转帖：飞机电缆敷设

飞机电缆敷设

文：王天顺 刘叔伦（沉阳飞机设计研究所） （建设部沉阳煤气热力研究设计院）

摘要：在飞机上，电线电缆的合理敷设是减小设备间电磁耦合的有效措施。本文分析了扭绞线、屏蔽
线和同轴电缆的抗干扰特性，介绍了电线电缆的分类，以及各类线间的最小间距。最后，讨论了电缆屏蔽层的接地方式对电磁耦合的影响。

关键词：屏蔽线；同轴电缆；最小间距；接地方式

干扰源产生的电磁发射必须通过耦合通道才能到达敏感设备。飞机上的连接电缆是传输有用信号的重要途径，同时，干扰信号也通过各种耦合进入系统或分系统中的连接电缆。大多数线间的电磁耦合发生在同一线束的电线、电缆之间。当与电缆两端相接的电路工作于低阻抗时，低频 磁场引起的干扰是十分明显的。低频磁场耦合实际上是一种互阻抗耦合，耦合阻抗主要是两电路之间的互电感。其耦合量与干扰信号频率、电缆间距、耦合长度、电路阻抗及屏蔽线屏蔽层的接地方式有关。和电感耦合一样，电容耦合也可看做是互阻抗耦合，不过，耦合阻抗是两电缆之间的互电容。当然，增大电缆间的距离是减小电容耦合的一种方法。对于低阻抗电路，电容性耦合作用较小，电感性耦合是主要的。对于高阻抗电路，电容性耦合是主要的干扰方式。飞机上的电磁干扰，很大一部分是由于布线不当造成的，因此，布线设计要尽可能降低电磁耦合，使敏感线远离干扰源，并利用现有的结构进行隔离。

电缆抗干扰特性分析
扭绞线抗干扰特性
扭绞是电线交叉的一种形式，不论是信号线，还是电源线，仅与它的回线扭绞时才有作用。常 用的扭绞线以两芯或三芯的形式出现。在飞机上，经常采用扭绞所具有的平衡结构来控制电缆敷设引起的电磁干扰信号的感性耦合。如图!所描述的那样，当用扭绞线来连接电磁干扰源及负载时，因连接导线扭绞，使得邻近小环路产生的磁场方向相反，大小相等。对扭绞线外的某一点! 来说，各小环路产生的干扰磁场在该点彼此抵消，使得电磁干扰信号对该点的影响大大削弱，达到控制电磁干扰源和负载连接电缆对邻近敏感设备的干扰。

扭绞线抗干扰特性分析 当扭绞线用在电磁干扰信号的敏感电路时，由于相邻小环路感应生成的电磁干扰信号大小相等，方向相反，互相抵消，实现对电磁干扰信号的抑制。分析和实测证明，单位长度导线扭绞次数越多，对电磁干扰信号的抑制越佳。绞线对差模耦合的衰减量" 由式（!）计算，但最大不超过 

屏蔽线抗干扰特性
电缆间的耦合主要是近场耦合，电缆屏蔽是减小耦合的一种有效的办法。对于感性耦合，屏蔽的机理主要是依靠高导磁材料所具有的小磁阻起磁分路作用，也就是由屏蔽体为磁场提供一条低磁阻通路，使屏蔽层内部空间的磁场大大减小。因此，可用高导磁材料把干扰源散发的磁通与感应回路隔离开来。当然，用高导电材料也能把一部分通向感应回路的交链磁通反射掉。对于容性耦合，把电缆中的任一根电线进行屏蔽，都可以减小电线间的耦合电容，并可以增大旁路电容。金属编织套一般用高导电材料制作，它具有柔软、质量轻等优点，在工程上得到广泛的应用。对辐射场来说，编织材料的屏蔽机理是电磁波入射到金属网上，由于阻抗的突变，一部分能量被反射回来。它的屏蔽效能随编织密度的增加而提高。金属编织套对差模干扰的衰减量与接地方式、电缆长度和频率有关，最多不超过 1FK5H*KF

