01引言

 

    線束產(chǎn)品可以說無處不在，無論是測(cè)試設(shè)備之間的電氣連接、航空發(fā)動(dòng)機(jī)各附件與飛機(jī)控制系統(tǒng)之間的電氣連接、導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)的電氣連接、飛機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的電氣連接、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的電氣連接等等，均離不開線束產(chǎn)品。

 

在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，電子設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，數(shù)量之多、功率之大、所占頻帶越來越寬，使背景噪聲電平越來越高，電磁污染越來越嚴(yán)重，已成為目前主要公害之一，引起世界各行各業(yè)廣泛關(guān)注。

 

如何使線束產(chǎn)品滿足當(dāng)今電子設(shè)備需要，滿足電子對(duì)抗技術(shù)要求，線束產(chǎn)品的抗電磁干擾防護(hù)設(shè)計(jì)，也就成為線束產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員研究課題之一。

 

02基本概念

 

a) 電磁干擾

 

電磁干擾--因電磁騷擾引起設(shè)備、裝置或系統(tǒng)性能下降。

 

b) 電磁干擾傳播途徑

 

電磁干擾傳播途徑分為 “傳導(dǎo)”和“輻射”兩種。

 

傳導(dǎo) --干擾信號(hào)通過金屬線路傳播，即干擾源和接收器之間有完整的電路連接。此電路包括導(dǎo)線、供電系統(tǒng)、公共阻抗、設(shè)備機(jī)殼、金屬支架、接地線、變壓器、互感和電容等集中元器件。總之，只要共用一個(gè)返回通路，將兩個(gè)電路直接連起來，就會(huì)形成傳導(dǎo)干擾耦合。輻射--干擾以電磁波的形式通過空間傳播。

 

c)抗電磁干擾

 

抗電磁干擾 --設(shè)備暴露在電磁輻射條件下所呈現(xiàn)的不希望有的響應(yīng)程度，它分為兩種形式:輻射敏感度和傳導(dǎo)敏感度;

 

d)輻射敏感度

 

輻射敏感度 --對(duì)造成設(shè)備降級(jí)的輻射干擾程度;

 

e)傳導(dǎo)敏感度:

 

傳導(dǎo)敏感度 --當(dāng)引起設(shè)備不希望有的響應(yīng)或造成其性能降低時(shí)，對(duì)電源線、控制線或信號(hào)線上干擾信號(hào)的電流或電壓的度量。

 

03線束產(chǎn)品抗電磁干擾防護(hù)設(shè)計(jì)

 

線束產(chǎn)品通常由電連接器、導(dǎo)線、防波套、護(hù)套、轉(zhuǎn)接件、模縮套、接線端子、轉(zhuǎn)接器、電子元件等組成。線束產(chǎn)品抗電磁干擾防護(hù)設(shè)計(jì)就是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到抗電磁干擾目的。

 

線束產(chǎn)品用來傳輸電源電壓和各種電信號(hào)，它雖然本身不產(chǎn)生電磁干擾，但卻為電磁干擾信號(hào)提供干擾和輻射的媒體，導(dǎo)線中的電感是產(chǎn)生地噪聲電壓的一個(gè)重要參數(shù)，在任何一根導(dǎo)線中產(chǎn)生的電壓都是流過它自身的電流和流過所有臨近導(dǎo)線中的電流的函數(shù)。

 

導(dǎo)線可等效成為一個(gè)偶極子天線，可起輻射天線的作用，從而成為電磁干擾輻射源的一部分，同時(shí)起到接收天線的作用，成為系統(tǒng)對(duì)輻射發(fā)射敏感度的重要一環(huán)。

 

電源電纜和信號(hào)電纜還為傳導(dǎo)電磁干擾電壓和電流提供耦合途徑。當(dāng)導(dǎo)線集束后，導(dǎo)線與導(dǎo)線靠的很近，這就造成對(duì)近場(chǎng)耦合或串?dāng)_的潛在敏感性。當(dāng)與電纜相連的電路工作在低阻抗時(shí)，則主要是通過線間互感的磁場(chǎng)耦合，其與干擾信號(hào)的頻率、線間距離、耦合長度、線路阻抗和線束屏蔽層的接地方式等有關(guān)。當(dāng)與電纜相連的電路工作在高阻抗時(shí)，則主要是通過線間分布電容的電場(chǎng)耦合，其與干擾信號(hào)的頻率、線間距離、屏蔽、濾波等有關(guān)。抑制導(dǎo)線束輻射和接受的主要措施是屏蔽和濾波。

 

屏蔽就是利用金屬屏蔽體(鋼、銅、鋁和鉛等)把主串回路和被利用電纜傳輸電信號(hào)串回路隔開，使干擾電磁場(chǎng)減弱所采取的一種措施，如電連接器的金屬外殼、導(dǎo)線外的防波套( 屏蔽層) 等。

 

