伺服驅(qū)動器對雷達系統(tǒng)干擾問題的研究

周益博 中國電子科技集團公司第三十八研究所

伺服驅(qū)動器對雷達系統(tǒng)干擾問題的研究

周益博 中國電子科技集團公司第三十八研究所

本文對伺服驅(qū)動器在運行時對雷達系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾問題進行了分析，并在此基礎(chǔ)上提出解決此問題的有效途徑，希望對相關(guān)研究人員提供有效幫助。

伺服驅(qū)動器 雷達系統(tǒng) 干擾

1 引言

伺服驅(qū)動器是現(xiàn)代運動控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人、數(shù)控加工等自動化設(shè)備中。在雷達系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動器屬于雷達伺服分系統(tǒng)，主要用于控制伺服電機運動，從而帶動雷達天線轉(zhuǎn)動、陣面移動等動作。伺服驅(qū)動器在運行過程中，常因設(shè)計、生產(chǎn)、裝配等原因產(chǎn)生干擾，此類干擾會影響雷達系統(tǒng)的正常工作。因此有必要對伺服驅(qū)動器的干擾問題進行分析。

2 干擾的分類

伺服驅(qū)動器對雷達系統(tǒng)的干擾主要指電磁干擾。電磁干擾指任何可能中斷、阻礙，甚至降低、限制無線電通信或其他電子設(shè)備性能的傳導(dǎo)或輻射的電磁能。電磁干擾按干擾的途徑可以分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾指電磁干擾能量從干擾源沿金屬導(dǎo)體傳播至被干擾對象（敏感設(shè)備）。輻射干擾指電磁干擾能量以電磁波的形式通過周圍媒介傳播到被干擾對象（敏感設(shè)備）。工程實際表明，敏感設(shè)備受到的干擾往往是傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的組合。

3 伺服驅(qū)動器干擾分析

3.1 干擾機理

電磁干擾源、傳播耦合途徑、敏感設(shè)備是形成電磁干擾的三大因素。任何電磁干擾抑制手段都是從這三個因素方面考慮的。在雷達系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動器既是干擾源，對雷達系統(tǒng)其他電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，同時也受雷達系統(tǒng)其他電子設(shè)備的干擾而成為敏感設(shè)備。本文主要講伺服驅(qū)動器作為干擾源進行分析，雷達系統(tǒng)其他電子設(shè)備如接收機、電源、信號處理等為敏感設(shè)備，傳播耦合途徑包括電場耦合、磁場耦合、電磁場耦合等輻射干擾空間以及傳導(dǎo)干擾的電源線、信號線、地線等。

在雷達系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動器一般安裝在密閉的伺服控制箱內(nèi)，通過電源電纜和編碼器電纜與伺服電機相連，來控制伺服電機的運動。伺服驅(qū)動器的電磁干擾問題涉及三個方面：伺服驅(qū)動器自身內(nèi)部的電磁干擾；伺服驅(qū)動器受到其他電子設(shè)備干擾；伺服驅(qū)動器對雷達系統(tǒng)其他電子設(shè)備的電磁干擾。雷達系統(tǒng)中的伺服驅(qū)動器一般為進口貨架產(chǎn)品，其設(shè)計制造過程中已充分考慮了自身電磁兼容問題，此處不討論其自身內(nèi)部電磁干擾，主要考慮伺服驅(qū)動器作為干擾源對雷達系統(tǒng)其他電子設(shè)備的干擾問題。

電磁干擾源對敏感設(shè)備的電磁干擾途徑主要有以下幾個方面：

①從干擾源直接到敏感設(shè)備的輻射干擾；

②來自干擾源的輻射或干擾源連接的電源線、信號線引起的輻射被敏感設(shè)備連接的電源線、信號線接收，并傳導(dǎo)至敏感設(shè)備；

③干擾源、敏感設(shè)備之間地線環(huán)路電流引起的干擾。

將伺服驅(qū)動器作為干擾源考慮，在其運行過程中，產(chǎn)生電磁干擾的傳播途徑主要有：

①伺服驅(qū)動器輸入輸出電流中包含大量高次諧波成分，對同一供電網(wǎng)絡(luò)會產(chǎn)生脈動，從而影響同一供電網(wǎng)絡(luò)上其他電子設(shè)備。

②伺服驅(qū)動器的逆變器工作于開關(guān)模式并高速切換時，會對周圍電子設(shè)備產(chǎn)生輻射干擾。

③伺服驅(qū)動器地線與其他電子設(shè)備地線并在一起時，其輸出電流中的高次諧波通過地線耦合到其他電子設(shè)備。

④伺服驅(qū)動器輸入輸出電纜與其他電子設(shè)備的電源線、信號線等靠近時，會對其他電子設(shè)備產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾（經(jīng)線纜傳播）。

