1引言
現(xiàn)代電子技術(shù)和信息技術(shù)的集成度越來越高、密度越來越大，電路模塊之間、設(shè)備之間的干擾問題日益突出，已經(jīng)到了嚴(yán)重影響設(shè)備功能的程度。另一方，電子設(shè)備的迅速增加也導(dǎo)致了電磁環(huán)境的進(jìn)一步惡化。電磁輻射不僅對(duì)電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生不良影響，還會(huì)對(duì)人體健康造成危害，影響人類賴以生存的自然環(huán)境。
為了解決電磁兼容問題，我國強(qiáng)制實(shí)施了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行了限制，也對(duì)電子設(shè)備的抗干擾性提出了要求。國標(biāo)和國軍標(biāo)
對(duì)軍事電子裝備的電磁兼容性做出了詳細(xì)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸人、輸出功率大，工作在脈沖工作狀態(tài)，是雷達(dá)系統(tǒng)中電磁輻射最為嚴(yán)重的設(shè)備。良
好的電磁兼容性設(shè)計(jì)是發(fā)射機(jī)本身、雷達(dá)系統(tǒng)乃至其他相關(guān)電子設(shè)備穩(wěn)定工作的前提。本文從電磁兼容的三個(gè)方面(干擾源、敏感源、禍合途徑)人手，從電訊設(shè)
計(jì)、結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)等角度簡(jiǎn)要分析并介紹了脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)的電磁兼容性設(shè)計(jì)一思路和方法。
2脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)干擾源分析
脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)不管采用柵極調(diào)制方式還是陰極調(diào)制方式都工作在高壓大電流的脈沖狀態(tài)，一般由發(fā)射管、脈沖調(diào)制器、直流高壓電源和控制保護(hù)等單元模
塊組成(組成框圖見圖1)
當(dāng)發(fā)射機(jī)正常工作時(shí)，其木身就是一個(gè)強(qiáng)干擾源，干擾源主要來自以下幾方面。
2. 1脈沖調(diào)制干擾
發(fā)射機(jī)工作時(shí)，受定時(shí)信號(hào)的控制，脈沖調(diào)制器為發(fā)射管提供性能合乎要求的視頻調(diào)制脈沖，將直流高壓電源的能量轉(zhuǎn)換為脈沖能量。這種工作狀態(tài)相當(dāng)于一個(gè)電控電容放電式脈沖源，電原理如圖2所示。
回路的等效電路如圖3所示，為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RLC串聯(lián)放電回路。當(dāng)開關(guān)S在!=0時(shí)刻接通，電路的方程為
由公式可知，脈沖電流的峰值與回路電感L、電容能W和負(fù)載電阻R有關(guān)。由于發(fā)射機(jī)上作在周期脈沖狀態(tài)，脈沖電壓高、電流大，在調(diào)制開關(guān)及發(fā)射管
導(dǎo)通與關(guān)斷的瞬間會(huì)產(chǎn)生電磁脈沖，通過各種藕合途徑進(jìn)入相鄰電路的電磁脈沖能量在設(shè)備元器件上或組件輸人端建立的電流、電壓一旦超過某一閥值，輕則使
電路受到干擾，重則造成元器件或組件的損傷。
2. 2高壓開關(guān)電源干擾
為了提高整機(jī)效率、減小體積，現(xiàn)代雷達(dá)的發(fā)射機(jī)中高壓電源一般都采用開關(guān)電源，開關(guān)電源的形式有許多種，但不管何種形式的開關(guān)電源，其核心部分都是一個(gè)高電壓、大電流的受控脈沖信號(hào)源，開關(guān)電源內(nèi)脈沖信號(hào)產(chǎn)生的諧波電平對(duì)于其他電子設(shè)備來說即是EMI信號(hào);另外，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾(EMD )源，它產(chǎn)生的EMI信號(hào)有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。很強(qiáng)的電磁騷擾信號(hào)通過空間輻射和電源線
