军用电子设备的电磁兼容设计讲义

电磁兼容讲座之

----------电磁干扰1常见的电磁骚扰源2电磁骚扰的特性3我们目前的电磁环境4电磁骚扰的危害

5家庭网络的电磁环境

6有意电磁干扰课程内容国内、外目前军用设备的电磁兼容情况PCB实用电路的电磁兼容设计设备结构的屏蔽设计接地设计产品EMC详细设计输入：《产品EMC设计规格书》、《硬件总体设计方案》以及《单板硬件详细设计方案》输出：《单板EMC详细设计方案书》原理图EMC设计包括：电源滤波方案复位电路EMC设计方案接口电路EMC设计方案时钟电路EMC设计方案板间连接器插针定义方案等PCBEMC设计包括：PCB分层方案元器件布局方案PCB布线方案板级接地设计包括：单板地的种类及定义各地之间的连接方式版权所有翻版必究北京泰派斯特电子技术有限公司产品EMC设计技术点产品EMC需求设计产品EMC规格定义产品系统EMC设计结构EMC设计电缆EMC设计系统电源配电EMC设计系统接地设计产品EMC详细设计原理图EMC设计PCBEMC设计板级接地EMC设计产品EMC阶段评审原理图评审PCB评审结构试装评审版权所有翻版必究北京泰派斯特电子技术有限公司产品系统EMC设计输入：《硬件总体设计方案》输出：《产品系统EMC设计方案书》结构EMC设计包括：结构总体屏效设计方案缝隙屏蔽设计方案进出线屏蔽设计方案通风孔屏蔽设计方案屏蔽材料选择方案电缆EMC设计包括：电缆分类方案电缆线材选型方案连接器选型方案电缆敷设方案电缆出线方式电源配电EMC设计包括：电源配电电路框图滤波器件选型建议系统接地设计方案版权所有翻版必究北京泰派斯特电子技术有限公司电磁兼容讲座提纲军用电子设备与系统电磁兼容性技术的特点及发展军用电子设备与系统的电磁兼容性要求电磁耦合机理与干扰发射机理军用电子设备与系统的电磁兼容性设计军用电子设备与系统的电磁兼容性测试技术结束军用电子设备与系统

电磁兼容性技术的特点及发展电磁兼容基本概念军用电子设备的特点及研究范畴军用电子系统的特点及研究范畴军用电子设备与系统的关系国内外军用电子设备与系统电磁兼容性发展概况军用电子设备的特点及研究范畴体积小、功率密度高、集成度高电磁耦合方式以线间耦合、近场耦合、电源与地线耦合为主设备性能可由相关标准（如GJB151A/152A－97）加以控制已有较为完善的性能测试与评估的理论、方法和手段，其研究范畴主要针对设备或分系统级的产品性能。军用电子系统电磁兼容性的特点

军事电子系统中电磁兼容问题最为突出和典型的是飞机﹑导弹﹑舰船﹑和车辆，这些系统的电磁兼容的共性特点主要表现为：（1）频谱高度密集，同时表面存在着大量复杂的反射结构，致使天线的方向图﹑输入阻抗﹑耦合度的分析非常复杂；（2）体积和空间有限，大量的设备共存于狭小的空间；（3）无线设备多，系统载体表面集中了多部天线；（4）大量不同类型设备共用同一电源和一套地线系统；

（5）系统内高低电平设备共存。

军用电子系统电磁兼容性的特点

天线间的耦合将是军事电子系统中最为关键的控制要素。

大功率发射天线对灵敏度很高的天线﹑同频率发射天线对接收天线等都将产生非常强烈的干扰。

尤其是由于天线全向收发功能的要求，致使空间隔离﹑屏蔽等许多在其他应用环境中行之有效的电磁干扰方法无法使用，因而对其电磁干扰的控制存在着非常大的难度。主要针对系统间电磁环境，如通讯及雷电、核电磁脉冲等的电磁效应等。主要针对系统内部，如分系统间（或系统内各互连模块间）的电磁兼容性能预测、评估以及电磁兼容设计与故障诊断流程控制等。

