GJB 1389A-2005《系统电磁兼容性要求》应用指南研究.pdf

叶航天标准化曳圆园13 年增刊标准介绍与实施2005 年袁 国家军用标准 GJB 1389A-2005叶系统电磁兼容性要求曳渊以下简称 GJB 1389A冤颁布实施遥 该标准是为保证我国武器系统电磁兼容性满足在复杂电磁环境条件中作战应用需求袁而建立的顶层系统级电磁兼容性指标标准袁 是目前我国武器系统研制和应用中所急需的标准遥 而我们对该标准中的指标认识还不够清晰袁 设计和验证方法还不明确袁 在使用过程中遇到了许多应用问题袁 分析其原因主要是该标准尚未及时配套建立相应电磁兼容性基本概念尧 设计尧 试验尧 分析等标准袁 使得该标准在执行层面上有一定的困难遥美国于 2002 年颁布了与 GJB 1389A 内容大致相当的美军标 MIL-STD-464A 叶系统电磁环境效应要求曳袁 也面临着与 GJB 1389A 相同的应用困难遥 为此袁 MIL-STD-464A 中附录了 野应用指南冶袁 用多达 96 页篇幅 渊MIL-STD-464A 正文仅17 页冤 对标准规定的各项电磁兼容性指标逐项从指标定义尧 原理尧 应用理由尧 适用性尧 试验要求等方面进行了说明和解释袁 指导标准执行者正确理解和应用标准遥 笔者认真分析和研究了MIL-STD-464A 的应用指南袁 发现对理解 GJB1389A 大有裨益遥MIL-STD-464A 中附录野应用指南冶 的做法给了我们启示遥 GJB 1389A 作为顶层电磁兼容性指标标准袁 尚未配套相关应用标准时袁 借鉴MIL-STD-464A袁 以建立 野应用指南冶 的形式袁协助推广和贯彻 GJB 1389A 是可行和有益的遥由此我们申请了课题袁 并完成 GJB 1389A 应用指南研究袁 解决了实际应用问题遥1GJB 1389A 应用中存在的问题笔者在数年应用 GJB 1389A 及与同行交流中袁 感受到 GJB 1389A 执行过程中存在着若干应用问题袁 见表 1遥 其中部分典型问题袁 限制了GJB 1389A 的全面贯彻执行袁 这些问题及其根源可归结为下述几个方面遥1.1指标定义问题大部分指标无定义或定义不清晰袁 无法清晰GJB 1389A-2005 系统电磁兼容性要求 应用指南研究文摘院针对 GJB 1389A-2005 叶系统电磁兼容性要求曳 尚未配套建立相应的基本概念尧 设计尧 试验和分析等相关标准袁 提出编制该标准应用指南的必要性袁 分析 GJB 1389A 实施中暴露的部分典型问题袁 探讨制定应用指南的基本思路和编制的内容遥关键词院电磁兼容性曰 武器系统曰 应用指南遥孙国庆王申白文静渊北京电子工程总体研究所袁 北京袁 100854冤Application guidance researches for GJB 1389A-2005 叶Electromagneticcompatabilityreguirements for systems曳72-叶航天标准化曳圆园13 年增刊理解指标袁 不知道指标所规定的干扰来源或机理袁 使得标准执行者无法确定指标是否采用和采用后的电磁兼容性设计目标和内容遥例如袁 船壳引起的互调干扰指标袁 舰面设备设计师大多不知道指标的含义遥 该干扰是源于船上任意两高频 渊HF冤 辐射信号与船体结构耦合袁由于船壳的非线性而产生的互调电流袁 互调电流产生的二次电磁辐射即为船壳引起的互调干扰遥19 阶及以上互调干扰信号将覆盖舰上射频信号频段袁 对舰上通信尧导航尧搜索尧探测等可能产生同频干扰威胁遥如果设计师能够清晰知道船壳引起的互调干扰的定义和原理袁 则可根据产品的射频信号特性来确定是否采用该项指标和开展相应的防护设计与试验遥二次电子倍增尧 全寿命周期电磁环境效应控制尧 防信息泄漏尧 电磁发射控制等指标也同样存在着指标定义问题遥1.2指标适用性问题部分指标要求没有明确指标适用对象或规定的适用性过于宽泛袁 很可能造成过设计或无法实施设计遥 例如二次电子倍增效应指标适用于空间设备和分系统遥 但根据二次电子倍增效应的产生机理袁 一般而言袁 该类效应只发生于低气压 渊压强不大于 0.1Pa冤尧 较大功率 渊大于 5W冤 信号传输途径中遥 