潛用雷達電磁兼容性設計

梁猛　武軍鋒　王圣超

摘要：文章通過對干擾三要素的分析，從實際操作的角度剖析潛用雷達電磁兼容設計的主要要求及方法，這些方法可以在很大程度上減少電磁干擾的危害，為潛用雷達的設計及電磁兼容性整改設計提供借鑒經驗，提高設備的抗干擾能力。

關鍵詞：潛用雷達；電磁兼容性；電磁干擾；抗干擾能力；電磁環境 文獻標識碼：A

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

1 概述

潛用雷達工作時，既要面臨艙內、外復雜的電磁環境，還要面臨設備本身的噪聲干擾。為了使裝艇電子設備更好地滿足電磁兼容性的設計要求，潛用雷達在按GJBl51A-1997、HJB34A-2007要求的基礎上，根據總體電磁兼容性能要求進行剪裁和補充，其考核包括CE101、CE102、CS01.1、CS01.2、CS06、CS114、CS116、RE101、RE102、RS101、RS103共11個項目，在設備提交時需有總體認可的檢測機構提供的合格的設備電磁兼容性測試報告。

設備設計完成后，一些電磁兼容性超標項目（如CE101、RE102等）解決困難、費用高，而且大多都是補救性的整改措施。因此在雷達的設計過程要考慮內、外兩方面的電磁環境，盡可能地減小相互干擾，使雷達具有良好的電磁兼容性。本文在大量實踐的基礎上，從設計思路上提出了行之有效的電磁干擾抑制措施。

2 潛用雷達電磁兼容性設計目的與依據

電磁兼容性規范和標準不斷的發展和完善，電磁兼容性設計已用預先分析、設計、預測代替原來的事后處理，因此雷達設計之初就應對產品的電磁兼容性進行充分的考慮。目的是使設備滿足相關電磁兼容標準的規定；能在可預知的電磁環境中正常工作，且無故障或性能下降；減輕復雜電磁環境對人類健康產生的不良影響；產品各個模塊之間可以共存，不致引起相互干擾。

電磁兼容設計的依據是電磁干擾三要素（干擾源、耦合途徑及敏感部位），因此電磁兼容性設計就是要做好防護敏感設備被干擾、切斷耦合路徑、抑制干擾源等方面的設計。潛用雷達需要抑制的電磁干擾源有開關電源的開關回路、交流電機的運行噪聲、雷達的射頻前端、大功率磁控管等。需要切斷的主要耦合途徑有共阻抗耦合、傳導耦合、感應耦合、輻射耦合等。

3 潛用雷達電磁兼容性設計內容與方法

潛用雷達電磁兼容設計以指標的分配、功能分塊設計作為基本方法，將電磁兼容指標逐級分解到各功能模塊（包括元件級、PCB級、模塊級、分機級、整機級等）在不同級別上進行分級設計，采取相應的防護措施等。

線路原理設計時要考慮線路的合理性與參數的適當性，設計不當時很可能會使線路本身成為干擾源。對電路原理理解透徹，盡量用簡潔的電路來實現設計要求。

3.1 器件選用

元器件優選應從電源電壓、封裝類型、電磁發射、抗擾性等方面著手。

有源器件要研究其電磁兼容性參數，選擇輸出電壓波動性小、電源及地的靠近并多個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特性。首選表貼元件，因為其寄生參數較小；焊接具有引線的元器件時應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對不同噪聲的特點，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用線路濾波器等濾除。

3.2 PCB電磁兼容性設計

布線布局的不合理是引發干擾的重要因素，PCB電磁兼容性設計需按照布線布局基本原則進行。

3.2.1 印制板的大小對電磁兼容性的影響：尺寸小相鄰器件、導線易干擾且不利于散熱；尺寸大印制導線增長，抗干擾能力變弱，阻抗上升。應根據需求確定其大小。

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。應優先選用多層板進行PCB設計，在不同層內布置模擬電路和數字電路；電源層需要在地層下方靠近地層；騷擾源安排獨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路面積，電源線和地線應盡可能靠近；時鐘線、信號線也應靠近地線，走線短而粗，減少環路面積。

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

3.2.5 按邏輯速度對數字器件進行分組，并相對集中以減小耦合，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加地線分開，避免平行、相鄰，以避免反饋耦合的發生等。

3.2.7 板上和機殼的接地線要短而粗，最好用鍍銀接線柱。

3.3 屏蔽設計

屏蔽技術就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離，用來控制電磁干擾沿著空間傳播、抑制磁場、電場和電磁波在兩個區域之間的輻射和感應。