复杂电子系统的电磁兼容与环境适应性技术系统间电磁兼容研究系统内电磁兼容研究研究范畴一方面随着通信事业的快速发展，无线电新业务、新技术广泛应用，设置和使用无线电台（站）的数量迅猛增加；一方面无线电干扰逐年上升，相关投诉明显增多，一些无线电发射设备的互调干扰、谐波干扰、杂散干扰超标等现象越来越多，越来越严重，造成大面积的电磁环境恶化，从而出现手机掉线、接收信息中断或乱码、乱呼等现象，严重的已威胁到航空飞行、铁路列调、水上运输和警用通信等方面安全。因此，加强对空中电磁环境保护和电波秩序维护，已经紧迫和现实地摆在了我们面前。军用电子设备兼容性与系统兼容性的关系

各设备的电磁兼容性能直接影响系统的电磁兼容性；

GJB151A/152A中所规定的测试项目正是为满足多设备系统正常工作的基本要求；可依据实际系统组成特点对设备EMC要求进行标准剪裁；达到电磁兼容性要求的设备组成的系统未必具有良好的EMC性能，必须进行系统电磁兼容设计（布局设计、电源系统设计、接地系统设计、互连设计等）；系统电磁兼容设计的优劣影响设备功能的发挥。●国内对军事电子系统电磁兼容技术的研究，主要集中在飞机、舰艇或导弹方面。●对于地面车载系统的研究：

仅对一些装甲、坦克及指挥车辆在联试过程中所出现的电磁兼容问题进行过故障排除；

对同车工作的电台干扰，仅做过单个电台对单个电台的干扰分析；

装车设计主要依据经验设计。●由于缺乏定量分析方法,导致系统联试时问题突出；由于联试涉及影响因素复杂,往往无法准确的对故障进行定位，后续的抑制措施无法有效贯彻落实到系统中。因此，基于模拟仿真的系统电磁兼容性设计显得尤为必要。国内系统电磁兼容性技术的发展概况●广泛采用了SEMCAP、IPP等系统分析软件，较好解决了电磁兼容的问题；●颁布了多部与系统环境效应相关的标准；如MIL-B-5087(1984)、MIL-E-6051(1988)、MIL-STD-1818(1992)以及MIL-STD-464（1997）（系统电磁环境效应要求）；●重视对应用环境的适应性以及防电磁信息泄漏的研究；●美国在其各种军用飞机、导弹、信息指挥系统以及舰船等装备的研发中，均有详细而系统的电磁兼容分析报告（例如“美军21世纪特遣部队的机动式指挥中心电磁兼容分析报告“），较好的解决了系统所存在的各种战场电磁干扰问题。

国外系统电磁兼容性技术的发展概况指挥自动化系统的电磁兼容性特点

现代战争将是信息高度集中并融合的作战，指挥自动化系统将成为信息化战争的主角，是现代战争胜败的决定性因素。

某型装甲指挥车同时装备有HF电台、VHF电台及GPS、计算机、车通等多个电子设备。实际样车装车联试时，只开1部HF电台和1部VHF电台，其他电台及设备完全静默，虽然车内环境尚未达到最恶劣的情况，但两部电台也发生了严重的相互干扰，主要干扰现象如下：l

VHF电台在30MHz附近发射时，HF电台在20~30MHz范围内受到干扰；l

HF电台在其发射频率的各次谐波上对超短波电台均有干扰，在谐波点的150KHz~250KHz带宽内话音通讯无法正常进行；8MHz以上频点发射时，出现对VHF电台的全频段干扰，通信信道完全阻塞！

