首页/文章/ 详情

GJB 151B与GJB 151A对舰船装备电磁兼容性要求的对比分析

2月前浏览2750

第2136期

曹 斌1,蔡明娟2

(1.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011;2.海军装备研究院标准规范所 上海200235)

[摘 要]GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》是我军武器装备电磁兼容技术的核心和基础性标准。文中针对舰船装备,从测试项目和项目要求限值两方面分析了装备电磁兼容性标准GJB 151B-2013相对于GJB 151A-1997的变化,可采用GJB 151B-2013替代GJB 151A-1997以提高舰船装备电磁兼容性设计,并为试验提供有效参考。

[关键词]GJB 151B-2013;电磁兼容性;标准

引 言

随着舰船装备的信息化程度不断提高,舰船电磁兼容性已成为直接影响舰船使用性能的重要因素。当前装备电磁兼容性标准包括平台级的标准GJB 1389A-2005《系统电磁兼容性要求》[1]、设备及分系统级GJB 151系列标准,以及针对海军舰船总体及设备的综合性标准HJB 34A-2008《舰船电磁兼容性要求》[2],其中GJB 151系列标准应用最为广泛。1997年发布的 GJB 151A-1997《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》[3](简称“151A”)得到广泛应用,极大地推动装备电磁兼容技术的发展。2013年,GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》[4](简称 “151B”)发布实施,该标准规定控制军用电子、电气、机电等设备和分系统的电磁发射和敏感度特性的要求及测试方法,为研制和订购单位提供电磁兼容性设计和验收依据,是平台实现兼容性的基础。目前,很多装备仍采用GJB 151A,而GJB 151B的实施尚在起步阶段。本文针对舰船装备,对GJB 151B和GJB 151A中有关的电磁兼容性要求进行比较,从测试项目和项目要求限值变化两方面进行分析。

1 项目变化情况

1.1 测试项目的变化设备电磁兼容性测试项目分为CE、CS、RE、RS四类[5],其中CE表示传导发射类,CS表示传导敏感度类,RE表示辐射发射类,RS表示辐射敏感度类的项目。对比151A和151B,其变化如下:(1)151B在151A的19个测试项目基础上,增加CS102(25 Hz ~ 50 kHz地线传导敏感度)和CS112(静电放电敏感度)两个测试项目,测试项目达到21个。(2)从名称表明覆盖频率范围来看,CS101项目由151A规定的25 Hz ~ 50 kHz扩展到151B的25 Hz ~ 150 kHz,CS114项目由151A规定的10 kHz~ 400 MHz扩展到151B规定的4 kHz ~ 400 MHz。新增项目CS102用于检测考核带接地线受试设备抗低频干扰信号的能力,确保受试设备在不超过施加干扰信号电平的电磁环境下正常工作。该项目在接地电缆与接地点之间施加1 V的开路电压信号,频率为25 Hz ~50 kHz。CS112用于检测受试设备承受静电干扰的能力,旨在确保预期工作处于容易产生人体静电的环境中(如装有空调的房间、使用人造纤维、塑料的环境等),以及可能与人体接触的受试设备工作性能不降低或出现任何损坏。其试验限值及要求与GB/T 17626.2一致。1.2 项目适用性的变化GJB 151系列标准将平台划分成9类,水面舰船和潜艇属于海军舰船装备。测试项目对海军舰船装备的适用性分为“A”“L”“S”以及“不适用”共四类。其中,A表示该测试项目适用于海军舰船装备,L表示该测试项目有条件适用于海军舰船装备,具体条件见标准的相关条款,S表示该测试项目由订购方来规定是否适用于海军舰船装备,空白表示不适用。表1列出了151A及151B测试项目对海军舰船装备的适用性要求。表1 测试项目对舰船装备适用性对比

 

151B中CE107和CS115由不适用改为由订购方来规定是否适用于海军舰船装备(适用性为S),CS106由订购方来规定是否由适用于海军舰船装备(适用性为S)改为适用于海军舰船装备(适用性为A),增加CS102、CS112两个测试项目有条件适用于海军舰船装备(适用性为L)。此外,CS109由不适用于水面舰船装备改为有条件适用于海军舰船装备(适用性为L)。总的来看,151B增加了对海军舰船装备要求的测试项目。

2 项目要求限值变化

GJB 151B修改了CE101、CE102、CS101、CS106、CS114、RE101、RE102、RS101、RS103以及RS105项目的限值。2.1 CE101CE101用于检测受试设备电源线对外的传导发射(电流),以控制其对电网的影响及减小受试设备对船体电流的分布影响。相对于151A,151B修改了适用于水面舰船及潜艇限值(50 Hz),其他限值不变。具体变化见图1。从图1可见,GJB 151B限值要求略严,最严处的要求比GJB151A高2 dB。

