坦克装甲车辆电磁屏蔽的方舱系统

1.目的与意义

20世纪90年代以来，有3场战争十分引人注目，这就是美军主导的海湾战争、科索沃战争和阿富汗战争。这3场局部战争充分展示了高技术条件下现代战争的基本特点和发展趋势。在未来信息化战争中战场电磁环境将极为复杂，如果不能正确采取应对措施，势必导致战场感知迷茫、指挥协同紊乱、用品装备性能下降，从而影响作战进程甚至导致战争成败。

众所周知，任何电子设备都要在一定的电磁环境下才能正常工作。实验证明，在电磁辐射超过其阈值时，该电子设备将失去功能。战时，各种电子设备将处于十分恶劣的电磁环境中，一旦其屏蔽和加固条件受到破坏，就将面临严重后果，就电子设备的防护现状来说，越是数字化、信息化程度高的基础设备越容易受到攻击。

在未来信息化条件下作战，对待复杂电磁环境，既不能等闲视之，也不能盲目躲避，只有准确把握其本质特征，科学分析其对信息作战的影响，才能抢占未来战争的制高点。电磁屏蔽在现代战争中有很重要的意义，以海湾战争为例，以美国为首的多国部队利用电磁干扰技术在伊拉克上空发射了功率强大的电磁波，对其进行电磁干扰，致使伊拉克全国通信中断、雷达失盲、武器失灵、指挥瘫痪，而多国部队则成功地利用了电磁屏蔽方舱的屏蔽性能，保护了其指挥系统，仅3个星期这场战争就以伊拉克的失败而告终。

近年来，电磁屏蔽方舱以其良好的防护能力、密封性能、运输灵活性等优势而广泛地应用于武器系统、直呼中心、技术勤务以及野战医疗等方面，而电磁屏蔽又为方舱顺利完成任务提供了保障，所以增加和提高方舱的电磁屏蔽性能是很有必要的。

对军用电磁屏蔽方舱的屏蔽效能进行测试是对电磁屏蔽方舱的电磁屏蔽设计、生产工艺和方法的检验手段。测试系统良好的动态范围的各种因数，优化测试系统仪器的配置，以提高电磁屏蔽效能测试系统的动态范围和准确性，为军用电磁屏蔽方舱屏蔽效能测试提供了有力的保证，并提出了电磁屏蔽方舱安装了各种电子设备后，内部空间发生变化，空间尺寸限制等情况下，不符合标准测试条件时，对整舱电磁屏蔽效能的一种测试和评价方法。

电磁屏蔽方舱作为机动式指挥系统的车载运行环境，必须具有电磁屏蔽性能，而对电磁屏蔽方舱的电磁屏蔽设计、生产工艺和方法的检验手段就是对军用电磁屏蔽方舱的屏蔽效能进行测试。对军用电磁屏蔽方舱进行电磁屏蔽效能测试，可以分为诊断测试和达标测试。诊断测试是为了查明方舱存在电磁泄漏的原因和部位，及时采取修正措施，从而改善和提高电磁屏蔽效能；达标测试是根据相应的电磁屏蔽效能标准和规范规定的方法，对其进行测试，评估其是否满足标准的要求。为了提高电磁屏蔽方舱屏蔽效能测试系统的测试适用范围，以保证测试结果的准确性，国内外对屏蔽效能测试系统的动态范围及其影响因素进行了研究，并取得了一定的成果。从20世纪50年代末期，美国就开始使用MIL-STD-285标准对屏蔽部件的屏蔽效能进行测试，这个标准最初是作为军用标准的，随着技术的不断发展与变化，由最初单纯用于军事转变为着重于民用、商用。1995年我国电子工业部批准了SJ 20524—1995《材料屏蔽效能的测量方法》标准，即同轴线法。