的傳導(dǎo)而干擾鄰近的敏感設(shè)備。除了功率開關(guān)管和高頻整流二極管外，產(chǎn)生輻射干擾的主要元器件還有脈沖變壓器及濾波電感等。
2. 3微波泄漏
根據(jù)不同體制雷達(dá)的使命和功能，發(fā)射機(jī)的工作頻段會(huì)有所不同。電磁波的傳輸主要有兩種途徑，一種是采用波導(dǎo)傳輸，另一種是采用同軸線傳輸。不管
采用哪種傳輸方式，在接口處都會(huì)有不同程度的微波泄漏;另外，微波匹配、檢測(cè)等器件也會(huì)產(chǎn)生泄漏。
3電磁兼容設(shè)計(jì)
發(fā)射機(jī)內(nèi)部及對(duì)外部相關(guān)設(shè)備的干擾主要有兩種途徑:傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾信號(hào)可分為兩類:一類是共模干擾信號(hào)，相線與地線和中線與地線之
間存在的電位相等相位相同的信號(hào);第二類是差模干擾信號(hào)，相線與中線之間存在的相位相差1800。減小電磁干擾的途徑主要是采取減小十?dāng)_源的輻射、切斷
干擾途徑、提高設(shè)備的抗干擾能力等措施。下面從電路設(shè)計(jì)、電纜設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)、印制板設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面簡(jiǎn)要介紹發(fā)射機(jī)電磁兼容設(shè)計(jì)的思路及方法。
3. 1電路設(shè)計(jì)
電路設(shè)計(jì)的主要目的在于抑制傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，增強(qiáng)電路本身的抗干擾能力。
(1)傳導(dǎo)干擾抑制
抑制傳導(dǎo)干擾相對(duì)比較容易，只要使用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器，就能將其在電源線的EMI信號(hào)電平抑制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值內(nèi)。選擇電源濾波器的原則是
“阻抗失配”原則，要使EMI濾波器對(duì)EMI干擾信號(hào)有最佳的衰減效果，濾波器端接的阻抗應(yīng)使濾波器處于嚴(yán)重失配狀態(tài)，失配越厲害，實(shí)現(xiàn)的衰減越理想，得到的插人損耗性能越好。即如果噪聲源和負(fù)載內(nèi)阻是低阻抗的，則與之連接的濾波器的輸人輸出阻抗應(yīng)是高阻抗;如果噪聲源和負(fù)載內(nèi)阻是高阻抗的，則與之連接的濾波器的輸人輸出阻抗應(yīng)是低阻抗。根據(jù)上述對(duì)發(fā)射機(jī)內(nèi)電磁干擾源的分析可知，傳導(dǎo)十?dāng)_的來源主要是高壓開關(guān)電源，因此主要在高壓開關(guān)電源的輸人端
口增加適當(dāng)?shù)腅MI電源濾波器即可。開關(guān)電源中共模干擾是由載流導(dǎo)體與大地之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的;而差模
干擾則是由載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線卜的雜訊電壓是同電位反向的。線路上干擾電壓的這兩種分量通常是同時(shí)存在的。由于線路阻抗的
不平衡，兩種分量在傳輸中會(huì)互相轉(zhuǎn)變，情況十分復(fù)雜。典型的EMI濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的抑制電路。
在實(shí)際使用中，由于設(shè)備所產(chǎn)生的共模和差模的成分不一樣，可適當(dāng)增加或減少濾波元件。開關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾以共模十?dāng)_為主，在設(shè)計(jì)濾波電路時(shí)可
