1,、引言
現(xiàn)代雷達(dá)對(duì)信號(hào)頻譜質(zhì)量的要求越來(lái)越高,并要求雷達(dá)能在惡劣的電磁干擾環(huán)境中可靠工作,,這就對(duì)雷達(dá)電路系統(tǒng)的抗電磁干擾能力和電磁兼容設(shè)計(jì)提出了更高的要求,。由于雷達(dá)信號(hào)的寄生輸出,除了在信號(hào)變換等過(guò)程中產(chǎn)生外,,還與系統(tǒng)外部的干擾,、電路之間的干擾,電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),、工藝設(shè)計(jì)及信號(hào)傳輸匹配等有關(guān),,所以要研制滿(mǎn)足電磁兼容要求的電路系統(tǒng),除了方案合理,、設(shè)計(jì)正確外,,還必須注意以下幾點(diǎn)。
a,、采取電路合理接地,、電路之間去藕等有效措施,抑制一切無(wú)關(guān)信號(hào),。
b,、裝配設(shè)計(jì)、電路布局及排列等必須正確合理,。
c,、應(yīng)采用先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì),。
d,、加強(qiáng)單元電路和電纜之間及電路系統(tǒng)之間的屏蔽隔離。
2,、電路系統(tǒng)的電磁兼容分析與設(shè)計(jì)
用高質(zhì)量的單元電子電路組成電路系統(tǒng),,完成某種功能時(shí),除了系統(tǒng)方案的正確,,電磁兼容設(shè)計(jì)也是十分重要的,。尤其對(duì)現(xiàn)代雷達(dá)中的高穩(wěn)定信號(hào)系統(tǒng)和一些復(fù)雜電路系統(tǒng)以及工作在惡劣電磁環(huán)境中的電路系統(tǒng),,電磁兼容設(shè)計(jì)就更為重要。下面將詳細(xì)分析電路系統(tǒng)的電磁兼容間題,,并提出有關(guān)的實(shí)施措施和方法,。
2.1電源系統(tǒng)的電磁兼容
電源系統(tǒng)方面的干擾有三種形式:第一種是系統(tǒng)外部的干擾串入,如由交流電網(wǎng)進(jìn)來(lái)的干擾及干擾磁場(chǎng)等引起的干擾信號(hào);第二種是系統(tǒng)本身產(chǎn)生的干擾信號(hào),,例如整流濾波后的波紋干擾,,可控硅調(diào)壓產(chǎn)生的尖脈沖,開(kāi)關(guān)電源引起的高頻脈沖,,高頻電源的泄漏及穩(wěn)壓管產(chǎn)生的噪聲等等;第三種是系統(tǒng)連線(xiàn)上的場(chǎng)干擾信號(hào),。要抑制或削弱這些干擾信號(hào)必須對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)心的電磁兼容設(shè)計(jì)。
a,、對(duì)電源變壓器加屏蔽,、隔離措施
每只電源變壓器都應(yīng)在初次級(jí)之間加靜電屏蔽,以隔離初級(jí)電網(wǎng)串進(jìn)來(lái)的干擾,。重要電源還應(yīng)對(duì)整個(gè)變壓器加罩高導(dǎo)磁材料進(jìn)行磁屏蔽,,抑制變壓器磁場(chǎng)及外界磁場(chǎng)引起的干擾。這些靜電隔離和磁屏蔽體均應(yīng)可靠接地,。
b,、電源變壓器要盡可能遠(yuǎn)離電子電路,以便使電源頻率的干擾及交流電源磁場(chǎng)的干擾降到最低水平,。
c,、電路系統(tǒng)中,若同時(shí)有模擬電路和數(shù)字電路時(shí),,則必須分別給模擬電路和數(shù)字電路供電,。防止數(shù)字電路中上升時(shí)間很快的瞬態(tài)過(guò)程通過(guò)電源影響模擬電路。
