机载数字化设备屏蔽效能的提高 Improvement of shielding effectiveness of airborne digital equipment 1 first-author 韩松伟（1980-），男，吉林蛟河人，硕士，副研究员，2005年于北京航空航天大学获得学士学位，2010年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得硕士学位，主要从事机载光电侦察设备总体设计方面的研究。E-mail：hsw2109@sina.com http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412018&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412027&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412023&type= 22.01332855 32.00399780 韩松伟 （1980-），男，吉林蛟河人，硕士，副研究员，2005年于北京航空航天大学获得学士学位，2010年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得硕士学位，主要从事机载光电侦察设备总体设计方面的研究。E-mail： hsw2109@sina.com hsw2109@sina.com 2 1 corresp E-mail： xuliang_998@163.com E-mail： xuliang_998@163.com xuliang_998@163.com 1 1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033 Changchun Institute of Optics，Fine Mechanics and Physics， Chinese Academy of Sciences， Changchun 130033， China Changchun Institute of Optics，Fine Mechanics and Physics， Chinese Academy of Sciences， Changchun 130033， China 中国铁路沈阳局集团公司吉林机务段，吉林 吉林 132000 中国铁路沈阳局集团公司吉林机务段，吉林 吉林 132000 Jilin Locomotive Depot of China Railway Shenyang Bureau Group Corporation， Changchun 132000， China Jilin Locomotive Depot of China Railway Shenyang Bureau Group Corporation， Changchun 132000， China 为了降低机载数字化设备的电磁波辐射发射强度，对数字信号的频谱进行分析，指出数字信号所包含的基波及其高频谐波是设备电磁辐射的源头；分析了屏蔽层抑制电磁辐射的机理，结果表明高电导率、非磁性屏蔽层对电场及高频磁场有很好的屏蔽效果；研究了缝隙对屏蔽体屏蔽效能的影响，提出了一种提高缝隙屏蔽效能的双层填充屏蔽方法；然后分析了电磁波通过屏蔽层时的吸收损耗，提出了一种提高双绞屏蔽电缆/同轴电缆屏蔽效能的双层屏蔽方法；最后以实际工程项目为例，该项目设备已满足GJB151B-2013 RE102要求的情况下，仍然干扰北斗设备搜星定位。对它进行电磁兼容改进，改进后实验室测量RE102项，设备电磁辐射发射强度平均降低约12 dBμV/m；外场地面及飞行实验结果表明，设备正常工作情况下，BDB1，BDB3频点的带内积分功率分别提高0.59 dBm和1.84 dBm，北斗设备收星数量由3颗及以下上升至9颗及以上，北斗设备可正常定位。 To reduce the electromagnetic radiation emission intensity of airborne digital equipment， the spectrum of the digital signal is analyzed， revealing that the fundamental wave and its high-frequency harmonics are the sources of electromagnetic radiation emissions. Next， the rationale of shielding layer to suppress electromagnetic radiation is analyzed. The results indicate that the high-conductivity non-magnetic shielding layer has a good shielding effect on the electric field and high-frequency magnetic field. The influence of the gap on the shielding effectiveness of the shield is analyzed again， and a new method of double-layer fill shielding is proposed and validated. Then， the absorption loss of the electromagnetic wave is analyzed， and a new method for improving the shielding effectiveness of twisted-pair shielded cable/coaxial cable double-layer shielding is proposed and validated. Finally， an actual engineering project is considered as an example. The project equipment satisfies the GJB151B-2013 RE102 requirements and still interferes with the Beidou equipment Star（BDS） Searching and positioning. The electromagnetic compatibility is improved using the proposed method. After the improvement， the emission intensity of electromagnetic radiation is significantly reduced， by 12 dBμV/m on average. The ground and flight experiments verify that the integral power of the BDB1 and BDB3 frequency points is increased by 0.59 and 1.84 dBm， respectively， under normal operating conditions， and the number of BDS searching satellites is increased from ≤3 to ≥9， the BDS can operate normally. 数字化设备 电磁兼容 双层屏蔽 双层填充屏蔽 屏蔽效能 digital equipment electromagnetic compatibility double-layer shielding double-layer fill shielding shielding effectiveness 1 引 言 1 随着技术的快速发展，无人机搭载的航电设备越来越多，设备集成化程度也越来越显著。机载光电设备作为无人侦察机的“眼睛”，所处的电磁环境也越来越恶劣。先进的无人机载光电设备，除了要具有作用距离远、跟踪精度高、监测范围广等特点，还要在复杂机载电磁干扰环境中具有优良的电磁兼容性能，既不能干扰其他电子设备，也能抵抗外来的电磁干扰 ［ 1 1 - 2 2 1-2 ］ 。近年来，由于机载设备电磁兼容问题导致的飞机安全事故频发，因此提升机载设备的电磁兼容性，对于提高设备可靠性和飞行安全性具有重要意义。 