機柜屏蔽，按本雷達設計，艙體內的機柜的材料及厚度設計需滿足設備電磁兼容性相關要求，導體不能直接穿過屏蔽體，對機柜縫隙、觀察顯示窗及通風口設計按規范進行。縫隙設計遵循原則：合理設計接觸面的重合面積；合理安排機柜螺釘安裝密度，減小接觸電阻；為減小接觸電阻應保持接觸面的平整度與清潔；消除縫隙上不接觸點可以使用電磁密封襯墊；機柜門縫處采用安裝在合適溝槽內的橡膠芯金屬編織網襯墊屏蔽或其他屏蔽效能、安裝結構符合要求的屏蔽材料，保證機柜門閉合后機柜整體電磁密閉。觀察顯示窗的設計要求：顯示窗應加屏蔽措施，選用具有電磁屏蔽措施的顯示屏，安裝時注意其與機柜連接的電磁密閉性。通風口設計要求：采用截止波導式蜂窩板通風孔，其優點有工作頻帶寬、機械強度高、對空氣阻力小、風壓損失小和工作可靠等。

設備內、外電纜屏蔽設計，機柜中裸露的走線要盡量短；導線可以按傳輸電平信號的種類分組捆扎，間隔足夠的距離，減少它們之間的相互干擾；走線時也要把電源線、控制線、信號線、時鐘線等分開；各分機內的工作電流較大的數字電路、時鐘源應使用金屬屏蔽盒進行全屏蔽；扁平帶狀線應采用信號與地交互排列的方式來傳遞信號有利于抑制干擾、大幅提高抗干擾度；有進線和回線的信號應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，干擾場可以相互抵消減弱；對輻射干擾較大的導線應選用屏蔽線；各機柜內的電源線、時鐘線等使用屏蔽線時，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的發射；合理布局機柜內模塊以減少電源線長度；雷達分機間的聯接電纜需選有屏蔽層的，其屏蔽層必須對整條電纜在360°范圍內覆蓋且與機柜連接器360°搭接，電纜屏蔽層和機柜構成一個完整的屏蔽體，屏蔽整個電路。

3.4 濾波器設計

I/O信號濾波需要特別屏蔽的傳輸信號線應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柜連接。

選用合適的電源濾波器，有相關項目不合格時應對其參數進行調整。

電源濾波器的安裝注意事項如下：

3.4.1 選用濾波器時應了解工作頻率和所要抑制的干擾頻率。采用的濾波器應在寬帶范圍內對共模干擾、差模干擾均有較大的插入損耗，對所有的亂真信號進行抑制；濾波器應有足夠高耐壓。當輸入電壓波動較大時，濾波器應滿足額定電壓要求；濾波器在額定電流連續工作時溫升要低，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計值在工作時要與它連接的負載或信號源的阻抗數值相符合；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的國家標準。

3.4.2 根據干擾的侵入途徑確定濾波器安裝位置。一個干擾源影響多個敏感設備時，濾波器安裝在干擾源一側；一個敏感設備受多個干擾源影響時，濾波器安裝在敏感設備一側；濾波器兩端的輸入輸出導線之間必須屏蔽、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時，應盡可能地減少輸入與輸出間的耦合，抑制傳導干擾及輻射干擾；屏蔽濾波器的外殼直接安裝在機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 整機接地系統設計

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

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

3.5.2 對于機柜來說，將設備地線分成三類（屏蔽地、信號地、電源地）分別與機殼地連接，保證每個地與機殼之間的低阻抗，最后由機殼地引出一金屬件接地點與艇體連接。

4 結語

潛用雷達的電磁兼容性設計，在掌握電磁干擾的特性和傳播機理的基礎上明確干擾源及傳播途徑，采取有效的保護措施對敏感器件進行保護、減少電磁干擾的危害和提高設備的抗干擾能力。

參考文獻

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[2] 白同云.電磁兼容設計實踐[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3] 白同云，呂曉德.電磁兼容設計[M].北京：中國郵電大學出版社，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任公司產品開發部工程師，研究方向：雷達系統電磁兼容設計、雷達天線伺服系統設計；武軍鋒（1980-），男，河南開封人，陜西長嶺電子科技有限責任公司產品開發部工程師，研究方向：雷達系統調試工藝；王圣超（1989-），男，湖北仙桃人，陜西長嶺電子科技有限責任公司產品開發部助理工程師，研究方向：雷達天線伺服系統設計。

（責任編輯：黃銀芳）