車載火控雷達電磁兼容設(shè)計

劉 潔 謝 斌 史鵬濤

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 現(xiàn)代戰(zhàn)爭中各種電子設(shè)備越來越多。隨之而來的是更為復(fù)雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境。為了能夠適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭中更為復(fù)雜的電磁環(huán)境，充分發(fā)揮出雷達的性能，對雷達提出了更高的電磁兼容要求。雷達本身裝備有大量的電子設(shè)備，雷達本身的工作原理就決定對外輻射強，易受干擾及系統(tǒng)內(nèi)各組合互擾較大的特點，因此在雷達的設(shè)計中在滿足功能性能的同時必須做好電磁兼容方面的設(shè)計[1]。在電磁兼容設(shè)計中，設(shè)計師應(yīng)至少考慮以下幾方面內(nèi)容：電磁屏蔽設(shè)計、接地設(shè)計、搭接設(shè)計、信號傳輸設(shè)計、供電設(shè)計、濾波器的選用、連接器選擇及布線設(shè)計、結(jié)構(gòu)中增加屏蔽效能的設(shè)計等[2]。

本文從車載火控雷達系統(tǒng)的組成出發(fā)，就車載火控雷達方艙及設(shè)備安裝、電纜的選擇、布線設(shè)計及敷設(shè)、連接器的選擇和處理等方面給出了電磁兼容設(shè)計的具體措施及相應(yīng)方法。對車載雷達設(shè)備在惡劣電磁環(huán)境條件下功能實現(xiàn)以及系統(tǒng)效能的充分發(fā)揮提供了保障。

1 車載火控雷達系統(tǒng)組成

車載火控雷達系統(tǒng)具有生存力強、自動化程度高、反應(yīng)時間短、可靠性高等特點，車載火控雷達系統(tǒng)主要由火控雷達、光電設(shè)備、底盤、底架、方艙、設(shè)備升降平臺、光電升降桿、液壓系統(tǒng)、支撐調(diào)平系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、終端顯控分系統(tǒng)、供電電站、掛梯及附件箱等組成，其具體組成如圖1所示。工作時頂蓋打開，設(shè)備升降平臺升起鎖定，液壓支腿撐起進行調(diào)平，基站目標識別雷達進行搜索和跟蹤，光電進行搜索和跟蹤。

車載火控雷達方艙為各種設(shè)備提供了安裝空間并起防護作用，為雷達的操作人員提供了操作空間和防護空間?；鹂乩走_系統(tǒng)在對任務(wù)目標進行搜索跟蹤時，有源天線和光電設(shè)備要露出艙外。有源天線負責信號的發(fā)射和接收，終端顯控負責對接受到信號進行處理顯示，控制雷達的工作狀態(tài)和設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸和通訊等。為保證車載火控雷達的電磁兼容性，雷達各分系統(tǒng)模塊的電磁發(fā)射和敏感度均應(yīng)符合電磁兼容國軍標要求，從電路設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝及裝配幾個方面來進行電磁兼容設(shè)計。

圖1 車載火控雷達設(shè)備組成示意圖

2 車載火控雷達方艙電磁兼容設(shè)計

2.1 雷達方艙的安裝

車載火控雷達的方艙為保持安裝在該方艙上的底板、面板及接地面板及接地平面等構(gòu)件之間的電氣連續(xù)性提供了條件。本身還可作為電纜托架的電氣接地構(gòu)件。為了達到上述搭接要求而作了必要改進的典型設(shè)備機框。設(shè)備各個底板和方艙之間的搭接是在設(shè)備前面板和機柜至角形立柱的配合實現(xiàn)的。在方艙的框架上熔焊有單節(jié)水平導(dǎo)板，上述立柱應(yīng)當與這水平導(dǎo)板進行接地連接。方艙的底面應(yīng)涂上導(dǎo)電的防護涂層，以改善與接地基座之間的搭接性能。電纜托架連接在電纜引線槽上，再把電纜引線槽連接到機柜的頂部，方艙又被連接到平整的安裝接地襯板上。而設(shè)備的前面板則是被連接到方艙或方艙柜的正面的安裝表面上。在搭接之前必須清除設(shè)備前面板上不導(dǎo)電的防護層。設(shè)備與方艙間的接縫當提供雙重作用，實現(xiàn)由連接和防止干擾泄露，接縫四周應(yīng)使用導(dǎo)電襯墊以確保金屬對金屬的接觸，裝在防振托架上的設(shè)備必須把防振架跨接到機柜的構(gòu)件上。連接器安裝板應(yīng)采用導(dǎo)電密封以改善與底板的連接性能。如果底板要能從方艙上卸下，則應(yīng)當用帶有乙烯樹脂套管的2.5 cm寬的編織帶將底板的后背與機柜連接起來。