机载设备的电磁兼容性主要包括两个层面：第一，机载设备、电子系统与分系统在已经明确的电磁环境下运行，不会因为相互的电磁干扰造成损害或影响飞机的正常运行；第二，机载设备、电子系统与分系统在已经明确的电磁环境下运行，产生的电磁干扰在可接受范围内，不影响正常工作 ［ 3 3 - 5 5 3-5 ］ 。20世纪70年代末期以来，机载设备的数字化程度越来越高，电磁兼容性方面的问题也越来越突出。数字信号的电磁辐射频谱具有覆盖范围广、频率高的特点。即使在设计阶段已经对机载设备的电磁兼容性进行了周全的考虑，但是由于电磁兼容问题的复杂性，国产化元器件性能的不稳定性，设备制造工艺成熟度等多方面因素，机载设备在制造过程中仍不可避免地出现各种电磁干扰因素。这些因素相互耦合，导致某些机载设备无法同时工作，不满足电磁兼容性要求，需要对其电磁兼容性进行提升，以达到电磁兼容要求。 机载设备具有特殊性，在追求高可靠性、高性能的同时，设备需要在质量及空间尺寸强约束的条件下，实现与其他机载设备的电磁兼容。因此，传统的电磁兼容工艺、方法已不能完全满足机载设备的电磁兼容要求。本文通过理论分析数字信号的特点，结合机载设备的特殊性，提出了一种双层填充电磁屏蔽方法，并将该方法应用到实际机载光电设备中，解决了该设备与机载北斗设备的电磁兼容问题。经过外场对设备的电磁辐射测试及实验室RE102项目的考核，证明了该方法的有效性。 2 数字信号的屏蔽效能 1 2.1　数字信号频谱分析 2 数字电子设备传输的信号为数字信号，因此数字信号的频谱特征是判断该系统能否与其他电子系统相兼容的重要条件。数字信号大致可分为时钟信号、视频信号、通信信号和控制信号等，这些信号的时域波形与周期脉冲信号的时域波形相似，可近似看作不同周期脉冲信号的叠加。因此，通过分析周期脉冲信号来了解数字信号的频谱结构及特征，以便在数字电子设备的早期设计过程中，针对有问题的波段采取电磁兼容措施，降低数字信号的辐射发射强度 ［ 6 6 - 7 7 6-7 ］ 。 以典型周期脉冲信号 <math id="M1"><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412168&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412151&type= 7.36600018 3.97933316 为例，其脉冲宽度为 τ ，幅度为 E ，周期为 T ，如 图1 图1 所示。 此信号在1个周期内可表达为： <math display="block" id="M2"><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>E</mi><mfenced open="[" close="]" separators="|"><mrow><mi>u</mi><mfenced separators="|"><mrow><mi>t</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></mfrac></mrow></mfenced><mo>-</mo><mi>u</mi><mfenced separators="|"><mrow><mi>t</mi><mo>-</mo><mfrac><mrow><mi>τ</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></mfrac></mrow></mfenced></mrow></mfenced></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412064&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412059&type= 51.56200027 9.90600014 ， <math display="block" id="M3"><mo>-</mo><mfrac><mrow><mi>T</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></mfrac><mo>≤</mo><mi>t</mi><mo>≤</mo><mfrac><mrow><mi>T</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412081&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412078&type= 20.82799911 7.87400007 . 将 <math id="M4"><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412168&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412151&type= 7.36600018 3.97933316 展开为傅里叶级数： <math display="block" id="M5"><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><msub><mrow><mi>a</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub><mo>+</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo largeop="true">∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow><mrow><mi>∞</mi></mrow></munderover></mstyle><mrow><mo stretchy="false">[</mo><msub><mrow><mi>a</mi></mrow><mrow><mi>n</mi></mrow></msub><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mi>ω</mi><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><msub><mrow><mi>b</mi></mrow><mrow><mi>n</mi></mrow></msub><mi>s</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mi>ω</mi><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo></mrow></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412093&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412075&type= 69.00333405 8.55133343 ， 式中： <math id="M6"><mi>ω</mi><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">2</mn><mi mathvariant="normal">π</mi><mi>f</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi mathvariant="normal">π</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412096&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412092&type= 21.67466736 7.87400007 ； <math id="M7"><msub><mrow><mi>a</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow></mfrac><msubsup><mo>∫</mo><mrow><mo>-</mo><mfrac><mrow><mi>T</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></mfrac></mrow><mrow><mfrac><mrow><mi>T</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></mfrac></mrow></msubsup><mrow><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mi