吸波材料在提高電路抗干擾中的應(yīng)用分析及優(yōu)化

王坤 臧恒 梁星霞

作者簡介：王坤（1990—），男，江蘇連云港人，工程師，學(xué)士；研究方向：雷達(dá)微波電路。

摘要：針對(duì)雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)主路高功率信號(hào)泄露分量的問題，文章采用了在屏蔽罩體內(nèi)部貼裝吸波材料的方法，研究了用吸波材料對(duì)雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)輸出功率檢測電路的影響。工程試驗(yàn)結(jié)果表明：該應(yīng)用及優(yōu)化解決了雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)主路高功率信號(hào)的泄露分量問題，提高了雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)內(nèi)輸出功率檢測電路抗干擾能力，增強(qiáng)了雷達(dá)整機(jī)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：吸波材料；雷達(dá)；抗干擾

中圖分類號(hào)：TN954.1? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0? 引言

隨著無線電技術(shù)和雷達(dá)探測技術(shù)的迅速發(fā)展，電子和通信設(shè)備向著靈敏、密集、高頻以及多樣化的方向發(fā)展。這不僅引發(fā)電磁波干擾、電磁環(huán)境污染，更重要的是導(dǎo)致電磁信息泄露，軍用電子設(shè)備的電磁輻射有可能成為敵方偵察的線索。為消除或降低電磁干擾、減少電磁泄漏，設(shè)備需要提高電路系統(tǒng)抗電磁干擾能力。高效能、寬頻帶的電磁波吸波材料的研究開發(fā)意義重大［1］。

1? 吸波材料定義

吸波材料又被稱為微波吸波材料，是指能有效吸收和衰減入射的電磁波，將電磁能轉(zhuǎn)化為其他形式能量，或使電磁波干涉相消，從而使電磁能顯著衰減的一類電磁吸收功能材料［2］。

2? 吸波材料特性

電磁波入射到吸波材料時(shí)，會(huì)發(fā)生3種情況：一部分電磁波會(huì)在剛接觸吸波材料時(shí)發(fā)生反射；一部分電磁波進(jìn)入吸波材料內(nèi)部進(jìn)行衰減轉(zhuǎn)化成熱能；另一部分電磁波將直接透過吸波材料［3］。吸波材料可以最大限度地使入射電磁波進(jìn)入到吸波材料內(nèi)部，減少屏蔽腔體內(nèi)電磁波的來回反射，減少雜波對(duì)自身電路的干擾，是一種消除電磁波污染的高級(jí)手段［4］。在工程應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員既可以單獨(dú)使用吸收電磁波，也可以和屏蔽體系配合，來提高設(shè)備高頻功效是屏蔽材料與吸波材料的工作原理，如圖1所示。

如今電子零件有輕薄短小趨勢，其吸波材料發(fā)展也朝向“材料薄、重量輕、頻段寬、強(qiáng)度強(qiáng)”等［5］。

3? 吸波材料在國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，許多國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)電磁波的不利影響展開了大量的研究。在一些高頻的領(lǐng)域特別是雷達(dá)裝備上，吸波材料要求既可以吸波，又要求差不多3瓦左右的導(dǎo)熱率，因此吸波材料應(yīng)用越來越廣泛。

一般設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品都要滿足一些電磁兼容的安規(guī)認(rèn)證，如VCCL，F(xiàn)CC等行業(yè)安全性、可靠性等法規(guī)。一方面由于設(shè)計(jì)缺陷，比如電路板的布線等，另外一方面由于產(chǎn)品實(shí)在太小，線路太密集以及和驅(qū)動(dòng)芯片距離實(shí)在太近，信號(hào)之間相互干擾，設(shè)計(jì)人員重新設(shè)計(jì)EMI/EMC時(shí)間長且不一定能解決。吸波材料便是解決電子產(chǎn)品電磁兼容問題的一個(gè)方案。吸波材料在不同場景的應(yīng)用，如圖2所示。

吸波材料廣泛應(yīng)用于電磁波吸收的領(lǐng)域，可以在較寬的頻段范圍內(nèi)抑制電子設(shè)備的電磁波干擾和輻射，比如無線通信產(chǎn)品，數(shù)碼產(chǎn)品，RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)，變頻設(shè)備，電子線路板（PCB）、集成電路等功能模塊。

4? 吸波材料在電路抗干擾的應(yīng)用

某型雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)在外場與其他分系統(tǒng)進(jìn)行整機(jī)聯(lián)調(diào)期間，筆者對(duì)發(fā)射分系統(tǒng)進(jìn)行測試，工作信號(hào)形式為線性調(diào)頻，工作頻點(diǎn)設(shè)置為F10。筆者讀出功率計(jì)數(shù)值為-5.4 dBm；20 s后，功率計(jì)顯示為無信號(hào)輸出，終端顯控臺(tái)報(bào)雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)雙工控保模塊故障，發(fā)射分系統(tǒng)保護(hù)關(guān)機(jī)，無功率輸出。筆者測試其余頻點(diǎn)時(shí)候，發(fā)射分系統(tǒng)工作狀態(tài)正常。筆者經(jīng)過故障排查，將問題定位到輸出功率檢測電路異常，最后導(dǎo)致模塊誤報(bào)輸出故障。

雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)雙工控保模塊內(nèi)的輸出功率檢測電路是超寬帶通用化高功率檢測電路，原理如圖3所示，頻率覆蓋S、C、X波段。

檢測電路的工作原理為帶狀線耦合器從主路耦合出一路小功率信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過衰減后，輸入檢波器芯片，檢波器芯片根據(jù)輸入射頻信號(hào)的功率值輸出對(duì)應(yīng)的檢波電壓，最后監(jiān)控軟件通過檢波電壓來檢測主路信號(hào)功率。根據(jù)以上原理，筆者對(duì)輸出功率檢測電路進(jìn)行檢查、分析，發(fā)現(xiàn)輸出功率檢測電路故障的原因：主路高功率射頻信號(hào)的泄露干擾到檢波器的工作，這導(dǎo)致檢波器工作狀態(tài)不穩(wěn)定，存在檢測電路功率檢測值不準(zhǔn)確。

輸出功率檢測電路位于屏蔽腔體中，無蓋板時(shí)輸出功率檢測電壓測試值為0.94 V～1.21 V；有蓋板輸出功率檢測電壓測試值為0.37 V～1.21 V，蓋上蓋板使得高頻點(diǎn)的功率檢測電路檢測電壓偏小，詳細(xì)的測試數(shù)據(jù)如表1所示。

腔體內(nèi)耦合器的輸入、輸出接口采用微帶線工藝，會(huì)有功率信號(hào)向外輻射。如圖4所示，當(dāng)屏蔽腔體處于開放時(shí)，耦合器輻射的信號(hào)擴(kuò)散到自由空間，對(duì)屏蔽腔體內(nèi)的小信號(hào)電路影響小。蓋上腔體蓋板后，腔體內(nèi)耦合器輻射的信號(hào)會(huì)在蓋板和電路之間形成多次反射，對(duì)小信號(hào)電路影響明顯，導(dǎo)致檢測電壓變小，部分頻點(diǎn)會(huì)變小至檢測閾值之下，引起誤報(bào)故障。

為解決蓋上蓋板的負(fù)面效應(yīng)，筆者需要在腔體蓋板內(nèi)側(cè)貼上吸波材料，讓吸波材料吸收干擾信號(hào)，把干擾信號(hào)的影響降低至可接受的范圍（±0.3V），詳細(xì)的測試數(shù)據(jù)如表1所示。

筆者在輸出功率檢測電路印制板上方蓋板貼吸波材料（型號(hào)RX2197），如圖5所示。吸波材料吸收主路高功率信號(hào)的泄露分量，達(dá)到檢波電路的正常工作效果。筆者對(duì)發(fā)射分系統(tǒng)進(jìn)行了多次重復(fù)開關(guān)機(jī)、長時(shí)間烤機(jī)試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)多個(gè)工作模式、不同工作頻點(diǎn)進(jìn)行多次測試，發(fā)射分系統(tǒng)工作狀態(tài)正常。

5? 結(jié)語

文章主要介紹了吸波材料在雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)輸出功率檢測電路的具體應(yīng)用優(yōu)化。該應(yīng)用及優(yōu)化解決了雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)主路高功率信號(hào)的泄露分量問題，提高了雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)內(nèi)輸出功率檢測電路抗干擾能力，增強(qiáng)了雷達(dá)整機(jī)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

［1］張拴勤.吸波材料和電磁屏蔽材料的研究現(xiàn)狀［J］.安全與電磁兼容，2007（6）：62-65.

［2］王靜，羅蕙敏，劉元軍，等.電磁吸收與屏蔽材料［J］.染整技術(shù)，2020（2）：1-9.

［3］王一帆，朱琳，韓露，等.電磁吸波材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2023（1）：1-12.

［4］劉署光.面向智能汽車的毫米波雷達(dá)測試系統(tǒng)研究［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2019.

［5］曾強(qiáng)，王榮超，張小蘭，等.電磁吸波材料研究進(jìn)展［J］.江西化工，2021（6）：100-103.

（編輯? 李春燕）

Application analysis and optimization of absorbing material in improving circuit anti-interference

Wang? Kun， Zang? Heng， Liang? Xingxia

（The Eighth Research Academy of CSSC， Nanjing 211153， China）

Abstract：? In response to the problem of leakage components of high-power signals in the main circuit of the radar transmission subsystem， a method of installing absorbing materials inside the shielding cover was adopted， and the optimization of the output power detection circuit of the radar transmission subsystem using absorbing materials was studied. The results of engineering experiments show that the application and optimization solve the leakage component problem of high power signal of radar transmission subsystem. It improves the anti-interference capability of the output detection circuit in the radar transmission subsystem. It can also enhance the stability and reliability of the radar system.

Key words： absorbing material; radar; anti-interference