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军用电源的抗电磁干扰能力是如何设计和测试的?

2025-06-04

在科技高速发展的现代战争舞台上,电磁空间已成为继陆、海、空、天之后的 “第五维战场”。军用电源作为各类军事装备的核心能源供给单元,其性能的稳定与否直接关乎通信系统的畅通、武器装备的精准运行以及作战指挥的有效实施。而复杂多变的电磁环境充斥着各种干扰信号,从敌方的电磁攻击到友军装备间的电磁耦合,都对军用电源的正常工作构成严峻挑战。因此,强大的抗电磁干扰能力成为军用电源不可或缺的关键特性。科研人员通过精心的设计和严格的测试,赋予军用电源在恶劣电磁环境中 “稳如磐石” 的运行能力。

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一、军用电源抗电磁干扰的设计策略

(一)屏蔽设计

外壳屏蔽:军用电源通常采用金属材质外壳,如铝合金或不锈钢,利用金属良好的导电性和导磁性,形成电磁屏蔽层。外壳的接缝处采用焊接或高导电性能的密封衬垫处理,确保无缝隙,防止电磁信号的泄漏与侵入。例如,在一些便携式军用电源中,外壳采用一体化成型的铝合金材质,配合精密的焊接工艺,有效阻挡外界电磁干扰进入电源内部电路。

内部屏蔽:对于电源内部的关键电路模块,如功率变换电路、控制电路等,会采用独立的屏蔽罩进行二次屏蔽。这些屏蔽罩同样由金属材料制成,并通过良好的接地处理,将感应到的电磁干扰信号及时导入大地。以军用开关电源为例,其高频开关电路容易产生电磁辐射,通过安装金属屏蔽罩,可显著降低该电路对其他电路的干扰,同时也增强了自身抵御外界干扰的能力。

(二)滤波设计

电源输入滤波:在电源输入端口,安装高性能的电磁干扰(EMI)滤波器。该滤波器由电感、电容等元件组成,能够有效抑制电源线上的共模和差模干扰。共模滤波器用于滤除两根电源线对地的干扰信号,差模滤波器则针对两根电源线之间的干扰。通过合理选择滤波器的参数,可在较宽的频率范围内(如 10kHz - 30MHz)实现对干扰信号的有效衰减,确保进入电源的电流纯净稳定。

电源输出滤波:在电源输出端同样设置滤波电路,以消除电源内部产生的干扰信号对负载的影响。输出滤波器不仅能平滑直流输出电压,减少纹波,还能抑制电源内部开关器件动作产生的高频干扰。例如,采用 LC 滤波电路,通过电感的储能和电容的滤波作用,使输出电压更加稳定,降低对连接的军事装备的电磁干扰。

(三)接地设计

单点接地:将军用电源内部不同电路模块的接地线汇聚到一个公共接地点,避免不同电路之间的地线环流产生电磁干扰。单点接地可分为串联单点接地和并联单点接地,根据电源内部电路的特点和干扰情况选择合适的方式。对于低频电路,串联单点接地简单易行;而对于高频电路,并联单点接地能更好地避免地线阻抗引起的干扰耦合。

多点接地:在高频情况下,由于趋肤效应,地线阻抗会增大,单点接地无法满足要求,此时采用多点接地方式。将电源内部的高频电路模块就近接地,通过多个接地点快速释放电磁干扰信号。同时,为了降低接地电阻,会采用大面积的接地平面,如印制电路板上的接地铜箔,确保接地效果良好。

(四)电路优化设计

合理布局布线:在电源的印制电路板(PCB)设计中,对电路进行合理布局。将敏感电路与干扰源电路分开布置,减少相互之间的电磁耦合。例如,将控制电路与功率变换电路保持一定距离,并通过屏蔽措施进一步隔离。在布线方面,遵循短、直、宽的原则,缩短信号传输路径,减少电磁辐射;同时,对关键信号线进行包地处理,增强抗干扰能力。

选用抗干扰器件:优先选用抗电磁干扰性能好的电子元器件。例如,使用低 ESR(等效串联电阻)的电容、高磁导率的电感等,这些器件自身受电磁干扰影响较小,且能更好地发挥滤波作用。对于集成电路芯片,选择具有良好电磁兼容性(EMC)的型号,其内部设计已考虑了抗干扰因素,能有效降低外部电磁干扰对芯片正常工作的影响。


二、军用电源抗电磁干扰能力的测试方法

(一)传导干扰测试

测试标准与设备:依据相关军用标准,如 GJB 151B - 2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》,使用传导干扰测试设备,如电磁干扰接收机、人工电源网络(LISN)等。人工电源网络用于隔离被测电源与电网之间的干扰,并为测量提供稳定的阻抗环境;电磁干扰接收机则用于接收和分析电源传导至电源线的干扰信号。

测试流程:将军用电源接入人工电源网络,在不同的工作状态下(如空载、满载),利用电磁干扰接收机在规定的频率范围内(如 10kHz - 10MHz)扫描测量电源输入输出端的传导干扰信号强度。将测量结果与标准规定的限值进行对比,判断电源的传导干扰是否达标。若干扰信号超过限值,则需要对电源的滤波电路、接地设计等进行优化调整。

(二)辐射干扰测试

测试环境与设备:辐射干扰测试需在电磁屏蔽室或电波暗室中进行,以排除外界电磁干扰的影响。测试设备主要包括天线、频谱分析仪等。天线用于接收电源辐射出的电磁信号,频谱分析仪则对接收的信号进行频率和强度分析。

测试流程:将军用电源放置在测试转台上,在不同的方位和距离下,使用天线接收电源辐射的电磁信号,并通过频谱分析仪在规定的频率范围(如 30MHz - 18GHz)内进行扫描测量。根据标准要求,对电源不同部位(如外壳、散热孔等)的辐射强度进行评估。若发现辐射超标,需检查电源的屏蔽设计是否存在缺陷,如外壳缝隙过大、屏蔽罩接地不良等,并进行针对性改进。

(三)敏感度测试

测试方法:敏感度测试旨在评估军用电源在受到外界电磁干扰时的工作性能。采用传导注入法和辐射照射法进行测试。传导注入法是将干扰信号通过耦合装置注入电源的输入输出线路;辐射照射法则是利用天线向电源辐射不同强度和频率的电磁信号。

性能评估:在干扰信号注入或辐射过程中,监测电源的输出电压、电流、纹波等参数,观察电源是否出现故障、性能下降等情况。例如,当电源受到高强度的电磁辐射时,若输出电压波动超过规定范围,或出现保护电路误动作等现象,则表明电源的抗电磁干扰能力不足,需要进一步优化设计。通过多次调整干扰信号的强度和频率,**评估电源在不同电磁干扰环境下的敏感度,为改进设计提供依据。


军用电源的抗电磁干扰能力设计与测试是一项系统而复杂的工程,涉及从硬件设计到性能验证的多个环节。通过精心的屏蔽、滤波、接地和电路优化设计,结合严格的传导干扰、辐射干扰和敏感度测试,确保军用电源能够在复杂的电磁环境中稳定运行,为军事装备的可靠工作提供坚实的能源保障。随着电磁技术的不断发展和战争形态的演变,军用电源的抗电磁干扰技术也将持续创新升级,以适应未来更加严峻的电磁挑战,守护现代战争中的 “电力生命线”。


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