mathvariant="normal">d</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>E</mi><mi>τ</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412116&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412112&type= 37.93066406 11.51466751 ； <math display="block" id="M8"><msub><mrow><mi>a</mi></mrow><mrow><mi>n</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow></mfrac><msubsup><mo>∫</mo><mrow><mo>-</mo><mfrac><mrow><mi>T</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></mfrac></mrow><mrow><mfrac><mrow><mi>T</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn></mrow></mfrac></mrow></msubsup><mrow><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mi mathvariant="normal">c</mi><mi mathvariant="normal">o</mi><mi mathvariant="normal">s</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mi>ω</mi><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi mathvariant="normal">d</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>E</mi></mrow><mrow><mi>n</mi><mi mathvariant="normal">π</mi></mrow></mfrac><mi mathvariant="normal">s</mi><mi mathvariant="normal">i</mi><mi mathvariant="normal">n</mi><mfenced separators="|"><mrow><mfrac><mrow><mi>n</mi><mi>ω</mi><mi>τ</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow></mfenced></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412103&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412119&type= 65.95532990 11.51466751 。 因为 <math id="M9"><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412168&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412151&type= 7.36600018 3.97933316 为偶函数，所以 <math id="M10"><msub><mrow><mi>b</mi></mrow><mrow><mi>n</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">0</mn></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412139&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412135&type= 9.73666668 3.72533321 ，则有： <math display="block" id="M11"><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>E</mi><mi>τ</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>E</mi></mrow><mrow><mi>n</mi><mi mathvariant="normal">π</mi></mrow></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo largeop="true">∑</mo><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow><mrow><mi>∞</mi></mrow></munderover></mstyle><mrow><mi>s</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mfenced separators="|"><mrow><mfrac><mrow><mi>n</mi><mi mathvariant="normal">π</mi><mi>τ</mi></mrow><mrow><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow></mfenced></mrow><mi mathvariant="normal">c</mi><mi mathvariant="normal">o</mi><mi mathvariant="normal">s</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mi mathvariant="normal">π</mi><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412157&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412155&type= 61.29866791 9.22866726 . 由 式（3） 式（3） 可知，周期脉冲信号包含基频信号（ n =1时）及频率为基频信号频率整数倍的高频信号（ n > 1时）。 n 越大，傅里叶级数越趋近于周期脉冲信号，如 图2 图2 所示。 从 图2 图2 可以看出：傅里叶级数中高频分量越多，叠加后的波形越趋近于周期脉冲信号 <math id="M12"><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412168&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412151&type= 7.36600018 3.97933316 ；傅里叶级数的高频分量主要影响脉冲信号跳变沿的陡度，低频分量主要影响脉冲信号的幅值 ［ 8 8 ］ 。 数字系统内部包含多种不同频率的周期脉冲信号，这些脉冲信号所包含的基波及其高频谐波会向外辐射电磁波，是电磁辐射的源头，辐射的电磁波频谱覆盖范围很宽，必须进行有针对性的电磁屏蔽设计 ［ 9 9 - 10 10 9-10 ］ 。 2.2　屏蔽对电磁辐射的抑制 2 数字电子设备会向外辐射电磁波，为了降低电磁波的辐射强度，干扰源必须被屏蔽。 图3 图3 所示为一个位于自由空间中的载流导体周围的电场和磁场。如果将一个非磁性屏蔽层放在导体周围，电场线会终止于屏蔽层，但对磁场的影响很小，如 图4 图4 所示。 如果有与中心导体上的电流相等，方向相反的电流在屏蔽层上流动，它将产生一个强度相等，方向相反的外部磁场，这个磁场会抵消中心导体中的电流在屏蔽层外部产生的磁场，如 图5 图5 所示，屏蔽层外部没有场。 以一个典型的双端接地，载有电流 I 1 的电路为例来说明屏蔽层对磁场的屏蔽效果，如 图6 图6 （a）所示。为了防止该电流产生电磁辐射，对载有电流 I 1 的导体进行屏蔽处理，且屏蔽层双端接地，其等效电路如 图6 图6 （b）所示。 