嘗試去掉差模電感，再增加一級(jí)共模濾波電感。發(fā)射機(jī)的高壓電源一般功率都比較大，常采用三相電源供電，因此電源濾波器常采用如圖4所示的濾波電路。
另外，根據(jù)高壓開關(guān)電源的工作頻率，同時(shí)從低頻諧波和高頻諧波兩方面考慮，選用電源濾波器。具體電路的調(diào)整一般要經(jīng)過EMI試驗(yàn)后才能有滿意的結(jié)果。
選擇了合適的電源濾波器后，電源濾波器能否正確安裝對(duì)濾波效果也有很大的影響。電源濾波器的安裝位置應(yīng)選在設(shè)備的人口處，輸人線要短，以減少輻射
(2)輻射樸擾抑制
如前所述，脈沖調(diào)制器和開關(guān)電源是兩個(gè)很強(qiáng)的騷擾源，要降低輻射干擾，可應(yīng)用電壓緩沖電路(如在開關(guān)管兩端并聯(lián)RCD緩沖電路)或電流緩沖電路(如
在開關(guān)管的集電極仁串聯(lián)適量的電感)。電感在功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)能避免集電極電流突然增大，同時(shí)也可以減少整流電路中沖擊電流的影響。應(yīng)采用恢復(fù)電荷
小且反向恢復(fù)時(shí)間短的整流二極管。另外，在整流二極兩端套磁珠和并聯(lián)RC吸收網(wǎng)絡(luò)均可減少一I幾擾，電阻、電容的取值可為幾歐姆和數(shù)千皮法，電容引線應(yīng)盡可能短，以減少引線電感。負(fù)載電流越大，續(xù)流結(jié)束時(shí)流經(jīng)整流二極管的電流也越大，二極管反向恢復(fù)的時(shí)間也越長(zhǎng)，則尖峰電流的影響也越大。采用多個(gè)整流二極管并聯(lián)來分擔(dān)負(fù)載電流，可以降低短路峰值電流的影響。將高頻脈沖變壓器、高頻輸出整流濾波等元件放在油箱中，既可減小耐壓空間，又可以將磁力線限制在磁阻小的屏蔽體內(nèi)。
(3)電路抗千擾
濾波器對(duì)于濾出連續(xù)射頻干擾是十分有效的，但是在實(shí)際上作中常會(huì)遇到另一類干擾:瞬態(tài)于擾。瞬態(tài)干擾是指時(shí)問很短但幅度較大的電磁干擾。這就需
要使用過壓保護(hù)器，對(duì)敏感電路加以保護(hù)。過壓保護(hù)器一般可選用壓敏電阻、瞬態(tài)吸收二級(jí)管、氣體放電管等。壓敏電阻寄生電容較大，不適合頻率較高的場(chǎng)合;
瞬態(tài)吸收二級(jí)管響應(yīng)時(shí)間短，鉗位電壓低，承受峰值電流較小，器件的寄生電容較大，如在高速數(shù)據(jù)線_!二使用，要用特制的低電容器件;y體放電管承受電流大，寄生電容小，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。由于導(dǎo)通維持電壓很低，會(huì)有跟隨電流，不能在直流環(huán)境中使用(放電管不能斷開)，在交流中使用也要注意(跟隨電流會(huì)超過器件的額定功率值)，可以在泄放電路中串聯(lián)一個(gè)電阻來限制電流幅度。
輸人輸出接日信號(hào)盡量隔離傳送，需要與數(shù)字電路相連的接口應(yīng)使用緩沖器，比較理想的接C1是光電禍合器;在供電電源上適當(dāng)串聯(lián)限流電阻、去禍電感和
去禍電容，阻止高頻干擾由電源線串人器件內(nèi)部損壞器件;集成電路芯片的電源端、信號(hào)輸出端對(duì)地并聯(lián)高頻電容，能有效濾除高頻干擾。
3. 2電纜設(shè)計(jì)
.電源輸人電纜盡量采用屏蔽線，焊接時(shí)電纜屏蔽層兩端就近接地;
.信號(hào)線盡量選用雙絞;
.使用同軸電纜時(shí)，注意外層的端接和兩端電路的接地，不要形成除了外層以外的第二條回流路徑;
.對(duì)于設(shè)備外部的電纜，確保屏蔽層與屏蔽機(jī)箱之間的低阻抗搭接;
.盡量不將性質(zhì)不同的信號(hào)線安排在一個(gè)連接器或電纜中。
3. 3接地設(shè)計(jì)
理想的參考地是一個(gè)零電位、零阻抗的物理實(shí)體，任何電流通過它時(shí)都不會(huì)產(chǎn)生壓降，但理想的參考地并不存在，所謂理想的接地平面也只是相對(duì)和近似的。
