雷達(dá)系統(tǒng)開關(guān)電源電磁兼容技術(shù)研究

海軍701工廠

一、雷達(dá)開關(guān)電源電磁兼容問題產(chǎn)生的機(jī)理及特點(diǎn)

干擾的電磁源頭從哪里來，干擾的電磁怎樣傳播，什么樣的設(shè)備易被干擾，是雷達(dá)開關(guān)電源電磁兼容研究的主要內(nèi)容。

雷達(dá)開關(guān)電源是將交流電轉(zhuǎn)化成直流電進(jìn)行輸出，其過程需要使用輸入整流濾波電路（交流電輸入），功率變換電路（高頻逆變），輸出整流濾波電路（直流電壓輸出），以及控制電路。功率變換電路工作時(shí)，電路中的設(shè)備會(huì)進(jìn)行高頻運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致出現(xiàn)高噪音，形成對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的干擾，而雷達(dá)收發(fā)的無線電波和雷達(dá)系統(tǒng)中的其他部件運(yùn)行時(shí)又會(huì)對(duì)開關(guān)電源的眾多控制電路進(jìn)行干擾，這樣一來，開關(guān)電源就成了既是易被干擾設(shè)備，又是干擾電磁的源頭。

（一）電磁的干擾源頭

脈寬調(diào)整管、半導(dǎo)體二極管、高頻開關(guān)電源變壓器等設(shè)備是開關(guān)電源中主要電磁干擾源頭。

1.整流電路電磁干擾的源頭

開關(guān)電源的二極管整流橋堆電路運(yùn)行時(shí)，瞬時(shí)輸入電流可高達(dá)150 A，對(duì)電壓波形造成極嚴(yán)重影響，高峰值脈沖電流會(huì)在大電容充電時(shí)出現(xiàn)，并伴有高頻諧波分量（一個(gè)周期電氣量的傅立葉級(jí)數(shù)中次數(shù)大于一的整數(shù)倍分量），傳輸電路沿線會(huì)被其干擾，整個(gè)電網(wǎng)都將受到嚴(yán)重的影響。另外，高頻率運(yùn)行狀態(tài)下的開關(guān)電源，使得二極管導(dǎo)通，截至速率過高，因此產(chǎn)生的反向浪涌電流的高頻震顫會(huì)形成電磁干擾。

2.開關(guān)電路電磁干擾源頭

脈寬調(diào)整管在高頻次的打開、閉合中會(huì)使電壓和電流發(fā)生極大的瞬間變化，過程中的噪音成為電磁干擾源頭，此過程還將部分能量傳導(dǎo)至電路中并產(chǎn)生衰減震蕩，與脈寬調(diào)整管電壓共同作用，使電壓出現(xiàn)極高的波峰值，這種情況不僅會(huì)損傷脈寬調(diào)整管本身，也同時(shí)是更強(qiáng)烈的電磁干擾源頭。

3.高頻變壓器電磁干擾源頭

高頻變壓器中能量傳遞所產(chǎn)生的震蕩，與脈寬調(diào)整管和電容共同作用有可能出現(xiàn)空間輻射干擾源頭。

（二）電磁干擾的傳播

1.經(jīng)由電路的各種線路將電磁傳輸出去，形成對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的干擾，這種傳播方式分共模干擾和差模干擾兩種，此兩種干擾在復(fù)雜的線路中共存，并相互影響，反復(fù)更替。

2.開關(guān)電源的主要元件都會(huì)通過產(chǎn)生電磁波輻射，這種干擾利用空間磁場和空間電場輻射出去，影響雷達(dá)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.雷達(dá)開關(guān)電源的所有組成物件都能做為通道，被電磁波利用，進(jìn)行干擾輸出。

（三）開關(guān)電源受干擾特點(diǎn)

開關(guān)電源在電磁傳播方面是干擾的源頭，而在整體雷達(dá)系統(tǒng)環(huán)境中又容易被其他設(shè)備干擾，雷達(dá)系統(tǒng)組成復(fù)雜，各元器件釋放電磁波強(qiáng)度各異，低于開關(guān)電源電磁敏感度下限的電磁波會(huì)通過線路和輻射對(duì)其干擾，但通常來說，雷達(dá)系統(tǒng)各個(gè)干擾源頭的電磁強(qiáng)度都會(huì)觸及開關(guān)電源，開關(guān)電源只有通過調(diào)整自身電磁敏感度的范圍來對(duì)干擾進(jìn)行抵御。

二、開關(guān)電源電磁兼容性設(shè)計(jì)