3.2 抑制伺服驅(qū)動器對雷達系統(tǒng)干擾的措施

3.2.1 屏蔽

屏蔽是利用屏蔽體阻擋或減小電磁能傳輸?shù)囊环N技術(shù)。屏蔽有兩個目的：一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄露出該區(qū)域，二是防止外來的輻射干擾進入某一區(qū)域。屏蔽作用是通過一個將上述區(qū)域封閉起來的殼體實現(xiàn)的，這個殼體可做成板式、網(wǎng)狀式以及金屬編織帶式等。根據(jù)屏蔽的工作原理，可將屏蔽分為三大類：電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。

對于雷達系統(tǒng)中的伺服驅(qū)動器，屏蔽設(shè)計主要從以下幾個方面著手：

①伺服驅(qū)動器安裝在伺服控制箱內(nèi)，該控制箱為一密閉結(jié)構(gòu)，僅在側(cè)面留一通風(fēng)窗口用于機箱通風(fēng)散熱，機箱與雷達天線骨架360度可靠接觸并在機箱門處加裝防波套金屬絲網(wǎng)。

②在通風(fēng)窗口處金屬絲網(wǎng)罩，來減小整個伺服控制箱的電磁泄露。

③伺服控制箱內(nèi)伺服驅(qū)動器供電輸入電源電纜與控制電纜分開走線，避免電源電纜和信號電纜混在一起走線。

④伺服控制箱對外電纜均經(jīng)轉(zhuǎn)接板走線，轉(zhuǎn)接板與機箱之間加導(dǎo)電密封條進行密封。

⑤伺服驅(qū)動器與伺服電機之間由電源電纜和編碼器電纜連接，這兩根電纜從轉(zhuǎn)接板出轉(zhuǎn)出后應(yīng)分開走線，并盡量避免與雷達系統(tǒng)的其他線纜固定捆扎在一起，因結(jié)構(gòu)位置限制不能分開時，應(yīng)避免線纜平行走線。

⑥伺服驅(qū)動器電源電纜選用帶屏蔽層的QXRFP系列，控制線與編碼器電纜選用帶屏蔽層的雙絞線JFEP系列，多根雙絞線并外加一層屏蔽。

在實際工程實踐中，因雷達結(jié)構(gòu)的限制與考慮到走線的美觀，經(jīng)常將伺服驅(qū)動器輸出電源電纜與編碼器電纜并列平行并與雷達其他電源電纜、射頻信號電纜等捆扎在一起。我們曾在兩個型號雷達中發(fā)現(xiàn)，天線轉(zhuǎn)動后雷達顯示界面即出現(xiàn)條狀的、全距離段、方位不固定的干擾，而將電源電纜與編碼器電纜分開走線后，干擾即消除。因此，在設(shè)計階段就需考慮驅(qū)動器連接電纜之間或與其他電纜相互干擾的問題，盡量將電纜分開走線。

3.2.2 接地

接地是在系統(tǒng)的某個選定點與某個電位基準面之間建立低阻的導(dǎo)電通路，接地對電磁干擾有良好的抑制作用。雷達系統(tǒng)為一復(fù)雜系統(tǒng)，各插件、分機、機柜等均需接地，存在多個接地點，最終匯和于系統(tǒng)接地點，從同一點匯入大地。由于各接地點之間必然存在一定阻抗，電流流經(jīng)該阻抗后會產(chǎn)生地電壓，從而疊加到電路上形成共模干擾。因此，解決地線干擾就要想辦法選擇合適的接地方式來降低接地阻抗。

對于伺服驅(qū)動器在雷達系統(tǒng)中的接地，主要措施如下：

①伺服控制箱轉(zhuǎn)接板上設(shè)計接地柱，該接地柱與雷達系統(tǒng)的系統(tǒng)接地點通過銅編織線連接，伺服驅(qū)動器PE端單獨接地，接地線從PE端直接接到轉(zhuǎn)接板接線柱，橫截面需大于5平方毫米，總長度小于20米。

②伺服驅(qū)動器PE端接地與伺服控制箱內(nèi)其他設(shè)備接地點遠離。

③伺服驅(qū)動器到伺服電機之間的電源電纜選用帶屏蔽層的電纜，屏蔽層應(yīng)在伺服驅(qū)動器端和伺服電機端分別接地。

④伺服驅(qū)動器的外殼、伺服控制箱內(nèi)其他設(shè)備的外殼與伺服控制箱通過結(jié)構(gòu)安裝聯(lián)系在一起，控制箱緊密連接在雷達系統(tǒng)的平臺上，平臺與系統(tǒng)接地點連接，提供伺服系統(tǒng)的安全地。

4 結(jié)語

伺服驅(qū)動器在雷達系統(tǒng)中運行時，會產(chǎn)生電磁干擾，通過傳導(dǎo)耦合、輻射耦合方式對雷達系統(tǒng)的其他電子設(shè)備正常運行產(chǎn)生影響。本文分析了干擾產(chǎn)生的機理，并對抑制伺服驅(qū)動器的干擾提出了具體措施，此類措施主要是工程實踐過程中的一些具體經(jīng)驗，是定性分析，對干擾的定量分析需要借助測試設(shè)備、電磁兼容分析等相關(guān)軟件來實現(xiàn)。在今后工作中，應(yīng)加強對電磁干擾的定量分析的研究。

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