GJB151A_152A与民用标准的对比_传导敏感度对比_孙宏亮

电磁环境专题 2007 年第 6 期 25 GJB151A/152A 与民用标准的对比（）（） 传导敏感度对比 孙宏亮 （中国航天科工集团第二研究院二零三所，北京 100085) Comparison of GJB151A/152A and Civilian Standard（）（） Sun Hongliang （No.203 Institute of Second Academy of China Aerospace Science and Industry Group，Beijing 100854） 1 引言 GJB151A/152A-97中的传导敏感度测试项目共 有九项， 包括CS101、CS103、CS104、CS105、CS106、 CS109、CS114、CS115和CS116，其中CS103、 CS104、CS105是有关天线端子的传导敏感度，其 余六项为相关EUT电缆线（包括电源线与信号线 等） 的传导敏感度测试项目。CS114、CS115和CS116 对应的与之有类似要求的现行民用标准9,10,11如表1 所示，表中还列出了对应的国际标准。 2 CS114 与 GB/T 17626.6 对比 CS114用于检验EUT承受出现在互连电缆上的 RF信号的能力。GB/T17626.6是电气和电子设备对 射频发射机电磁骚扰的传导抗扰度要求。 表2列出 了两类标准的共性问题比较。 以下从标准适用的平台、频率范围、测试方法、 测试布置、干扰注入和限值等几个方面对两者的异 同性作进一步说明。 （1）适用平台 大多数EUT在工作时都需使用几根电缆， 如电 源线、信号线、地连接线等。对军品而言，功能越 强大系统越复杂，使用的电缆也就越多，如有的系 统使用甚至多达上百根的电缆。通过耦合作用，电 缆可以将外部的辐射干扰信号引入到系统内部，造 成电磁干扰。辐射敏感度RS103采用直接模拟外部 干扰辐射场的方法来评估EUT的辐射抗扰度， 但由 于尺寸限制和天线方向图的原因，在较低频率，不 可能通过RS试验信号激励电缆引起感应电流，然 而实际情况却很容易出现此类干扰12，因此采用 CS114来弥补RS103的低频效应不足。 表 1 CS114、CS115 和 CS116 对应的民用标准和国际标准 GJB151A/152A-97对应民用标准 对应国际 标准 CS114 10kHz 400MHz 电缆束注 入传导敏感度 GB/T 17626.6-1998 电磁 兼容试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰 抗扰度 IEC 61000- 4-6 (1996) CS115电缆束注入 脉冲激励传导敏 感度 GB/T 17626.4-1998 电磁兼 容 试验和测量技术电快 速瞬变脉冲群抗扰度试验 IEC 61000- 4-4 (1995) CS116 10kHz 100MHz 电缆和电 源线阻尼正弦瞬 变传导敏感度 GB/T 17626.12-1998 电 磁兼容试验和测量技术 振荡波抗扰度试验 IEC 61000- 4-12 (1995) 表 2 CS114 与 GB/T 17626.6 共性问题比较 项目 CS114 GB/T 17626.6 应用平台 未加限定，适用 所有军种 EUT 未加限定范围 频率范围 10kHz400MHz （频率可剪裁） 9kHz80MHz（可扩展至 230MHz） 调制方式 调频， 50占空比， 1kHz 方波 调幅， 调制深度 80， 1kHz 正弦波 测试仪器 及设备 信号发生器；功率 放大器；干扰注入 装置；监测设备等 信号发生器；功率放大器； 低通高通滤波器； 耦合去耦 装置等 干扰注入电流注入探头 a）耦合去耦网络；b）直接注 入；c）电磁钳；d）电流钳 校准 100 环路阻抗装 置；电流校准 a） 、b） 、c） ：300 环路阻抗 装置；电压校准 d） ：50 环路阻抗装置；电 流校准 监测 电流探头监测 a） 、b） ：无需监测；c） 、d） ： 电流探头监测 限值 五个固定等级 三个确定等级和一个不确 定等级 电磁环境专题 2007 年第 6 期 26 CS114适用于全部军种的EUT外部接口电缆， 其制定目的正是评估EUT对通过电缆感应外部辐 射电磁场形成干扰电流的抗扰度。 