GJB 8848电磁脉冲试验方法解读

GJB 8848-2016《系统电磁环境效应试验方法》标准中规定了三种电磁脉冲（EMP）的试验方法，分别是：

· 威胁级辐照试验方法；

· PCI试验方法；

· CW辐照试验方法。

其中威胁级辐照试验是的方法，该方法是将EMP防护措施完整、技术状态完好的被试系统、分系统或设备置于EMP模拟器的工作空间内，使其正在执行真实或模拟的任务，然后用模拟器提供的EMP环境对其进行辐照，同时测量系统电磁屏障内部的感应电磁场和感应电流，监测系统、分系统或设备功能的运行情况，最后，通过测量数据和功能监测数据的综合分析，对被试系统的抗EMP性能进行评定。

PCI试验方法是在外部天线和电缆上注入威胁级传导电流来考核被试系统的抗EMP性能，但该方法属于局部试验，缺少综合效应，可以作为威胁级辐照试验的补充。

CW辐照试验方法只有在订购方同意的前提下才可以使用，因为该方法不产生非线性效应，测量结果也需要外推至威胁级电平来进行评定。

一、威胁级辐照试验方法

威胁级辐照试验的脉冲波形可以用双指数波实现近似模拟，见图1。

图1  威胁级辐照试验电磁脉冲波形

波形参数如下：

· 峰值：50kV/m；

· 上升时间：2ns-3ns；

· 半峰值脉冲宽度：23ns±5ns。

测量系统主要由瞬态脉冲发生器、平行板传输线等效装置、终端负载、电场探头、积分器、示波器等组成，图2展示了几种典型的EMP发生器。图2a）是建在开阔场地的垂直极化有界波EMP模拟器；图2b）是一种水平极化辐射波EMP模拟器；图2c）是美国海军全舰电磁脉冲模拟器，曾在90年代开展过整艘舰船的EMP试验，该模拟器仅发射天线的直径就达到61m，高度为45.7m。

图2  几种典型的EMP发生器

从图2可以看出，该试验占用的场地空间比较大，下面以垂直有界波模拟器为例，简述校验和试验方法，校验布置参见图3。

图3  垂直有界波EMP校验布置

无论EMP发生器的尺寸大小，都会在内部空间形成如图所示的长方体均匀域。其中3-4-8-9所形成的平面距离接地平面高度为10cm，1-2点的高度不宜超过对应垂直平面从地面到传输线高度的一半。在10个点中，应保证最小点的场强达到试验等级要求，其余9个点的场强超过最小点场强的值不应大于6dB，即示波器接收到的端口电压值不超过最小值的2倍。如果满足均匀域的要求，即确定了该套测试系统的可测试的均匀域空间。

进行试验时，原则上应针对6个面开展测试，除非订购方能明确确定敏感位置和方向。测试时施加3个脉冲，每次脉冲施加的间隔时间至少1min，实时观察EUT工作状态，有条件时还应关注电磁屏蔽内部的电磁场、表面电流、电缆上感应的电流或电压。

二、PCI试验方法

适合于开展PCI试验的电缆包括电源线、控制线、信号线和数据线等，目的是考核POE保护器件的性能和作用。测试波形包括双指数波形和阻尼振荡波形，见图4，其中阻尼振荡波形仅适用于通信主频在30MHz以上的线缆。

       
a) 双指数波形

       
b) 阻尼振荡波形

图4  PCI测试波形

测量系统包括：脉冲源、电流耦合装置、去耦装置、注入电流和监测电流传感器、衰减器、示波器等。根据线缆类型，选择不同的波形和注入方式，详见图5和图6。

图5  PCI线缆注入电流要求

图6  天线系统注入电流要求

线缆测试布置如图7所示，注入电流传感器位于POE端口外部15cm处，监测电流传感器位于POE端口内部15cm处，屏蔽体的接地应选择在POE附近。如果是屏蔽线缆的话，屏蔽线缆注入位置为屏蔽层-地，测试时拆除屏蔽层中间接地点或其他低阻通道，以保证屏蔽层足够长，监测残余电流是芯线上的总电流。对线缆的测试，电流电平由低到高经过3次增加到要求值；对天线端口线缆测试，电流电平由低到高经过25%、50%、75%、100%增加到要求值。试验时记录注入电流和残余电流的波形幅值，并关注受试设备的工作状态。

测试过程中，通过充电电压和电流幅值的关系来判断POE是否产生非线性效应，如果存在非线性效应，应增加测试电平值，以保证测量到残余电流的最大值。另外POE是有使用寿命的，如果超过了使用寿命的90%，应更换新器件后再开始测试。

线地电流注入试验配置

图7  非屏蔽线缆测试布置图

场地内线缆的布置参见图8，场地内线缆是指位于电磁屏障外部、用于分系统之间或分系统与电磁屏障外部任务关键设备之间的系统连接电缆，其长度小于200m，沿地面铺设（高度小于10cm）或埋地，最高架设高度小于7m，且线缆架高部分的总面积小于30m²。场地间线缆是指电磁屏障外部的线缆，用于系统与部署场地之外设备的连接。不满足长度和铺设要求的场地内线缆视为场地间线缆。

图8  场地内线缆测试布置图

天线系统的测试布置如图9所示，注入位置为天线屏蔽层-地，以及天线芯线-屏蔽层。

图9  天线系统PCI和天线相应测量配置

三、CW辐照试验方法

CW辐照试验应选择重点核心部位，辐射波可以直接照射含有POE的电磁屏障外表面，并且有利于监测场强或感应电流。测试频率范围为100kHz-500MHz，水平和垂直两种极化方式，监测设备可包括电场探头、磁场探头、电流探头、表面电流探头等。场强由订购方提出，并根据电磁屏蔽体内部实际感应的场强或电流值，外推值威胁级辐照电平。

四、系统解决方案

苏州泰思特电子科技有限公司作为国内的电磁兼容测试仪器设备生产商，在电磁脉冲领域同样提供符合GJB 1389B、GJB 8848和GJB 151C等标准的测量系统，详见下图。

                           
       水平极化电磁脉冲模拟器系列 3CHEMP-200

                           
       电磁脉冲模拟器系列 3CEMP-XXXX

                           
       脉冲电流注入试验系统 3CEMP-PCI-xxx 系列

水平极化电磁脉冲模拟器系列，可产生5kV/m - 50kV/m连续可调的脉冲场。其波形重复性好，连续10次内峰值抖动不超过10%；脉冲场原波形通过光纤传输，无须使用积分器。

电磁脉冲模拟器系列可产生100V/m - 50kV/m连续可调的脉冲场。其波形重复性好，连续10次内峰值抖动不超过10%；支持传输线、带状线、TEM、GTEM等多种导波结构，天线的最大高度可达30m以上。

脉冲电流注入试验系统可产生20A - 5kA内连续可调的电流波，波形重复性好，连续10次内峰值抖动不超过5%。