2.2 雷達方艙屏蔽與設(shè)備安裝

車載火控雷達方艙的屏蔽和設(shè)備的安裝方式在電磁兼容中有著非常重要的作用。對方艙底部進行屏蔽除可以控制由安裝在方艙內(nèi)的設(shè)備所產(chǎn)生的干擾之外，還能防止外界電磁場對這些設(shè)備的影響，特別是當必須把未加屏蔽的現(xiàn)成設(shè)備組裝成一個可靠的電子成套設(shè)備時更是如此[4]。除非考慮在外部采取屏蔽措施，否則上述設(shè)備的干擾特性將引起電磁兼容性問題[3]。進行方艙設(shè)計的程序與任何形式的屏蔽殼體的設(shè)計程序一致，所設(shè)計的全部接縫都要防止泄露，安裝設(shè)備應(yīng)避免各種干擾問題。每個設(shè)備的外殼應(yīng)有一個接地配合表面，該配合表面就在預(yù)先制備的滑槽內(nèi)接地。此外還要用鈹銅合金的連接條把各個外殼連接在一起。用于搭接的鈹銅合金的連接條的寬度不得小于2.54 cm，其長度與寬度之比最大為5∶1。

所安裝的通信接收機和發(fā)射機與其天線之間的連接器要短。電動直流發(fā)電機、逆變器、電動交流發(fā)電機以及電動機都應(yīng)遠離接收機安裝，而且選擇的相對位置要防止產(chǎn)生的干擾場耦合到接收機的引入線上。所有的電器機械裝置應(yīng)遠離設(shè)備的開口處。為了防止干擾場直接輻射到外部的天線上，需要在各種孔洞上覆蓋屏蔽層。各種雷達的調(diào)制器和發(fā)射機應(yīng)當遠離通信機安裝；各輔助電源應(yīng)安裝在設(shè)備的開口處；低電平線路系統(tǒng)應(yīng)遠離高電平線路系統(tǒng)安裝，并正確運用屏蔽搭接和接地等措施。典型的機柜搭接結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 典型的機柜搭接結(jié)構(gòu)

設(shè)備機箱接縫應(yīng)通過增加金屬之間的搭接面，使縫隙間的等效電容增大，從而提高高頻的屏蔽效能；通過增加縫隙深度從而加大穿過縫隙電磁波的衰減量；使用導(dǎo)電橡膠條等電磁密封襯墊等特殊屏蔽材料，如圖3所示 。

圖3 導(dǎo)電橡膠條的應(yīng)用

3 電纜的選擇、布線設(shè)計和敷設(shè)及連接器選擇

3.1 電纜的選擇

雷達系統(tǒng)選用電纜首先考慮電路特性、環(huán)境適應(yīng)性和電纜成本，其次必須從電磁兼容性要求方面進行考慮。從電磁兼容設(shè)計角度，選用電纜需要考慮的因素主要從傳輸信號波形、頻率范圍、功率電平、電路敏感度以及電磁環(huán)境等幾個方面考慮。

車載火控雷達各種電纜選用原則主要有：

1)外部供電電源線及功率驅(qū)動電路

對于外部供電電源線路，一般來說采用非屏蔽的線纜。當電源上沒有采取適當?shù)臑V波措施導(dǎo)致外部供電電源產(chǎn)生的電磁騷擾太大影響到產(chǎn)品正常工作時，供電電源線電纜應(yīng)采用屏蔽電纜以防止干擾輻射。對于高增益放大器的供電電源，為防止受其他電路的影響，最好采用屏蔽雙絞線。對于功率驅(qū)動電路一般可采用雙絞屏蔽電纜。

2)天線電纜

這類電路一般選用同軸電纜和波導(dǎo)作為信號傳輸線。在100kHz以下，可用屏蔽雙絞電纜作天線電路信號傳輸線。

3)控制電路電纜

這類電路宜用雙絞線作為信號傳輸線。

4)數(shù)字電路信號和高電平脈沖信號傳輸線

這類線路的信號為脈沖信號，頻帶較寬，易受干擾又會干擾其他電路，一般選用屏蔽雙絞電纜。

3.2 電纜布線和敷設(shè)

