熊熠明，郭華棟，陳思陽(yáng)

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）

0 引言

軍用EMC標(biāo)準(zhǔn)中的CS114項(xiàng)目為所有軍用裝備平臺(tái)必須進(jìn)行的5項(xiàng)測(cè)試中的一項(xiàng)，是電纜束傳導(dǎo)敏感度大電流注入干擾測(cè)試。由于被測(cè)設(shè)備在不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境和配置下的環(huán)路阻抗存在較大的差別，不同實(shí)驗(yàn)室及不同測(cè)試間的測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)偏差較大。為了提高測(cè)試的準(zhǔn)確性，CS114項(xiàng)目測(cè)試方法也進(jìn)行了多次更新。以下介紹各個(gè)版本CS114項(xiàng)目測(cè)試方法的演變、更新原因，并結(jié)合工作體會(huì)提出了修改建議。

1 軍用EMC標(biāo)準(zhǔn)CS114項(xiàng)目的演變

常用的軍用EMC標(biāo)準(zhǔn)為MIL-STD-461462系列和GJB151152系列。國(guó)軍標(biāo)借鑒了美軍標(biāo)，又結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況進(jìn)行了剪裁和改進(jìn)。標(biāo)準(zhǔn)最新版本為GJB 151B-2013、MIL-STD-461G。標(biāo)準(zhǔn)主要版本的制定和測(cè)試項(xiàng)目的變化情況如表1所示 [1-10]。

表1 軍用EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)匯總

2 CS114測(cè)試項(xiàng)目更新介紹

2.1 CS114測(cè)試方法

1993年美軍標(biāo)D版本中開(kāi)始引入CS114測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)全部電纜束進(jìn)行測(cè)試，以考核被測(cè)件承受空間電磁干擾的能力。CS114項(xiàng)目測(cè)試采用探頭大電流注入方法，通過(guò)模擬發(fā)射機(jī)或大功率設(shè)備工作時(shí)，耦合到暴露線(xiàn)纜上的感應(yīng)電流，采用屏蔽防護(hù)方法會(huì)有較好的效果。也可以在電纜束上增加鐵氧體磁環(huán)，增加電纜環(huán)路部分頻率段阻抗，降低干擾注入電流值。1997年國(guó)軍標(biāo)將其改為GJB 151A152A版本，全面對(duì)標(biāo)美軍標(biāo)D版本。

2015年發(fā)布的MIL-STD-461G更新了校準(zhǔn)測(cè)試配置，如圖1所示。校準(zhǔn)測(cè)試配置增加了一個(gè)監(jiān)測(cè)探頭夾具，將監(jiān)測(cè)探頭加入到校準(zhǔn)測(cè)試中。并新增一個(gè)檢定配置方法，用于驗(yàn)證校準(zhǔn)獲得的前向功率數(shù)據(jù)是否正確，誤差是否在3 dB以?xún)?nèi)，詳細(xì)配置如圖2所示[9-10]。

圖1 MIL-STD-461G中CS114項(xiàng)目校準(zhǔn)配置框圖

圖2 MIL-STD-461G中新增CS114檢定配置框圖

2.2 CS114測(cè)試對(duì)象要求

在GJB 151B和MIL-STD-461G中，都要求對(duì)軍用設(shè)備和分系統(tǒng)的所有電纜（不適用于接收機(jī)天線(xiàn)的同軸電纜，水面艦船和潛艇除外）進(jìn)行CS114項(xiàng)目測(cè)試。特別要求測(cè)試電纜束中的電源線(xiàn)正線(xiàn)、高電源線(xiàn)加回線(xiàn)，其中電源線(xiàn)必須未進(jìn)行屏蔽處理[3，9]。

2.3 CS114校準(zhǔn)限值頻率和幅度

CS114項(xiàng)目的頻率范圍為4 kHz～400 MHz，其注入電流值從37 dBμA到115 dBμA（109+6 dBμA），動(dòng)態(tài)范圍達(dá)78 dB。GJB 151B中校準(zhǔn)限值曲線(xiàn)如圖3所示。MIL-STD-461G的最高頻率只到200 MHz，而GJB 151B依然保留選擇進(jìn)行200～400 MHz頻段測(cè)試（MIL-STD-461F徹底取消了200～400 MHz頻段的測(cè)試，認(rèn)為大電流注入干擾方式在該頻段測(cè)試時(shí)可能出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，測(cè)試的重復(fù)性可能存在問(wèn)題。RS103項(xiàng)目可以替代CS114項(xiàng)目在200～400 MHz頻段對(duì)EUT進(jìn)行考核）[3，9]。

