潛用雷達(dá)電磁兼容性設(shè)計(jì)

梁猛　武軍鋒　王圣超

摘要：文章通過對(duì)干擾三要素的分析，從實(shí)際操作的角度剖析潛用雷達(dá)電磁兼容設(shè)計(jì)的主要要求及方法，這些方法可以在很大程度上減少電磁干擾的危害，為潛用雷達(dá)的設(shè)計(jì)及電磁兼容性整改設(shè)計(jì)提供借鑒經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)備的抗干擾能力。

關(guān)鍵詞：潛用雷達(dá)；電磁兼容性；電磁干擾；抗干擾能力；電磁環(huán)境 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TN957 文章編號(hào)：1009-2374（2016）26-0005-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.003

1 概述

潛用雷達(dá)工作時(shí)，既要面臨艙內(nèi)、外復(fù)雜的電磁環(huán)境，還要面臨設(shè)備本身的噪聲干擾。為了使裝艇電子設(shè)備更好地滿足電磁兼容性的設(shè)計(jì)要求，潛用雷達(dá)在按GJBl51A-1997、HJB34A-2007要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)總體電磁兼容性能要求進(jìn)行剪裁和補(bǔ)充，其考核包括CE101、CE102、CS01.1、CS01.2、CS06、CS114、CS116、RE101、RE102、RS101、RS103共11個(gè)項(xiàng)目，在設(shè)備提交時(shí)需有總體認(rèn)可的檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供的合格的設(shè)備電磁兼容性測(cè)試報(bào)告。

設(shè)備設(shè)計(jì)完成后，一些電磁兼容性超標(biāo)項(xiàng)目（如CE101、RE102等）解決困難、費(fèi)用高，而且大多都是補(bǔ)救性的整改措施。因此在雷達(dá)的設(shè)計(jì)過程要考慮內(nèi)、外兩方面的電磁環(huán)境，盡可能地減小相互干擾，使雷達(dá)具有良好的電磁兼容性。本文在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)思路上提出了行之有效的電磁干擾抑制措施。

2 潛用雷達(dá)電磁兼容性設(shè)計(jì)目的與依據(jù)

電磁兼容性規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)不斷的發(fā)展和完善，電磁兼容性設(shè)計(jì)已用預(yù)先分析、設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)代替原來的事后處理，因此雷達(dá)設(shè)計(jì)之初就應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的電磁兼容性進(jìn)行充分的考慮。目的是使設(shè)備滿足相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；能在可預(yù)知的電磁環(huán)境中正常工作，且無故障或性能下降；減輕復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)人類健康產(chǎn)生的不良影響；產(chǎn)品各個(gè)模塊之間可以共存，不致引起相互干擾。

電磁兼容設(shè)計(jì)的依據(jù)是電磁干擾三要素（干擾源、耦合途徑及敏感部位），因此電磁兼容性設(shè)計(jì)就是要做好防護(hù)敏感設(shè)備被干擾、切斷耦合路徑、抑制干擾源等方面的設(shè)計(jì)。潛用雷達(dá)需要抑制的電磁干擾源有開關(guān)電源的開關(guān)回路、交流電機(jī)的運(yùn)行噪聲、雷達(dá)的射頻前端、大功率磁控管等。需要切斷的主要耦合途徑有共阻抗耦合、傳導(dǎo)耦合、感應(yīng)耦合、輻射耦合等。

3 潛用雷達(dá)電磁兼容性設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法

潛用雷達(dá)電磁兼容設(shè)計(jì)以指標(biāo)的分配、功能分塊設(shè)計(jì)作為基本方法，將電磁兼容指標(biāo)逐級(jí)分解到各功能模塊（包括元件級(jí)、PCB級(jí)、模塊級(jí)、分機(jī)級(jí)、整機(jī)級(jí)等）在不同級(jí)別上進(jìn)行分級(jí)設(shè)計(jì)，采取相應(yīng)的防護(hù)措施等。