指挥自动化系统的典型干扰现象

一个复杂的装甲通信车系统，包含了多种车型，系统内有VHF电台、HF电台、GPS/GLONAS定位导航设备、卫星通讯设备等各类无线设备，组成了各类通信指挥网。实现各分系统协同通讯。在这样一个比较狭小的空间内，另外还有大量的其它兵种的无线通信设备，

致使有限频带内工作频率高度密集、单位体积内的电磁功率密度急剧增大，再加上车内高低电平设备的混用，使得通信系统的应用环境变得极为恶劣。指挥自动化系统的电磁兼容性特点1号UHF全向定位仪雷达天线HF3号VHF全向定位仪后向ADF2号UHF全向定位仪前向ADF2号接收机2号发射机1号发射机1号接收机1号VHF天线2号DEM1号DEM飞行交通控制信标着陆引导2号UHF天线2号自动定向罗盘1号自动定向罗盘气象雷达HF天线VHF天线塔康系环统武器引腊导雷达对空搜悔索雷达卫星通非信发射异机对海监克视雷达敌我识别携系统舰对空哥导弹电子战干晃扰机舰首炮UHF天线对海导挥航雷达对空监视汤雷达舰船系统米的电磁兼阻容性特点某自行火吵炮的炮塔削总体布置随着现代浩科技的高脸速发展，展一种看不谣见、摸不订着的污染妥源日益受寻到各界的未关注，这涌就是被人广们称为“常隐形杀手嘱”的电磁辐厉射。今天趣，越来奴越多的忠电子、估电气设万备的投驰入使用次使得各苗种频率期的不同谜能量的像电磁波批充斥着碎地球的列每一个雄角落乃业至更加辞广阔的暮宇宙空爱间。对挠于人体蓬这一良染导体，斗电磁波雕不可避受免地会亩构成一毒定程度扮的危害年。一.电磁辐射欢情况英国谢树菲尔德求号导弹辰驱逐舰型惨剧英阿马岛座之战,英枕国谢菲尔棕德号导弹拐驱逐舰由觉于雷达与宫通讯网络棒相互干扰倘,不能同堡时工作,功当英国谢谁菲尔德号哲导弹驱逐躺舰与英国粒本土通讯虽时,恰遇角阿根廷的爷飞鱼导弹映来袭,导辫致了舰毁躲人亡的惨确剧.民兵I导快弹飞行故净障民兵I导弹的杨遥测试养试验弹姥多次发链射成功燥后,1糠962年开始趴进行战第斗弹炸厨毁战斗誉的飞行税试验.前两发贝子弹均宽遭到失悟败.这两发兆子弹的秆故障现签象相似,都是在I级发动机半关机前炸谱毁.炸毁时的熔高度一个绿为7.6K仓M,另一个为21.改8KM贡.在炸毁前,两发导踪蝶弹的制昆导计算混机均受王到脉冲本干扰而垦失灵.经过分析,故障是由倒于导弹飞饰行到一定粉高度时,在相互笋绝源的岭弹头结异构与弹抽体之间伶出现了糖静电放挡电,它产生叙的骚扰历脉冲破引坏了计收算机的村正常工回作而造窗成了此子次故障.实例在我军砺史剑200壮4演习中，大由系统庞迎大，连接爱关系复杂括，整个投任影显示系秒统存在严贺重的干扰碌，无法消方除。电磁骚扰姑危害雷达的偷电波辐征射可能狸引爆航辈空母舰德的武器笑弹药。雷达干扰伙的例子，猎山坡的草坝和日光灯加油站业不准使锈用手机导弹误挥发射德国高珍速公路误屏蔽的峰问题胶合机干暑扰小区闭次路电视对讲机的宴干扰医疗应设备概念在电子桑设备及逮电子产胁品中，粒电磁干景扰（Elec图trom这agne药tic旋Inte细rfer穷ence）能量岂通过传珍导性耦高合和辐抓射性耦敌合来进涝行传输邻。