分析该等效电路，其绕地回路路径为（ A - R s - L s - B - A ），屏蔽层电流 I s 为： <math display="block" id="M13"><mn mathvariant="normal">0</mn><mo>=</mo><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="normal">j</mi><mi>ω</mi><msub><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mrow><mi>R</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>-</mo><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi mathvariant="normal">j</mi><mi>ω</mi><mi>M</mi><mo stretchy="false">)</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412228&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412210&type= 46.14333344 4.82600021 ， 其中： M 为屏蔽层和中心导体之间的互感， L s 为屏蔽层的自有电感， R s 为屏蔽层的自有电阻。 <math display="block" id="M14"><msub><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Φ</mi></mrow><mrow><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412234&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412231&type= 11.85333347 8.38199997 ， <math display="block" id="M15"><mi>M</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Φ</mi></mrow><mrow><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412239&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412236&type= 12.02266598 8.38199997 . 因为屏蔽层电流产生的所有磁通都环绕中心导体， 式（5） 式（5） 和 式（6） 式（6） 中的磁通量 <math id="M16"><mi>Φ</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412248&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412240&type= 2.87866688 2.79399991 是相同的。因此，屏蔽层和中心导体之间的互感等于屏蔽层的自感，即有： <math display="block" id="M17"><mi>M</mi><mo>=</mo><msub><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412261&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412260&type= 11.76866722 3.72533321 . 将 式（7） 式（7） 代入 式（4） 式（4） 并重新整理， <math id="M18"><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412302&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412319&type= 2.28600001 3.72533321 表示为： <math display="block" id="M19"><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msub><mfenced separators="|"><mrow><mfrac><mrow><mi mathvariant="normal">j</mi><mi>ω</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">j</mi><mi>ω</mi><mo>+</mo><msub><mrow><mi>R</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow></mfenced><mo>=</mo><mfenced separators="|"><mrow><mfrac><mrow><mi mathvariant="normal">j</mi><mi>ω</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">j</mi><mi>ω</mi><mo>+</mo><msub><mrow><mi>ω</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">c</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow></mfenced><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412277&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412274&type= 54.86399841 10.32933331 ， 式中： <math id="M20"><msub><mrow><mi>ω</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">c</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mi>R</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412289&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412271&type= 17.35666656 4.14866638 ，为屏蔽层的截止频率，当 <math id="M21"><mi>ω</mi><mo>≫</mo><msub><mrow><mi>ω</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">c</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412283&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412290&type= 10.83733368 3.72533321 时（一般为5倍以上），屏蔽层电流 <math id="M22"><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412306&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412287&type= 2.28600001 3.72533321 接近中心导体电流 <math id="M23"><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412337&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412324&type= 2.53999996 3.72533321 。由于屏蔽层和中心导体之间的互感，同轴电缆起到共模扼流圈的作用，在高频时，屏蔽层提供了一个具有比接地面更低的总电路电感的返回路径，当 <math id="M24"><mi>ω</mi><mo>≤</mo><mn mathvariant="normal">5</mn><msub><mrow><mi>ω</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">c</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412299&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412298&type= 12.69999981 4.23333359 时，通过地线返回更多的电流，电缆提供的屏蔽会大大减小。