指揮車方艙電磁兼容設(shè)計(jì)

閻 博

(國營第七八五廠，山西太原030024)

0 引言

隨著當(dāng)前電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代的電子設(shè)備已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于人類生活的各個(gè)方面。這必然導(dǎo)致其周圍空間中產(chǎn)生的電磁場電平的不斷增加，電子設(shè)備不可避免地必須在日益惡化的電磁環(huán)境(EME)中工作。特別在現(xiàn)代戰(zhàn)場上，產(chǎn)生電磁輻射的武器系統(tǒng)的激增，造成戰(zhàn)場上各軍兵種武器系統(tǒng)間電磁干擾(EMI)的可能性不斷增大，當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)以足夠接近的頻率和間距運(yùn)行時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電磁干擾，其對武器系統(tǒng)性能和可靠性所造成的惡劣影響以及由此而產(chǎn)生的后果是極其嚴(yán)重的，包括信息不準(zhǔn)確、無法探測敵方目標(biāo)、引信過早點(diǎn)火、飛機(jī)飛行失控和制導(dǎo)武器失靈等?，F(xiàn)代戰(zhàn)場指揮系統(tǒng)就包含有大量的電子裝備，在指揮車方艙有限的空間，隨著電子設(shè)備的種類和數(shù)量的不斷增加，它們所占用的電磁頻譜越來越寬，所傳輸?shù)男畔⒘吭絹碓酱?，除了電子設(shè)備的質(zhì)量和可靠性，設(shè)備的密集所帶來設(shè)備之間的相互干擾問題也不能忽略，因而車載電子設(shè)備之間的EMC問題也越來越突出。這就對現(xiàn)代戰(zhàn)場指揮系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)提出了更高的要求。電磁兼容設(shè)計(jì)一方面要保證系統(tǒng)在復(fù)雜的電磁環(huán)境下甚至在敵人強(qiáng)烈的電磁干擾下正常工作，另一方面又要最大限度的抑制自身對周圍環(huán)境的電磁輻射，以減少對其他電子設(shè)備或系統(tǒng)的影響，同時(shí)也防止被敵人發(fā)現(xiàn)，提高生存能力［1］。

某型號防空指揮系統(tǒng)是新研制的戰(zhàn)場指揮系統(tǒng)，該系統(tǒng)配有雷達(dá)以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，各種數(shù)據(jù)在專用計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，使用跳頻電臺(tái)作為主要通信手段。這些設(shè)備都裝配在系統(tǒng)的核心部分指揮車方艙中，另外方艙中還裝有在線式UPS、柴油發(fā)電機(jī)等電子設(shè)備，在同時(shí)開機(jī)工作時(shí)電磁環(huán)境非常復(fù)雜，電磁兼容設(shè)計(jì)顯得十分重要。其中跳頻電臺(tái)是該系統(tǒng)的主要通信手段，接受靈敏度高，方艙內(nèi)其它設(shè)備輻射的電磁信號有時(shí)會(huì)影響電臺(tái)的正常工作，減小其他設(shè)備對其造成的電磁干擾成為方艙電磁兼容設(shè)計(jì)的核心。

在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初期，我們就注意了電磁兼容設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，機(jī)箱采用鑄鋁材料的全密封設(shè)計(jì)，對各個(gè)電器設(shè)備之間連接電纜、電源電纜采用了屏蔽措施，并注意屏蔽層接地。盡管如此，但在做電磁兼容測試時(shí)，仍然存在著干擾。特別是對電臺(tái)的干擾，嚴(yán)重影響了電臺(tái)在最大通信距離上的通信質(zhì)量。抑制或屏蔽這些電磁輻射，仍是艱巨的任務(wù)。