绝大部分空间设备均不满足发生二次电子倍增效应的条件袁 且若在空间设备所有信号传输路径上均实施防护设计袁 将是空间系统在功能尧 体积尧 重量等方面所无法承受的遥安全裕度尧 防信息泄漏尧 发射控制等指标也同样存在着指标适用性问题遥1.3设计方法问题所有指标均没有规定设计方法袁 也没有推荐参照执行的现有标准遥 可以想象袁 设计师面对GJB 1389A 规定的 14 类尧 27 项指标袁 尤其是诸如不熟悉或较难理解的静电电荷控制尧 全寿命周期电磁环境效应控制尧 防信息泄漏尧 发射控制尧频谱兼容性管理等指标袁 在制定设计方案时的困境遥1.4试验方法问题除了为安全裕度尧 船壳引起的互调干扰尧 静电电荷控制等数项指标袁 推荐了试验规范或试验原理外袁 其他指标均没有规定试验方法或标准遥对一些熟悉和理解的指标袁 产品设计师能够寻找到可参照执行的试验标准 渊如果有相应标准冤袁 并按标准实施试验曰 而对那些不熟悉或不理解的指标袁 将难于找到可采用的试验标准袁 即使找到了袁 也难以参照标准编制正确尧 可行的试验方案遥1.5其他问题GJB 1389A 应用还有其他一些问题袁 诸如指标目的不明确可能使标准执行者误解和抵触遥 例如院 舰船直流磁场环境指标的最终目的是消除舰船固有直流磁场袁 避免被磁性水雷攻击曰 电磁发射控制的目的是实现电子静默袁 避免被敌方侦测到遥 设计师只有知道指标的目的袁 才能理解指标的重要性和易于接受指标遥2编制标准应用指南的基本思想GJB 1389A 是我国唯一用于电磁环境防护的系统指标标准袁 在很大程度上影响着我国武器装备对日益复杂电磁环境的整体防护能力遥 如何有表 1GJB 1389A 应用中部分典型问题汇总序号指标项目主要应用问题1安全裕度指标定义不清晰袁 使指标应用和设计方法有偏差2船壳引起的互调干扰指标无定义袁 不清楚干扰机理袁 无法确定指标是否采用3二次电子倍增干扰机理不清楚袁 无相应设计和试验规范4外部射频电磁环境指标规定的电磁环境条件远超过了实际环境袁 但没有指标剪裁方法和高场强试验方法5舰船直流磁场环境指标目的和干扰机理不清楚袁 无法确定指标是否采用6沉积静电控制指标定义不清晰袁 不清楚沉积静电的危害尧 来源和重点危害对象袁 无法确定指标是否采用7发射控制指标无定义袁 不清楚指标应用的意图是什么袁 无法确定指标是否采用8频谱兼容性管理没有适用的设计和试验规范73-叶航天标准化曳圆园13 年增刊效实施该标准袁 将标准规定的指标落实到武器装备 中 袁 成 为 一 项 急 迫 工 作 遥 美 军 标 MIL -STD464A 给出了应用指南袁 以及时并有效地推广标准的做法袁 值得我们效仿遥笔者在数年前就已针对本企业产品电磁特性和电磁环境防护需求袁 开展了 GJB 1389A 应用指南的研究和编制工作袁 并与 GJB 1389A 执行者要要要产品设计师进行了探讨袁 认为院 应用指南应立足于其能够替代尚未配套的设计尧 试验等标准袁 且通俗易懂尧 简练实用尧 内容全面袁 能够有效指导设计师采用指标和开展相关设计尧 试验等电磁兼容性工作遥 GJB 1389A 应用指南研究编制的基本思想应包括以下几方面遥a冤 指标定义明确袁 概念清晰遥 参照现有相关标准或参考相关技术资料袁 明确定义各项电磁兼容性指标及其目的袁 并详细规定电磁干扰的来源和干扰机理袁 使标准执行者能深刻理解和采用指标遥b冤 采用现有设计和试验标准或成熟方法遥我国已经有国家标准尧 国家军用标准尧 行业标准尧 企业标准的多种形式袁 基本健全了电磁兼容性标准体系遥 现有大量电磁兼容性相关标准袁 使得 GJB 1389A 规定的大部分指标都有设计标准和试验标准曰 少部分指标无适用标准袁 可参考现有技术资料袁 直接给出成熟的设计尧 试验方法或原理袁 指导和方便产品设计师开展电磁兼容性设计和试验遥c冤 采用新技术尧 新概念袁 解决技术和应用条件的不足遥 少部分指标的设计和试验技术或条件还不完全具备袁 应采用新技术尧 新概念给予解决或部分弥补遥 诸如目前不具备高辐射场强试验条件袁 可以利用场线耦合线性关系袁 借助低场强试验结果来推算高场强试验结果遥d冤 参考 MIL-STD-464A 应用指南遥 美军标MIL-STD-464A 与 GJB 