何提高电磁兼容性？

1.简介

1）基本概念与范畴

电磁兼容性（electro magnetic compatibility）技术又称环境电磁学（EMC），是涉及众多技术领域的一门综合性系统工程。电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境下能正常工作，并不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。具体而言，就是设备和系统在规定的电磁环境电平下不受电磁干扰而降低工作性能，它们本身产生的电磁发射亦不大于规定的极限电平，以免影响其他设备的正常工作，从而达到系统内的所有设备互不干扰、共同运行的目的。

我国开展电磁兼容技术研究工作较晚，陆续颁布了一些电磁兼容性设计要求、测试方法等国家标准和国家军用标准，但具体的设计规范仍很缺乏。在长期工作中没有投入足够的人力物力做深入的研究，有些经验往往不能很好地积累、提高和推广，形成不了设计规范，EMC设计更多是在低水平上的重复，目前这种局面有待改变。电磁兼容性工作渗透到每一个电气电子系统及设备中，只有通过总体设计部门管理协调，才能解决电磁兼容性问题。近几年，对电磁兼容技术的研究、电磁兼容性设计和测量越来越重视。

2）电磁兼容技术研究的主要内容

电磁兼容技术是在认识电磁干扰、研究电磁干扰和控制电磁干扰的过程中发展起来的。由于电磁兼容性技术越来越受到人们的重视，电磁兼容技术体系也随之得到逐渐扩展和完善。电磁兼容性研究有如下五个方面。

（1）电磁干扰特性及传播方式的研究。人们为了控制电磁干扰，就要研究电磁干扰的特性和它的传播方式。电磁干扰特性的分类有很多种，根据不同的分类标准，就有不同的种类。如根据传播方式可以把干扰分为传导干扰和辐射干扰、感应或共地阻抗耦合干扰等。

（2）电磁兼容性设计的研究。它一般包括两个方面：一是干扰控制技术的研究，二是费效比的综合分析。干扰控制就是采用各种措施从电路、结构、工艺和安装等方面抑制电磁干扰。费效比就是对采用的各种电磁兼容措施进行成本和效能的比较分析。如果既能满足高性能指标，又能达到成本最少的目的，这就是最佳费效比。

（3）电磁兼容性频谱利用的研究。无线电频谱是一个有限的资源，目前世界上频谱污染的问题已经非常严重。如何合理利用无线电频谱，防止频谱污染，消除电磁干扰对武装设备和人体的伤害，预防电子系统之间和系统内设备之间的相互干扰，已经引起各国的高度重视。

（4）电磁兼容性规范、标准的研究。电磁兼容性规范、标准是电磁兼容性设计的主要依据。通过制定规范、标准来控制电子系统或设备的电磁发射和敏感度。

（5）电磁兼容性测试和模拟技术的研究。由于电磁环境很复杂，频率范围宽广，干扰特殊又各不相同，因此电磁兼容性测试不但项目繁多，而且在不断深化和扩展。这就要求不断改进和完善测试技术，研究适合电磁兼容性测试的各种模拟源和检测设备。

3）电磁兼容性分析与预测

电磁兼容性已成为电子信息系统和电子设备的重要指标，对复杂的电子信息系统尤为突出，电磁兼容性是保证系统工作效能和提高可靠性的重要因素。因此在对系统或设备进行功能性设计的同时，必须进行电磁兼容性设计，其目的在于在所设计的系统或设备在指定的电磁环境中，满足抗干扰的各项指标要求，以保证系统或设备正常工作。同时使系统或设备在工作时不产生超标的电磁干扰，以免影响其他系统或设备的工作。

（1）电磁兼容性分析与预测的基本内容和方法。电磁兼容性分析与预测是进行合理电磁兼容性设计的基础。电磁兼容性分析与预测可在系统和设备研制的各个阶段，提供一些很有价值的工程设计技术依据，主要体现在如下六个方面。

①给出满足系统总体技术指标和电磁兼容性要求的最佳参数选择及最佳配套方式，以便对系统进行设计。

②分析给定设备组合的电磁兼容性情况，预报分系统、设备可能出现的干扰问题并标出干扰问题的范围，以便在设计早期采取合适的干扰抑制措施。

③提供所研制系统的最好频率资料，改变设备组合体工作频率的影响。

④预测在设备组合体中，干扰源和各种敏感设备，指出各种耦合路径的传输损耗，给定真正的干扰限值和敏感度限值。

⑤在研制过程中，不断以实际参数代替模拟参数。对系统进行电磁兼容性控制，评定系统所采用抑制电磁干扰技术措施的实际效果。

⑥全面评价系统的电磁兼容性性能，确定系统的电磁干扰安全系数。

（2）电磁兼容性分析的方法。电磁兼容性分析的方法正逐步完善，按其发展过程，通常有如下三种方法。

①问题解决法。电磁兼容性问题解决方法，是对现场试验中出现的电磁干扰问题设法解决。由于系统已安装完工，要解决电磁干扰问题比较困难，为了解决问题可能要进行大量的拆卸、调整，甚至要重新设计。