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编织套提供差模干扰衰减量

同轴电缆抗干扰特性 同轴电缆是非平衡电线，它具有较均匀的特性阻抗和较低的损耗，广泛用于高频信号的传输。其差模干扰可分成两部分：一是场对电缆的干扰，使电缆表层产生干扰电流；二是由于电缆的转移阻抗使表面电流转换为差模电压，作用在放大器或逻辑电路的输入端。经过这一过程使外界的干扰电平得到很大的衰减。通过差模耦合公式，就可以把外界的干扰场强转化为终 端电压。 {4FiS[8p

为同轴电缆转移阻抗，其值可从

图-7 几种同轴电缆的转移阻抗 

图- 列出了几种常见的同轴电缆的转移阻抗 值，当频率低于!## 856 时，转移阻抗值正比于电缆的表层电阻。超过!# 456 时，转移阻抗值正比于电缆的隔离层的互感，介于这两个频率之间是电缆转移阻抗的暂态区。在这个区域内，单屏蔽层电缆的转移阻抗平稳上升，双屏蔽层电缆的 转移阻抗，由于集肤效应而下降。
下面举例说明同轴电缆差模耦合公式的应用。
例：试计算一根长的同轴电缆在频率，电场强度为.(电磁环境中，其接收端的差模干扰电压。
解：因为，所以用式计算接收端的差模干扰耦合量。所以，接收端产生的差模干扰电压为

电线电缆的选择与布线原则 

一次电源线（类） 
该类线是电源与电气负载之间的布线，包括单相或三相交流电源线. 交流电源线和. 直流电源线。这里所说的电气负载是指交流电动机、加热器、一般照明系统继电器，以及其他电磁线圈操作的装置。某些电 子设备，如果装有电源变压器而与电源线路相隔离时，也作为电气设备考虑。该类线一般不屏蔽，和它自身的回线采取扭绞，以便降低磁场耦合，!类线和其他各类的最小间距为。
二次电源线（类）
电线是电子、仪表负载与电源之间的布线，包括向电子、仪表负载供电的07 . 交流电源 线和2& . 直流电源线。如无线电设备、机内通话器、自动驾驶仪、计算机告警、防滑系统、自动扰流器等，传输1 =. 以内的二次直流电压的电线也属于此类。该类线一般不屏蔽，和它自身的回线采取扭绞，以便使辐射或感应磁场的耦合降到最低，但如果对射频敏感的放大器供电线，则需要屏蔽。"类线的敷设除与!类外，与其他各类 的最小间距为3/ 1 

控制线（类）
#类线是指连接到短时间工作的设备或部件的电线，其工作时产生不希望有的瞬态干扰，而自身又不受瞬态干扰的影响，如继电器线圈和螺线管的电线。#类线除与!类和"类隔离!1 <"外，与其他各类的最小间距为3/ 1 <"。!# & 低电平敏感线（$类） w)(B(i_B'
$类线是指敏感设备所使用的电线电缆，例如模拟信号电路、音频和视频电路、灵敏度控制电路、音量控制电路、低电平数字输入电路、低电平解调电路，以及同步信号电路和含桥式电路的设备。该类线需要屏蔽，其目的是防御外部电磁场的干扰和内部电磁场的辐射。该类线的敷设除与!类外，与其他各类的最小间距为3/ 1 <"。!# ’ 隔离线（%类）
%类线是指天线同轴电缆和飞行功能部件电线，它用来传输设备与天线之间的功能信号，或者作为连接飞行所必需的特殊电气功能部件的电线。如主电源馈出线，与无线电和雷达设备相连接的所有传输线、波导及同轴电缆，电引爆装置，火警、燃油、液压氧气系统等电线。 u WN!`$T
总之，除同轴电缆外，属于该类的线路，是对外界电磁环境敏感的电线电缆。该类线不能与其他类，甚至同类的电缆组合。该类线的组合仅在屏蔽效能足以提供兼容的情况下，天线同轴电缆才可以组合。一般来说，接收机的电缆可以组合，发射机的电缆也可以组合，作为接收和发射两用的电缆不能组合。%类线应采用既屏蔽又扭绞的电缆，该类线与!、#类的最小间距为!1 <"，与其他各类为3/ 1 <"。主电源输出馈线不屏蔽、不扭绞，它与各类电线间距为0* <"。!# ( 系统布线（&类）在密集布线区，为了便于单独系统的安装，特制定系统布线。该类线束是由"类和$类电线组成，主电源控制与调节电线也属于此类。一个系统&类线束不能与另一系统的&类线束组合。该类线束的敷设，除与!类外，与其他各类的最小间距为3/ 1 <"，但主电源控制与调节布线与各类电线间距为!1 <"。%电线电缆安装要求 飞机上各类电线之间应保持最小间距，但是 在特定的场合，由于空间的限制，会出现不得不偏离规定布线的最佳距离。当然，这些偏离要限制在一定的范围内，以满足电磁兼容性要求。
下面给出电线电缆的安装要求：