我国对电磁屏蔽方舱的测试大多都依据GB/T 12190—2006《电磁屏蔽室屏蔽效能的测量方法》以及GJB 6785—2009《军用电子设备方舱屏蔽效能测试方法》标准，这些标准对测试条件及测试距离进行了严格的规定，但在实际的测试任务中，有时候由于在舱内安装了机柜、设备等，舱内空间受限，不能满足标准的要求，对于这一种情况的测试和评价，目前还没有标准对测试方法进行规定。

2.方舱的电磁屏蔽

1）基本特点

随着未来战争的发展和武器装备的现代化，如何提高地面武器系统以及重要军事目标的生存能力，已经成为一个十分重要的问题。就地面军事目标而言，它不仅面临来自空中的立体化、多手段、高性能的现代侦察设施的搜索，还受到地面的可见光、近红外、热红外、毫米波等侦察制导系统的威胁。特别是现代无线电技术和雷达探测系统的迅猛发展，极大地推动了战争防御系统的搜索、跟踪目标的能力。军用电子设备的电磁辐射有可能成为敌方侦察的线索，因而传统的伪装（可见光与红外伪装）已不能适应未来战争的发展。为了消除或降低车载电子系统的电磁干扰、减少阵地的电磁泄漏，提高通信指挥系统在未来战争中的抗电磁干扰和生存能力，对电磁屏蔽方舱的屏蔽进行研究，提高电磁屏蔽方舱的电磁屏蔽效能意义重大。

方舱作为一种移动箱式工作间，具有一定的强度、刚度和使用寿命，并以其良好的防护能力、密封性能、运输灵活性，近几十年来被广泛应用于武器系统、指挥中心、技术勤务、野战医疗、移动电站、雷达方舱以及移动变电所等方面。海湾战争以来，方舱的又一种性能——电磁屏蔽性能受到高度重视。随着微波技术的发展，电子侦察、电子对抗等技术水平的不断提高，现代战争对装载电磁作战功能设备的方舱提出了越来越高的电磁屏蔽要求。

电磁屏蔽方舱就是活动的电磁屏蔽室，它既具有一般军用方舱所要求的各种性能，又具备电磁屏蔽室所要求的电磁屏蔽性能，是两者有机结合形成的一种新的军用装备平台。电磁屏蔽方舱愈来愈成为保证武器装备战斗力和生存能力的重要手段。

GJB 6109—2007《军用方舱通用规范》将方舱的电磁屏蔽要求分为三级，如表6-2所示。

表6-2　GJB 6109—2007中规定的方舱电磁屏蔽效能

国内电磁屏蔽方舱领域的研究起步较晚，科研力量较为薄弱，方舱设计主要依靠仿制和经验设计，缺乏必要的理论指导与技术创新。目前国内方舱生产厂家所能达到的技术水平与工程需求之间还存在着相当大的差距。生产出的方舱存在问题较多，经常需要对生产完成后的方舱进行检测并调整返修。

2）电磁屏蔽基本原理

电磁屏蔽利用金属屏蔽体屏蔽外部环境的电磁能量对内部设备的辐射，同时也以相同的屏蔽量屏蔽内部设备产生的电磁能量向外部环境的泄漏。理论和实践研究表明，不管是简单装置还是复杂系统，任何一个电磁干扰的发生都必须具备三个基本要素：干扰源，传播能量的途径，对干扰源敏感的受试设备。传播途径一般又分为两种方式，即传导耦合和辐射耦合。在方舱舱体设计过程中，主要是控制辐射耦合。电磁屏蔽一般分为两种类型：一类是静电屏蔽，主要用于防止静电场和恒定磁场的影响；另一类是非静电屏蔽，主要用于防止交变的电场、磁场及电磁场的影响。方舱舱体屏蔽属于后一种类型。