布線和敷設(shè)電纜應(yīng)使耦合減到最小，并且利用現(xiàn)有布線空間獲得最佳隔離。應(yīng)按每一根導(dǎo)線或電纜的干擾和敏感特性對其進行分類，以便能夠直觀地辨別出每根導(dǎo)線或電纜的電磁兼容類別，布線時將強干擾線束與易受干擾線束分離開。布線設(shè)計時，解決線和線之間耦合最簡單、最有效的方法是把不同類線束之間的間距拉大。大功率或敏感電路的電纜要求單獨敷設(shè)，不能與其它任何互連線一起捆扎或一起走線。布線設(shè)計時，盡可能避免平行布線，如無法避免平行，則要保證線纜束間距。要求一般不同類別電纜束之間距離至少要保持75 mm間距[5]。

特殊電纜敷設(shè)間距要求：

1)主電源配電線路與其它類別電纜至少應(yīng)保持150 mm間距。

2)主發(fā)電機的饋電電纜，距其它所有電纜至少300 mm。

3)大功率發(fā)射天線饋線，一般應(yīng)單獨敷設(shè)，與其他電纜的距離至少為200 mm。

4)一些特殊點火線路電纜(比如武備系統(tǒng)的電爆裝置)，與其他電纜的距離至少為150 mm。

對線束和電纜的保護和支撐，應(yīng)注意以下幾個方面：

①盡量沿艙壁或結(jié)構(gòu)件布置；

②分組支撐；

③防止機械力或加工應(yīng)力；

④防止引起飛弧或過熱；

⑤防止布線和其他設(shè)備產(chǎn)生干擾；

⑥防止在振動環(huán)境中產(chǎn)生大的位移。

3.3 連接器的選擇和安裝

系統(tǒng)設(shè)備連接器的選擇應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的沖擊振動環(huán)境，同時還要考慮器件耐溫度、濕度、鹽霧、液體等環(huán)境性能。為滿足電磁兼容要求，對于有屏蔽要求的電纜應(yīng)選用帶有屏蔽尾罩的導(dǎo)電連接器，對于有需要濾波的設(shè)備還要選用帶濾波性能的連接器。

連接器的選用首先必須滿足其基本性能，如能防止插入拔出時的損壞，觸點可靠的低電阻接觸以外，其次還必須有良好的屏蔽性能，不會降低連接電纜的屏蔽性能。連接器插針的分配，必須考慮所連接的電路信號類別，必須防止因插針分配不當造成電路之間的相互影響，充分利用備用插針隔離不同類別的電路信號，如圖4所示。

圖4 帶有屏蔽外殼的多芯連接器

為保證連接器能夠屏蔽貫通它的線路，其外表面必須能夠?qū)щ姡⑶以谶B接器與電纜結(jié)合處能夠滿足屏蔽層360°包接要求[5]。最好應(yīng)選用表面鍍鎳/鉻并帶屏蔽尾罩的導(dǎo)電連接器。如圖5所示。與機箱安裝時，應(yīng)去除機箱安裝面處不導(dǎo)電層，并在連接器與機箱間加導(dǎo)電橡膠墊片。

圖5 屏蔽電纜的正確處理方法

在屏蔽電纜的處理過程中，要防止圖6、圖7情況發(fā)生。

圖6 屏蔽電纜接頭處的“豬尾巴效應(yīng)”

圖7 屏蔽電纜錯誤處理方法實例

連接器與面板接縫設(shè)計，在連接器與面板連接處加工與連接器法蘭同樣大小的凹槽并進行導(dǎo)電氧化處理以確?？煽康碾娺B接并采用連接器導(dǎo)電襯墊以防電磁泄露，如圖8所示。

圖8 導(dǎo)電橡膠板的應(yīng)用

4 結(jié)束語

本文就車載火控雷達方艙及設(shè)備安裝、電纜的選擇、布線設(shè)計及敷設(shè)、連接器的選擇和處理等方面給出了電磁兼容設(shè)計的具體措施及相應(yīng)方法。在雷達系統(tǒng)中集中了大量的電子設(shè)備，電磁環(huán)境差且防護困難的問題增加了電磁防護的難度。在雷達及各分系統(tǒng)的研制中，各分系統(tǒng)應(yīng)采取適當措施來控制系統(tǒng)內(nèi)的干擾和敏感度，消除或抑制系統(tǒng)內(nèi)或與系統(tǒng)有關(guān)的所有電子、電氣分系統(tǒng)或設(shè)備產(chǎn)生的不希望有的發(fā)射與響應(yīng),使車載火控雷達性能在復(fù)雜電磁環(huán)境下得到充分發(fā)揮[1]。