GB/T17626.6制定的目的与CS114相同，适用 于民用电气电子设备，但对设备的种类未作限定。 （2）频率范围 CS114根据 EUT应用平台的不同，选择的测 试频率也不同，表3给出了不同应用平台对应的频 率范围。 表 3 CS114 适用平台对应的频率范围 频率范围 适用平台 10kHz2MHz 全部军种 230MHz 全部军种 30200 MHz 飞机（陆军和空军）和空 间系统，其他任选 200400 MHz 定购方有规定时适用 与CS114制定目的相同，GB/T17626.6作为 GB/T17626.3（80230MHz射频电磁场辐射抗扰度 试验） 7的低频辐射场感应效应补充， 覆盖了 80MHz 以下的频率范围。GB/T17626.6的测试频率范围通 常可以依据EUT的正常安装和工作条件来剪裁， 例 如， 对总尺寸小于0.4m和无任何金属电缆连接的电 池供电小设备， 则无需测量80MHz以下的传导抗扰 度，因为在该频率范围下感应的骚扰电场和磁场能 量对设备产生的影响是很小的。此外，考虑到某些 小尺寸设备，测试频率上限可扩展至230MHz。 （3）测试方法、布置和干扰注入 CS114 与GB/T17626.6的主要测试区别在于测 试布置、干扰注入方式及干扰信号特性几个方面， 测试布置分别见图1和图2。 1）测试布置 两类测试一般都在屏蔽室内完成， 为防止不希望 有的谐振，最好在半电波暗室或全电波暗室中进行。 CS114测试布置应遵循尽量与实际安装和使用状态 保持一致的原则。 军用设备在使用时一般都处于良好 的接地环境中，因此，CS114测试时EUT直接放置 于接地平台上，EUT的电缆放置于离接地平面5cm 高处，长度与接地状况由实际要求决定。民用产品的 安装环境通常不具备良好的接地， 因此，GB/T17626.6 测试时，EUT放置在非导电桌上，下垫0.1m高的绝 缘支架，EUT与耦合装置之间的电缆长度尽可能的 短，离参考接地平面距离为0.30.5m。 2）干扰注入 CS114 通过感性电流探头注入干扰，而GB/T17626.6 则采用三种不同的注入技术：耦合去耦网络（CDN） 图 1 CS114 测试配置图 图 2 GB/T17626.6 测试配置图 注入、直接注入和钳注入（电磁钳或电流钳）注入。 直接注入是直接将干扰注入同轴电缆屏蔽层的方法， CDN法适合于非屏蔽电缆，钳注入适则用于多芯电 缆注入。一般情况下优先采用CDN法，在不能使用 CDN，如设备接口电缆数目过多或电缆不能被断开 时，则可以使用钳注入法。典型CDN和电流或电磁 钳的构造可参考GB/T6113.16。 当GB/T17626.6采用CDN、直接注入或电磁钳 注入法时，不需要对注入电流进行实时监测，只需 监测干扰发生器的开环输出电压，实际注入电流由 EUT测试环路阻抗计算得到，测试回路的阻抗为 300，见图3所示。当GB/T17626.6采用电流钳注 入法时，则需监测注入的干扰电流，监测方法与 CS114相类似，测试阻抗环路均为100。 辅助设备 CDN 100 50 负载 信号注入 CDN 100 EUT EUT V 50 信号源 绝缘垫 地平面 图 3 CDN 注入法的阻抗环路 电磁环境专题 2007 年第 6 期 27 3）干扰信号特性 两类标准注入的干扰信号调制方式见表2。CS114采 用方波频率调制，而GB/T17626.6采用正弦波幅度调 制，显然CS114的干扰信号具有更快的上升沿和更宽 的干扰频带，因此要比GB/T17626.6更加严酷。 此外，在测试电缆种类上，CS114不仅要求包 括高位线、回线和地线在内的完整电源电缆进行测 试，而且还要求对不包括电源回线和地线的高位线 单独进行测试。