电场屏蔽的实质是用接地良好的金属屏蔽体将干扰源或者受试设备“包封”起来，从而阻断干扰源到敏感接收器之间的电场传播路径。根据这一原理，进行电场屏蔽设计时应注意以下几点：一是屏蔽方舱舱体的材料尽量选用良导体，如铜、铝、银等材料；二是屏蔽方舱舱体必须接地良好；三是屏蔽体尽量减少开孔数量和减小开孔面积。

磁场屏蔽有低频磁屏蔽和高频磁屏蔽之分。

（1）低频磁屏蔽。低频磁屏蔽利用高导磁的材料（如铁、镍铁合金、坡莫合金等）构成磁力线的低磁阻通路，均匀磁场的磁力线大部分沿屏蔽体通过，穿入屏蔽体内腔的磁力线很少。屏蔽体的磁导率越高，屏蔽材料越厚，屏蔽性能越好。

（2）高频磁屏蔽。高频磁屏蔽是利用屏蔽体的涡流作用来进行屏蔽。涡流作用是当交变电磁场通过金属表面或由金属材料所包围的孔洞时，金属材料会因感应电势形成涡流，该涡流所产生的磁场恰好与原来的磁场的方向相反，即涡流的磁场可以抵消部分原磁场，从而起到屏蔽作用。金属材料的导电率越高，产生的涡流越大，屏蔽性能越好。

根据以上磁场磁屏蔽原理，在方舱舱体屏蔽设计时应处理好以下几个问题：一是低频磁场屏蔽相对较难，要使用钢板这样磁导率高的材料，并且要厚；二是高频时铁磁材料的磁导率降低，并且涡流是屏蔽的关键，因此这时选用如铜、铝等高导电率的材料较合适；三是屏蔽磁场尽量使用整体构件，如果需要连接，尽量采用连续焊接的办法。

电磁场屏蔽是利用金属界面上的反射和金属层内的吸收来抑制电磁波辐射干扰，它主要用于高频，屏蔽方舱舱体要选用良导体制作。

3）国外研究现状

方舱是在20世纪50年代初由美军首先研制发展的，目的是解决军用地面电子设备在运输及使用中所遇到的问题。即采用散装件装载，运输过程中易丢失损坏，到达指定位置，设备的组装调试要很长时间；临时构筑物如帐篷或活动房屋等，不能提供良好的工作环境，影响设备的可靠性。

美军从20世纪50年代，其陆、海、空军和海军陆战队以及国防部所属的其他机构，纷纷投入人力、物力、财力，根据各自的要求研制、生产和装备方舱，经历了一段时间的无序化、离散化的发展状况。为了改变方舱技术发展和采购管理的混乱状况，美军于1975年成立了战术方舱联合委员会，开始美军方舱的统型工作，并建立和逐步完善硬壁标准战术方舱系列并发布实施标准规范。这些标准基本上都是ASTM（美国材料与试验协会）标准，经美国国防部批准后发布实施。主要或典型的美军方舱标准如ASTM E1925—01《硬壁可移动结构的工程和设计准则》，该标准是美军方舱的核心标准，其应用价值类同于我国GJB 6109—2007《军用方舱通用规范》、GJB 870—1990《军用电子设备方舱通用规范》、GJB 1126—1991《CAF40PD方舱规范》。

在20世纪50年代末至20世纪60年代期间，美军先后发展了集中轻型通用的电子设备方舱，如S-138、S-141、S-250、S-280等。S-280方舱是美军使用数量最多的方舱之一。

西欧各国从20世纪60年代开始发展自己的方舱，并首先应用在军用电子设备上。通过实际应用，方舱装载体制的优越性进一步为人们所认识和肯定。因此，在从20世纪60年代末至20世纪80年代初的装备更新中，方舱在西欧得到了更大的发展和广泛应用。如北约（北大西洋公约组织）为了解决方舱运输的通用性，专门制定了北约方舱尺寸系列；联邦德国则结合第二代军用越野汽车的研制及换装，专门研制了适用于二代车的总质量为2 t及5 t的两个方舱系列。为了推动方舱的发展及保证产品质量，北约还专门制定了方舱的军用标准。