為了從根本上解決上述問題，我們將指揮車方艙置于電磁暗室中，用頻譜儀，近場探頭等儀器對車上各設(shè)備進(jìn)行了逐個(gè)反復(fù)試驗(yàn)，認(rèn)真尋找主要電磁輻射源。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)專用計(jì)算機(jī)按程序運(yùn)行時(shí)，雷達(dá)開機(jī)時(shí)，UPS在線工作時(shí)都會(huì)對周圍電磁環(huán)境造成干擾。特別是在跳頻電臺(tái)的工作頻段上也存在一定的干擾，這將嚴(yán)重影響電臺(tái)的工作，必須加以解決。

1 用計(jì)算機(jī)同電臺(tái)的電磁兼容設(shè)計(jì)

針對計(jì)算機(jī)工作時(shí)對電臺(tái)的干擾，我們在電磁暗室中專門對其進(jìn)行了反復(fù)的測試，發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對外電纜的傳導(dǎo)是主要的干擾源。為此，結(jié)合本型號產(chǎn)品的實(shí)際情況決定從解決電纜對外接口的傳導(dǎo)干擾入手，重點(diǎn)解決傳導(dǎo)干擾，進(jìn)而隔離輻射干擾。我們給電源插座加磁環(huán)，將導(dǎo)線分別同相纏繞此磁環(huán)8～10圈，并在每一根導(dǎo)線與機(jī)箱之間接一高壓電容。專用計(jì)算機(jī)串行接口、鍵盤接口等計(jì)算機(jī)對外接口安裝濾波插針，再加適當(dāng)?shù)拇怒h(huán)，重新布置鍵盤內(nèi)走線等措施使各個(gè)接口傳導(dǎo)干擾泄漏得到抑制。最后，實(shí)際對接測試，打開計(jì)算機(jī)，運(yùn)行工作程序，對電臺(tái)沒有干擾了。至此，專用計(jì)算機(jī)和電臺(tái)之間的電磁兼容問題得到解決。

2 雷達(dá)系統(tǒng)和電臺(tái)的電磁兼容設(shè)計(jì)

雷達(dá)是一部較為復(fù)雜的大型電子設(shè)備，有信號收發(fā)單元，計(jì)算機(jī)終端設(shè)備和天線單元組成，各部分有大量電纜連接，很容易造成干擾的傳輸［2］。為此，我們先對已采取的眾多電磁兼容措施全面認(rèn)真分析，并進(jìn)行多次測試，發(fā)現(xiàn):在信號收發(fā)單元的高頻信號處理電路工作時(shí)有高頻的干擾產(chǎn)生。在電纜中傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號，控制信號，通過雷達(dá)系統(tǒng)各單元之間，雷達(dá)與平臺(tái)之間的連接電纜造成輻射。雷達(dá)天線上的分頻器在天線工作時(shí)會(huì)向周圍空間發(fā)射強(qiáng)烈的電磁輻射，而且這些輻射正處在電臺(tái)的工作頻段，對同在艙頂?shù)碾娕_(tái)天線造成干擾，嚴(yán)重影響了天線接受的靈敏度。另外，雷達(dá)天線與收發(fā)單元之間有穿越方艙艙體的電纜，對方艙的整體電磁屏蔽性能造成影響。于是，我們提出了進(jìn)一步減小輻射強(qiáng)度，改善和加強(qiáng)雷達(dá)電磁屏蔽的設(shè)計(jì)方案。

對各種連接電纜，采取雙層屏蔽，重新加工，確保屏蔽層與插頭之間連接可靠，電臺(tái)天線與電臺(tái)之間的電纜抗輻射能力較差，我們選用了屏蔽效果好的剛性電纜，提高整體屏蔽效果，增強(qiáng)電臺(tái)防護(hù)能力。對信號收發(fā)單元采用電源濾波、基準(zhǔn)時(shí)鐘信號濾波，主要輸出插座的安裝部位增設(shè)濾波盒等，消除或者減小輻射強(qiáng)度，并為信號收發(fā)單元制作了專門的電磁屏蔽箱體，從整體上提高雷達(dá)本身電磁屏蔽效果。對雷達(dá)天線上的分頻器在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了處理，殼體進(jìn)行了除漆，在殼體的連接處加裝了導(dǎo)電膠條，很好的防止了電磁信號的泄漏。對穿艙電纜加強(qiáng)屏蔽，在電纜穿艙的開孔處裝入電磁屏蔽材料，減小外部對艙內(nèi)電磁環(huán)境的影響。經(jīng)過測試?yán)走_(dá)的干擾有了明顯下降。