圖3 中，曲線(xiàn)1～3依次抬高6 dB，曲線(xiàn)4比曲線(xiàn)3增加8 dB，曲線(xiàn)5比曲線(xiàn)4增加12 dB。限值在10 kHz～1 MHz按照20 dB每十倍頻斜率增長(zhǎng)，1～30 MHz頻段限值為水平線(xiàn)段，最大值保持不變，30～200 MHz按照10 dB每十倍頻斜率下降（船舶等平臺(tái)電源線(xiàn)在4 kHz～1 MHz頻段，增加限值為77 dBμA的水平線(xiàn)段）。

圖3 GJB 151B-2013中CS114項(xiàng)目校準(zhǔn)限值曲線(xiàn)

按照GJB 151B-2013各軍兵種分類(lèi)裁剪要求，總結(jié)發(fā)現(xiàn)實(shí)際各種限值線(xiàn)多達(dá)12條，限值統(tǒng)計(jì)如表2所示[3]。

表2 GJB 151B-2013的CS114項(xiàng)目測(cè)試校準(zhǔn)限值分類(lèi)統(tǒng)計(jì)單位：dBμA

2.4 CS114監(jiān)測(cè)電流限值

CS114最大監(jiān)測(cè)電流限值在不同的標(biāo)準(zhǔn)版本中也有變化，如表3所示[1-9]。

表3 軍標(biāo)CS114項(xiàng)目最大監(jiān)測(cè)電流限值統(tǒng)計(jì)單位：dBμA

3 MIL-STD-461G中CS114測(cè)試方法變化探討

3.1 校準(zhǔn)配置變化

校準(zhǔn)配置變化，將監(jiān)測(cè)探頭加入到校準(zhǔn)測(cè)試中，如圖1所示。目的是將監(jiān)測(cè)探頭對(duì)環(huán)路阻抗的影響納入校準(zhǔn)測(cè)試中，與測(cè)試配置保持一致，提供更加精準(zhǔn)的前向功率數(shù)據(jù)。

3.2 檢定配置方法

檢定測(cè)試獲得的監(jiān)測(cè)電流頻率與幅度曲線(xiàn)應(yīng)該與目標(biāo)校準(zhǔn)限值一致。該方法簡(jiǎn)單、巧妙地閉環(huán)驗(yàn)證了CS114測(cè)試校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性[11]。

2016年4月，國(guó)防科技工業(yè)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可委員會(huì)（DILAC）組織了軍用電磁兼容實(shí)驗(yàn)室技術(shù)能力比對(duì)，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院電磁環(huán)境效應(yīng)測(cè)試與評(píng)估中心在前期準(zhǔn)備工作中，就采用檢定配置方法對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，如圖4所示。

圖4 CS114項(xiàng)目檢定配置測(cè)試圖

3.3 監(jiān)測(cè)電流最大限值

MIL-STD -461G監(jiān)測(cè)電流最大限值恢復(fù)到MILSTD-461D規(guī)定的校準(zhǔn)曲線(xiàn)最大電流值加6 dB水平線(xiàn)段模式。該限值的變化，對(duì)試驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果影響很大。

原因分析如下：L曲線(xiàn)x+6 dB最大電流限值方式在實(shí)際測(cè)試中存在困難。圖3校準(zhǔn)曲線(xiàn)1中10 kHz最大監(jiān)測(cè)電流為43 dBμA（37+6 dB）（0.143 mA電流）。由于監(jiān)測(cè)電流限值和校準(zhǔn)注入功率是CS114測(cè)試中必須滿(mǎn)足的兩個(gè)重要指標(biāo)，這兩個(gè)指標(biāo)互相制約。被測(cè)件回路的電流和電壓分布取決于存在的各種阻抗。軍用設(shè)備多采用屏蔽電纜，環(huán)路阻抗在1 MHz以下頻段是低阻抗，而校準(zhǔn)時(shí)全頻段的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)路阻抗為100Ω。測(cè)試中只要很小的注入功率，監(jiān)測(cè)電流值都遠(yuǎn)超過(guò)L曲線(xiàn)x+6 dB限值，導(dǎo)致實(shí)際注入功率比校準(zhǔn)功率低20～40 dB。MIL-STD-461G規(guī)定注入功率和監(jiān)測(cè)電流值只要有一個(gè)達(dá)到目標(biāo)值就滿(mǎn)足測(cè)試要求。注入功率過(guò)小，不能對(duì)設(shè)備進(jìn)行真實(shí)、有效的考核。

通過(guò)檢定配置的閉環(huán)測(cè)試，驗(yàn)證了電流探頭系數(shù)、衰減器系數(shù)、電纜系數(shù)和校準(zhǔn)前向功率值等參數(shù)的準(zhǔn)確性。配置良好的測(cè)試系統(tǒng)校核結(jié)果偏差應(yīng)該在1 dB以?xún)?nèi)。通過(guò)DILAC組織的實(shí)驗(yàn)室比對(duì)，同步證明了該檢定方法有效、準(zhǔn)確、可行。進(jìn)行檢定測(cè)試，能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的不明顯缺漏，例如：電纜損傷、衰減器損壞和終端負(fù)載損壞等小問(wèn)題。