 

图1 GJB 151B与GJB 151A中CE101限值比较注:A、B、C、D、E对应151B限值;a、b、c、d、e对应151A限值。2.2 CE102CE102用于检测受试设备电源线对外的传导发射(电压),以控制其对电网的影响。151B的限值曲线与151A基本一致,只是进一步明确额定电压28 V以下与28 V的设备及分系统的限值曲线一致,额定电压440 V以上与440 V的设备及分系统的限值曲线一致。除给出不同额定电压对应限值曲线外,并提供限值计算公式。2.3 CS101CS101用于检测受试设备电源线抵抗外部的稳态传导干扰的能力,有电压限值和功率限值两个极限值。在实际测试时,当功率源输出功率达到按功率限值进行校验时的输出功率,即使还未达到电压限值,则也认为已满足要求。图2为CS101电压限值比较。从图2可见,151B增加50 kHz ~150 kHz频段的限值要求,其余频段限值一样。

 

图2 CS101电压限值的比较注:粗实线对应151B与151A重合的限值,细实线对应151B相对151A扩充的限值。下页图3为CS101功率限值比较。从图3可见,25 Hz ~5 kHz频段限值要求一致,但5 kHz ~50 kHz频段的限值要比GJB 151A放宽很多(敏感度试验值和限值要求低,施加干扰信号小,即意味放宽要求),仅增加50 kHz ~150 kHz频段的限值要求。GJB 151B增加频段的限值要求,幅值相对较小,即意味着设备及分系统也较易通过。

 

图3 CS101功率限值的比较注:细线对应151A限值,粗灰线对应151B限值,两者重合部分用粗黑线表示。2.4 CS106CS106用于检测受试设备电源线抵抗外部的瞬态传导干扰的能力。151A及151B中CS106限值要求均为400 V,但151A只规定了脉冲宽度为5.0 μS,而151B除了规定脉冲宽度为5.0 μS外,还详细规定了脉冲的波形,具体参见图4。

 

图4 CS106波形对受试设备而言,CS106限值幅度不变、脉宽不变,只是波形更加具体,应该说受影响不大。2.5 CS114CS114用于检测受试设备电源线及互联电缆抵抗外部干扰的能力。151 B中,CS114针对海军舰船设备互连电缆在10 kHz以上以及电源电缆在1 MHz以上的限值曲线与151A一致。151B与151A不同之处在于:设备电源电缆在1MHz以下的考核要求。针对水面舰船甲板上及水下外部、金属舰船甲板及甲板下、非金属舰船甲板及甲板下平台的设备,151B中规定其电源线在4 kHz ~1 MHz的限值为A、B、F三点连的曲线,151A规定其电源线在10 kHz ~1 MHz的限值为D、B、F三点连成的曲线(如图5所示)。

 

图5 CS114项目1 MHz以下限值1(水面舰船甲板上及水下外部、金属舰船甲板甲板下、非金属舰船甲板甲板下平台的设备)注:细线对应151A限值,粗灰线对应151B限值,两者重合部分用粗黑线表示。针对海军水下内部平台的设备,151B中规定其电源线在4 kHz ~1 MHz的限值为A、B、C三点连成的曲线,151A规定其电源线在10 kHz ~1 MHz的限值为E、C两点连成的曲线,如下页图6所示。从图5、图6可见,相对于151A,151B在4 kHz至1 MHz频段,对海军舰船装备电源线的考核要求要高。由于对其他电缆及电源线其他频段的要求完全一致,可认为对于海军舰船装备的非电源电缆,151B与151A要求一致;针对海军舰船装备的电源电缆,151B在1 MHz以上频段的要求与151A一致,但在1 MHz以下频段的要求更严。

 

图6 CS114项目1 MHz以下限值2(海军水下内部平台的设备)注:细线对应151A限值;粗灰线对应151B限值。2.6 RE101RE101用于测试来自受试设备及其有关电缆的磁场辐射发射。151A中RE101包含探头位于测试点50 cm及7 cm两个位置处的限值。151B只提出探头位于7 cm处的限值,去掉探头位于50 cm处的限值,但限值有了较大变化,如图7所示。

 

图7 RE101限值(7 cm)的比较注:细实线对应151A限值,粗实线对应151B限值。从限值来看,151B在全频段的要求均小于151A,意味着151B在RE101项目上对设备及分系统的要求更高。2.7 RE102RE102用于测试来自受试设备及其有关电缆的电场辐射发射。对于RE102项目, 151A中针对海军舰船装备只有一个限值,而151B则按照受试设备安装的不同位置,分为水面舰船甲板下、水面舰船甲板上、潜艇压力舱外和潜艇压力舱内四种限值,具体如图8、图9所示。