②规范法。规范法是按标准（国家标准或军用标准）所规定的极限值来进行计算，使组成系统的每个设备或子系统均符合所规定的标准。并按标准所规定的试验设备和试验方法来核实它们与规范中要求极限值的一致性。

③系统法。系统法集中了电磁兼容方面的研究成就，根据电磁兼容要求给出最佳工程设计的方法。系统法从设计开始就预测和分析电磁兼容性，并在系统设计、制造、组装和试验过程中不断对其电磁兼容性进行预测与分析。由于系统中相互关系很多，在用系统法进行电磁兼容性预测时必须用计算机来完成。

4）电磁兼容性设计要点

在进行电磁兼容性设计时，要首先根据系统的精度要求、安全性要求、可靠性要求和环境控制要求等规定提出对电磁兼容性设计的总体要求。在电磁兼容性分析预测的基础上提出系统、分系统和设备的电磁兼容性指标及指标分配。选用适合该系统的电磁兼容标准、规范及其他设计文件，制订电磁兼容性控制计划和试验计划等。

（1）分析系统所处的电磁环境。为获得对系统预定电磁兼容性环境的剖析，必须分析电磁环境，找出周围可能存在的人为干扰源和天然干扰源，为系统制定频谱和电磁场功率密度或场强的关系曲线图，以说明在指定频率范围内可能产生的干扰。

（2）选择频谱及频率。无线电频谱是有限的资源，由于频谱的用户日益增多，可供选择的频谱将受到限制，尤其在某些频段更为突出，信号频率十分拥挤。因此在系统设计时，对各分系统的频谱要求、频率及带宽进行精心选择，既要注意避免系统内相互间的干扰及周围电磁环境间的干扰，同时也要符合频谱管理的规定。

（3）制订电磁兼容性要求与控制计划。为了保证系统内及系统间的电磁兼容性，须制定电磁兼容性大纲。在大纲中应规定系统的电磁兼容性要求，选取电磁兼容标准与规范以及电磁兼容性的保证措施，制订电磁兼容性控制计划及试验计划。对系统提出电磁干扰及电磁兼容性要求。

（4）电磁兼容设计应注意的问题。在电磁兼容性设计中应注意的几个问题。

①电磁兼容性设计要早。在产品开发阶段，解决电磁兼容性问题，如果早期所需费用为1的话，那么等到产品定性后再想办法解决电磁兼容性问题，费用将增加到10。这就是说在产品开发阶段同时进行电磁兼容设计，就可以把80%～90%的电磁兼容性问题解决在产品定性之前。那种不顾电磁兼容性，只按常规进行产品设计，然后进行电磁兼容性测试，发现问题再补救的做法非但在技术上会造成很大问题，而且会造成人力、财力的极大浪费。尽早进行电磁兼容性设计是非常必要的。

②地线设计。地线设计是最重要的。地线可以定义为信号流回源的低阻抗路径，它可以是专用的回线，也可以是接地平面，有时也可以采用产品的金属壳。理想的地应是零电阻的实体，各地点之间没有电位差。但在实际产品内，这种地是不存在的，任何地或地线既有电阻又有电扰，当有电流通过时，必然产生压降。复杂的系统中往往包含多种电子电路以及设备等干扰源，进行地线设计时应考虑以下几点。

a.分析系统内各电路单元的工作电平、信号类型等干扰特性和抗干扰能力。

b.将地线分类，如分为信号地线、电源地线、机壳地线等。

c.画出总体布局图和地线系统图。

③滤波措施。滤波是把有用信号以外的频谱分量加以抑制。滤波既可用于抑制线路的传导干扰，又可抑制干扰源的发射。如电源滤波、信号滤波。

5）电磁兼容性测量

电磁兼容性测量的目的可分为诊断测量和达标测量两类。诊断测量是为了查明存在电磁兼容性问题的原因和部位，为采取防护措施做准备；达标测量是根据相应电磁兼容标准或规范规定的方法和极限值对产品进行测量，评估其是否满足标准的要求。