纵观方舱发展史，可以概括如下：20世纪50年代开始研制，20世纪60年代发展壮大，20世纪70年代横向发展，20世纪80年代广泛应用。目前，方舱已广泛用于指挥控制、电子、侦查、军械及装备维修、备件、医院、炊事、生活等各个领域。

电磁屏蔽方舱的发展要从海湾战争说起，电子战贯穿于这场战争的始终。在多国部队发起攻击前23 h，就使用了上百架通信电子战飞机和地面通信干扰站发射强功率的噪声干扰，在伊拉克上空造成了复杂、强烈、恶劣的电磁环境，扰乱和瘫痪了伊军防控系统。由此可见，在现代化的战争中，电子战已全面展开，成为战争中的软杀伤武器。因此，当代防空作战已面临着复杂的电磁环境。(www.xing528.com)

鉴于以上情况，目前美、英、法、德、意等许多国家都在积极地发展电磁屏蔽方舱，以便在未来战争的复杂电磁环境中保护电子、电气设备不受电磁的干扰破坏。就目前来看，采用的主要防护措施是使整个壳体保持完整的电连续性，其次是采取滤波和接地等措施。不少国家在这方面已达到很高的水平。

英国Marconi生产的屏蔽方舱对10 kHz的磁场可衰减60 dB，1 MHz的电磁场可衰减100 dB以上，对高空核爆炸的电磁脉冲可衰减100 dB。此公司研制的Isolator方舱，为了保持电磁屏蔽的完全性，采用了一种新型电磁干扰密封装置。这种装置由若干挤压的铝制部件组成，内部装有过滤器，所有接缝都要进行仔细的清扫，并且利用密封胶和导电胶加以保护。门上装有三点闭锁机构，可通过密封件进行平稳和完全的闭合，通过这种结构可在10 kHz时达到80 dB的屏蔽。

美国可扩展方舱以前采用的电磁屏蔽方法是在方舱扩展之后，用铝板桥接所有接合面。这种方法尽管可以屏蔽可扩展方舱。但最大的缺点是紧固屏蔽罩的时间比装配基本方舱的时间长3～4倍。为了快速部署可扩展的电磁屏蔽方舱，美国研制了一种柔性金属网栅技术，金属网用镀锡铜丝制成。此技术把一块金属网栅永久性地连接到一块板上，该金属网栅足以覆盖要求的磁场、平面场和电场。在网栅的两侧加有增强纤维，以增加网栅的耐久性，防止网栅弯曲、变形以及在安装和拆卸时磨损或者断裂。

美国陆军标准系列ISO型方舱的扩展和非扩展型号侧壁的所有交界面处，原先都采用舌形和凹槽形电磁干扰屏蔽结构。但这种结构不能满足80 dB级别的衰减。经改进之后，现在采用的结构是把内蒙皮和外蒙皮作为两层电隔离的电磁干扰屏蔽层，形成双层蒙皮的法拉第笼，门和经常需要拆卸的端壁使用铍铜合金簧片保持内外屏蔽层交界面的电连续性。对电源输入板和信号输入板要仔细设计，以确保无论是在室内还是在野外都不会有泄漏。通过这些改进，可保证方舱在恶劣环境中长时间地保持方舱的电连续性，在150 kHz到10 GHz的范围内提供80 dB的电磁干扰屏蔽。美国生产的屏蔽方舱中S-250、S-280方舱对电磁干扰、电磁脉冲有着较高的防护能力。

意大利Piaggio电磁屏蔽方舱对电磁干扰电场在10 kHz～100 MHz时衰减达100 dB，磁场在100 kHz～100 MHz时衰减达80 dB，对电磁脉冲的衰减在100 kHz～100 MHz时达80～120 dB。