如何做到線束產(chǎn)品外部防波套與電連接器尾部附件形成徑向 360°屏蔽，在使用過程中無電磁泄漏，滿足電磁兼容性要求，導(dǎo)線束外部防護(hù)結(jié)構(gòu)與電連接器端接技術(shù)是線束產(chǎn)品抗電磁干擾防護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

 

按屏蔽作用原理，電纜的屏蔽體可分為靜電屏蔽體、靜磁屏蔽體和電磁屏蔽體。

 

靜電屏蔽體的作用是使電場(chǎng)終止于屏蔽體的表面上并通過接地的方法把電荷傳送到大地中去，通常靜電屏蔽體是由逆磁材料(銅、鋁和鉛等)制成的。

 

 

a.屏蔽體與大地不接觸時(shí)，被干擾導(dǎo)體 b 上受到靜電感應(yīng)影響

 

 

b.屏蔽體與大地不接觸時(shí)，被干擾導(dǎo)體 b 上不受靜電感應(yīng)影響

 

靜磁屏蔽體的作用是使磁場(chǎng)限制于屏蔽體內(nèi)，它是用強(qiáng)磁材料(通常是鋼)制成的。由于磁導(dǎo)系數(shù)很高，屏蔽體的磁阻很小，因而干擾源產(chǎn)生的磁通就大部分被限制于強(qiáng)磁屏蔽體中，而只有少數(shù)部分進(jìn)入被屏蔽空間。

 

 

c.靜磁屏蔽體

 

上述靜電屏蔽體、靜磁屏蔽體僅在低頻時(shí)有效。如電纜，傳輸各種傳感器信號(hào)、控制信號(hào)、電源信號(hào)、通訊信號(hào)等，電磁環(huán)境非常復(fù)雜，在抗干擾防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，導(dǎo)線分別選擇雙絞或三絞屏蔽導(dǎo)線，導(dǎo)線屏蔽材料為逆磁材料 -銅絲編織而成，通過指定點(diǎn)與發(fā)動(dòng)機(jī)外殼短接，其目的就是使電場(chǎng)終止于導(dǎo)線屏蔽層表面上并通過接地的方法把電荷傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)外殼。

 

導(dǎo)線束外是用強(qiáng)磁材料 -1Cr18Ni9Ti 不銹鋼絲編織而成，其作用是使磁場(chǎng)限制于屏蔽體內(nèi)。由于不銹鋼絲磁導(dǎo)系數(shù)很高，屏蔽體的磁阻很小，因而干擾源產(chǎn)生的磁通就大部分被限制于強(qiáng)磁屏蔽體中，而只有少數(shù)部分進(jìn)入被屏蔽空間。屏蔽體的磁導(dǎo)系數(shù)越大及屏蔽體厚度越大，則屏蔽效果越好;屏蔽體的半徑越大，則屏蔽效果越差。

 

而在高頻時(shí)應(yīng)采用電磁屏蔽，電磁屏蔽體的屏蔽作用主要是由于屏蔽體表面的反射和屏蔽體內(nèi)的高頻能量衰減造成的。由于屏蔽體的金屬波阻抗和周圍的介質(zhì)波阻抗不同，引起了電磁波反射。屏蔽體內(nèi)的能量衰減則是由于金屬內(nèi)渦流引起的損耗所產(chǎn)生的。

 

強(qiáng)屏蔽體的吸收屏蔽效果遠(yuǎn)大于逆磁屏蔽體，但由于鋼內(nèi)的能量損耗很大，對(duì)能量傳輸來說是不利的，故一般不采用鋼件作為單層屏蔽體。同樣厚度的逆磁屏蔽體的屏蔽效果僅由電導(dǎo)系數(shù) σ的數(shù)值來決定，根據(jù)各種金屬電導(dǎo)系數(shù)排列順序，銅最好，鋁次之，鉛最差。因此，射頻電纜在設(shè)計(jì)時(shí)，外屏蔽均采用銅絲編織屏蔽乃至采用雙層屏蔽。

 

影響線束產(chǎn)品屏蔽效果除材料外，電磁泄露是影響產(chǎn)品屏蔽效果的重要因數(shù)。而線束產(chǎn)品電磁泄露的主要部位是防波套與連接器尾部殼體端接位置，通過下面具體應(yīng)用示例，說明線束產(chǎn)品防電磁泄露的防護(hù)設(shè)計(jì)。

 

示例1:

 

某電纜，用于飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)各附件的電氣連接，傳輸各種傳感器信號(hào)、控制信號(hào)、電源信號(hào)。

 

環(huán)境特點(diǎn):溫度高、振動(dòng)強(qiáng)度高，具有抗?jié)駸帷⒛望}霧、防霉菌、抗電磁干擾等要求。

 

為滿足產(chǎn)品上述使用要求，產(chǎn)品的抗電磁干擾防護(hù)設(shè)計(jì)不僅要考慮產(chǎn)品的抗干擾能力，還應(yīng)綜合考慮使用環(huán)境要求，尤其是高熱、潮濕、振動(dòng)條件下對(duì)導(dǎo)線的影響。