在發(fā)射機(jī)柜中，設(shè)備的參考地實(shí)際L就是機(jī)柜外殼。在發(fā)射機(jī)柜中采用三地分開的接地設(shè)計(jì)，即數(shù)字地、模擬地和機(jī)殼地分開，三地最終與大地排線相連。而各
個(gè)?？斓臄?shù)字地和模擬地在機(jī)柜內(nèi)部均采用并聯(lián)單點(diǎn)接地法，這樣可以盡量減小不同電路問的地線電流造成的互相干擾。另外，將高壓主回路走線與低壓及信
號(hào)線分開，結(jié)合三地分開設(shè)計(jì)，可非常有效地降低輻射及傳導(dǎo)干擾。
3. 4印制板設(shè)計(jì)
.按照電路的工作頻率、電平大小、數(shù)字電路/模擬電路劃分，將不同性質(zhì)的電路分別布置在線路板的不同區(qū)域，使干擾電路與敏感電路遠(yuǎn)離;
.不同區(qū)域的電路使用不同的地線，不同的地線在一點(diǎn)連接起來;
.關(guān)鍵信號(hào)線的臨近設(shè)置回流線;
.雙層線路板設(shè)置用地線網(wǎng)格;
，高速時(shí)鐘電路盡量遠(yuǎn)離I/0端口，高速時(shí)鐘線盡量短，不要換層，拐角不要900;
.芯片上安裝的散熱片要多點(diǎn)接到信號(hào)地上;
.電源去藕電容與芯片電源引腳和地線引腳之間的引線盡量短。
3. 5結(jié)構(gòu)電磁兼容性設(shè)計(jì)
屏蔽是抑制電磁干擾，實(shí)現(xiàn)電磁輻射防護(hù)的主要手段之一，其目的是采用屏蔽體包圍電磁干擾源抑制電磁干擾源對(duì)周圍空間的接受器的干擾，或者采用屏
蔽體包圍接受器，以避免干擾源對(duì)其造成干擾〔““。為了很好地抑制發(fā)射機(jī)電磁干擾，在發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮機(jī)柜及印制板模塊的電磁屏蔽設(shè)計(jì)。
.機(jī)柜屏蔽設(shè)計(jì)
在雷達(dá)系統(tǒng)中，由于發(fā)射機(jī)的功能相對(duì)獨(dú)立，一般都單獨(dú)由一個(gè)機(jī)柜組成。這樣，發(fā)射機(jī)柜的屏蔽設(shè)計(jì)也具有相對(duì)獨(dú)立性。在屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)只要重點(diǎn)考慮通
風(fēng)、散熱、電源和通信導(dǎo)線的接口以及由于指示、檢測(cè)等原因無法完全屏蔽的部位，采取針對(duì)性的屏蔽措施就能起到較好的屏蔽效果。具體措施有:機(jī)柜_[活動(dòng)
結(jié)合處的金屬表面必須導(dǎo)電，根據(jù)需要使用導(dǎo)電漆和電磁密封襯墊;考慮電磁密封襯墊與屏蔽體基體的電化學(xué)相容性，電化學(xué)不相容時(shí)，用適當(dāng)?shù)沫h(huán)境密封措
施，隔絕潮氣;機(jī)柜作為系統(tǒng)的參考地，所有結(jié)合處的阻抗必須控制得很低;機(jī)柜上的縫隙或孔洞盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)輻射源或敏感電路;通風(fēng)口上使用屏蔽網(wǎng)或蜂窩板，
蜂窩板與機(jī)柜之間必須使用電磁密封襯墊等。
.模塊的電磁屏蔽設(shè)計(jì)
對(duì)機(jī)柜內(nèi)的小信號(hào)和控制電路等印制板模塊用屏蔽盒屏蔽起來;高壓開關(guān)電源的整流、逆變部分用屏蔽盒屏蔽起來。
4結(jié)束語
良好的電磁兼容性設(shè)計(jì)是提高雷達(dá)發(fā)射機(jī)可靠性重要途徑。目前，大部分產(chǎn)品在設(shè)計(jì)之初對(duì)電磁兼容性的考慮不足，產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型以后才發(fā)現(xiàn)種種電磁
干擾問題，既要在原來產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，又要保持原來產(chǎn)品的電路和結(jié)構(gòu)，其難度很大。本文在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)思路上提出了行之有效的EMI
抑制措施。