芬兰EU-47-6型屏蔽方舱，是用于装载REB加速器数据采集系统的高性能（屏蔽效能达120 dB）屏蔽体。该方舱用2 mm厚的白铁皮做成柜架，然后拼装而成。为了保证好的电连接，所有拼装的边界衬垫以4.8 mm×25.4 mm的铁磁材料软连接，门的四周采用两圈磷铜簧片结构，构成特殊波导，进出通风口采用二层六角形蜂窝结构的波导，电源从EMPF-2025型滤波器引入，同时采用了抗静电地毯等措施，从而保证了有较高的屏蔽效能。

瑞典复合材料防电磁干扰类方舱对电磁干扰场衰减在60 kHz～100 kHz时为80 dB，在20 MHz时为70 dB，在100 MHz时40 dB。方舱采用铝或特殊玻璃钢表面板后对射频或电磁脉冲的干扰衰减在150 kHz～10 MHz的范围内大于80 dB。

其他生产方舱的厂家还有德国的Dornier公司、Zeppelin公司，美国的Craig公司、Gichner公司，意大利伽罗福利SPA公司，法国SOFRAME公司等。

综上所述，国外屏蔽方舱生产厂家技术先进、经验丰富，生产的产品屏蔽性能较高，尤其是美国生产的电磁屏蔽方舱，有先进的技术标准来规范方舱的生产质量，并向着通用化、系列化、组合化发展。美国逐步建立了美军标准战术方舱系列，同时有着美军方舱联合委员会那样的专职管理机构，值得国内电磁屏蔽方舱行业学习。

4）国内研究现状

我国方舱的研制、使用较晚，在20世纪70年代中期引入了国外方舱技术信息，20世纪90年代初，方舱得到了广泛推广应用，同时产生了我国第二代国家方舱标准。国内诸多单位也相继参加了方舱产品研制、生产及标准制定等工作。

我国军用方舱自20世纪80年代初期研制成功以后，经历了20余年的快速发展，方舱装载体制在我军装备中得到了广泛的推广和应用，方舱生产单位由原来几家发展到现在的30多家。随着方舱标准体系的建立，军用方舱屏蔽技术正处于高速发展阶段。我国电磁屏蔽方舱在技术上、性能上和产品应用上，与世界发达国家存在不小差距。随着我国市场经济的发展和军用产品商品化要求的提高，屏蔽方舱的设计改进和技术提升也在循序渐进地进行。

目前国内正在逐步开展方舱“三化”，即使方舱产品实现通用化、系列化、模块化，从而规范生产制造工艺，稳定方舱产品质量，提高研制生产效率，为优化设计、科学生产新型方舱创造条件。同时，国内军用电磁屏蔽方舱的生产应尽快成立专门的管理机构，逐步完善方舱产品及其配套件的国家军用系列标准，加快速度缩短我国与发达国家方舱的电磁屏蔽性能的差距。

5）方舱电磁屏蔽要求

方舱作为一种移动厢式工作间，具有一定的强度、刚度和使用寿命，还有足够的承载能力，良好的运输性，严密的水、气密封性能等。因此被广泛应用在我军装备的各个领域。海湾战争以来，方舱的又一种性能——电磁屏蔽性能受到高度重视。随着微波技术的发展，电子侦察、电子对抗等技术水平的不断提高，对方舱的电磁屏蔽性能要求也越来越高。

电磁屏蔽方舱就是活动的电磁屏蔽室，它既具有一般军用方舱所要求的各种性能，又具备电磁屏蔽室所要求的电磁屏蔽性能，是两者有机结合形成的一种新的军用装备平台。GJB 870—1990《军用电子设备方舱通用规范》要求，电磁屏蔽方舱在0.15 MHz～10 GHz频率范围，电磁波衰减量不低于60 dB。

