基于雷達火控系統(tǒng)的電磁兼容性設計分析

黃小寧，汪德生

（駐七八九廠軍事代表室，重慶 400040）

基于雷達火控系統(tǒng)的電磁兼容性設計分析

黃小寧，汪德生

（駐七八九廠軍事代表室，重慶 400040）

隨著電子裝備越來越多地用于戰(zhàn)場，未來戰(zhàn)爭中電磁環(huán)境對武器裝備的電磁兼容性（EMC）要求越來越高。而雷達火控系統(tǒng)自身組成又當復雜，光、機、電融合一體，其EMC是一個關鍵問題。如何在研制中很好地應用電磁兼容技術，認真貫徹落實EMC標準，是雷達火控系統(tǒng)的EMC設計中必須解決的問題。本文通過對雷達火控系統(tǒng)EMC特點的分析，提出了一些基于雷達火控系統(tǒng)的電磁兼容性設計的措施。

雷達；電磁兼容性；設計；分析

未來戰(zhàn)爭是以信息戰(zhàn)、電子戰(zhàn)為主體的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭，隨著電子技術、計算機技術的發(fā)展，電子裝備數(shù)量大大增加，頻帶日益加寬，功率逐漸增大，日益復雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境對武器裝備的電磁兼容性（EMC）要求越來越高，電子對抗武器與所搭載的武器平臺間的EMC是一個關鍵問題，良好的EMC能使作戰(zhàn)平臺有較強的抗干擾能力和生命力。由于雷達火控系統(tǒng)多由雷達、激光、紅外熱像、計算機、電臺、白光器件、機電設備組成，強電、弱電融于一體，系統(tǒng)內(nèi)各設備之間電磁干擾十分嚴重，EMC已成為系統(tǒng)關鍵性能指標。因此，在雷達火控系統(tǒng)設計中必須很好地應用電磁兼容技術，認真貫徹落實EMC標準，有針對性地EMC設計，保證系統(tǒng)內(nèi)元器件、分系統(tǒng)和設備的電磁兼容性能，才能適應未來戰(zhàn)爭的需求。

1 雷達火控系統(tǒng)的EMC特點

1．1 強弱信號共存

現(xiàn)代雷達火控系統(tǒng)一般都是由雷達、激光、白光、紅外、計算機、電臺、詢問機等組裝在同一平臺內(nèi)，強弱信號共存，強電、弱電融于一體，系統(tǒng)內(nèi)部電磁干擾十分嚴重，特別是雷達在高壓工作和激光發(fā)射時，對計算機和電臺的干擾相當嚴重，有時甚至造成其他設備無法正常工作。而在戰(zhàn)場上，多種電子裝備要么同時工作在同一地域，要么同時工作在相近頻域，近乎所有的電子設備都會不同程度的受到各種強弱信號的影響。

1．2 頻譜分布極廣

由于雷達火控系統(tǒng)組成復雜，系統(tǒng)內(nèi)各設備充分利用了頻率資源，占用了從直流到微波的各個頻帶。雷達、電臺、詢問機、激光等工作頻帶極寬，從直流、中頻、高頻到微波和紅外，頻域達到3 000 GHz，覆蓋了所有電子裝備的工作頻率范圍，對周邊設備造成強烈干擾。

1．3 安裝密集度高

出于戰(zhàn)績指標方面的考慮，雷達火控系統(tǒng)在結構安裝上非常緊湊，大量功能各異的電子器件，特別是集成電路貼片，大都裝配在密集、狹小的空間內(nèi)，特別是一些強電流的開關器件，對集成電路的干擾很大，使得系統(tǒng)內(nèi)部設備間的電磁干擾問題特別突出。

1．4 共用電源和地線

電子設備共用電源和共用地線的情況居多，這使得通過電源耦合和地線耦合造成的互擾比較嚴重。如何有效地克服電源耦合和地線耦合造成的干擾，是雷達火控系統(tǒng)EMC設計必須考慮的重要的問題。

1．5 機電設備強電流干擾大

系統(tǒng)內(nèi)部伺服系統(tǒng)、天線升降機構工作電流很強，啟動工作時，對其他設備的干擾很大。因此在設計前期就必須對設備進行EMC強化，解決好系統(tǒng)內(nèi)的機電設備與或電子設備之間的干擾，協(xié)調各方面的戰(zhàn)技指標。上述這些特點使得雷達火控系統(tǒng)的EMC設計相比普通的電子設備更為復雜。