由于在高频时屏蔽层电流 <math id="M25"><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412302&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412319&type= 2.28600001 3.72533321 与中心导体电流 <math id="M26"><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412337&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412324&type= 2.53999996 3.72533321 大小接近，方向相反，因此产生的磁场可相互抵消，该种方法可有效屏蔽高频磁场。 2.3　缝隙对屏蔽效能的影响 2 数字电子设备在进行EMC设计时，会采取滤波及屏蔽的设计方法。为了衡量屏蔽措施的有效性，引入屏蔽效能的概念。当电磁波通过屏蔽体时，其场强会明显降低，定义同一位置无屏蔽体时电磁场的强度与加屏蔽体后电磁场的强度之比为该屏蔽体的屏蔽效能（Shielding Effectiveness，SE）。 由于机械加工、电缆走线、功能需求和散热需要等多重原因，数字电子设备壳体表面广泛存在缝隙、孔洞等不连续点。根据缝隙天线理论，可以确定单孔隙的屏蔽效果。当缝隙天线的最大线尺寸等于1/2波长时，该缝隙是最有效的辐射体，定义这个尺寸的屏蔽效果为0 dB。随着孔隙变短，辐射效能会以每10倍长度20 dB的速率下降，屏蔽效能会以同样的速率增加。因此，对于一个最大线性尺寸等于或者小于1/2波长的孔隙，以dB为单位的屏蔽效能 <math id="M27"><mi>S</mi><msub><mrow><mi>E</mi></mrow><mrow><mi>g</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412332&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412328&type= 5.92666674 3.72533321 可表示为： <math display="block" id="M28"><mi>S</mi><msub><mrow><mi>E</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">g</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">20</mn><mi mathvariant="normal">l</mi><mi mathvariant="normal">o</mi><mi mathvariant="normal">g</mi><mfenced separators="|"><mrow><mfrac><mrow><mi>λ</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>l</mi></mrow></mfrac></mrow></mfenced></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412351&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412341&type= 26.75466537 9.22866726 . 对于电磁波而言，存在如下关系： <math display="block" id="M29"><mi>c</mi><mo>=</mo><mi>λ</mi><mi>f</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412355&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412353&type= 9.82133293 3.64066648 ， 其中： c 为光速， <math id="M30"><mi>λ</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412359&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412357&type= 1.77800000 2.79399991 为电磁波波长。将 式（10） 式（10） 代入 式（9） 式（9） ，整理后得： <math display="block" id="M31"><mi>S</mi><msub><mrow><mi>E</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">g</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">20</mn><mi mathvariant="normal">l</mi><mi mathvariant="normal">o</mi><mi mathvariant="normal">g</mi><mfenced separators="|"><mrow><mfrac><mrow><mi>λ</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>L</mi></mrow></mfrac></mrow></mfenced><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">20</mn><mi mathvariant="normal">l</mi><mi mathvariant="normal">o</mi><mi mathvariant="normal">g</mi><mfenced separators="|"><mrow><mfrac><mrow><mn mathvariant="normal">150</mn></mrow><mrow><msub><mrow><mi>f</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">M</mi><mi mathvariant="normal">H</mi><mi mathvariant="normal">z</mi></mrow></msub><msub><mrow><mi>l</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">m</mi><mi mathvariant="normal">e</mi><mi mathvariant="normal">t</mi><mi mathvariant="normal">e</mi><mi mathvariant="normal">r</mi><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow></mfenced></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412380&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412367&type= 58.25066376 9.90600014 ， 其中： <math id="M32"><msub><mrow><mi>f</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">M</mi><mi mathvariant="normal">H</mi><mi mathvariant="normal">z</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412382&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412372&type= 6.09600019 4.57200003 为电磁波频率， <math id="M33"><msub><mrow><mi>l</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">m</mi><mi mathvariant="normal">e</mi><mi mathvariant="normal">t</mi><mi mathvariant="normal">e</mi><mi mathvariant="normal">r</mi><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412394&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412376&type= 6.77333355 3.72533321 为孔隙的最大线性尺寸。 