为满异足电磁偏兼容性芽要求，旁对传导油性耦合孔需采用葵滤波技岛术，即悼采用EMI滤波器件胞加以抑制哪；对辐射嫌性耦合则冬需采用屏遣蔽技术加盆以抑制。与在当前电秩磁频谱日末趋密集、分单位体积穷内电磁功忧率密度急嘉剧增加、旁高低电平组器件或设天备大量混朱合使用等泰因素而导呼致设备及凝系统电磁判环境日益归恶化的情暑况下，其倍重要性就乱显得更为科突出。自然环凳境因素一般电顾磁环境贴构成因苗素人为环焰境因素①雷电电磁悬辐射源。②静斤电电磁器辐射源赠。③太穷阳系和川星际电童磁辐射县源。④地球彩和大气层太电磁场等航。①各种电趋磁发射遣系统：电视、禽广播发餐射台，纽奉无线电翁台、站循，导航鸽系统，扎通信系午统，差则转台，浸干扰台及，微波滨接力站露等。②工谨频电磁袭辐射系伞统：高电压送伐、变电系俗统，大电庸流工频设庄备，轻轨匠和干线电拨气化铁道律等。③工问业、科杨学、医浴疗、商汤业领域风应用的归有电磁跪辐射的戴各种设沈备或系扰统。④以电壤火花点燃火内燃机为搬动力的各阶种交通工勺具和机器屯设备。⑤各种哲家用电器马、现代化窜办公设备坛、电动工帖具等。⑥用于膊军事目的究的强电磁讯脉冲源：核电磁寇脉冲及闹非核电亲磁脉冲获源如电触磁脉冲君武器、乓高功率漆微波弹取和各种器电子对抬抗辐射掀源等构成电郑磁环境肥的各种至因素复杂电送磁环境喇下训练姻是一种岗科技含药量较高它的训练禾形式，葡掌握必舒要的电呼子战科判技知识泉和作战撕理论不宝仅是有种效组织边与实施昨复杂电晶磁环境浴下部队装作战的友基础，截更是开论展复杂辫电磁环序境下训溜练的前唉提。在50年代，许一部50W的短波闻电台通蜂信距离节可达1000容km；到了80年代，死一部250W的短波电慈台通信距筛离一般小南于500k眉m。1998年2月12日晚，CCTV－1“焦点访谈己”节目专耐门报导了陡电磁干扰宴妨碍民航演春运事件书：该年元平月20日，由利于大功差率寻呼外发射机裁干扰广悟州机场画与飞行渡在航线则上的飞升机间的塘无线电吹通信联嫂络指挥拔调度.严重的电吸磁污染严重的电炊磁污染地球上不同时工池作的发您射机有粥数百万答台，最副大功率次可达兆粒瓦级。助发射机腐数目逐辈年增多冶，功率融随之加跪大，电杜磁干扰锈场强也黑不断增崭大。面跨对这种件状况，真人类会蓬不会陷礼入“发塑射机功伙率增大让和数量万增多→允电磁干喉扰场强砌增大→脆信噪比丈下降→宪再次增仆大和增蔑多发射尽机功率纲和数目失”的恶飞性循环?这确实是福一个值得赚注意的问两题。电磁干扰晌在军事上螺的应用在科索脖沃战争挖中，北揭约南联皱盟的空闲袭，无峰论是大俘战还是鹊小战，厦只要飞司机出动锈，只要枕采取军馅事行动俩，就必帮须使用遮电子干喘扰装备材。采用斯的装备喷主要是EC-旁130势H专用通信稠干扰机和EA-6嚼B“徘徊者续”电子持战飞机镇，对预昼定攻击辆区域实艇施全频旺谱强电吧磁干扰雪。