高海濤

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淺析航空計(jì)算機(jī)的電磁兼容性

高海濤

民航西北空中交通管理局寧夏分局，寧夏 銀川 750000

大多數(shù)航空計(jì)算機(jī)設(shè)備中的元器件和電子線路具有工作信號(hào)電平低、速度快、元器件安裝密度高等特點(diǎn)，因而對(duì)電磁干擾比較敏感。如何抑制電磁干擾、防止相互間的有害影響，已成為計(jì)算機(jī)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。簡(jiǎn)述了電磁兼容性與電磁干擾以及航空計(jì)算機(jī)電磁兼容的特點(diǎn)，對(duì)航空計(jì)算機(jī)電磁兼容性的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討分析。

電磁兼容性；電磁干擾；航空計(jì)算機(jī)；特點(diǎn)；設(shè)計(jì)

1 電磁兼容性與電磁干擾的概述

電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁騷擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁騷擾（Electromagnetic Disturbance）不能超過一定的限值；另一方面是指設(shè)備對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁騷擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性（即EMS）。電磁兼容性比較切貼的定義為：裝置回系統(tǒng)在其設(shè)置的預(yù)定場(chǎng)所投入實(shí)際運(yùn)行時(shí)，既不受周圍電磁環(huán)境的影響，又不影響周圍的環(huán)境，也不發(fā)生性能惡化和誤動(dòng)作，而能按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力。

電磁干擾是對(duì)電子設(shè)備工作性能有害的電磁變化現(xiàn)象。電磁干擾不僅影響電子設(shè)備的正常工作，甚至造成電子設(shè)備中的某些元器件損害。因此，對(duì)電子設(shè)備的電磁兼容技術(shù)要給予充分的重視。既要注意電子設(shè)備不受周圍電磁干擾而能正常工作，又要注意電子設(shè)備本身不對(duì)周圍其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其它設(shè)備正常運(yùn)行。

形成電磁干擾要素.一般情況下，形成電磁干擾的要素有三個(gè)：①電磁干擾源；②耦合途徑或傳播通道；③敏感設(shè)備。電磁干擾的傳播途徑包括傳導(dǎo)耦合和輻射耦合。傳導(dǎo)耦合必須在干擾源和敏感設(shè)備之間有完整的電路連接。這個(gè)傳輸電路可包括導(dǎo)線、設(shè)備的導(dǎo)電部分、供電電源、公共阻抗、接地平面、電阻、電感、電容和互感元件等。輻射耦合是通過介質(zhì)以輻射電磁波形式傳播，干擾能量按電磁波的規(guī)律向周圍空間發(fā)射，常見的輻射耦合有三：①干擾源天線發(fā)射的電磁波被敏感設(shè)備天線以外接收，稱為天線對(duì)天線耦合；②空間電磁場(chǎng)經(jīng)導(dǎo)線感應(yīng)而耦合，稱為場(chǎng)對(duì)線的耦合；③兩根平行線之間的高頻信息感應(yīng)，稱為線對(duì)線感應(yīng)耦合。傳導(dǎo)耦合包括互傳導(dǎo)耦合和導(dǎo)線間的感性與容性耦合。輻射耦合包括近場(chǎng)耦合和遠(yuǎn)場(chǎng)耦合。電磁干擾敏感設(shè)備一般將端口分為以下5類：外殼端口；交流電源端口；直流電源端口；控制線＼信號(hào)線端口；接地端口，即系統(tǒng)和地活參考地之間連接。

2 航空計(jì)算機(jī)電磁兼容的特點(diǎn)

在現(xiàn)代的航空動(dòng)力設(shè)計(jì)之中，處理系統(tǒng)要求較高，這些高指標(biāo)使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)變得極為復(fù)雜[1]。機(jī)械液壓式的電子控制系統(tǒng)能夠滿足傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的有效運(yùn)行，但是其本身所占空間較大，對(duì)于現(xiàn)代所要求的復(fù)雜控制有難以避免的問題。這也就使得發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字化逐步成為方向。航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化之后，本身體積較小，工作能力較為可靠，對(duì)于設(shè)備運(yùn)行的控制功能也極為強(qiáng)大，數(shù)字化控制系統(tǒng)是諸多軍事強(qiáng)國(guó)先后開發(fā)的控制對(duì)象[2]。

3 航空計(jì)算機(jī)電磁兼容性的設(shè)計(jì)分析

在進(jìn)行航空計(jì)算機(jī)電磁兼容設(shè)計(jì)過程中，必須考慮許多內(nèi)容：首先考慮電纜設(shè)計(jì)，其中主要是電纜的材料選擇，其次就是設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分重要，能夠最大限度地減少電磁干擾，在此基礎(chǔ)之上，可以安裝濾波器和接地設(shè)計(jì)。

3.1 電纜設(shè)計(jì)