線路原理設(shè)計(jì)時(shí)要考慮線路的合理性與參數(shù)的適當(dāng)性，設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)很可能會(huì)使線路本身成為干擾源。對(duì)電路原理理解透徹，盡量用簡潔的電路來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。

3.1 器件選用

元器件優(yōu)選應(yīng)從電源電壓、封裝類型、電磁發(fā)射、抗擾性等方面著手。

有源器件要研究其電磁兼容性參數(shù)，選擇輸出電壓波動(dòng)性小、電源及地的靠近并多個(gè)電源及地線引腳的有源器件，選擇有電磁兼容特性、集成度高的邏輯器件。

無源器件要研究其頻率特性和分布參數(shù)特性。首選表貼元件，因?yàn)槠浼纳鷧?shù)較??；焊接具有引線的元器件時(shí)應(yīng)盡量縮短器件的引線，以減小元件分布電感的影響；選擇有效屏蔽、隔離的輸入變壓器等。

正確使用抗干擾器件應(yīng)對(duì)不同噪聲的特點(diǎn)，電源噪聲用隔離變壓器等隔離，浪涌電壓用二極管和壓敏電阻等吸收，一定頻段的干擾信號(hào)用線路濾波器等濾除。

3.2 PCB電磁兼容性設(shè)計(jì)

布線布局的不合理是引發(fā)干擾的重要因素，PCB電磁兼容性設(shè)計(jì)需按照布線布局基本原則進(jìn)行。

3.2.1 印制板的大小對(duì)電磁兼容性的影響：尺寸小相鄰器件、導(dǎo)線易干擾且不利于散熱；尺寸大印制導(dǎo)線增長，抗干擾能力變?nèi)?，阻抗上升。?yīng)根據(jù)需求確定其大小。

3.2.2 多層板的分布源阻抗極低，可以提供屏蔽和避免共阻抗耦合。應(yīng)優(yōu)先選用多層板進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，在不同層內(nèi)布置模擬電路和數(shù)字電路；電源層需要在地層下方靠近地層；騷擾源安排獨(dú)立的一層與敏感電路拉開

距離。

3.2.3 為減小差模輻射的環(huán)路面積，電源線和地線應(yīng)盡可能靠近；時(shí)鐘線、信號(hào)線也應(yīng)靠近地線，走線短而粗，減少環(huán)路面積。

3.2.4 為減小寄生耦合相鄰布線層走線應(yīng)采取彎曲走線、斜交或相互垂直的形式；各信號(hào)線之間加地線隔開，有利于減少串?dāng)_。

3.2.5 按邏輯速度對(duì)數(shù)字器件進(jìn)行分組，并相對(duì)集中以減小耦合，印制板連接器邊緣布置高速邏輯電路、低速邏輯電路遠(yuǎn)離高速邏輯電路、中速邏輯電路介于兩者之間。

3.2.6 輸入輸出端走線中間應(yīng)加地線分開，避免平行、相鄰，以避免反饋耦合的發(fā)生等。

3.2.7 板上和機(jī)殼的接地線要短而粗，最好用鍍銀接線柱。

3.3 屏蔽設(shè)計(jì)

屏蔽技術(shù)就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，用來控制電磁干擾沿著空間傳播、抑制磁場(chǎng)、電場(chǎng)和電磁波在兩個(gè)區(qū)域之間的輻射和感應(yīng)。