与之不同的是GB/T17626.6只要求 对完整电源电缆进行测试。 （4）限值 根据EUT不同的应用平台CS114确定了五个等 级的电流限值。各军种EUT对应的电流限值可参看 GJB151A-97中表4，这里不再赘述。GB/T17626.6 的限值依据EUT实际安装所处的电磁环境，分低、 中、高三个等级和X待定等级限值，因为注入方式 有多种，GB/T17626.6统一采用电压限值，由低到高 三个等级对应的试验电压分别为1V、3V和10V。为 便于与CS114的电流限值进行比较，选择最常用的 CDN注入法（环路阻抗为300），将GB/T17626.6 的电压限值转化为电流限值， 转化后的限值与CS114 限值对比，见图4所示。 可以发现，GB/T17626.6覆盖了CS114最重要 的限值频率范围，GB/T17626.6的2级限值可以满 足CS114的1级限值曲线要求，3级限值可以满足 CS114的2级和3级限值曲线要求。由于测试方法 的不同，GB/T17626.6与CS114的限值对比存在不 确定因素，对比结果仅作参考。 3 CS115 与 GB/T 17626.4 对比 CS115用于检验EUT承受耦合到与EUT电缆 上的脉冲信号的能力，该类脉冲信号可能是由平台 开关操作、雷电、电磁脉冲等外部瞬态环境感生。 GB/T17626.4是电气和电子设备对诸如来自切换瞬 态过程（切断感性负载、继电器触点弹跳等）的各 种类型瞬变骚扰抗扰度。 两类标准的制定目的相同， 相关的共性问题比较见表4。 表 4 CS115 与 GB/T 17626.4 共性问题比较 项目 CS115 GB/T 17626.4 应用平台 飞机和空间系统 未加限定范围 脉冲上升 时间 2ns 5ns 脉冲宽度 30ns 50ns 重复频率 30Hz 2.55kHz 持续 15ms； 脉冲群重复频率 3.3Hz 测试仪器 及设备 脉冲信号发生器； 干扰注入装置； 监 测设备等 脉冲群发生器；耦合 去耦装置；接地参考 平面等 干扰注入 电流注入探头 CDN；耦合电容；电容 耦合夹 校准方式 50 校准装置； 电 流校准 输出接 50 衰减器， 利 用示波器进行波形校准 监测装置 电流探头， 示波器 无需监测 限值 单一限值 （幅度可 剪裁） 四个确定等级和一个 不确定等级 限值（dBA ） 频率（Hz） 1）CS114 限值曲线 1 3）CS114 限值曲线 3 5）CS114 限值曲线 5 b）GB/T17626.6 2 级限值 2）CS114 限值曲线 2 4）CS114 限值曲线 4 a）GB/T17626.6 1 级限值 c）GB/T17626.6 3 级限值 图 4 GB/T17626.6 与 CS114 限值对比 以下从标准适用范围、测试方法、测试布置、 干扰注入、干扰特性和限值等几个方面对两者的异 同性作进一步说明。 （1）适用范围 CS115适用于所有飞机和空间系统EUT的所有 互连电缆（包括电源线）。当有要求时，对陆军和 电磁环境专题 2007 年第 6 期 28 空军的地面设备和分系统也适用。GB/T17626.4适 用于有此要求的电气和电子设备。 从适用范围来看， GB/T17626.4要求的设备有可能被应用于军品设备 中或与其共处同一电磁环境中。 （2）测试方法、布置和干扰注入 干扰注入方式和测试布置是CS115 与GB/T17626.4 最重要的两个区别， 两者的测试布置见图5和图6所示。 图 5 CS115 测试配置图 绝缘支座 去耦网络耦合装置 电快速瞬变 脉冲群发生器 线路 受试线路或端子 EUT 电容或耦合夹 按制造商规范接地 接地尽可能短 图 6 GB/T17626.4 测试配置图 两类测试都应在屏蔽室内进行。CS115测试布置 同样应遵循与实际安装和使用状态保持一致的原则， EUT的放置、电缆长度、接地状况与CS114类似。 测试时通过50示波器监测实际注入的干扰电流。 