d,、合理組裝電路,,正確接地,正確接線(xiàn)及鋪設(shè)電纜,。選用恰當(dāng)?shù)拇牌帘尾牧虾碗姶牌帘尾牧?,同時(shí)必須兼顧尺寸、重量和成本,。
2.2信號(hào)傳輸系統(tǒng)的電磁兼容
信號(hào)傳輸過(guò)程中的干擾主要有兩個(gè)方面,。一是信號(hào)通過(guò)傳輸線(xiàn)時(shí),在其周?chē)a(chǎn)生電磁場(chǎng),,這些電磁場(chǎng)會(huì)在周?chē)膶?dǎo)體中感應(yīng)出電流,,形成干擾信號(hào);二是信號(hào)在傳輸過(guò)程中,一般都有反射,反射信號(hào)串入其他電路形成干擾信號(hào),??朔鬏斠鸬母蓴_一般可采取下列措施。
a,、加強(qiáng)電磁屏蔽,,對(duì)不同頻率,不同類(lèi)型的單元電路分別組合屏蔽可減小相互的影響,。
b,、加強(qiáng)傳輸信號(hào)的匹配、隔離,,使信號(hào)的輸入,、輸出均有匹配網(wǎng)絡(luò),適當(dāng)增加隔離級(jí)以降低反射干擾,。
c,、抑制一切無(wú)用信號(hào),即使落在電路頻帶外的信號(hào),,也應(yīng)采取抑制措施,。因?yàn)槠胀ǖ姆糯笃鳌⒈额l器,、混頻器和分頻器中均有非線(xiàn)性存在,,都可能把帶外信號(hào)變換到電路的有效頻帶范圍內(nèi)。因此,,必要時(shí)應(yīng)增加各種濾波器以抑制無(wú)用信號(hào),。
d、合理布線(xiàn),、合理排列電路,。印制板上的傳輸線(xiàn),既可能成為發(fā)射天線(xiàn),,也可能成為接收天線(xiàn),,因此,必須對(duì)它們合理布置,,并盡量縮短其長(zhǎng)度,,以降低它們的相互干擾。
2.3地線(xiàn)系統(tǒng)的電磁兼容
作為電路系統(tǒng)的地線(xiàn),,首要的任務(wù)是必須接觸良好,,盡量減少接地電感及接地電阻。
使地電流少鍋合,,減小相互感應(yīng),。
在電路系統(tǒng)中,,一般應(yīng)把模擬信號(hào)地,,數(shù)字信號(hào)地和噪聲地分開(kāi),,有些系統(tǒng)還要單獨(dú)設(shè)屏蔽地。模擬地用于模擬電路和它們的電源;數(shù)字信號(hào)地用于數(shù)字電路和它們的饋電電源;噪聲地用于交流電源變壓器的靜電屏蔽及變壓器屏蔽,、交流供電線(xiàn)的屏蔽和發(fā)射機(jī)等,。這幾種地線(xiàn)在電路系統(tǒng)中不應(yīng)混淆相連,使它們?cè)谙到y(tǒng)外單點(diǎn)相接與大地相連,。
3,、電路工藝及結(jié)構(gòu)方面的電磁兼容設(shè)計(jì)
電磁兼容不能只看成是電路設(shè)計(jì)人員的事,還必須由工藝和結(jié)構(gòu)人員配合,,才能共同完成合理的設(shè)計(jì),。因?yàn)椴徽撌墙拥鼐€(xiàn)的設(shè)置,電纜走向安排,,還是電子組合的屏蔽體設(shè)計(jì),,電子組合的排列及變壓器的放置位置,和各種材料的選擇等都屬于電子結(jié)構(gòu)問(wèn)題,。
而屏蔽體的加工,,印制板的制遣,電路的裝配等將直接影響屏蔽,,輻射及傳導(dǎo)效果,,這是工藝方面的問(wèn)題。下述幾個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以注意,。
a,、合理劃分、組合單元電子電路,,使它們按其功能組合成不同的功能塊電路,。尤其對(duì)周期性脈沖信號(hào)電路,最好讓它起止于同一個(gè)功能塊內(nèi),,即組裝在同一屏蔽盒里,。