EA-裁6B电子战挣飞机上锋装有雷齐达欺骗书、通信迟干扰、霞战术杂容音干扰猎和卡盘发式箔片书撒布等垃高技术舒电子对豆抗装置顾，主要讽是远距向离干扰铁和护航剧干扰任弱务。具肉体方式也包括发辣射强干颈扰电磁库波，在郑进行远仙距离干替扰时，锈它通常洞飞行在堪攻击编双队的正东前方，缎用布撒造金屑条严、投掷糊红外诱朱骗弹和僵实施积君极干扰堵等方法艳掩护攻咸击编队厦。该机端还装有辟反辐射拌导弹，幻玉对南联解盟防空违、雷达大进行哄压瞒制和打颠击。电磁干歪扰导弹漠致使敌磁方导弹员偏离目好标西方军钢事强国蹄在科索线沃战争稠、伊拉唯克战争剧中利用懂电磁脉闷冲武器榴上演的毒一幕幕“电磁珍珠锡港事件”给世人敲帐响了警钟波，电磁脉备冲武器已橡成为21世纪的摆大规模烛电子破蔬坏性武摇器；西朴方某些教专家甚合至将其妨称为“21世纪的望原子弹”。强电磁寺脉冲已弟成为电悲子设备萝的“绝命杀手”战时，各叙种电子设满备将处于枪十分恶劣瞧的电磁环宏境中，一条旦其屏蔽浪和加固条五件受到破诞坏，就将烧面临严重规后果。就喂目前电子浅设备的防窑护现状来降说，越是顺数字化、诞信息化程内度高的基隙础设施、脱设备越容材易受到攻疗击。电磁武器羞还是隐形务武器的克者星。除了昏造型上的披独特设计肤之外，隐第形武器的素主要秘密谊在于靠吸堂波材料吸央收电磁波贩，从而减冬少电磁波奴的反射和辅被发现的竖概率。普亦通雷达发五射的电磁因波因能量摘弱可以被雀吸波材料狮吸收，因向此能达到泛隐身的效扇果，而电购磁脉冲武辣器的脉冲胳能量密度底大，瞬间驻就能使吸肆波材料的竖温度上升土从而使其“原形毕露”。就象有矛翅必有盾一蔽样，电磁念脉冲打击摇和防护这具一对矛盾肚正是如此医，在对手抓电磁防护斤的盾牌尚捞未铸就之冰前，电磁枕打击必然吓拥有致命塞的威胁。于目前少数炊国家军队跃拥有的电袜磁打击优童势在信息死化战场上以造成了不下对称的局芝面，以至北于大多数酒国家和军蛛队的基础浆设施和信珠息化(或者半笋信息化)装备的软斩肋完全暴殖露在潜在努敌手的打界击下。这介种现状如乐不及时改耽变，制胜幕未来就可跑能变成一啄句空话一枚电医磁炸弹用可能摧歌毁整个匹城市的踢通讯电磁脉冲盛武器，轻脂则可破坏风一个城市佩的供电或渠金融系统艺、瘫痪一菠个战场的喉指挥控制夜网络，重增则甚至威智胁到一个孟国家的综箭合安全。珠透过科索卫沃战争和昼伊拉克战良争的硝烟腐，石墨炸蚀弹造成的蛙贝尔格莱发德的大停宁电，微波馅炸弹造成族的巴格达闯电视转播洽信号的消永失都给世知人留下了幸极其深刻头的印象。美国的专一份权欲威杂志丈曾对未酬来战争锄作过一妻次有趣械的预测球：下一叹次世界离灾难降顶临的时还候，你属可能看杏不到蘑呼菇云，嗓只听见得一声遥元远的咔驳嚓声，霉你还以滋为是无倍辜的闪障电，你划的电脑声连同里协边的所条有数据苍都将被蛋“烤焦拜”。这魂时你发础现世界喝听上去绪开始有陕所不同——标志文垦明世界层的声音懒都消失似了，你暗听不到饲内燃机按的轰鸣趴。除了柴油机，所跪有引擎埋都罢工附了，再昂也发动敬不了。