GJB 1126—1991《CAF40PD方舱规范》将方舱的电磁屏蔽要求分为三级。

（1）一级：频率范围在0.15 MHz～10 GHz，电磁波衰减量为60 dB。

（2）二级：频率范围在0.15 MHz～10 GHz，电磁波衰减量为40 dB。

（3）三级：频率范围在0.15 MHz～10 GHz，无电磁屏蔽要求。

6）方舱电磁屏蔽效能的主要相关因索

方舱舱体结构设计，一方面要满足舱体的刚度、强度要求，另一方面必须满足电磁屏蔽效能指标。方舱舱体由大板、角件、铝型材连接而成，再加上门、窗、孔口及其他附件构成了方舱。影响方舱电磁屏蔽效能的因素很多，主要有以下几点。

（1）屏蔽材料及厚度。材料不同，其相对电导率和相对磁导率也不同。从性能、价格、重量等综合考虑，方舱舱体一般要求外观平整、密封性好、强度高、导电性好，因此普遍选用铝型材和铝板。

（2）舱体各个部位的电气连接性。材料确定之后，决定方舱屏蔽效能的，主要就是结构，具体讲就是方舱的导电不连续点。这些导电不连续的点包括各种孔口、通风口、门、电源口等。由于处理不当，容易出现导电不连续点，造成电磁泄漏，严重影响电磁屏蔽效能。门是舱体最大的开口，门和门框之间形成的缝隙，是电磁波泄漏的重要途径，解决好门的电磁屏蔽，对舱体屏蔽室非常重要。为了保证门和门框之间的电气连接，设计时注意门框、门体边框的铝型材要进行表面处理。门和门框要通过金属丝网导电衬垫连接，金属丝网导电衬垫的材料、尺寸要根据屏蔽效能的要求确定，一般衬垫压缩量为35%左右时屏蔽效能最好。

（3）接地。为了防止电磁干扰，避免由于电磁感应而降低电磁屏蔽方舱的屏蔽效能，方舱舱体必须接大地，与大地保持同电位即零电位。特别是低频段要想获得良好的屏蔽效能，方舱体必须选择正确的接地方案。选择接地装置尽量长，使其接地电阻小于4Ω。接地装置的接地线应采用防波套制作等。

（4）采光观察窗的屏蔽设计。方舱舱体窗户的屏蔽性能与采光性能相冲突，也是舱体屏蔽中的一个难题。对于在0.15 MHz～10 GHz频率范围内，屏蔽效能要求大于60 dB的方舱，应不设计采光观察窗。对于屏蔽效能指标低于50 dB的方舱可以设置采光观察窗，设计要考虑电气连接性，还要对屏蔽玻璃的屏蔽性能提出要求。一般采用80目铜丝组成屏蔽网屏蔽玻璃，安装时保证金属网与窗框的电连续。

7）电磁屏蔽方舱的发展趋势

世界各国由于自身实力和作战对象不同，其方舱的发展方向也不相同，但现代战争的共同点促使方舱朝着以下几个方面进行发展。

（1）标准化和通用化的发展。外国军方在致力于方舱的标准化工作以外，在方舱的组件、零件或附件上也开展了标准化工作。这样不仅减少了研制费用，减少了后勤供应因品种繁多造成的困难，而且使不同类型的厢式车上对应组件或零件具有互换性，便于修理，提高了军用厢式车的作战效率。当前，方舱及其组件、附件等的标准化和通用化也是国内方舱发展的重点之一。

（2）三防设计的发展。三防方舱主要用于对作战人员的核、生物、化学防护，面对现代战争各种恶劣的作战环境和作战手段，电磁屏蔽方舱具有三防功能也成为重要发展趋势。

（3）抗爆炸和防洞穿的发展。随着高新技术在军事领域的应用，先进的高精度制导武器将会大量使用，未来常规上的火力强度和密集度将进一步加大。在电磁屏蔽方舱中采用复合材料装甲，在不影响舱体电磁屏蔽效能的情况下，正确、合理设计防爆防弹结构以及成型工艺，使之符合方舱产品的结构特点。