对于设备上的缝隙，如 图7 图7 所示，有 式（12） 式（12） 成立： <math display="block" id="M34"><msub><mrow><mi>H</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">g</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mi>H</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub><msup><mrow><mi mathvariant="normal">e</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mi mathvariant="normal">π</mi><mi>t</mi><mo>/</mo><mi>L</mi></mrow></msup></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412386&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412396&type= 20.82799911 3.97933316 . 将 式（12） 式（12） 代入屏蔽效能公式有： <math display="block" id="M35"><mi>S</mi><msub><mrow><mi>E</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">g</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">20</mn><mi mathvariant="normal">l</mi><mi mathvariant="normal">g</mi><mfenced separators="|"><mrow><mfrac><mrow><msub><mrow><mi>H</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><mi>H</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">g</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow></mfenced><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">27.27</mn><mfenced separators="|"><mrow><mfrac><mrow><mi>t</mi></mrow><mrow><mi>L</mi></mrow></mfrac></mrow></mfenced></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412411&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412392&type= 47.15933609 9.90600014 ， 其中： <math id="M36"><mi>S</mi><msub><mrow><mi>E</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">g</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412426&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412423&type= 5.92666674 3.72533321 为屏蔽效能， <math id="M37"><msub><mrow><mi>H</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412429&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412427&type= 4.23333359 3.72533321 为入射场， <math id="M38"><msub><mrow><mi>H</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">g</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412421&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412419&type= 4.23333359 3.72533321 为出射场； L 为狭缝截面的最大长度； t 为狭缝厚度 ［ 11 11 - 12 12 11-12 ］ 。 由 式（13） 式（13） 可以看出，缝隙的屏蔽效能与电磁波的特性、缝隙的最大尺寸和深度等因素有关，其中最主要的因素是缝隙的最大尺寸和缝隙的深度。减小缝隙的最大尺寸 L 、增加缝隙的深度 t 有利于提高缝隙的屏蔽效能。 由 式（11） 式（11） 可知，在辐射发射场电磁波频率一定的情况下，可以通过减小缝隙尺寸来提高设备的屏蔽效能。 数字电子设备常用的缝隙屏蔽方法主要分为两种：紧固点（包括螺钉、铆钉、点焊等）连接和在缝隙中安装电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）衬垫。紧固点连接的方案工艺简单、成本低廉，一般是首选方法，但提供的屏蔽效果不是很好。对于活动缝隙或不允许采取太多紧固点的屏蔽体，选择在缝隙中安装EMI衬垫的方法，EMI衬垫和机壳上的表面镀层结合可在部件之间提供良好的电连续性，使接触点的阻抗减小到最小，增加壳体的屏蔽效果。通常采取两种方式相结合的设计，在设备不同部件的接触面上加工凹槽，在凹槽内安装合适的EMI衬垫（导电橡胶条），并通过固定螺钉将部件紧固，结构示意如 图8 图8 （a）所示。 为了进一步提升设备缝隙处的屏蔽效能，在传统处理缝隙措施的基础上进行改进，采用铜箔粘贴在导电胶条之上，做“双层填充”屏蔽，如 图8 图8 （b）所示。两种导电材料相互补充，同时具备了优越的填充性与导电、导磁性，不仅减小了缝隙尺寸，还提高了填充材料的导电率与导磁率，使屏蔽体的屏蔽效能获得大幅度提升，提升前后实验室测试结果如 图9 图9 所示。 1;2; 2.4　电磁波的吸收损耗 2 当电磁波穿过媒质，它的幅度呈指数下降 ［ 13 13 ］ ，如 图10 图10 所示。