GB/T17626.4测试时，EUT应放置在接地参考平面 上，下垫0.1m高的绝缘支架，受试设备应该按照设 备安装规范进行布置、电缆连接和接地，不允许有额 外的接地。电缆长度不大于1m，离参考接地平面距 离为0.1m，EUT与耦合装置之间距离应不大于1m。 CS115通过感性电流探头注入干扰， 而GB/T17626.4 则采用三种不同的注入技术：CDN注入、耦合电容 注入和电容耦合夹注入。CDN与耦合电容法注入都 适用于电源线，当大于100A时应采用耦合电容法注 入，反之则采用CDN注入，而电容耦合夹注入一般 适用于信号线或控制线。 对信号线测试而言，两者采用的都是共模注入 方式。对电源线测试，GB/T17626.4对电源线中的 每根线单独进行测试，CS115不仅要对整束电源线 测试还要对去除回线和地线的电源高位线单独测 试，整束注入是模拟实际平台上的电源线在外界瞬 态干扰场中感应出共模电流的情况，而分离注入则 是模拟系统采用结构的一部分作为电源回路时在电 源线上感应出差模电流的情况。 此外， 为保证EUT对注入干扰有足够的响应时 间，两类标准对测试时间都要求不少于1 min。 （3）干扰特性 CS115与GB/T17626.4单脉冲波形比较如图7所 示。CS115的标准波形为梯形波， 上升沿和下降沿2ns， 脉宽30ns，该脉宽足以隔开脉冲的上升和下降部分， 使每部分对电路单独起作用。GB/T17626.4为双指数 波形，上升沿5ns，宽度50ns。因此，单从波形分 析，CS115对EUT会形成更多的敏感条件，因为 CS115的脉冲信号含有更多的高频成分。当然，由 于注入回路的阻抗不确定，实际注入电缆中的波形 会与标准波形产生不同。 30ns(最小) 90% 10% 0 1 2 3 4 5 归一电压 1 0.9 0.5 0.1 2ns 双指数脉冲 5ns 50ns t 30ns(最小) 90% 10% 0 1 2 3 4 5 归一电压 1 0.9 0.5 0.1 2ns 双指数脉冲 5ns 50ns t 图 7 CS115（左）与 GB/T17626.4 脉冲波形（右） （4）限值 GB/T17626.4的限值见表5所示，给出了注入干 扰的电压峰值和重复频率。与GB/T17626.4不同的是 CS115给出的是电流限值，CS115规定对所有适用的 EUT施加的干扰电流幅度统一为5A，为便于对比， 将CS115的电流限值在100环路阻抗校准夹具上转 化为电压限值，即500V。若只从电压幅度考虑，显然 GB/T17626.4除了第一级外，其余等级都要比CS115 严酷，但由于两类脉冲的波形、重复频率和注入方式 等存在不同， 对比时应综合考虑这些因素， 加以分析。 4 CS116 与 GB/T 17626.12 对比 CS116为电缆和电源线阻尼正弦瞬态传导敏感 度，主要测试EUT对来自外部雷电、电磁脉冲或平 台内开关动作引起的瞬态干扰敏感度，此类干扰具 有阻尼正弦波形特性。GB/T17626.12主要测试EUT 对振荡波的抗扰度，振荡波分单次冲击脉冲（振铃 波）和重复脉冲（阻尼振荡波）两类。振铃波一般 由电源和控制线开关切换或雷击引起，代表了居民 电磁环境专题 2007 年第 6 期 29 区和工业区及各种设施中的电磁环境。阻尼振荡波 主要由开关操作引起，代表室外高、中压变电站绝 缘体切换情况，以及工业装置的背景骚扰。 因此，从干扰源特性分析，两类标准的模拟对象 具有相似性和可比性， 表6是CS116 和GB/T17626.12 的共性问题比较。 以下从适用范围、测试方法、测试布置、干扰 注入方式、校准方法和干扰特性等几个方面对两者 的异同性作进一步说明。 （1）适用范围 CS116适用于包括电源电缆和单根电源导线在 内的所有互连电缆，但对电源回线不要求。除了陆 军飞机和陆军地面设备按相应条款加限值外，其余 军种都适用。对空军地面设备和分系统，仅适用于 电源电缆和单根电源导线。 