（!）在条件许可的情况下，电线电缆在机身横截面内的敷设如图; 所示，但是实施起来有困难的区域也应做到电线电缆在进入壁板减轻孔之前保持最小间距，穿过减轻孔后尽快分开。通过减轻孔时，一次电源线、二次电源线不要直接与低电平敏感线和隔离线捆扎在一起，应通过邻近·0&· 飞机设计第2 期2**0 年7月的孔敷设。 
图!" 机身横截面内导线敷设示意图 
（#） 在同一连接器上，最好采用同类的电线，尤其是隔离线、敏感线不应和电源线、控制线共用一连接器。电线进入连接器之前或者离开连接器之后要按规定类别分开，对于布线稠密区域可放宽到离连接器$% & ’ 处分开。（(）应选用足够多插针的连接器，这样就不会把不同类别的电线紧靠在一起通过连接器。如果把一次电源线、二次电源线与控制线经连接器后分开，就允许这两类线共用同一连接器。（!）要把信号线和它的回线安置在相邻的插针上，但不允许输入信号线与输出信号线捆扎在一起。
（)）不同类别线束的卡箍最好不要用同一螺钉固定，尤其是交流供电线和其他电缆、高电平控制线和低电平敏感线的卡箍要分开固定。 接地要求对接地螺栓的要求接地螺栓是用来把电气线路连接到公共结构 上，以便形成主发电机的回路。接地螺栓应固定到基本结构上，如果固定到基本结构有困难，则可安装在辅助结构上。用来固定接地螺栓的基本结构必须是没有阳极化层、没有油漆的金属结构，但镁合金材料不能用来固定接地螺栓。不同类的电线不能接同一螺栓，各种类型的电源也不能共用同一接地螺栓，交流**) +、交流(, +、直流#- + 电源线要分别接在各自的螺栓上。允许用作电气接地回路的结构如下：
（*）机身包括：大梁、加强筋、主长桁、加强框、铆接或螺栓联接到基本结构的整体壁板。（#）机翼区域包括：机翼大梁、机翼油箱框、整体框、肋、铣切的机翼蒙皮。 （(）尾翼区域包括：大梁、肋、承载结构。（!）用较少的铆钉或螺栓固定到基本结构上，作为负载接地回路时，其与基本结构的搭接 电阻值不能大于。但是在易燃易爆的危险区，在接地故障或电机启动电流特别大的情况下，要防止大电流流经搭接点时，引起局部灼热使易燃易爆物着火。
 对接地汇流条的要求接地汇流条是指构成到主发电机中线或到辅助发电机接地回路的许多接地螺栓的公共集合处，作为电源回线的金属板的截面要比连接在其上所有电线的总截面要大。接地汇流条要用长宽比小于) 的金属编织线固定在基本结构上，接地 汇流条与基本结构的接触面要能通过#$$. 的接 到汇流条上的全部负载电流。为了避免电流在接 地汇流条上形成环流，每块接地汇流条上接线柱 的数目不能太多。一个接地汇流条也不能接来自 一台以上主发电机电源的电线。一个接地汇流条 可以接来自单台主发电机的#、$类线，也可以接来自单台主发电机的%、&类线。 " % 对接地线的要求 要求接地线具有小的电阻和电感，并且要 短、粗或离开地面要低。改变接地线的截面形 状，可改变它的射频阻抗。 在截面积相等的条件下，矩形截面的接地线 又称扁线，它的射频阻抗值比圆形的要低，而 且，扁线的电感也小，所以，它是较好的高频接 地线，在低频电路中也同样适用。这就是设备地 线为什么要采用扁铜带的原因所在。 接地线长度必须小于! ! !，因为，当接地线长 度接近于! ! ! 时，它就像一根终端短路的传输 线，而不能起着“地”的作用。但小到多少则还 要看通过该接地线的电流大小，以及允许在每一接地线上产生多大的电压降。如果电路对该电压降很敏感，则接地线长度应不超过$% $) ! 或更 小。如果电路只是一般的敏感，接地线可长到