1389A 内容基本相同袁MIL-STD-464A 的应用指南袁 对各项指标给予了较明确的定义和用实例进行了说明袁 并给出了指标采用的理由尧 干扰机理等袁 这些均可以在制定GJB 1389A 应用指南时参考尧 借鉴遥e冤 借鉴电磁兼容性工程经验遥 在长期的电磁兼容性工作中积累了大量工程经验袁 可以在应用指南中以设计案例尧 电磁干扰故障案例的形式袁 指导和提醒设计师正确开展电磁兼容性设计尧 试验等相关工作遥3应用指南的主要内容根据 GJB 1389A 应用指南研究的基本思想袁应用指南的指导性尧 实用性需求以及标准的可操作性与内容要求袁 应用指南研究重点内容应包括电磁兼容性指标要求与定义尧 指标的适用性尧 指标的采用理由与条件尧 指标剪裁原则尧 设计方法尧 试验方法和分析方法等遥3.1电磁兼容性指标要求与定义GJB 1389A 规定的部分电磁兼容性指标不完全袁 应根据预计的最强电磁环境袁 给出应防护的电磁环境 渊干扰冤 类型尧 极限值尧 频率范围或波形袁 完善指标遥 若未具体规定指标袁 可根据电磁兼容性需求和相关标准规定袁 论证并规定适用指标遥 例如袁 GJB 1389A 只规定了天线安装的电搭接要求袁 未规定具体指标遥 但可论证确定是否采用 QJ 992-1986 叶导弹运载火箭电气和电子设备安全通用技术条件曳渊规定该搭接电阻应不大于2.5m赘冤 等相关标准规定的具体搭接指标遥参照 GJB 72A-2002 叶电磁干扰和电磁兼容性名词术语曳 等相关电磁兼容性基本概念标准或相关技术资料袁 给出各项电磁兼容性指标的详细定义袁 使设计师理解和准确掌握指标遥 例如袁 安全裕度指标袁 很多设计师将其简单理解为电磁兼容性设计余量遥 但提出该指标的 MIL-STD-464A在其应用指南中明确规定袁 此项指标是针对生产过程的不一致性和检验过程的不确定性而提出的功能健壮性要求袁 相对设计余量袁 具有完全不同的概念和设计方法遥3.2电磁兼容性指标的适用性为了使设计师能准确地将电磁兼容性指标落实于应防护的产品和电磁干扰袁应根据 GJB1389A 规定尧 参照 MIL-STD-464A 应用指南和电磁干扰机理袁 论证各项电磁兼容性指标的适用性遥产品适用性院 明确指标适用于何种产品遥 诸如安全裕度指标适用于集成设备袁 不适用于单个产品曰 射频电磁环境适用于直接暴露于环境中的74-叶航天标准化曳圆园13 年增刊设备袁 不适用于受到方舱等保护的内部设备曰 沉积静电控制指标只适用于高速飞行器等遥电磁干扰适用性院 明确指标适用于何种电磁干扰遥 诸如安全裕度适用于集成设备遭遇的所有传导和辐射干扰曰 船壳引起的互调干扰指标适用于高频辐射信号袁 而不适用于微波辐射信号等遥3.3电磁兼容性指标的采用理由与条件GJB 1389A 规定的各项指标都有其充分理由袁 也都是从现实电磁干扰效应及其案例中提炼出来的袁 可以总结部分典型电磁干扰案例袁 提示设计师采用指标的重要性和必要性袁 这对实施标准极其有益遥指标都是有采用条件的袁 诸如二次电子倍增效应只发生于特定气压和功率条件下袁 必须在应用指南中明确规定袁 以避免设计出现大的偏差遥3.4电磁兼容性指标剪裁原则GJB 1389A 规定的电磁兼容性指标是通用指标袁 大多数指标必须根据实际需求进行一定程度的剪裁袁 以避免造成过尧 欠或多余设计遥 应根据GJB 1389A 规定和企业产品电磁特性及应用电磁环境袁 参照 MIL-STD-464A 应用指南袁 论证并明确规定各项电磁兼容性指标的剪裁要求或原则袁指导设计师合理剪裁采用指标遥例如袁 GJB 1389A 规定的外部射频电磁环境条件在部分频段远高于舰面武器装备实际电磁环境袁 若按该条件进行的防护设计袁 其难度之大是无法接受的袁 甚至对武器装备的性能和舰船战斗力都有较大影响遥 然而规定的电磁环境条件是规定的雷达在规定的距离处的辐射电场最大电平袁可以由根据实际舰面雷达及其距离计算得出的辐射电场最大电平替代袁 这就大大缓解设计难度遥又如袁 全寿命周期电磁环境效应控制完全可以并入可靠性尧 环境适应性尧 维修性和测试性工作袁 简化电磁环境防护工作遥3.5电磁兼容性设计与试验方法为了方便和指导设计师按照 GJB 1389A 要求袁 