淋世界仿谢佛倒退膝到200年前，笑而你却绢毫发未哑伤。这朗并非耸筋人听闻咱，因为们电磁脉倾冲武器联破坏后超的世界工就会是垦这样。近年来希爆发的嚷几场高多技术局蛋部战争束，美军丧在每次柏战争前暗都首先岗派出多典架电磁谁干扰飞啄机，对倚预定空袄袭区域五进行定舱向强电舒磁干扰漠，“战撑斧”巡慰航导弹携携带高扛功率微雄波弹，摇以非核妥爆炸方做式产生阔类似于景高空核同电磁脉参冲的强疯电磁辐文射，直凯接摧毁催或损伤飞各种敏银感电子蜻部件，滤使对手撕的雷达知、计算姥机系统戴等电子起装备和利互联网砖失去工碧作能力则，既剪仔除了对主手的“挪耳目”防，又挑怒断了对粮手的“圾神经”符，为随色后的军煎事打击彩铺平了骄道路。目前世界斤上少数国赢家已经开正发出的具裂有实战价写值的电磁统脉冲武器铃可分为三米大类：核佩电磁脉冲陵武器、高斯功率微波焦炮和超宽丘带电磁辐争射器。196摊2年7月8日，美国傅在约翰斯婆顿岛上空400公里进行桥了1.4兆吨TNT当量的高弄空核试验膏，爆炸引箭起距离130增0公里之毅外的夏碰威夷瓦必胡岛30多条路乡丰灯同时狠发生故掘障；电贵力线路劈燕中许多锋断路器糟跳闸，恨数百个周报警器役响成一案片，与威克厅岛之间顾的短波病通信也露一时中绣断；通蕉信和指吩挥控制拐系统失老灵，警钥戒雷达泻故障丛鸣生，荧怀光屏出榜现无数蒜回波和蝴亮点。高功率等微波炮德是另一侵种电磁镜脉冲武丸器，就胜像探照莫灯和手拾电筒射热出的光蒙束一般美，可瞬倚间击毁航电子元秒器件。处在高功食率微波弱武器开柱发方面虑，美国零和俄罗森斯居领碎先地位许。1977年，苏联黎克格勃曾福利用高功久率微波对卸美驻莫斯壁科大使馆垦进行照射侮，造成一税个机房的源电器设备倾短路起火钻，火情在成使馆的机勉要房间蔓既延开来，山伪装成消墓防人员的柔克格勃特磨工则伺机你安装窃听拳装置。除俄罗斯界和美国外狼，英、法来、德、日戒等国家赚也都在进材行高功率挎微波武器帜的研制和测开发。在现代战懂场上，以分过密电磁谢辐射频谱园运行的武侵器系统迅的速增加，京造成战场均上各军兵暴种武器系泥统间电磁兆干扰(EM亩I)的可能睁性不断秃增大，录当两个块系统以稠足够接识近的频抽率和间削距运行陡时，就焦会出现墓电磁干宫扰。这其中地就包括势信息不蕉准确、扮无法探骄测敌方检目标、够引信过皂早点火封、飞机梁飞行失遮控和制懒导武器准失灵等开。目前海妄、陆、赶空三军蒜用于战否略、战堡役、战输术等各庸种武器委装备都挤包含有哨大量的狭电子装谷备，这杨些装备来的正常乐运作都笛必须解揪决电磁临兼容（EMC)的问题铃，问题猎不解决夕其后果源不堪设养想。目前海、还陆、空、兔天、电五颤位一体。爪尤其是电除磁干扰、姥对抗。指挥自这动化系单统的电拘磁兼容楼性特点现代战争将花是信息高彩度集中并日融合的作府战，指挥自荡动化系寻统将成为佩信息化勿战争的腥主角，讲是现代防战争胜冠败的决欲定性因增素。C4IS有R中个各字殃母的含义卫。文中详素细介绍了4个C（指挥、奔控制、通斑信、计算银机）