电缆屏蔽层的接地方式
低频电缆屏蔽层的接地单点接地电路
屏蔽电缆抑制干扰的能力除与屏蔽层本身的质量有关外，还与屏蔽层的接地方式密切相关即使同一种电缆，由于传输信号的频率不同，屏蔽层也应用不同的方法接地。飞机上有成千上万根电缆，其中大多数是低频电缆。当电路只有一个接地点时，用于传输低于!"" #$% 低频信号的电缆屏蔽层应当只在一点接地。如果屏蔽层有一个以上的接地点，则在电缆屏蔽层上将有噪声电流流动。这样，对于屏蔽线来说，屏蔽层中的电流通过电感性耦合产生的不均匀电压，将进入信号电缆而成为干扰源。所以，其接地点应按设备的接地状况，既可选在信号源端，也可选在负载端。但无论哪种情况，都要使通过屏蔽层的电流与内导体的电流大小相等，方向相反。这样，在屏蔽层外围相互抵消，起到了对磁场干扰的衰减作用［&］（如图’ 所示）。
（(）信号源端接地) 

负载端接地
图’ 单点接地电路电流皆经屏蔽层返回在信号源接地负载不接地的电路中，由于屏蔽层只有一个接地点，因此，输入引线和屏蔽层之间的电容将提供噪声耦合通道，电缆屏蔽间的电容也将提供噪声耦合通道。如果屏蔽层的接地点通过负载接地，那么，屏蔽层中的噪声电流流入信号引线中的一根，这个噪声电流在信号引线阻抗上产生一个与信号串联的噪声电压。如果将接地点选在信号源的共同参考点上，无论噪声电压源的数值是多少，都不产生噪声电压。这是理想的连接方式，是电缆屏蔽层最佳接地点当然，对于信号源不接地，负载接地的电路，应将屏蔽层直接接到负载的共同参考点上。对于敏感电路，屏蔽的目的是防止外界的干扰信号通过电缆引入，在这种情况下，接地端应在负载端。对于只产生干扰而本身不易敏感的电路，接地点应选在信号源端。对于屏蔽线来说，若将屏蔽层的接地点接在信号的接地点上，这样，干扰电流只在屏蔽层上流动而不会流入内部导线内，这种电路就有很高的抗磁场干扰能力。 两点接地电路值得注意的是，飞机上的组件、设备的壳体通常都是接地的。在信号源和负载都接地的情况下，连接这两个组件的电缆屏蔽层的接地应如何处理？如果将电缆上的金属编织套一端接地，那么电缆外边的电场将大大地减弱。由于大多数金属编织套是非磁性材料所制造，因此对磁场无多大影响。在这种情况下，屏蔽层对磁场干扰的抑制绝不是屏蔽体的磁性质所引起，而是因为屏蔽层上的返回电流产生一相对的磁场抵消掉原电线产生的磁场。对于信号源和负载都接地的电路如果实施两端接地，就能解决这个问题。两点接地电路中屏蔽体与接地面的分流如图- 所示，式
（.）表达了地电流与中心导体上电流的关系。