这种衰减的产生是因为屏蔽体中感应的电流产生了欧姆损耗和材料发热 ［ 14 14 - 15 15 14-15 ］ ，可以表示为： <math display="block" id="M39"><msub><mrow><mi>E</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mi>E</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub><msup><mrow><mi mathvariant="normal">e</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mi>t</mi><mo>/</mo><mi>δ</mi></mrow></msup></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412465&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412470&type= 18.71133423 3.97933316 或 <math display="block" id="M40"><msub><mrow><mi>H</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mi>H</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub><msup><mrow><mi mathvariant="normal">e</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mi>t</mi><mo>/</mo><mi>δ</mi></mrow></msup></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412475&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412467&type= 19.55800056 3.97933316 ， 其中： E 1 （ H 1 ）是屏蔽体中距离 t 处的场强，当场强衰减到原来的1/e或者37%的距离定义为趋肤深度 <math id="M41"><mi>δ</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412486&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412484&type= 1.94733346 2.79399991 。 穿过屏蔽体的吸收损耗为： <math display="block" id="M42"><mi>A</mi><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">20</mn><mi mathvariant="normal">l</mi><mi mathvariant="normal">o</mi><mi mathvariant="normal">g</mi><mfrac><mrow><msub><mrow><mi>E</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">0</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mrow><mi>E</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">1</mn></mrow></msub></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412495&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412491&type= 21.42066574 8.38199997 . 将 式（14） 式（14） 代入 式（15） 式（15） ,则有： <math display="block" id="M43"><mi>A</mi><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">20</mn><mi mathvariant="normal">l</mi><mi mathvariant="normal">o</mi><mi mathvariant="normal">g</mi><msup><mrow><mi mathvariant="normal">e</mi></mrow><mrow><mi>t</mi><mo>/</mo><mi>δ</mi></mrow></msup><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">20</mn><mfrac><mrow><mi>t</mi></mrow><mrow><mi>δ</mi></mrow></mfrac><mi mathvariant="normal">l</mi><mi mathvariant="normal">o</mi><mi mathvariant="normal">g</mi><mi mathvariant="normal">e</mi><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">8.69</mn><mfrac><mrow><mi>t</mi></mrow><mrow><mi>δ</mi></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412514&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412513&type= 55.62599945 7.95866632 . 由推导出的 式（11） 式（11） 可知，屏蔽体中一个趋肤深度厚的吸收损为8.69 dB，屏蔽体的厚度加倍，吸收损耗也会加倍，如 表1 表1 所示。 2 金属 2 电阻率 <math id="M44"><mi>ρ</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mi>σ</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412509&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412516&type= 10.66800022 3.30200005 10 -2 <math id="M45"><mi mathvariant="normal">Ω</mi><mo>⋅</mo><mi mathvariant="normal">m</mi><mi mathvariant="normal">m</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412520&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412511&type= 8.97466660 2.37066650 2 相对磁导率 2 频率 <math id="M46"><mi>f</mi><mo>/</mo><mi mathvariant="normal">H</mi><mi mathvariant="normal">z</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412530&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412521&type= 6.77333355 3.38666677 3 材料厚度/mm 透入深度δ A =8.69 dB 2.3δ 20 dB 4.6δ 40 dB 铜 0.0172 1 10 5 10 6 10 7 10 8 0.21 0.067 0.021 0.006 7 0.49 0.154 0.049 0.015 4 0.98 0.308 0.098 0.030 8 黄铜 0.06 1 10 5 10 6 10 7 10 8 0.39 0.124 0.039 0.012 4 0.9 0.285 0.09 0.028 5 1.8 0.57 0.18 0.057 铝 0.03 1 10 5 10 6 10 7 10 8 0.275 0.088 0.027 5 0.008 8 0.64 0.20 0.064 0.020 1.28 0.4 0.128 0.004 钢 0.1 50 10 5 10 6 10 7 10 8 - 0.023 0.007 0.002 3 - 0.053 0.016 0.005 3 - 0.016 0.032 0.001 6 铁镍合金 0.65 12 000 10 2 10 3 10 4 10 5 0.38 0.12 0.038 0.012 0.85 0.27 0.085 0.027 1.7 0.54 0.17 0.054 由 表1 表1 可以看出： （1） 当 <math id="M47"><mi>f</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412558&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412540&type= 2.45533323 3.64066648 ≥1 MHz（10 6 Hz）时，用0.5 mm厚的金属板制成的屏蔽体，可将场强减弱为原场强的1/100左右。