由于以上這些特點，決定了雷達火控系統(tǒng)EMC設計比一般的電子設備更為復雜和困難。

2 雷達火控系統(tǒng)EMC達到的目標要求

根據(jù)武器裝備研制要求規(guī)定，系統(tǒng)設計定型前，都要求按照GJB 151A－1997和GJB 1389A－2005進行鑒定。GJB 1389－2005有14個試驗項目，由于標準比較新，國內(nèi)試驗設備受到限制，大部分項目無法實施，主要進行安全裕度和系統(tǒng)內(nèi)EMC測試。

對于地面陸軍電子裝備，目前主要進行電源線傳導發(fā)射（CE102）、電源線傳導敏感度（CS101）、電纜束注入傳導敏感度（CS114）、電場輻射發(fā)射（RE102）、電場輻射發(fā)射敏感度（RS103）和電源線尖峰信號傳導敏感度（CS106）試驗。

2．1 傳導發(fā)射類

CE102屬于電源線常規(guī)傳導發(fā)射試驗，是針對受試設備（EUT）電源對環(huán)境的干擾，要求必須在規(guī)定值之下，以防止任何1臺設備經(jīng)由共用電源去干擾其他設備。

EUT的電源線傳導發(fā)射信號包括兩個來源：職能電路和電源電路。在電源電路里阻斷電磁干擾信號的傳導發(fā)射，一般的方法包括隔離和濾波兩種。

2．2 傳導敏感度

地面陸軍電子裝備傳導敏感度類試驗包括CS101，CS106兩項，要求EUT在來自電源線的傳導干擾信號作用下能夠正常工作。一般說來，傳導敏感度測試比傳導發(fā)射測試更難達標，這是因為干擾信號來自外部，EUT必須在整個頻段內(nèi)消除外來干擾，而這單純依靠電源濾波器是不夠的。因為在低頻段對濾波電容的容量要求較大，但過大的濾波電容會導致旁路的干擾電流通過公共地線耦合到同一接地平面的其他設備中，這就又導致新的未知的電磁干擾。

2．3 電場輻射發(fā)射

一般而言，EUT低頻端的輻射發(fā)射和電源的品質密切相關。好的開關電源既要具有較高的電源轉換效率，還要具有較少的雜散輻射。同時，電源電路的脈寬調制信號還可能使得在遠離開關電源工作頻率的頻點處出現(xiàn)輻射干擾，而在機箱內(nèi)部單獨對開關電源進行屏蔽也可以大幅度抑制這種雜散輻射干擾。除了開關電源的輻射發(fā)射外，EUT另一個主要的輻射發(fā)射源主要來自電路中振蕩器的基波和高次諧波。EUT里存在的多個晶振會因為頻率的不同而發(fā)生交叉調制，導致在大量頻點處出現(xiàn)輻射發(fā)射，使得輻射頻譜復雜化。

2．4 輻射敏感度類試驗

對于需要接收或檢測微弱電信號的通信設備和自動控制設備，在電源和屏蔽等方面進行合理的設計可以更容易地使使電場輻射敏感度項目RS103測試達標。比如，對電源電纜增加屏蔽層，并在機箱外部接地，而不是隨電源電纜進入機箱內(nèi)再接地，這可有效避免外來輻射干擾通過電源電纜進入機箱；而對于機箱的屏蔽，則要盡量處理好機箱上的每一處接縫和開口，保持整個機箱的導電連續(xù)性；LCD顯示屏也需要仔細考慮，否則外來的輻射干擾會通過它進入機箱，這時可以在顯示器后面添加屏蔽罩，并對通過屏蔽罩后的信號線使用高頻穿心電容器進行濾波。

3 雷達火控系統(tǒng)EMC設計對策

在國軍標GJB 151A—1997中，與電源有關的有5項：CE101，CE102，CE107，CS101，CS106；與電源電纜有關的有3項：CS114，CS115和CS116；其余輻射發(fā)射和敏感度的項目間接與電源有關。因此，在雷達火控系統(tǒng)的EMC設計中，需要重點考慮以下幾個方面的EMC設計。

3．1 電源的EMC設計

1）電源線濾波 電源線通過電源濾波器進入機箱或者采用輸入端兼做電源插座的電源濾波器。在安裝電源濾波器的時候，要使得濾波器的輸出線遠離其輸入線，而不能把進出濾波器的電源線捆扎在一起，同時還要對電源濾波器的金屬外殼進行大面積接地。

2）運用隔離變壓器 在考慮安裝條件和成本的情況下，可以考慮采用隔離變壓器。在初、次級間具有屏蔽隔離層的電源變壓器是最簡單的一種隔離變壓器，其濾波特性能夠和電源濾波器互補，而且能夠起到安全防護、變壓、隔離地線環(huán)流、提高共模干擾抑制能力等多種作用。