機(jī)柜屏蔽，按本雷達(dá)設(shè)計(jì)，艙體內(nèi)的機(jī)柜的材料及厚度設(shè)計(jì)需滿足設(shè)備電磁兼容性相關(guān)要求，導(dǎo)體不能直接穿過屏蔽體，對(duì)機(jī)柜縫隙、觀察顯示窗及通風(fēng)口設(shè)計(jì)按規(guī)范進(jìn)行?？p隙設(shè)計(jì)遵循原則：合理設(shè)計(jì)接觸面的重合面積；合理安排機(jī)柜螺釘安裝密度，減小接觸電阻；為減小接觸電阻應(yīng)保持接觸面的平整度與清潔；消除縫隙上不接觸點(diǎn)可以使用電磁密封襯墊；機(jī)柜門縫處采用安裝在合適溝槽內(nèi)的橡膠芯金屬編織網(wǎng)襯墊屏蔽或其他屏蔽效能、安裝結(jié)構(gòu)符合要求的屏蔽材料，保證機(jī)柜門閉合后機(jī)柜整體電磁密閉。觀察顯示窗的設(shè)計(jì)要求：顯示窗應(yīng)加屏蔽措施，選用具有電磁屏蔽措施的顯示屏，安裝時(shí)注意其與機(jī)柜連接的電磁密閉性。通風(fēng)口設(shè)計(jì)要求：采用截止波導(dǎo)式蜂窩板通風(fēng)孔，其優(yōu)點(diǎn)有工作頻帶寬、機(jī)械強(qiáng)度高、對(duì)空氣阻力小、風(fēng)壓損失小和工作可靠等。

設(shè)備內(nèi)、外電纜屏蔽設(shè)計(jì)，機(jī)柜中裸露的走線要盡量短；導(dǎo)線可以按傳輸電平信號(hào)的種類分組捆扎，間隔足夠的距離，減少它們之間的相互干擾；走線時(shí)也要把電源線、控制線、信號(hào)線、時(shí)鐘線等分開；各分機(jī)內(nèi)的工作電流較大的數(shù)字電路、時(shí)鐘源應(yīng)使用金屬屏蔽盒進(jìn)行全屏蔽；扁平帶狀線應(yīng)采用信號(hào)與地交互排列的方式來傳遞信號(hào)有利于抑制干擾、大幅提高抗干擾度；有進(jìn)線和回線的信號(hào)應(yīng)絞合在一起或直接選用雙絞線，雙絞線兩線之間存在的干擾電流大小幾乎相等，方向相反，干擾場(chǎng)可以相互抵消減弱；對(duì)輻射干擾較大的導(dǎo)線應(yīng)選用屏蔽線；各機(jī)柜內(nèi)的電源線、時(shí)鐘線等使用屏蔽線時(shí)，要確保連接處不能有過多的裸露或屏蔽不完善的地方；交流電源應(yīng)使用絞線將相線和零線絞合在一起，能大大減小電源線磁場(chǎng)的發(fā)射；合理布局機(jī)柜內(nèi)模塊以減少電源線長度；雷達(dá)分機(jī)間的聯(lián)接電纜需選有屏蔽層的，其屏蔽層必須對(duì)整條電纜在360°范圍內(nèi)覆蓋且與機(jī)柜連接器360°搭接，電纜屏蔽層和機(jī)柜構(gòu)成一個(gè)完整的屏蔽體，屏蔽整個(gè)電路。

3.4 濾波器設(shè)計(jì)

I/O信號(hào)濾波需要特別屏蔽的傳輸信號(hào)線應(yīng)選用截止頻率合適的濾波連接器輸入輸出，確保濾波連接器接地良好，可用專用的電磁密封襯墊與機(jī)柜連接。

選用合適的電源濾波器，有相關(guān)項(xiàng)目不合格時(shí)應(yīng)對(duì)其參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

電源濾波器的安裝注意事項(xiàng)如下：

3.4.1 選用濾波器時(shí)應(yīng)了解工作頻率和所要抑制的干擾頻率。采用的濾波器應(yīng)在寬帶范圍內(nèi)對(duì)共模干擾、差模干擾均有較大的插入損耗，對(duì)所有的亂真信號(hào)進(jìn)行抑制；濾波器應(yīng)有足夠高耐壓。當(dāng)輸入電壓波動(dòng)較大時(shí)，濾波器應(yīng)滿足額定電壓要求；濾波器在額定電流連續(xù)工作時(shí)溫升要低，以保證不降低濾波器中器件的工作性能；濾波器頻率特性與設(shè)計(jì)值在工作時(shí)要與它連接的負(fù)載或信號(hào)源的阻抗數(shù)值相符合；選取屏蔽和本體之間電接觸良好的濾波器且濾波器的可靠性要高，以滿足使用需求和相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

