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,。電磁輻射不僅對電子設(shè)備會產(chǎn)生不良影響,，還會對人體健康造成危害，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)對電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行了限制,，也對電子設(shè)備的抗干擾性提出了要求,。國標(biāo)和國軍標(biāo)
對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，其木身就是一個強(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，受定時信號的控制,，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，為一個標(biāo)準(zhǔn)的RLC串聯(lián)放電回路,。當(dāng)開關(guān)S在!=0時刻接通,，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高電壓,、大電流的受控脈沖信號源,，開關(guān)電源內(nèi)脈沖信號產(chǎn)生的諧波電平對于其他電子設(shè)備來說即是EMI信號;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，在接口處都會有不同程度的微波泄漏;另外,，微波匹配,、檢測等器件也會產(chǎn)生泄漏。
3電磁兼容設(shè)計(jì)
發(fā)射機(jī)內(nèi)部及對外部相關(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)干擾信號可分為兩類:一類是共模干擾信號,，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;第二類是差模干擾信號，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EMI干擾信號有最佳的衰減效果,，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存在的。由于線路阻抗的
不平衡,，兩種分量在傳輸中會互相轉(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)濾波電路時可
嘗試去掉差模電感，再增加一級共模濾波電感,。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)通時能避免集電極電流突然增大，同時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)束時流經(jīng)整流二極管的電流也越大，二極管反向恢復(fù)的時間也越長,，則尖峰電流的影響也越大,。采用多個整流二極管并聯(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)際上作中常會遇到另一類干擾:瞬態(tài)于擾,。瞬態(tài)干擾是指時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合;
瞬態(tài)吸收二級管響應(yīng)時間短，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)時間長,。由于導(dǎo)通維持電壓很低,，會有跟隨電流，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(跟隨電流會超過器件的額定功率值),，可以在泄放電路中串聯(lián)一個電阻來限制電流幅度。
輸人輸出接日信號盡量隔離傳送,，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,、信號輸出端對地并聯(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,，焊接時電纜屏蔽層兩端就近接地;
.信號線盡量選用雙絞;
.使用同軸電纜時,，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)不同的信號線安排在一個連接器或電纜中,。
3. 3接地設(shè)計(jì)
理想的參考地是一個零電位、零阻抗的物理實(shí)體,，任何電流通過它時都不會產(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?？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;
,，高速時鐘電路盡量遠(yuǎn)離I/0端口，高速時鐘線盡量短,，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)的功能相對獨(dú)立,，一般都單獨(dú)由一個機(jī)柜組成。這樣,，發(fā)射機(jī)柜的屏蔽設(shè)計(jì)也具有相對獨(dú)立性,。在屏蔽設(shè)計(jì)時只要重點(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,、檢測等原因無法完全屏蔽的部位，采取針對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
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,，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)
對機(jī)柜內(nèi)的小信號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,。