式可以看出，当信号频率高出屏蔽层截止频率’ 倍以上时，屏蔽层上的电流与中心导体上的电流几乎相同，电流由% 点经屏蔽层返回到& 点而不经接地面。这样，屏蔽层上的电流所产生的磁场与原磁场相抵消。试验表明，无论是单根屏蔽线，还是屏蔽双绞线，只要屏蔽层两点接地，在’" #$% 可达到,’ 1 &" 23 的衰减。低频时，虽然地电流一部分流经接地面返回而构成接地环，由于屏蔽层是低阻抗的，因此也能分流一些磁感应的接地环电流，仍能提供附加的磁干扰衰减。不过屏蔽层对磁场的屏蔽作用有所降低。
（(）实体图)

等效电路图- 两点接地电路中屏蔽体与接地面的分流 高频电缆屏蔽层的接地当工作频率高于! 4$% 或电缆长度超过波长的! 5 ," 时，必须采用多点接地的方式，以保证其接地的实际效果。高频电路可能引发线路的杂散电容而形成接地环路，这个问题单点接地无法解决，只有多点接地才能解决杂散电容的问题。
对于较长的电缆，一般要求! 5 !" 的波长做一次接地。干扰能量较集中的频率是电源频率或其前几个谐波频率。由于干扰频率与工作频率相差很远，不同接地点间的电位差不会引起干扰电平耦合到正常的电路中去。对于高频干扰，由于集肤效应，使信号电流沿同轴电缆芯线的外表面
记录系统的运行情况，全面跟踪系统的工作状态，加上其良好的人机界面，使得以往至少要两年时间才能完成的试验，!" 个月就完成了，而且，测试的细致、准确程度也大幅度提高，试验周期明显缩减，在实践中充分证明了这种新型总线测试思路的可行性和工程价值。相信不远的将来，会有更多的航电系统采用这种构型的总线测试系统进行测试。

流动，返回电流则集中在同轴电缆屏蔽层的内表面流动。至于干扰所产生的噪声电流，只在屏蔽层外表面通过，所以屏蔽层通常采用多点接地，以保证其外表面有最低的地电位。多点接地还能保证屏蔽层所用的地线能够分别接至相应的接地 点，以降低地线阻抗。 双层屏蔽的接地对于双层屏蔽的传输线，内层屏蔽采用单点接地，外层屏蔽多点接地。这样，接地点之间的 地阻抗值不会太高，对外界的高频磁场的干扰有较好的屏蔽作用。虽然外屏蔽层上有干扰电流，外层屏蔽上的电位对内屏蔽层也将形成电位差。但由于内层屏蔽是单点接地，不会形成干扰电流。这样，便保证里面的传输线不受任何外界电 磁场的干扰。

结束语
电缆敷设是影响飞机系统电磁兼容性的一个重要因素，飞机上很多干扰都与电缆敷设有关。
电缆敷设应由总体设计师与各分系统设计师协调，确定连接彼此分开的各个分系统电缆的长度，确定走线方式。电缆屏蔽层的接地十分重要，一定要根据实际电路，选择最佳接地点。
飞机电线、电缆电磁兼容性分类及布线要求是否错位、松动；导线是否断线，线路上的元器件是否烧焦，以及其他可观察到的不正常现象；并确定电源工作是否正常。
（*）器件代换

当确定无短路现象的情况下，又无法确定是接口板故障，还是重现机故障时，可进行器件代换，用其他接口板代换工作，以确定故障是否发生在接口板上。

（(）信号测绘在确定故障发生在接口板上时，用示波器或万用表等进行信号测绘。测绘时先不通电，测量各元器件对地及对电源端的电阻，然后，通电测量有关输入输出的静态电位和中间环节的电位，比较故障板与良好板之间的不同点；确定故障现象测量时，要防止短路和碰撞无关元器件。（’）分析判断在了解和掌握接口板的工作机理和故障树的基础上，深入分析故障现象，判定故障发生的可能部位及单元电路，拟定步骤和方法，彻底排除故障。

结论
本文对某型飞机的飞参接口板工作机理进行了分析，给出了详细的故障树和排除方法，为飞参地面站人员排除飞参疑难故障提供依据，同时，也为某型飞参地面站的国产化提供参

浏览，我没有打算给飞机布线。