表 5 GB/T17626.4 试验等级 电源端口 信号、数据或控制端口 等级 电压峰 值(kV) 重复频 率(kHz) 电压峰 值(kV) 重复频 率(kHz) 1 0.5 5 0.25 5 2 1 5 0.5 5 3 2 5 1 5 4 4 2.5 2 5 待定 待定 待定 待定 为开放等级，在专用设备技术规范中必须对这个级别加以规定 表 6 CS116 与 GB/T 17626.12 共性问题比较 项目 CS116 GB/T 17626.12 应用平台 除陆军飞机和地面设备按相应 条款限值外，其余平台都适用 未加限定范围 频率范围 10kHz100MHz （0.01，0.1，1， 10，30 和 100MHz） 100kHz（振铃波） 1MHz（阻尼振荡 波） 被测电缆 信号线（共模） 电源线（差模，共模） 信号线（差模，共模） 电源线（差模，共模） 校准 信号发生器输出幅度和波形 校准 信号源输出特性和 CDN 特性校准 环路阻抗 评估 有要求 无要求 测试仪器 及设备 信号发生器；电流注入/监测 探头；示波器等 试验信号发生器； CDN； 接地参考面等 干扰注入 电流注入探头（感性注入） CDN（容性注入） 监测装置 电流探头，示波器 无需监测 限值 单一限值（幅度可剪裁） 四个确定等级和一 个不确定等级 GB/T17626.12适用于家庭、民用、工业的电气 和电子设备以及用于电力设施的设备。 从适用范围来看，GB/T17626.12要求的设备有 可能被应用军品设备中或与其共处同一电磁环境中。 （2）测试方法、布置和干扰注入 与前述对比相同，干扰注入方式和测试布置两 方面是CS116 与GB/T17626.12最主要的区别，测 试布置分别见图8和图9所示。 图 8 CS116 测试配置图 耦合/去耦网络 试验信号发生器 交（直流）电源网络 图 9 GB/T17626.12 典型测试配置图 CS116的测试布置要求与CS114和CS115类 似。GB/T17626.12测试时EUT必须按照设备安装 规范布置和连接。EUT及辅助试验设备需通过绝缘 支座放置在实验室的参考地平面（GRP）上并与之 连接。但试验信号发生器必须用尽可能短的连线接 至参考地（见图9）或实验室保护地。电源、输入/ 输出电路需通过耦合/去耦网络与供电电源、控制和 信号源相连，EUT的试验电源线长度要求为1m。 CS116通 过 感 性 电 流 探 头 注 入 干 扰 ， 而 GB/T17626.12则采用容性注入技术， 即通过CDN的 电容将干扰信号直接注入电缆（图9）。CS116选择 的测试电缆不包括电源回线，因此，当对整束电源线 或其他互连线进行注入时， 干扰信号的作用为共模效 应，模拟由外部激励源在平台上引起的共模干扰。当 仅对电源高位线进行注入时， 干扰信号的作用为差模 效应，模拟由电源系统开关动作引起的差模干扰。与 CS116类似，GB/T17626.12也分共模和差模注入测 试，当试验电压通过CDN施加到每一线路与地 （GRP）之间时为共模注入，当试验电压通过耦合网 电磁环境专题 2007 年第 6 期 30 络施加到被测电路每个组合端子之间时为差模注入。 与GB/T17626.12不同，CS116测试之前要求对 环路阻抗进行评估。评估方法是注入1mW功率电 平信号至注入探头， 记录功率电平和感应电流电平， 将结果归一化至安培每瓦（A/W），标出最大和最 小阻抗出现时的谐振频率。 （3）校准方法 CS116与GB/T17626.12测试之前都要求校准。 CS116利用瞬变信号发生器在50同轴校准装置中 产生感应电流，利用示波器观测并记录达到要求时 信号发生器输出幅度和波形。GB/T17626.12使用电 压或电流探头和具有至少20MHz带宽的示波器直 接校准发生器输出信号的上升时间、振荡频率、衰 减、重复率、开路电压和短路电流。 （4）干扰特性 CS116和GB/T17626.12注入干扰信号的波形见 图10所示。 图10中各个波形的特性描述见表7，从表中数 据分析得知，CS116相对于GB/T17626.12施加的干 扰信号上升沿更窄，覆盖频率范围更宽。因此