简介
对于陆军、海军和空军的军事设备和DO-160商用飞机的航空电子设备,可以指定高达200 V/m的辐射敏感性测试水平。与往常一样,最好将测试级别的抗扰度设计到设备中,而不是等到设备完成后再进行测试。
本文假设最坏情况的合格测试水平为200v /m。如果辐射敏感性测试水平低于所有预测电路测试水平可相应降低。
本文展示了当200 V/m电压入射到设备的屏蔽或非屏蔽电缆上时,电路中感应到的电平。有了这些信息,电路可以被设计成对这些水平免疫。高水平的测试需要高功率的放大器和天线来应对这种功率。虽然在测试实验室中很常见,但在制造商的测试设施中并不常见。这里描述的电路级测试只需要信号发生器或低功率放大器与频谱分析仪或示波器。
军事设备和航空电子设备通常封闭在屏蔽良好的外壳中,来自入射E场的耦合主要是在1ghz和更低频率的电缆上。因此,本报告集中讨论电缆耦合。
分析电路测试等级
采用矩量法建立RS103模型,建立DO-160试验装置。一个4米x 2米的地平面由许多补丁组成,补丁的最大尺寸限制为0.3 λ。在离地平面5厘米的高度上安装一根3米长的导线或两根3米长的导线。单导线位于接地面前方10cm处。第二导体与第一导体相距几毫米。单导体端接在S/C中,代表屏蔽电缆到地平面的连接。双导体电缆的一个导体被接在短路、50欧姆或1000欧姆负载中,另一个接在地平面上。
对于电缆/s的非对称连接(只在一端连接到接地面),MOM计算已被证明是正确的(参考1).但是,对于对称连接,MOM失败了。这不是一个问题,因为负载电流和最大电缆电流与非对称连接相同,只是谐振频率发生了变化。
例如,非对称连接为25mhz、75mhz、125 MHz、225 MHz、275 MHz、325 MHz、375 MHz、425 MHz、975 MHz,对称连接为50mhz、150 MHz、250 MHz、350 MHz、450 MHz、550 MHz、650 MHz、750 MHz、850 MHz、1950MHz。使用的MOM程序是Arie Voors的4NEC2D。图1给出了单导体在低频和低频下的模型图2在975兆赫。
采用4NEC2D程序对导体中心、离地平面0.5 m处的E场进行预测。同时电流沿导线向下并在导线的末端到达接地平面。根据200V/m与矩量法预测电流场的比值,修正电缆和终端电流为200V/m。图1一个为S/C终止电流和图2一个显示电缆电流。
计算电缆电流和电压感应到一个两导体线,其中一条线端接到地平面,另一条线端接在50欧姆或1000欧姆。这表示非屏蔽信号或50欧姆或1000欧姆C/M阻抗的控制线,或返回参考机箱的信号的输入阻抗。200V/m入射E场在50欧姆范围内产生的电压如图所示图3和1000欧姆图4.
表1显示也显示电压。
显然,对于许多信号接口,需要一个信号线滤波器。参考1描述了大量此类过滤器的设计和实现。
电压发展成200V/m的屏蔽电缆
当电流流过屏蔽电缆时,转移电压在中心导体/s上发展。电压在电缆的传递阻抗上发展。军事和航空电子设备中常用的两种电缆是具有高光学覆盖的单编织和具有高光学覆盖的双编织。假设电缆屏蔽端接在接地面的一端,则电缆电流为中所示图5.
参考1显示单编织和双编织电缆从100 kHz到20 GHz的数据。
表2显示电流与电缆的传输阻抗和传输电压。
中的值表2基于屏蔽良好的电缆,并假设连接器和EMI背板的传输阻抗非常低。如果不是这样,那么传输电压可能会高得多。
如果电缆屏蔽端部呈尾辫状,则屏蔽效果可能会低得多,而传输阻抗则会高得多,如图所示参考1.可能被忽视的第二个影响是,由于猪尾的电感,接地平面之间将产生电压。该电压将在屏蔽电缆的屏蔽层和中心导体/s之间电容耦合,如果导体参考机箱或与机箱有阻抗,可能会导致EMI。
电力线路滤波器输入端产生的电压
通常情况下,对输入电源线路的要求是线路必须是无屏蔽的。通常使用隔离转换器,在这种情况下,电源线和回程与底盘隔离,这种隔离也通常是一种要求。因此,由于入射场而产生的电流和电压为C/M。
一个很好的做法是在电源线和机箱之间以及电源返回和机箱之间在电源进入机箱的位置安装低值电容器。电容器的良好值为1,000 pF。
假设0805表面安装1,000 V电容连接到双面PCB,其中一个通孔连接电源线侧到PCB的底盘侧,总组合电容寄生电感和通孔电感约为3.0 nH。基于短路电流,在1000pf电容器上产生的电压如图所示表3.
大多数电力线滤波器的设计目的是减少传导排放,但不能有效地减少超过一定频率的辐射排放。1000 pF电容器的主要目的是降低电缆上的C/M电流,从而降低辐射发射,这已被证明是有效的。
结论
本文给出了发生200v /m电场的电缆的预测电压。然后可以使用SPICE等工具对界面电路的影响进行分析。或者,可以制作接口的面包板和常用的实验室设备来测试电路的抗扰度。
参考1
电磁兼容方法,分析,电路和测量。大卫·a·韦斯顿。CRC出版社。2017