3）二次電源的設計 在EMC試驗時，有些電子設備可以通過敏感度項目卻通不過發(fā)射項目，這與其使用開關電源作為二次電源有關。因為開關電源對外來干擾具有一定的抑制能力，但其自身卻會對外產(chǎn)生輻射發(fā)射和傳導發(fā)射；相比之下，線性穩(wěn)壓器可避免產(chǎn)生對外電磁干擾。因此，在低功耗電路中，應盡量選用線性穩(wěn)壓電源。

4）電源整體屏蔽 電源部分在電子設備EMC性能方面具有重要作用，可以對其進行整體屏蔽，使其在另一個與其他部分隔離的空間內(nèi)，從而在屏蔽機箱內(nèi)部形成對其的單獨隔離。

3．2 機箱電磁屏蔽設計

1）保證機箱的導電連續(xù)性 金屬屏蔽體上的縫隙或孔洞會對其屏蔽效果影響較大。要盡量保證機箱結構的導電連續(xù)性。而對于必須開縫或開孔的情況，則需要進行合理的計算和設計，以保證機箱的屏蔽效果。

2）妥善處理機箱開口 由于設備開關、按鈕、指示燈與顯示屏等設施的安裝，就需要在機箱上開口。當開口達到一定程度，使得前面采取屏蔽措施失效的時候，可以考慮采用后置屏蔽法在其后面加裝屏蔽層，并對穿過屏蔽層的導線進行濾波處理。

3）解決電纜屏蔽問題 進出機箱的線纜會極大地減弱機箱的屏蔽效能，通過對進出機箱的線纜添加外屏蔽層，并使其和機箱的屏蔽層保持導電連續(xù)性可以有效改善這一狀況；此外，正確選擇和安裝機箱接插件，比如安裝在機箱上的插座盡量選擇符合軍用標準的屏蔽型接插件，同時在插座的接觸部位最好不用漆膜或涂塑層等絕緣材料等也將提高機箱的屏蔽效能。

4）選擇合理的散熱方式 自然風冷是理想的散熱方式之一，但由于工作條件和設備自身結構原因，自然風冷有一定程度的限制。安裝散熱風扇是較好的選擇，但需要在風扇外側安裝截止波導式屏蔽通風板。

3．3 電路的EMC設計

1）應用表面貼裝元器件和多層印制電路板 從電磁輻射和EMC性能方面來講，表面貼裝電子元器件相比插裝式電子元器件更有優(yōu)勢。同時，相比普通的單、雙面印制電路板，具有電源層和地線層等的4層以上多層印制電路板的EMC特性可以得到明顯改善，所以多層電路板加表面貼裝電子元器件的組合是符合GJB 151A－1997標準要求的印制電路板設計的首選。

2）傳感器放大電路的選用與設計 對主機箱采取的電磁屏蔽措施往往無法覆蓋安裝在設備主機箱以外的傳感器，特別是在做RS101和RS103測試時，傳感器往往成為電子設備中最易遭受外部電磁干擾的薄弱環(huán)節(jié)。一般建議采用理想的平衡差分輸入式放大器，因為在抑制共模干擾信號方面，其相比單端輸入式通常能力更強；但當差分輸入式放大器在電磁干擾信號大到一定程度，使得其工作范圍脫離線性區(qū)時，其共模抑制能力將面臨失效的危險，這也使得在某些情況下單端輸入式傳感放大器的干擾抑制能力有時更勝一籌。因此，需要結合實際情況決定究竟選用哪種傳感器輸入放大電路。

3）設計合理的高頻旁路電路 在進行RS103項目試驗時，有源器件的非線性響應可能導致當干擾信號為調幅波時，輸出信號的干擾較大，而當干擾信號改為等幅波時，輸出信號則不受干擾。這主要是由于有源器件的非線性響應特性對調幅波干擾信號產(chǎn)生了高頻檢波，從而對輸出信號產(chǎn)生了干擾。因此，為有效預防此類情況的發(fā)生，可以考慮對有源器件設計合理的高頻旁路電路。

3．4 可靠接地對策

在電源、屏蔽和電路設計等3方面必須高度關注地線和接地質量問題。接地質量主要體現(xiàn)在正確接地、可靠接地等方面，往往可以采用優(yōu)質銅電纜加接地棒的方式，深入接入大地可以保證接地質量。同時還要保證接地面積要大、接地線要粗而短、接地螺栓要安裝緊固，以減小接地電阻。

［1］ 陳偉華．電磁兼容實用手冊［M］．北京：機械工業(yè)出版社，1998．

［2］ GJB 151A－1997，軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求［S］．

［3］ GJB 1389A－2005，系統(tǒng)電磁兼容性要求［S］．

TN95

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1008－1542（2011）12－0027－03

2011－06－20；責任編輯：馮 民

黃小寧（1962－），男，四川中江人，高級工程師，主要從事電子設備EMC設計與實驗方面的研究。