 

图8 水面舰船RE102限值的比较注:细线对应151B水面舰船甲板上设备限值;151B水面舰船甲板下限值与151A海军舰船装备限值曲线重合,用粗实线表示。

 

图9 潜艇RE102限值的比较注:细实线(ABC)表示151A潜艇装备限值;粗实线(DEFG)表示151B潜艇压力舱内限值;粗实线(HJKL)表示潜艇压力舱外限值DEF曲线对应水面舰船甲板上限值。从图中可见,151B针对水面舰船甲板下装备的限值是放宽20 dB;针对水面舰船甲板下装备的限值并无变化;针对潜艇压力舱外的设备要求则更加严格;针对潜艇压力舱内的设备,大部分频段是放宽的,只有在371 kHz至2.25 MHZ频段范围内的限值要求较为严格,但不得超过4 dB。2.8 RS101RS101项目是测试受试设备在给定磁场环境下的工作情况。其目的是确保受试设备在预期的磁场环境条件下不降低性能。151B与151A略有变化,如图10所示。

 

图10 RS101限值的比较注:细实线对应151A限值,粗实线对应151B限值。从图10可见,在25 Hz至2 kHz频段,151B较151A限值相当,略微小3~5 dB,但在4.13 kHz至100 kHz频段,151B的限值要求较严,尤其在100 kHz处,151B比151A的要求更严了22 dB。2.9 RS103RS103用于测试受试设备在给定电场环境下的工作情况,其目的是确保在平台上或平台外的各种发射天线电磁场中,工作的设备不降低性能。GJB 151B将151A水下平台分为水下平台(外部)、水下平台(内部),除水下平台(外部)提高至与舰船(甲板上)要求一致,水下平台(内部)由30 MHz ~ 40 GHz频段范围内限值调整之外,其他要求限值一致,如表2所示。表2 RS103限值电平比较V/m

 

从表2可见, 151B中RS103项目对水面舰船限值要求没有变化,但对水下平台设备要求则更严格,其中,针对水下平台内部设备,在30 MHz~40 GHz限值由5 V/m提高至10 V/m;针对水下平台外部设备,在10 kHz~30 MHz频段限值由5V/m提高至10 V/m,2 MHz~40 GHz频段限值要求更是从5 V/m提高至200 V/m。2.10 RS105RS105主要用于测试位受试设备暴露在瞬变电磁辐射场中的工作情况,检验受试设备承受瞬变电磁场干扰的能力,其目的在于确保受试设备在瞬变电磁场中性能不降低。151B中的主要变化在于改变施加的瞬变电磁场波形。虽然151A与151B的RS105限值要求的幅值均为50 kV,但151B的波形上升沿更为陡峭,这意味着施加的瞬变电磁场变化更加剧烈,对受试设备的要求也相应更高。

3 结 论

通过上述比较,参照GJB 151B对舰船装备的划分,表3归纳出标准变化对装备电磁兼容性要求的影响。对于舰船装备及系统,GJB 151B增加CS102和CS112两个测试项目,扩大CS101、CS114项目的测试频率范围,修改CE101、CE102、CS101、CS106、CS114、RE101、RE102、RS101、RS103和RS105项目的限值要求。总体来看,GJB 151B标准对水下装备整体上严格要求,对水面舰船装备则既有更严格要求,也有放宽之处。GJB 151B标准的变化对舰船装备的电磁兼容性设计提出新的挑战,对于推动和提高舰船装备的电磁兼容性具有重大意义。表3 GJB 151B与GJB 151A对舰船装备要求比较

 

[参考文献]

[1]中国人民解 放军总装备部. GJB 1389A-2005系统电磁兼容性要求[S]. 2005:1-2.

[2]中国人民解 放军海军. HJB 34A-2008舰船电磁兼容性要求[S]. 2007:1-2.[

3]中国人民解 放军总装备部 . GJB 151B-2013军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量[S]. 2013:12-80.

[4]国防科学技术工业委员会. GJB 151A-1997军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求[S]. 1997:4-24.

[5]陈穷.电磁兼容性工程设计手册[M].北京:国防工业出版社,1993:1096-1114.

作者简介:曹 斌(1977-),男,硕士,高级工程师。研究方向:舰船通信导航、电磁兼容性技术。蔡明娟(1977-),女,博士,高级工程师。研究方向:电磁兼容性技术。

作者/来源 | 《船舶》

来源:电磁兼容之家
电源电路电磁兼容船舶电子通信海洋电场理论控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-03-04
最近编辑:2月前
电磁兼容之家
了解更多电磁兼容相关知识和资讯...
获赞 13粉丝 80文章 1788课程 0
点赞
收藏
未登录
还没有评论

课程
培训
服务
行家

VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