在此檢定方法的基礎(chǔ)上，還可在夾具環(huán)路間接入典型數(shù)值衰減器，用于分析CS114測(cè)試系統(tǒng)在不同環(huán)路阻抗系統(tǒng)中的線(xiàn)性度。

4 CS114項(xiàng)目測(cè)試方法改進(jìn)探討

業(yè)內(nèi)技術(shù)專(zhuān)家提出不要完全照搬美軍標(biāo)內(nèi)容，應(yīng)吸取美軍標(biāo)的先進(jìn)方法和經(jīng)驗(yàn)，具體的測(cè)試項(xiàng)目要符合中國(guó)的實(shí)際情況[13-15]。以GJB 151A152A151B為基礎(chǔ)，電磁兼容指標(biāo)考核要求已經(jīng)全面貫徹到軍用設(shè)備研制的全流程中。新的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適用未來(lái)發(fā)展、面向聯(lián)合作戰(zhàn)模式制定。CS114項(xiàng)目測(cè)試方法建議從以下方面進(jìn)行改進(jìn)。

4.1 CS114測(cè)試配置方法

CS114項(xiàng)目的測(cè)試配置建議吸收MIL-STD-461G中的方法：

1）更新項(xiàng)目校準(zhǔn)配置，提高校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和減小不確定度；

2）新增檢定測(cè)試配置和方法，并規(guī)定定期校準(zhǔn)后需同時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)測(cè)試；

3）監(jiān)測(cè)電流限值改為最大值加6 dB水平直線(xiàn)段，詳細(xì)內(nèi)容如表3所示。

4.2 校準(zhǔn)限值曲線(xiàn)

美軍461系列標(biāo)準(zhǔn)，主要由海軍提出并編寫(xiě)，其目的是為滿(mǎn)足海軍的實(shí)際需求，導(dǎo)致限值需按軍兵種、平臺(tái)分類(lèi)，進(jìn)行不同限值的測(cè)試來(lái)滿(mǎn)足不同軍兵種、平臺(tái)的需求。新的國(guó)軍標(biāo)應(yīng)統(tǒng)一限值，減少限值數(shù)量，具體的內(nèi)容如表4所示，示意圖如圖5所示。

表4 CS114項(xiàng)目統(tǒng)一限值單位dBμA

圖5 CS114項(xiàng)目統(tǒng)一限值示意圖

4.3 CS114測(cè)試數(shù)據(jù)提供

測(cè)試數(shù)據(jù)只需提供校準(zhǔn)和檢定測(cè)試的幅頻曲線(xiàn)，無(wú)需提供實(shí)際施加的幅頻曲線(xiàn)。如果委托方有需求可以單獨(dú)提供。同理可以推廣到其他CS類(lèi)測(cè)試項(xiàng)目。

4.4 標(biāo)準(zhǔn)限值統(tǒng)一章節(jié)

GJB 151B將GJB 151A/152A合二為一，限值要求放置在單項(xiàng)測(cè)試方法內(nèi)，方便了EMC專(zhuān)業(yè)人員使用。但是，對(duì)于委托方和總體、分系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，近百頁(yè)內(nèi)容，陌生的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)、儀器設(shè)備，枯燥的測(cè)試方法表述，復(fù)雜的限值要求夾雜在一起，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)如同天書(shū)。需在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)多方確認(rèn)溝通，浪費(fèi)人力、物力和時(shí)間。建議按GJB 151A中第5章“電磁發(fā)射和敏感度要求與極限”模式來(lái)編寫(xiě)單行本或編寫(xiě)在附錄中，方便委托方和總體、分系統(tǒng)單位設(shè)計(jì)人員參考使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)比美軍標(biāo)MIL-STD-461G及現(xiàn)行的GJB 151B-2013中的CS114項(xiàng)目測(cè)試方法，發(fā)現(xiàn)MIL-STD-461G中的新方法通過(guò)檢定測(cè)試閉環(huán)提高了CS114項(xiàng)目的測(cè)試準(zhǔn)確性?，F(xiàn)行GJB 151B-2013測(cè)試校準(zhǔn)限值、監(jiān)測(cè)電流限值方面存在的問(wèn)題，可通過(guò)調(diào)整監(jiān)測(cè)電流限值、減少校準(zhǔn)限值曲線(xiàn)數(shù)量、優(yōu)化測(cè)試校準(zhǔn)量級(jí)和融合各軍兵種限值需求等進(jìn)行完善，以節(jié)約軍用裝備的測(cè)試時(shí)間、經(jīng)濟(jì)等各項(xiàng)成本。