EMC測試光導(dǎo)傳輸設(shè)備的設(shè)計
依據(jù)項目要求,研制一種用于測試飛機內(nèi)部電磁環(huán)境相關(guān)信號和電源線上產(chǎn)生的干擾發(fā)射電平電磁輻射的設(shè)備。低頻模擬信號光傳輸設(shè)備采用光電轉(zhuǎn)換技術(shù),加上相應(yīng)的控制邏輯,與頻譜分析儀結(jié)合使用,可精確測定飛機內(nèi)部真實的電磁模擬信號。
1 EMC測試光導(dǎo)傳輸設(shè)備的設(shè)計
飛機內(nèi)部有許多輻射源,會在相關(guān)信號線和電源線上產(chǎn)生干擾發(fā)射電平,為確保飛機內(nèi)部各機載設(shè)備之間能互不干擾地正常工作,在設(shè)計EMC測試光傳輸設(shè)備時,不僅需要采用高精度的A/D芯片以精確測試出其電磁信號,用于評估飛機電子系統(tǒng)、內(nèi)部設(shè)備及互連電纜對電磁輻射的承受能力,還要保證被測的電磁信號在傳輸?shù)筋l譜分析儀的過程中不被飛機內(nèi)部電磁環(huán)境所干擾,所以需要把采集到的電磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘栠M行傳輸,通過使用光纖傳輸,以完全避免電磁輻射信號的干擾,確保被測電磁信號的準(zhǔn)確性,并提高設(shè)備的可靠性。
2 設(shè)備的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)框圖
EMC測試低頻光導(dǎo)傳輸設(shè)備由光發(fā)送單元和光接收單元組成。光發(fā)送單元由背板、控制板(包括電源單元、測試信號發(fā)生器單元及控制電路單元)、 1OMHz通道發(fā)送板(2通道)以及1MHz通道發(fā)送板(6通道)組成;光接收單元由背板(包括電源單元、IEEE488接口單元)、10MHz通道接收板(2通道)以及1MHz通道接收板(6通道)組成。如圖1所示。
3 EMC測試低頻模擬信號光傳輸設(shè)備的實現(xiàn)
3.1 1 MHz模擬光通道設(shè)計
EMC測試低頻光導(dǎo)傳輸設(shè)備1MHz模擬光通道包含6個低頻模擬信號光傳輸通道,6個低頻傳輸通道的信號頻帶為100Hz~1MHz,采用1550nm單縱模DFB激光器和AM直接強度調(diào)制技術(shù),通過6芯單模光纖傳輸,原理框圖如圖2、圖3所示。
其原理是將100Hz~1MHz的低頻模擬信號直接調(diào)制在高性能激光器上,調(diào)制成光強隨信號幅度變化的激光,通過光纖進行長距離傳輸;接收端通過PIN光電探測器檢測和寬帶低失真運放的放大,將光信號還原為電信號。這種模擬光傳輸方式通過對器件的優(yōu)選保證設(shè)備具有較高的信噪比和較低的失真度。
3.2 1 OMHz模擬光通道設(shè)計
2路10MHz模擬光傳輸通道的信號頻帶為DC~10MHz,采用模數(shù)一數(shù)模的全數(shù)字調(diào)制方式,在單芯單模光纖中以1 3 1 Onm波長激光傳輸。發(fā)送時對2個模擬傳輸通道高速采樣,進行A/D轉(zhuǎn)換,通過光電轉(zhuǎn)換電路,再復(fù)用到一根光纖上傳輸;反之,接收時,首先對從光纖上來的高速數(shù)字信號解復(fù)用成數(shù)字信號,進行D/A轉(zhuǎn)換,還原成模擬信號。圖4和圖5為10MHz通道的原理框圖。由于10 MHz通道的傳輸信號頻率已經(jīng)比較高,為保證信號質(zhì)量,本方案的2個10 MHz通道均采用8位A/D、D/A轉(zhuǎn)換器,采樣速率為6O MHz,理論上10 MHz通道的信噪比SNR≈(6.02N+1.76)dB,可達48dB(用戶要求為36dB)。
3.3 控制電路設(shè)計
根據(jù)設(shè)備功能的要求,EMC測試低頻模擬信號光導(dǎo)傳輸設(shè)備的光接收機提供IEEE-488接口,EMC站主控系統(tǒng)通過IEEE-488接口對 EMC測試低頻模擬信號光傳輸設(shè)備發(fā)控制命令,光接收機則通過專用控制光纖將控制命令傳至發(fā)送端(位于測試現(xiàn)場)。綜合上述要求,設(shè)計EMC測試低頻模擬信號光傳輸設(shè)備的發(fā)送端和接收端之間一共需要三根光纖,分別用于傳輸10MHz信號(已經(jīng)數(shù)字化并2路復(fù)用一根光纖)、1MHz信號(已經(jīng)數(shù)字化并6路復(fù)用一根光纖)及控制信號(本設(shè)備的控制信號為R8232數(shù)據(jù))。
3.4 抗干擾設(shè)計
EMC測試低頻模擬信號光導(dǎo)傳輸設(shè)備為了精確測定飛機內(nèi)部真實的電磁輻射信號,所以提高設(shè)備的抗電磁干擾能力尤為重要,為此,主要考慮以下方面:光發(fā)送部分和光接收部分的機箱內(nèi)要四周密封,內(nèi)部采用金屬隔離物以避免電磁干擾。發(fā)送端的AM激光器和接收端的PIN光電探測器也通過金屬圍欄與控制電路相隔離,通過內(nèi)部隔板的電氣連線都經(jīng)濾波電容過濾。在電源抗干擾方面必須把數(shù)字電源和模擬電源分開,避免數(shù)字信號干擾模擬信號。同時,優(yōu)異的去耦和出色的濾波也是降低噪聲的有效途徑,常用的做法是在電源輸入和輸出管腳加去耦電容和旁路電容,去耦電容使電源模塊去除交流成分后的直流,使得瞬態(tài)電流可以回流到地;旁路電容能消除高頻輻射噪聲和抑制高頻干擾。
4 結(jié)語
本文采用光強直接調(diào)制和光電轉(zhuǎn)換技術(shù),同時結(jié)合頻譜分析儀實現(xiàn)了對飛機內(nèi)部低頻電磁輻射信號的準(zhǔn)確測試,其技術(shù)實用而且可靠,通過實踐檢驗,該設(shè)備不僅可用于對飛機內(nèi)部的電磁測試,還可以用到其他的電磁環(huán)境測量中,應(yīng)用前景廣泛。