 

各種電氣設(shè)備之間的電信號(hào)傳輸主要通過線束產(chǎn)品與各電氣設(shè)備之間的電氣連接來實(shí)現(xiàn)，而線束產(chǎn)品離不開導(dǎo)線和電連接器。

 

該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)通過導(dǎo)線束外部選用帶聚四氟乙烯管的不銹鋼絲防波套。其一，該防波套具有很好的耐溫性能，可在-60°C~250°C條件下長期工作;其二，該防波套具有很強(qiáng)的抗腐蝕性和很好的三防性能;其三，不銹鋼絲編織的防波套具有很強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，對(duì)導(dǎo)線具有很好的保護(hù)作用和抗干擾作用。

 

此種結(jié)構(gòu)防波套較硬、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)有連接器尾附件很難將其固定。因此，設(shè)計(jì)專用尾部附件，該附件包括內(nèi)外襯套，采用滾壓技術(shù)將防波套固定于內(nèi)外襯套之間，使防波套與連接器殼體之間緊密配合，防波套與尾部附件之間形成徑向 360°連接，接觸電阻小于 0.1mΩ，確保產(chǎn)品在使用過程中無電磁泄露，滿足電磁兼容性要求，具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖 1。

 

 

圖 1 線束產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

 

示例2:某測(cè)試電纜用于地面電子設(shè)備間的相互連接，除有電磁兼容性要求外，同時(shí)，該產(chǎn)品移動(dòng)敷設(shè)，要求產(chǎn)品具有良好的柔軟度。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，選用帶記憶環(huán)固定的連接器尾附件。

 

記憶環(huán)是利用 TiNiNb 寬滯后形狀記憶合金的寬滯后記憶恢復(fù)特性，針對(duì)航空、航天、船舶、雷達(dá)通訊等屏蔽電纜的防波套與電連接器之間，實(shí)現(xiàn)緊密連接而制成的環(huán)形緊固件。其特點(diǎn)是:首先，按配合標(biāo)準(zhǔn)要求，將防波套套在連接器尾部附件相應(yīng)位置上，再將記憶環(huán)套在防波套上，用專用工具對(duì)記憶環(huán)加熱，至環(huán)上色標(biāo)由綠色轉(zhuǎn)為黑色。該環(huán)能夠產(chǎn)生6% ~7%的徑向收縮，將防波套沿連接器尾部附件圓周 360°固定，使防波套與連接器尾部附件緊密接觸，增強(qiáng)連接可靠性和抗電磁干擾能力，接觸電阻小于 0.1mΩ。同時(shí)，產(chǎn)品具有較強(qiáng)抗拉、抗振動(dòng)、抗沖擊能力。

 

該產(chǎn)品貯存溫度為:≤60°C;長期工作溫度: -70°C ~200°C;記憶恢復(fù)應(yīng)力:≥300MPa。

 

其優(yōu)點(diǎn)是:使用方便、快捷。具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖2。

 

 

圖 2 帶有記憶環(huán)的線束產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

 

示例 3:在環(huán)境條件相對(duì)穩(wěn)定，用于試驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備且固定敷設(shè)的測(cè)試電纜，在導(dǎo)線束外部防護(hù)設(shè)計(jì)中，防波套與連接器的固定也常常采用導(dǎo)電率較高的銅導(dǎo)電線芯將其固定，也能起到很好的導(dǎo)電效果，接觸電阻小于 0.1mΩ，既可起到很好的屏蔽效果，也可降低成本，同時(shí)有利于維修，具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖 3。

 

 

圖 3 帶有金屬絲的線束產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

 

示例 4:

某電纜，使用環(huán)境與示例 1 相同，為便于維修，根據(jù)產(chǎn)品需要，設(shè)計(jì)電連接器專用尾部附件，防波套與尾部附件之間采用鋼扎帶進(jìn)行固定。其特點(diǎn):外場(chǎng)維護(hù)方便、快捷。同時(shí)，尾部附件具有自鎖功能，取消打保險(xiǎn)絲工序，提高工作效率，具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖4。

 

 

圖 4 具有自鎖功能的線束產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

 

示例5:采用專用尾部附件，尾部附件設(shè)有壓緊結(jié)構(gòu)，使屏

 

蔽網(wǎng)固定于尾部附件殼體內(nèi)，具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖 5。

 

 

圖 5 具有壓緊功能的線束產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

 

04結(jié)束語

 

實(shí)踐證明，通過上述抗電磁干擾防護(hù)設(shè)計(jì)，有效 地解決了電磁泄漏問題，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力，滿足線束產(chǎn)品規(guī)定的電磁兼容性要求。

 

參考文獻(xiàn):

 

[1] 枟電線電纜手冊(cè)枠編寫組.電線電纜手冊(cè) 第一冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社出版 1978 年 5 月

 

[2] 馮桂山、林守霖 .電磁兼容測(cè)量技術(shù)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及其故障診斷。