在進(jìn)行低頻傳輸?shù)臅r(shí)候，高磁導(dǎo)率的電纜材料的屏蔽效應(yīng)較高，不過傳輸頻率較高的時(shí)候，高導(dǎo)電性材料磁屏的屏蔽效應(yīng)更優(yōu)于高磁導(dǎo)率材料。高頻時(shí)的高導(dǎo)電性材料有較高的屏蔽能力，主要原因就是頻率升高導(dǎo)致磁導(dǎo)率下降，波阻抗增加。所以，在進(jìn)行電纜設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)考慮材料選取。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

屏蔽效應(yīng)實(shí)際上就是采用屏蔽體來降低電磁能量傳輸?shù)拇胧?。屏蔽體一般而言主要是采用電磁傳輸對(duì)裝置封閉的阻擋層，這個(gè)阻擋層可以導(dǎo)電或?qū)Т牛部梢允欠墙饘俚奈仗盍?。在結(jié)構(gòu)上其屏蔽目的主要有兩方面：一是對(duì)內(nèi)部輻射區(qū)內(nèi)的電磁能量泄漏進(jìn)行控制；二是對(duì)外部輻射進(jìn)到區(qū)域進(jìn)行限制。如果將設(shè)備外部箱體設(shè)計(jì)為完全的密閉導(dǎo)電體，就能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)以上兩個(gè)目的。不過實(shí)際的設(shè)備要考慮到散熱以及維護(hù)等各方面因素，導(dǎo)致其不可能設(shè)計(jì)成為完全密閉體，在設(shè)計(jì)上必然形成縫隙。這些縫隙就可能致使屏蔽體之內(nèi)的電流在局部出現(xiàn)不連續(xù)，這也是屏蔽效應(yīng)下降的最重要原因。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，一定要考慮盡量減少縫隙或者孔洞的量，以發(fā)揮最大程度的電磁屏蔽作用。

3.3 濾波器設(shè)計(jì)

在單獨(dú)對(duì)多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)時(shí)，很少出現(xiàn)電磁干擾的問題，不過一旦把兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行連接之后，就無法滿足電磁兼容要求，此時(shí)電纜實(shí)際上就是接收與輻射天線作用。這時(shí)主要措施就是加裝濾波器，將電磁干擾沿著信號(hào)線傳播路徑切斷，直接和屏蔽一起構(gòu)成整個(gè)防電磁干擾系統(tǒng)。不管是對(duì)干擾源的抑制，還是對(duì)耦合的消除都可以考慮用濾波技術(shù)來進(jìn)行改善。濾波系統(tǒng)能夠有效地壓縮干擾頻譜，而當(dāng)干擾的頻譜和有用信號(hào)的頻帶不同時(shí)，就可以采用電磁干擾濾波器把沒有信息的干擾進(jìn)行濾除。所以較為恰當(dāng)?shù)剡x擇并且正確使用濾波器，能夠很好地抑制傳導(dǎo)干擾。濾波技術(shù)本身就是從干擾信號(hào)之中對(duì)信號(hào)分量進(jìn)行提取的方法。即便使用設(shè)計(jì)很好且能正確接地的屏蔽系統(tǒng)，仍可能存在干擾能量傳導(dǎo)到系統(tǒng)之中，只有采用濾波器才能夠最大限度地減少干擾信號(hào)[3]。

3.4 接地設(shè)計(jì)

接地屬于一個(gè)基本的技術(shù)要求，這個(gè)要求是電路或者系統(tǒng)正常工作內(nèi)容中的，因?yàn)槿魏未嬖诘碾娏鞫冀?jīng)地線而形成不間斷的回路。但是地線與接地平面總會(huì)存在一定數(shù)值的阻抗，這個(gè)阻抗直接導(dǎo)致兩個(gè)接地點(diǎn)之間存在一定量的電壓信號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致干擾接地。恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行接地能對(duì)高頻的騷擾信號(hào)形成低阻抗的通路，這樣能夠達(dá)到抑制高頻信號(hào)對(duì)電子設(shè)備形成干擾的目的。由此可以看到，接地存在接地阻抗引發(fā)接地的干擾情況，接地也是一種抑制干擾較為有效的技術(shù)性措施。

4 結(jié)語

綜上所述，為了達(dá)到電磁兼容性要求，需要綜合采用幾種方法，才能起到良好的效果。并且提高電子設(shè)備的電磁兼容能力，必須從開始設(shè)計(jì)時(shí)就給予電磁兼容性以足夠的重視。

[1]姜茂仁,吳波,陳瓊.基于航空ATE的微波信號(hào)集中控制設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2013(10):62-64.

[2]劉躍芹,戢剛,謝致清.淺析電磁屏蔽對(duì)機(jī)載航空電子設(shè)備的重要性[J].科學(xué)與財(cái)富,2015(5):112.

[3]張立輝,張旭,張守鵬,等.機(jī)載加卸載設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2015,28(6):170-171.

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