b、數(shù)字電路與模擬電路必須分開(kāi)組裝,,相互間的連接應(yīng)加以隔離,,必要時(shí)可用光電耦合器件將它們完全隔離。
c,、傳輸高穩(wěn)定信號(hào)的電纜,,必要時(shí)給電纜再加屏蔽套,或選用半剛性電纜和剛性電纜,。
d,、電路和元器件排列應(yīng)合理,不要使信號(hào)迂回,盡量減小輸出輸入及各種情況上的相互耦合,。
e,、盡量選用平面安裝電路,不要大面積接地,,它對(duì)電磁場(chǎng)的輻射抵制優(yōu)于立體電路,,可大大降低場(chǎng)輻射。
f,、特別注意噪聲電路,,噪聲元器件的裝配位置,處理了它們的地線(xiàn),,例如:繼電器,、電源變壓器、高功率大電流器件及高壓脈沖電路等等,。
g,、不要在屏蔽體上安裝大功率、大電流元件,,防止它們的返回電流通過(guò)屏蔽體產(chǎn)生不必要的耦合干擾,。
4、屏蔽設(shè)計(jì)
在電磁兼容的設(shè)計(jì)中,,屏蔽體設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)方面,。屏蔽是抑制一切無(wú)關(guān)信號(hào)的重要手段,一般可分三種類(lèi)型:靜電屏蔽,、磁屏蔽,、電磁屏蔽。
4.1靜電屏蔽
空間任何兩個(gè)帶電物體均可產(chǎn)生靜電場(chǎng),,其中一方電壓的變化必定會(huì)引起另一方的變化,,產(chǎn)生靜電禍合。靜電藕合的機(jī)理是通過(guò)電路之間存在的電容拙合作用引起的,。
克服靜電荊合最好的方法是利用金屬板作靜電屏蔽體,。把受干擾的兩個(gè)源用金屬板隔離開(kāi),或者把電路上的所有元器件安裝在金屬板的一邊,,如同表面安裝電路那樣,,可獲得良好的靜電屏蔽。具體的屏蔽方法,,尤其對(duì)雜散電容禍合作用的屏蔽,,應(yīng)該在設(shè)計(jì)初始階段就全面加以考慮。
屏蔽方法:將一塊金屬板置于兩個(gè)被屏蔽的電路中間,,并使各金屬板與地作電氣連接,,如圖l所示,。這樣從一點(diǎn)發(fā)出的電力線(xiàn)均被屏蔽板擋住,即起到靜電屏蔽作用,。
也可作成屏蔽罩,,如圖2所示,也能獲得好的屏蔽效果,。由圖2看出,A點(diǎn)的電力線(xiàn)也達(dá)不到B點(diǎn),,因此也能起到良好的靜電屏蔽作用,。
加大A、B距離,,以減小雜散電容,,也可減弱電容禍合作用,但這種方法受到體積限制,,一般無(wú)法采用,。特別要注意靜電屏蔽體與地之間的接觸必須良好,若接觸不好,,屏蔽體與地之間將有電位差,,影響屏蔽效果。因此要求屏蔽盒應(yīng)作導(dǎo)電防腐處理,,所用螺釘,,鉚釘?shù)裙潭ú灰颂。M量使電接觸良好,,減小接地電阻,,減小接地電感。
4.2磁屏蔽
電流在導(dǎo)線(xiàn)中流動(dòng),,流過(guò)電感線(xiàn)圈和變壓器時(shí),,其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)通過(guò)電路中的互感來(lái)傳播,,電流產(chǎn)生的磁力線(xiàn),,通過(guò)互感在其它電路中感應(yīng)出電壓。
尤其在3KH:以下的低頻條件下,,主要干擾影響是由磁場(chǎng)引起的,,但解決磁屏蔽往往既昂貴又困難。在雷達(dá)中,,磁屏蔽主要針對(duì)電源變壓器和高壓調(diào)制器,。一般低紋波電源的變壓器常都采用坡莫合金加以屏蔽,否則達(dá)不到良好效果,。
4.3電磁屏蔽