任何电子设备即可能是一个干扰源，又可能是受感器，因而电磁兼容性测量分为电磁干扰（EMI）发射测量和电磁敏感度（EMS）测量两大类。

（1）电磁干扰发射测量又分为辐射发射（RE）测量和传导发射（CE）测量。

（2）电磁敏感度测量又分为：①电源线、信号线、地线等干扰的传导敏感度（CS）测量；②电场、磁场发射干扰的辐射敏感度（RS）测量；③静电放电干扰的敏感度测量。

军用产品电磁兼容性测量依据，主要以GJB 151B—2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》标准为依据，该标准是电磁兼容性领域中最主要的试验和测量标准，共有19个测量项目，被广泛有效地实施。

2.坦克装甲车辆电磁兼容性

1）电磁兼容性对坦克装甲车辆的重要性

坦克装甲车辆在研制、试验和部队使用过程中，陆续发生了因电磁干扰而产生的严重后果。例如，坦克火控计算机工作干扰电台部分通话信道、电转炮塔导致电台遥控盒误动作、启动车辆引起灭火系统误动作，以及操作转换开关导致火炮误击发等电磁兼容性问题。20世纪90年代以后，在新型、复杂的高新技术装备研制领域，电磁兼容性的意义更为重要。例如，在数字化部队以及C5 I系统建设中，涉及指挥、控制、通信和情报处理的战场中枢，要保证各分系统之间相互沟通以及功能的加强，均必须很好地解决电磁兼容性问题。除电子系统之间相互存在干扰之外，电磁辐射可能引起火炮误发射，高强度电磁场也可能使燃油燃烧，如此重要问题的解决均在电磁兼容性研究范畴之列。这充分说明电磁兼容性已成为影响坦克装甲车辆性能及作战使用的重要因素。因此，研制新型坦克装甲车辆必须从论证指标、研制方案到试验定型的每一个环节，认真解决电磁兼容性问题。(www.xing528.com)

坦克装甲车辆的电磁兼容性主要解决下列三个方面问题。

（1）通信系统与其他系统的兼容。因为现代战争电磁环境十分复杂，电磁空间已成为与海、陆、空并列的第四维战场，通信是作战指挥的中心环节，又是装甲装备各个系统之间的纽带。

（2）必须确保战场环境下计算机系统的正常工作。这是因为指挥枢纽是由通信信道连接起来的计算机网络控制的，而计算机系统大都采用低电平的微电子电路，抗干扰度低，容易受电磁能量伤害。

（3）要控制装备系统中新增设备的电磁发射限值，使其符合相关标准要求。

2）坦克装甲车辆的电磁兼容性要求

（1）对分系统和设备的电磁兼容性要求。按GJB 151A—1997《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》中关于对陆军地面装备要求，对坦克装甲车辆有10项性能指标要求，其代号和名称如下。

①CE102电源线传导发射。

②CE106天线端子传导发射。

③RE102电场辐射发射。

④RE103天线谐波和乱真输出发射。

⑤CS101电源线传导敏感度。

⑥CS114电缆束注入传导敏感度。

⑦CS115电缆束注入脉冲激励传导敏感度。

⑧CS116电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度。

⑨RS101磁场辐射敏感度。

⑩RS103电场辐射敏感度。

上述10项性能测试项目的具体规定，均有频率范围、电磁干扰发射极限值等具体数据和图表。现以CE102电源线传导发射指标要求为例，如图6-14所示，要求频率在10 kHz～10 MHz范围内，电源线传导发射不超过图中基准曲线规定的dB/μV限值。

图6-14　CE102极限（AC、DC）

（2）电磁兼容性的管理和控制。

①电磁兼容性的管理。

研制方在方案设计阶段就应制定一个综合、完整的系统电磁兼容性大纲。承担分系统和设备的研制单位也要制订一个电磁兼容技术研究计划和必要的管理措施，以保证电磁兼容性大纲的各项条款在坦克装甲车辆的研制、试验和定型阶段均得到落实。

②电磁兼容性的控制。

a.制订电磁兼容性控制计划。在该计划中，应包含系统电磁兼容性大纲的细节。其具体内容包括：执行电磁兼容性大纲人员的职责和权力，对执行电磁兼容性标准存在的问题提出解决方法，屏蔽技术和电线的敷设方案，雷电防护设计准则和所需要的试验，执行电磁兼容性大纲所需要的设备、各项试验方法和所需仪器设备，采用的电磁兼容性有关标准，发射频率和振荡频率以及谐波带宽的控制，进度表和重要事项等。

b.干扰和敏感度的控制。其主要包括：按试验计划要求，在试验中不应出现、不希望有的和不允许的响应与故障；对采用民品的分系统或设备进行检验；对军品的分系统按控制计划进行检验；按电磁兼容性大纲要求进行符合电磁兼容性要求的安装；对改进设计的坦克装甲车辆，按系统的电磁兼容性要求实施干扰和敏感度的控制计划。