开展电磁兼容性设计和试验袁 应根据 GJB1389A 要求尧 电磁干扰原理和现有相关电磁兼容性标准袁 论证并推荐适用或可以参照执行的标准遥 目前袁 我国已经制定了大量可在实施 GJB1389A 中参照采用的电磁兼容性设计与试验标准曰 若无适用标准袁 可以根据相关技术资料袁 直接给出方法或原理遥 诸如二次电子倍增设计没有标准袁 但相关设计资料中给出了详细设计方法袁包括改变信号传输途径的缝隙宽度尧 填充电介质尧 充惰性气体尧 选择适当材料等方法袁 可以有效防止二次电子倍增效应发生遥 诸如发射控制没有适用的试验标准袁 但可以论证用 GJB 152A-1997 叶军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量曳 中规定的 CE106 或 RE102 试验方法替代遥3.6电磁兼容性分析方法电磁兼容性分析是建立电磁兼容性设计方案与评估设计效果所必须开展的工作袁 应根据 GJB1389A 要求和电磁干扰原理袁 论证并给出指标分析方法遥 目前尚没有电磁兼容性分析的相关标准袁 但有我们已得到工程应用的大量相关分析技术资料可以在应用指南中提供给设计师遥 诸如频谱兼容性管理分析包含的同频频谱分析尧 中频分析尧 镜像频率分析尧 互调频率分析等都有具体的数学解析式袁 并易于设计师掌握和应用遥4标准应用指南的效果与展望笔者已经根据本企业产品电磁特性及其应用中电磁环境防护需求袁 编制了适用于本企业的GJB 1389A 应用指南袁 并在数个在研系统中试用了一段时间袁 在指导设计师理解标准和开展电磁兼容性设计尧 试验等方面取得了良好的效果袁 获得设计师的普遍认可遥GJB 1389A 应用指南的作用大大超过配套设计尧 试验等标准袁 内容更加全面尧 丰富袁 更贴近实际需求袁 能够提供给设计师在理解指标尧 执行设计等相关技术工作时需要的一切信息袁 对设计师具有更强的实际指导意义袁 对全面实施标准可起到事半功倍的效用遥本文结合 GJB 1389A 贯彻实施的重要意义与需求尧 应用中存在的问题和制定适用于本企业的 GJB 1389A 应用指南的切身体会袁 提出了各企业尧 单位针对产品电磁兼容性需求袁 以编制GJB 1389A 应用指南的方式实施 GJB 1389A 的思路袁 详细探讨了制定 GJB 1389A 应用指南的基本思想和编制的内容遥渊下转第 79 页冤75-叶航天标准化曳圆园13 年增刊各行业和企业在实施 GJB 1389A 时袁 应根据产品电磁特性袁 尤其考虑严酷的未来作战电磁环境袁 积极制定 GJB 1389A 应用指南袁 用于指导设计师贯彻落实 GJB 1389A 标准袁 全面尧 有效地开展相关电磁兼容性设计尧 试验等工作袁 对保证系统电磁兼容性满足在复杂电磁环境中应用需求是极其有益和必要的遥作者简介院孙国庆 渊1954要冤袁 男袁 研究员遥王申 渊1983要冤袁 男袁 硕士袁 工程师遥白文静 渊1983要冤袁 女袁 硕士袁 工程师遥了重点考虑遥 另外袁 在实际生产尧 试验过程中通过失效分析发现的一些质量隐患袁 也在新的规定中通过增加相关复验项目得以完善遥5.4.1T4 态 2A12 铝合金增做低倍检测项目由于 LY12 合金的优越性能袁 广泛应用于我院多种航天产品袁 属于成熟材料遥 在 GB3 880-84 叶铝及铝合金板材曳 中袁 状态为 CZ 的 LY12合金板袁 按照原 野复验规定冶 的要求袁 检测项目是化学尧 拉伸尧 显微等三项检测遥 LY12 在 2004年用于某型号中曾出现严重质量问题袁 在进行质量归零分析过程中袁 发现 LY12 合金板由于夹杂和 Cu 元素分布偏析造成热处理后批次性开裂袁如果在复验阶段增加低倍组织的检测袁 可以较早发现问题袁 所以在金属材料复验规定 渊GB/T3880-1997 叶铝及铝合金板材曳冤 编制时袁 对 T4状态的 2A12 加做低倍组织的检验 渊T4 状态的2A12 相当于 CZ 态的 LY12冤袁 使复验真正起到把关作用遥5.4.2TC4 合金棒材增做显微及 100%超声检测试验项目GB 2965-87 叶钛及钛合金棒材曳 中 TC4 合金按照原 叶金属材料复验规定曳 的要求袁 检测项目只做