雷達(dá)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)如何做到具備兼容特點(diǎn)？總體方針應(yīng)該是，電磁波降強(qiáng)度，傳播媒介搞阻斷，抗擾能力圖加強(qiáng)。而且，為了降低解決開關(guān)電源兼容性問題的難度，不要在開關(guān)電源已經(jīng)參與到雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行后再去想辦法，應(yīng)在開關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)就進(jìn)行完善。

（一）開關(guān)電源構(gòu)造的控制技術(shù)

1.主電路控制技術(shù)

開關(guān)電源的主要干擾來源是開關(guān)高頻開閉時(shí)電流的劇烈變化，可以利用軟開關(guān)電路解決這一問題，部件中使用熱敏電阻和熱敏電感，開關(guān)電源運(yùn)行時(shí)電壓可被逐步提升，緩解電流、電壓劇烈波動(dòng)，提高開關(guān)電源性能的同時(shí)也大大的降低了電磁的干擾。不過也應(yīng)同時(shí)預(yù)防附加線路所形成的電磁干擾源頭，使設(shè)計(jì)整體符合兼容性。

2.功率因數(shù)校正技術(shù)

開關(guān)電源整流濾波電路輸入交流電時(shí)，電流波形受非線性負(fù)載影響發(fā)生不規(guī)則變化形成脈沖波形，此時(shí)功率因數(shù)過低，大量的諧波分量出現(xiàn)使得其他設(shè)備處在被污染的電網(wǎng)內(nèi)，并不斷遭受干擾[1]。為了完善這一弊端，就得使功率因數(shù)提高，諧波分量減少，因此，開關(guān)電源的兼容性設(shè)計(jì)必須要涵蓋功率因數(shù)校正電路。方法有兩種，分別是有源功率因數(shù)校正和無源功率因數(shù)校正，從實(shí)際效果看，有源功率因數(shù)校正被使用得占比更多，效果也相對(duì)更好。

3.吸收電路技術(shù)

將吸收電路（電阻、電容、二極管）與開關(guān)電源的脈寬調(diào)整管或高頻整流二極管并聯(lián)，利用電感電流和電容電壓不能突變的性質(zhì)緩解單位時(shí)間電流和電壓的上升速度，從而起到保護(hù)開關(guān)電源并降低激烈波動(dòng)所帶來的強(qiáng)力電磁波干擾。

4.元器件布局和印制板布線

通常狀況下，印制板中的線路面積越大，開關(guān)電源的干擾越強(qiáng)，所以，合理的源器件和線路分布是減少干擾的有效手段，另外，輸入、輸出交流電線的取材和分布位置要做特殊考慮，以免出現(xiàn)負(fù)面影響[2]。

（二）濾波電路技術(shù)

當(dāng)電流流經(jīng)濾波電路（串聯(lián)或并聯(lián)的電容、電感）時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢可自動(dòng)調(diào)節(jié)電流，將過大的電流轉(zhuǎn)換成能量儲(chǔ)存下來，并在其反作用力下減慢電流持續(xù)超標(biāo)，電流量過小時(shí)，又能將儲(chǔ)存的能量釋放，合力補(bǔ)充電流。這樣的處理可使流經(jīng)開關(guān)電源的電流波形穩(wěn)定，脈寬減小，有力的減小電磁干擾。

（三）屏蔽技術(shù)

雷達(dá)開關(guān)電源的電磁干擾可通過空間進(jìn)行發(fā)散，為了抑制這種傳播方式，應(yīng)采取有效的屏蔽手段。我們都知道，金屬材質(zhì)可以反射電磁波和吸收電磁波，利用這一性質(zhì)，把開關(guān)電源的內(nèi)部元件和外部整體分別用金屬包裹起來，就能屏蔽其對(duì)外的輻射干擾[3]。另外需要注意的是，地線的合理設(shè)置，屏蔽效果的好壞，它也起著非常重要的作用。

隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，更加完善的電磁兼容材料、產(chǎn)品、技術(shù)也將不斷的涌現(xiàn)出來，雷達(dá)開關(guān)電源兼容性的問題終將得到根本解決。

三、結(jié)語

雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活和軍事上，其性能的好壞決定了很多重要事情的結(jié)果，開關(guān)電源作為雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成，也擔(dān)負(fù)著重要的使命，對(duì)于它的科學(xué)研究不應(yīng)停下腳步，面對(duì)其使用效率，優(yōu)化成本等等的兼容性問題還有許多，如何完善其應(yīng)用技術(shù)還需要不斷的研究、總結(jié)、創(chuàng)新。