3）电磁兼容性研究的内容和实施方法

（1）电磁兼容性研究的内容。

①干扰源的研究。干扰产生的原因，主要是各种放电产生的电磁辐射，以及电路切换引起电压、电流瞬时变化产生的电磁辐射发射和传导发射。此外还有信号反射引起的干扰、强电磁辐射源以及脉冲产生的干扰等。

②传输途径的研究。干扰的传输主要有辐射和传导两种途径。辐射干扰的传输可看成是近场感应，主要指带电的线与线、机壳与机壳、天线与天线以及磁场与导线、机壳、天线间的耦合。传导干扰主要指电源线、控制线、信号线和其他金属体传输的共模干扰和差模干扰。其还研究由于不同设备使用公共电源或公共地线所产生的阻抗干扰。

③干扰接收器的研究。该部分主要研究接收器对干扰的响应以及与抗干扰能力有关的指标。根据研究层次不同，接收器可以是系统、分系统、设备、印制电路板和各种元器件。

④电磁兼容性控制技术研究。屏蔽、滤波、接地是三项最基本的干扰抑制技术。屏蔽主要用于切断通过空间辐射干扰的传输途径，按其性质可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。滤波技术用来抑制沿导线传输的传导干扰，主要包括抗共模干扰、差模干扰和浪涌的滤波电路以及装置的设计。接地是指正确地布置地线、接地体的设计以及接地和屏蔽滤波的关系。搭接是实施接地的实用技术，如何减小搭接电阻也是接地需要研究的问题。

⑤电磁兼容性测量的研究。由于测量的对象是干扰和噪声，不同于一般有用信号，因此噪声的拾取、噪声的测量和误差分析等都有自己的特点。对测量方法、测量仪器设备、测量场所的研究是电磁兼容性研究的重要组成部分。

⑥标准的研究。目前国际上有权威性的电磁兼容性标准有德国的VDE（德国电气工程师协会）标准、美国的FCC（美国联邦通信委员会）标准、美国军用标准（MIL-STD）、CISPR（国际无线电干扰特别委员会）的推荐标准以及其他一些标准。近年来中国已陆续制定了30多种电磁兼容性有关标准，还需进一步研究完善。

⑦电磁兼容性分析、预测与设计。分析和预测的关键在于建立数学模型和编制计算机分析程序。数学模型包括所有干扰源、传输途径和干扰接收器模型。分析程序应能计算所有干扰源通过各种可能传输途径对每个接收器的影响，并判断这些综合影响的危害是否符合相应的标准或设计要求。目前国外已经开发了不少大型的分析预测程序。

（2）电磁兼容性的实施方法。电磁兼容性的实施在技术上需要经过三个步骤。

①系统的电磁干扰预测与分析。

②系统的电磁兼容性设计。

③系统的大草原兼容性试验。

就技术方法而言，电磁兼容性有三种实施方法。

①针对发现的问题进行解决。它是先研制设备和系统，而后根据研制成的设备和系统在联试中出现的电磁干扰问题，运用各种抑制干扰的技术去逐个解决。这是一种落后而冒险的方法。

②按标准和规范进行设计、制造。这种方法可以在一定程度上预防电磁干扰问题的出现，比用第一种方法更为合理。但由于标准的范围不可能是针对某个具体的设备和系统而制定的，因而有一定的局限性。

③用计算机技术预测程序。它是从设计开始就预测和分析设备或系统，并在设备或系统设计、制造、组装和试验过程中不断地对其进行预测分析，通过系统设计和研制，可以避免一般性电磁干扰问题或过量的电磁兼容性设计。

电磁兼容性的每一种实施方法，都必须通过电磁兼容性试验或测量予以验证。

在上述基础上，最好设计与制备坦克装甲车辆专用的电磁屏蔽方舱。电磁屏蔽方舱的建立，可使坦克装甲车辆的电磁干扰问题迎刃而解，这也是新一代坦克装甲车辆设计与制造中务必要认真关注的问题。本书首次提出坦克装甲车辆电磁屏蔽方舱的设计、制备、效能分析及其效能分析测试技术，仅供参考。