屏蔽室传导电磁环境电平超标问题及解决方案.pdf

New Progresses of Technology Worldwide82SAFETY&EMC No.3 2023在按照 GJB 151B-2013军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量执行电磁兼容性检测时，经常存在屏蔽室电源线传导发射环境噪声抑制不足的问题。具体而言：国军标要求屏蔽室电磁环境电平应控制在至少低于传导发射项目规定的最严格限值 6 dB，以避免电磁环境影响测试结果。实际屏蔽室建设过程中，若对电源线传导发射CE101（25 Hz10 kHz）和 CE102（10 kHz10 MHz）两个项目的环境噪声电平控制不加以重视，则往往无法满足标准要求。该问题在 400 Hz 电源应用场景上尤其突出，是一个长期困扰屏蔽室使用者和系统集成商的技术难题。芮锋射频技术（上海）有限公司和江苏瑞牧电子科技有限公司通力合作，基于大量的屏蔽室建设经验和测试样本，定位了上述问题的最主要原因。本文结合实际案例，探讨屏蔽室的传导电磁环境电平超标问题及其解决方案。1问题描述GJB 151B-2013 关于 400 Hz 电源 CE101 和 CE102 的限值规定如图 1、图 2 所示，电磁环境电平应该至少比限值低 6 dB。很多情况下，给受试设备供电的 400 Hz 电源通过电源滤波器进入屏蔽室，其 CE101 和 CE102 噪声电平都满足不了 GJB 151B-2013 中的相关要求。最突出的问题是 CE101 电源供电的 3 次谐波不符合环境电平的要求，或者是CE102 在 10 kHz10 MHz 范围内不符合环境电平的要求。2电源线传导发射 CE101通过诸多的项目实例，发现造成屏蔽室的电源线传导发射 CE101 无法满足GJB 151B-2013 要求的原因，与电源及滤波器选择有关。2.1 供电电源本身的谐波如果供电电源本身的谐波过大，电源线传导发射 CE101 噪声电平就无法满足 GJB 151B-2013 的要求。图 3 所示是某屏蔽室现场，采用客户提供的 400 Hz 电源直接给电阻性负载供电的测试结果，说明该电源本身产生的谐波不符合 GJB 151B-2013 的环境电平要求。对于交流电源而言，总谐波失真（THD）是一个重要的参数指标，为不大于某特定阶数 H 的所有谐波分量有效值Gn与基波分量有效值 G1比值的方和根（式（1）。()122nGHnGTHD=（1）根据实践经验，如果三相 400 Hz 电源 的 THD1%，CE101 满 足 GJB 151B-2013 要求的概率很小；如果 THD0.5%，CE101 就 容 易 满 足 GJB 151B-2013 的 要求。图 1 适用于水面舰船和潜艇的 CE101 限值(400Hz)图 2 CE102 限值(AC 和 DC)屏蔽室传导电磁环境电平超标问题及解决方案ProblemsandSolutionsofConductedElectromagneticEnvironmentLevelExceedingStandardLimitsinShieldedRoom国内外技术新进展832023 年第 3 期 安全与电磁兼容究其原因，就是屏蔽室采用的电源滤波器无法有效滤除 10 kHz 以下的干扰信号，即供电电源的 THD 质量决定了传导发射 CE101 环境噪声电平；供电电源的质量变得尤为重要。2.2 滤波器选型在实际应用中，也出现一种特殊情况，更换了谐波合格的 400 Hz 电源，电源线传导发射 CE101 也满足标准要求（图 4），但接上电源滤波器后，CE101 噪声电平仍会超标，如图 5 所示。通过试验分析发现，其原因是采用的电源滤波器不合适，增大了 400 Hz 电源的谐波。图 6 是 LC 低通滤波电路的幅频特性曲线，f0是谐振频率。当信号频率 10 kHz的信号衰减足够大，能有效抑制传导发射 CE102 的噪声电平；同时对 3 次谐波频率的信号增益足够小，能将传导发射 CE101 噪声电平控制在合适的水平。图 8 是按照上述理论设计的一个电源滤波器的插入损耗曲线。该滤波器在 1.2 kHz 的增益是 1 dB，对 3 次谐波的放大作用很小；在 12 kHz 的增益是-19 dB，在 24 kHz图 4 谐波合格电源的 CE101图 5 不合适的电源滤波器导致 CE101 不合格图 6 电源滤波器的幅频特性图 7 电源初始的 CE102图 3 谐波不合格电源的 CE101New Progresses of Technology Worldwide84SAFETY&EMC No.3 2023的增益为-32 dB。上述电源通过该滤波器进入屏蔽室后，电源线传导发射 CE102 如图 9 所示，完全满足电源线传导发射电磁环境电平要求。其中 12 kHz 的噪声电平为 76 dBV，衰减了 19 dB；24 kHz 的噪声电平为 67 dBV，衰减了 31 dB。该测试结果与滤波器的插入损耗吻合。4结论（1）电源滤波器不能解决电源本身的传导发射 CE101噪声电平的问题。在电源线传导发射 CE101 噪声电平要求符合 GJB 151B-2013 的应用场合，供电电源的输出必须满足约定的传导发射 CE101 的电磁环境电平要求。（2）大多数的电源滤波器都可以有效抑制传导发射CE102 的噪声电平，但也会对传导发射 CE101 频段内信号产生放大作用。因此，针对国军标要求，屏蔽室需要设计特殊的电源滤波器，既可有效抑制电源线传导发射CE102 的噪声电平，又不会对传导发射 CE101 频段内的噪声电平有明显放大作用。（3）解决 400 Hz 电源输出的发射传导 CE101 和 CE102 的问题，最简单可靠的方法是在测试供电电源输出的传导发射 CE101 和 CE102 噪声电平的基础上，再合理选择滤波器电路参数、材料和结构，以达到最佳效果。图 8 滤波器的插入损耗图 9 电源通过合格滤波器后的 CE102