3 UPS系統(tǒng)和電臺(tái)的電磁兼容設(shè)計(jì)

為了保證系統(tǒng)在沒有外來電力供應(yīng)的情況下正常工作，方艙內(nèi)安裝了在線式UPS系統(tǒng)。在系統(tǒng)有外來電力供應(yīng)時(shí)，UPS起到濾波的作用，并自動(dòng)為電池充電。在系統(tǒng)沒有外來電力供應(yīng)時(shí)，UPS的逆變功能利用電池儲(chǔ)存的電能為系統(tǒng)供電。我們在電磁暗室中對UPS進(jìn)行了測試，檢測在各種情況下UPS對周圍電磁場的影響。發(fā)現(xiàn)UPS的整流部分和逆變部分工作時(shí)，會(huì)對艙內(nèi)電磁環(huán)境產(chǎn)生較大影響。在這種情況下我們對UPS進(jìn)行了全面的改進(jìn)，在機(jī)箱內(nèi)部對整流器和逆變器用金屬殼體進(jìn)行了隔離，對其的輸出電纜加裝了磁環(huán)，在機(jī)箱對外的插頭采用了濾波連接器，為了保證濾波連接器的良好接地還在濾波連接器與機(jī)箱面板之間安裝電磁密封襯墊。對艙內(nèi)的供電電纜進(jìn)行了完全的網(wǎng)狀屏蔽保持了電纜良好的柔韌性及抗撓壽命的同時(shí)，也最大限度的抑制了電纜的電磁波發(fā)射作用。另外電源線也是電磁干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備的主要途徑。通過電源線，電網(wǎng)上的干擾可以傳入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作。同樣，設(shè)備的干擾也可以通過電源線傳到電網(wǎng)上，對網(wǎng)上其他設(shè)備造成干擾。為了防止這兩種情況的發(fā)生，最后我們在系統(tǒng)的電源入口處加裝了電源濾波器，從而從源頭上保證了供電系統(tǒng)的電磁兼容性能。經(jīng)過上述改進(jìn)UPS系統(tǒng)的電磁干擾也得到了有效的抑制。

經(jīng)過艱苦攻關(guān)，方艙內(nèi)其它設(shè)備對電臺(tái)的電磁干擾電平明顯下降。我們對電臺(tái)工作頻段的高、中、低段都進(jìn)行了測試，在系統(tǒng)設(shè)備全部開機(jī)的情況下，電臺(tái)在最遠(yuǎn)通信距離上的通信質(zhì)量得到很大的改善。電磁兼容基本達(dá)到的要求，滿足部隊(duì)使用要求，而且采取的措施能方便的在批量生產(chǎn)中貫徹實(shí)施。

電磁兼容問題是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它要求參與系統(tǒng)的研制與管理人員用系統(tǒng)的觀點(diǎn)與方法去研究、分析與設(shè)計(jì)，針對不同的電子系統(tǒng)進(jìn)行具體的分析，總結(jié)出針對該系統(tǒng)的最有效最合適的EMC方案。由于電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，并且各種干擾設(shè)備的輻射很復(fù)雜，要真正完全消除電磁干擾是不可能完成的任務(wù)。但是通過我們的工作表明，根據(jù)電磁兼容性的基本原理來采取措施最大限度地減小電磁干擾，可將其控制在系統(tǒng)可容納的范圍之內(nèi)，從而保證系統(tǒng)或設(shè)備良好的電磁兼容性。

［1］沙斐.機(jī)電一體化的電磁兼容技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，1999.

［2］王慶斌.電磁干擾與電磁兼容技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.