因此，在选择材料时，应着重考虑材料的机械强度、刚度、工艺性及防潮、防腐等因素； （2） 当 <math id="M48"><mi>f</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412558&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412540&type= 2.45533323 3.64066648 ≥10 MHz（10 7 Hz）时，用0.1 mm厚的铜皮制成的屏蔽体可将场强减弱为原场强的1/100甚至更低。因此，在选择材料时，可选用表面贴有铜箔的绝缘材料作为屏蔽体； （3） 当 <math id="M49"><mi>f</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412558&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=45412540&type= 2.45533323 3.64066648 ≥100 MHz（10 8 Hz）时，可选用在塑料壳体上镀或者喷以铜层或银层制成屏蔽体。 在数字电子设备中，考虑到设备的电磁兼容性，为提高设备的抗干扰性，降低对外辐射的电磁波强度，广泛使用双绞屏蔽电缆及同轴电缆。常用的屏蔽电缆均采用编织屏蔽层，其优点是弹性好、耐久、强度高和弯曲寿命长，但对中心导体的覆盖度不够，只能达到60%~98%，编织层遍布细小的孔洞，破坏了纵向屏蔽电流的均匀性，由 式（11） 式（11） 可知，在较高的频率下，屏蔽效能会大幅下降 ［ 16 16 ］ 。 为了提升屏蔽电缆的屏蔽效能，本文在常规屏蔽电缆外层增加一层镀镍屏蔽带，即对电缆进行双层屏蔽处理。根据电路理论，在屏蔽体中入射场产生感应电流，这些电流反过来产生附加的场，可抵消原来的场，如 图11 图11 所示。 屏蔽电缆已有屏蔽层，数字信号传输产生的共模电流仍通过屏蔽层返回，发射电磁辐射，如 图12 图12 所示。利用上述的电路理论，将同轴电缆看作一个整体，采用双层屏蔽方法，在同轴电缆外部再增加一层外层屏蔽层，该屏蔽层上由内部入射场产生一反向感应电流，以抵消内层屏蔽电缆共模噪声带来的电磁辐射，提高屏蔽效能，如 图13 图13 所示。 由 式（11） 式（11） 可知，屏蔽体存在的孔隙越小，屏蔽效能越高。采取双层屏蔽措施后，屏蔽体在保持原有编织屏蔽层优点的同时，减小了屏蔽层的孔隙，提高了屏蔽效能。 双层屏蔽体属于良导体，具有一定的厚度，可以通过反射作用屏蔽电场，也可以通过吸收作用屏蔽磁场。根据 表1 表1 选择铝质屏蔽带的厚度。 对设备内部电缆采取双层屏蔽措施后，电缆的屏蔽效能得到提升，实验室测试结果如 图14 图14 所示。 1;2; 3 工程应用 1 国内某型无人机机载光电设备已进行了充分的电磁兼容性设计，但由于该无人机空间布局的限制，装机后光电设备与北斗设备距离过近，同时光电设备存在玻璃窗口，且该型北斗设备的抗干扰能力差，常规的电磁兼容工艺无法满足该项目的实际需求。 经过反复分析及测试发现，光电设备输出的视频信号为SDI数字信号，频谱覆盖范围宽，使北斗设备中心工作频段附近的底部噪声增大，降低了它接收卫星信号的信噪比，导致接收卫星信号的能力减弱，搜星数量减少。采用本文提出的电磁屏蔽方法对光电设备进行改进。 3.1　电路板屏蔽改进 2 光电设备采用铜制屏蔽盒对电路板进行屏蔽，屏蔽盒原有4个螺钉。根据 式（11） 式（11） ，在此基础上新增4个螺钉以减小相邻螺钉的间距，如 图15 图15 （a）所示，或使用屏蔽带对屏蔽壳体边缘进行包裹处理，如 图15 图15 （b）所示。上述两种方法都可降低盒与盖之间的缝隙尺寸 L ，使盒与盖保持良好的电接触，消除缝隙泄漏的影响，提高电路板的屏蔽效能。 3.2　设备缝隙“双层填充”屏蔽 2 光电设备不同部分的结合处存在缝隙，是其屏蔽效能降低的主要原因之一 ［ 17 17 ］ 。光电设备铝质航插面板与壳体之间的缝隙如 图16 图16 （a）所示，记录仪壳体缝隙如 图16 图16 （b）所示，记录仪连接器面板与视频插座之间缝隙如 图16 图16 （c）所示，采用“双层填充”屏蔽方法提高屏蔽效能，使铜箔与橡胶条之间紧密贴合，并进行平整处理。 3.3　电缆“双层屏蔽” 2 光电设备的视频信号为高频数字信号，由于连接器插头与视频电缆之间存在缝隙，在传输信号时会向外辐射电磁波。电缆插头采用镀镍屏蔽带处理，使它与连接器圆周进行导电连接，并在航插内部及尾夹处进行紧固处理，减小插头与电缆之间的缝隙，如图 17 17 （a）和 17 17 （b）所示。同时，电缆中传输视频的同轴电缆做“双层屏蔽”处理，有效地控制视频传输电缆的电磁辐射，如 图17 图17 （c）所示。 4 外场与实验室测试结果 1 4.1　外场地面验证 2 光电设备通过减小电路板屏蔽壳缝隙，对设备缝隙采取双层填充屏蔽，对内部电缆采取双层屏蔽等措施后，装机进行测试。光电设备正常工作时，在BD1频点处（带宽4.092 MHz的条件下），BD3频点处（带宽20.46 MHz的条件下），相对于背景电平的带内积分功率提高不大于5 dBm。 首先，将测试天线固定于机载北斗天线旁边位置（尽量靠近机载天线）连接频谱仪，如 图18 图18 所示；光电设备断电，测试机上北斗天线处BDB1，BDB3频点的带内积分功率，如 图19 图19 所示；光电设备上电，测试机上北斗天线处BDB1，BDB3频点的带内积分功率，如 图20 图20 所示；测试完毕后，将各频点两次测试得到的带内积分功率进行比较验证，测试结果如 表2 表2 所示。 2 频 点 2 机上北斗天线处带内积分功率 2 带内积分功率提升 光电设备断电 光电设备上电 BDB1 -68.31 -67.72 0.59 BDB3 -58.74 -56.9 1.84 dBm 光电设备上电正常工作情况下，与断电时对比，BDB1，BDB3频点的带内积分功率分别提高0.59 dBm和1.84 dBm，满足频点带内积分功率提高不大于5 dBm的要求，机上北斗设备可正常工作。 4.2　实验室验证 2 对光电设备的电磁兼容性进行改进，在实验室对光电设备在北斗设备工作的频段做RE102测试，改进前后电磁兼容实验结果如 图21 图21 所示。 由 图21 图21 可知，光电设备在北斗设备工作的频段区间满足GJB151B-2013要求，电磁兼容改进前设备的电磁兼容辐射曲线在28 dBμV/m附近，改进后设备的电磁兼容辐射曲线在16 dBμV/m附近，平均降低约12 dBμV/m。实验结果表明，光电设备采用的电磁兼容改进措施有效，设备屏蔽效能大幅度提高。 4.3　飞行验证 2 对光电设备进行了外场地面实验与RE102项实验验证后，随飞机进行了飞行验证。飞行过程中，光电设备上电正常工作。由于采取的屏蔽措施有效提升了设备的屏蔽效能，设备的电磁辐射强度降低，对北斗接收机接收卫星信号端的信噪比几乎无影响。北斗接收机接收卫星信号的数量稳定在9颗及以上，可正常工作。在随后的性能鉴定飞行中，该型光电设备圆满完成了性能鉴定工作。 5 结 论 1 本文通过分析数字信号的频谱特征，明确了脉冲信号所包含的基波及其高频谐波是数字电子设备电磁辐射的源头；通过分析屏蔽层抑制电磁辐射的机理，得出高电导率、非磁性屏蔽层对电场及高频磁场具有很好的屏蔽效果；通过分析缝隙对屏蔽效能的影响，提出了一种处理设备壳体缝隙的双层填充屏蔽法，实验结果表明该方法大幅度提升了设备壳体的屏蔽效能；通过分析电磁波的吸收损耗，结合缝隙对屏蔽体的影响，提出了一种处理设备常用屏蔽电缆的双层屏蔽法，实验结果表明该方法大幅度降低了屏蔽电缆的电磁辐射强度。 将双层填充屏蔽法和双层屏蔽法应用到实际工程项目中，某型机载光电设备改进后的屏蔽效能获得进一步提升，实验室测量RE102项，光电设备辐射信号强度进一步降低，平均降幅约为12 dBμV/m；在外场飞行验证中，机上北斗设备能够接收正常工作所需的卫星数量（稳定在9颗及以上），有效解决了光电设备与机上北斗设备的电磁兼容问题。 参考文献 李洪烈 . 改装机载电子设备中的电磁兼容设计与分析 ［J］. 飞机设计 ， 2009 ， 29 （ 4 ）： 56 - 59 . doi: 10.3969/j.issn.1673-4599.2009.04.013 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-4599.2009.04.013 改装机载电子设备中的电磁兼容设计与分析 LI H L . 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