任何一種交流電路都會(huì)產(chǎn)生交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng),。電磁屏蔽與電磁場(chǎng)的性質(zhì),、變化頻率、及輻射源和受感器之間的距離等有關(guān),。在雷達(dá)電子電路系統(tǒng)中,,工作頻率一般都較高,在IKHz以上,,一般可選用鋁為電磁屏蔽材料,。用切削工藝制成的鋁屏蔽盒,對(duì)300MHz信號(hào)屏蔽隔離可達(dá)100dB以上,。當(dāng)頻率在]KHz以下,,主要對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽,應(yīng)選擇高導(dǎo)磁率的材料,。
在電子電路系統(tǒng)中,,為了內(nèi)部走線(xiàn)及取出放置電路方便,給屏蔽組裝盒加有蓋板,,有時(shí)為了通風(fēng),、散熱等需要,在屏蔽板上打孔,,開(kāi)縫,,造成屏蔽體出現(xiàn)間斷點(diǎn),引起信號(hào)泄漏,,形成干擾,,設(shè)計(jì)者應(yīng)認(rèn)真考慮。正確排列元件的位置,,使縫和孔不要切斷感應(yīng)電流,,必要時(shí)可將孔改用截止波導(dǎo)管,使孔輻射進(jìn)一步削弱,。
4.4屏蔽組裝設(shè)計(jì)
除了屏蔽設(shè)計(jì)以外,,組裝技術(shù)也很重要,尤其是對(duì)射頻系統(tǒng)的組裝,,更應(yīng)細(xì)心設(shè)計(jì),。
一般應(yīng)注意下面幾點(diǎn)。
a,、內(nèi)部電路的屏蔽設(shè)計(jì),,應(yīng)能防止電子線(xiàn)路自身的射頻能量泄漏,同時(shí)也防止外界電磁能量對(duì)它的影響,。
b,、采取措施,防止電路級(jí)與級(jí)之間不必要的反饋和禍合,。
c,、對(duì)電源加濾波去鍋措施,,衰減抑制射頻信號(hào)在電子組合內(nèi)部和電子組合與組合之間傳導(dǎo)。
d,、射頻接地電阻越小越好,。
當(dāng)然還必須兼顧體積、重量,、成本等方面的要求,。
當(dāng)電路之間對(duì)寄生場(chǎng)的衰減要求較高時(shí),用組裝盒結(jié)構(gòu)形式較好,,它可作成單隔離室形式,,也可設(shè)計(jì)成多個(gè)隔離室形式,即一個(gè)屏蔽盒,,內(nèi)分幾個(gè)隔離室,,這樣的組裝盒對(duì)靜電場(chǎng)和電磁場(chǎng)均有較好的隔離,。制造組裝盒的材料最好選用鋁,,它既便宜又輕,對(duì)雷達(dá)的電路系統(tǒng),,隔離效果一般都很好,。
在裝配這些屏蔽體時(shí),常遇到長(zhǎng)縫泄漏,,對(duì)此應(yīng)采取必要措施,,使長(zhǎng)縫上能有許多接觸點(diǎn)??捎迷黾勇葆?,加設(shè)彈性片和加襯導(dǎo)電襯墊等措施。但是這樣作一定要注意防腐蝕,,尤其電化防腐蝕,,否則不能長(zhǎng)期保持滿(mǎn)意的效果。
還應(yīng)考慮射頻導(dǎo)線(xiàn)的干擾,,合理選取傳輸信號(hào)的幅度,,正確安排系統(tǒng)電纜走向,脈沖信號(hào)線(xiàn),。交流信號(hào)線(xiàn)相互不應(yīng)綁在一起,,尤其大幅度的脈沖信號(hào),與高純度的信號(hào)在傳輸時(shí)應(yīng)嚴(yán)加區(qū)別,。
總之,,屏蔽設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的設(shè)計(jì),它不僅需要機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí),,還必須熟悉所涉及的電尸各和多方而的知識(shí),。