3.4.2 根據(jù)干擾的侵入途徑確定濾波器安裝位置。一個(gè)干擾源影響多個(gè)敏感設(shè)備時(shí)，濾波器安裝在干擾源一側(cè)；一個(gè)敏感設(shè)備受多個(gè)干擾源影響時(shí)，濾波器安裝在敏感設(shè)備一側(cè)；濾波器兩端的輸入輸出導(dǎo)線之間必須屏蔽、隔離，線要短且不能交叉，防止兩者之間的電磁耦合旁路濾波器的作用影響濾波效果。濾波器安裝在干擾源一側(cè)時(shí)，應(yīng)盡可能地減少輸入與輸出間的耦合，抑制傳導(dǎo)干擾及輻射干擾；屏蔽濾波器的外殼直接安裝在機(jī)柜的金屬外殼上且兩者之間接觸良好，可選用焊接、螺帽壓緊等搭接方式，以降低連接電阻。

3.5 整機(jī)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

接線設(shè)計(jì)是電磁兼容性設(shè)計(jì)中最為重要的也是難度最大的，通過對(duì)整機(jī)中電源模塊、各分機(jī)中電路模塊及機(jī)柜結(jié)構(gòu)的分析，本設(shè)計(jì)采用混合單點(diǎn)接地方式（低頻電路采用單點(diǎn)接地和高頻電路采用多點(diǎn)接地）。既有單點(diǎn)接地避免公共阻抗耦合，又有多點(diǎn)接地使高頻電路局部接地良好。該設(shè)計(jì)滿足以下原則：

3.5.1 在電路中，頻率在1MHz以下時(shí)可以用一點(diǎn)接地，并聯(lián)單點(diǎn)接地最好；高于10MHz采用“多點(diǎn)接地”的原則就近接地；在1～10MHz之間可用單點(diǎn)接地，也可用多點(diǎn)接地，混合電路區(qū)分模擬地和數(shù)字地，模擬地與數(shù)字地最后在單點(diǎn)用0歐姆接，然后與機(jī)殼地相連。

3.5.2 對(duì)于機(jī)柜來說，將設(shè)備地線分成三類（屏蔽地、信號(hào)地、電源地）分別與機(jī)殼地連接，保證每個(gè)地與機(jī)殼之間的低阻抗，最后由機(jī)殼地引出一金屬件接地點(diǎn)與艇體連接。

4 結(jié)語

潛用雷達(dá)的電磁兼容性設(shè)計(jì)，在掌握電磁干擾的特性和傳播機(jī)理的基礎(chǔ)上明確干擾源及傳播途徑，采取有效的保護(hù)措施對(duì)敏感器件進(jìn)行保護(hù)、減少電磁干擾的危害和提高設(shè)備的抗干擾能力。

參考文獻(xiàn)

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[3] 白同云，呂曉德.電磁兼容設(shè)計(jì)[M].北京：中國郵電大學(xué)出版社，2001.

作者簡介：梁猛（1982-），男，安徽淮北人，陜西長嶺電子科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品開發(fā)部工程師，研究方向：雷達(dá)系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)、雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)；武軍鋒（1980-），男，河南開封人，陜西長嶺電子科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品開發(fā)部工程師，研究方向：雷達(dá)系統(tǒng)調(diào)試工藝；王圣超（1989-），男，湖北仙桃人，陜西長嶺電子科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品開發(fā)部助理工程師，研究方向：雷達(dá)天線伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）