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現代雷達對信號頻譜質量的要求越來越高，并要求雷達能在惡劣的電磁干擾環境中可靠工作，這就對雷達電路系統的抗電磁干擾能力和電磁兼容設計提出 了更高的要求。由于雷達信號的寄生輸出，除了在信號變換等過程中產生外，還與系統外部的干擾、電路之間的干擾，電路系統的結構設計、工藝設計及信號傳輸匹 配等有關，所以要研制滿足電磁兼容要求的電路系統，除了方案合理、設計正確外，還必須注意以下幾點。 a、采取電路合理接地、電路之間去藕等有效措施，抑制一切無關信號。 b、裝配設計、電路布局及排列等必須正確合理。 c、應采用先進的工藝設計。 d、加強單元電路和電纜之間及電路系統之間的屏蔽隔離。 電路系統的電磁兼容分析與設計 用高質量的單元電子電路組成電路系統，完成某種功能時，除了系統方案的正確，電磁兼容設計也是十分重要的。尤其對現代雷達中的高穩定信號系統和 一些復雜電路系統以及工作在惡劣電磁環境中的電路系統，電磁兼容設計就更為重要。下面將詳細分析電路系統的電磁兼容間題，并提出有關的實施措施和方法。 1電源系統的電磁兼容 電源系統方面的干擾有三種形式：第一種是系統外部的干擾串入，如由交流電網進來的干擾及干擾磁場等引起的干擾信號;第二種是系統本身產生的干擾 信號，例如整流濾波后的波紋干擾，可控硅調壓產生的尖脈沖，開關電源引起的高頻脈沖，高頻電源的泄漏及穩壓管產生的噪聲等等;第三種是系統連線上的場干擾 信號。要抑制或削弱這些干擾信號必須對電源系統進行細心的電磁兼容設計。 a、對電源變壓器加屏蔽、隔離措施。每只電源變壓器都應在初次級之間加靜電屏蔽，以隔離初級電網串進來的干擾。重要電源還應對整個變壓器加罩高導磁材料進行磁屏蔽，抑制變壓器磁場及外界磁場引起的干擾。這些靜電隔離和磁屏蔽體均應可靠接地。 b、電源變壓器要盡可能遠離電子電路，以便使電源頻率的干擾及交流電源磁場的干擾降到最低水平。 c、電路系統中，若同時有模擬電路和數字電路時，則必須分別給模擬電路和數字電路供電。防止數字電路中上升時間很快的瞬態過程通過電源影響模擬電路。 d、合理組裝電路，正確接地，正確接線及鋪設電纜。選用恰當的磁屏蔽材料和電磁屏蔽材料，同時必須兼顧尺寸、重量和成本。 2信號傳輸系統的電磁兼容 信號傳輸過程中的干擾主要有兩個方面。一是信號通過傳輸線時，在其周圍產生電磁場，這些電磁場會在周圍的導體中感應出電流，形成干擾信號;二是信號在傳輸過程中，一般都有反射，反射信號串入其他電路形成干擾信號。克服傳輸引起的干擾一般可采取下列措施。 a、加強電磁屏蔽，對不同頻率，不同類型的單元電路分別組合屏蔽可減小相互的影響。 b、加強傳輸信號的匹配、隔離，使信號的輸入、輸出均有匹配網絡，適當增加隔離級以降低反射干擾。 c、抑制一切無用信號，即使落在電路頻帶外的信號，也應采取抑制措施。因為普通的放大器、倍頻器、混頻器和分頻器中均有非線性存在，都可能把帶外信號變換到電路的有效頻帶范圍內。因此，必要時應增加各種濾波器以抑制無用信號。 d、合理布線、合理排列電路。印制板上的傳輸線，既可能成為發射天線，也可能成為接收天線，因此，必須對它們合理布置，并盡量縮短其長度，以降低它們的相互干擾。 地線系統的電磁兼容 作為電路系統的地線，首要的任務是必須接觸良好，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。 在電路系統中，一般應把模擬信號地，數字信號地和噪聲地分開，有些系統還要單獨設屏蔽地。模擬地用于模擬電路和它們的電源;數字信號地用于數字 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、交流供電線的屏蔽和發射機等。這幾種地線在電路系統中不應混淆相連，使它們在系 統外單點相接與大地相連。 電路工藝及結構方面的電磁兼容設計 電磁兼容不能只看成是電路設計人員的事，還必須由工藝和結構人員配合，才能共同完成合理的設計。因為不論是接地線的設置，電纜走向安排，還是電子組合的屏蔽體設計，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構問題。 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，輻射及傳導效果，這是工藝方面的問題。下述幾個問題設計時應加以注意。 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。尤其對周期性脈沖信號電路，最好讓它起止于同一個功能塊內，即組裝在同一屏蔽盒里。 b、數字電路與模擬電路必須分開組裝，相互間的連接應加以隔離，必要時可用光電耦合器件將它們完全隔離。 c、傳輸高穩定信號的電纜，必要時給電纜再加屏蔽套，或選用半剛性電纜和剛性電纜。 d、電路和元器件排列應合理，不要使信號迂回，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，它對電磁場的輻射抵制優于立體電路，可大大降低場輻射。 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，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屏蔽體產生不必要的耦合干擾。 屏蔽設計 在電磁兼容的設計中，屏蔽體設計是非常重要的一個方面。屏蔽是抑制一切無關信號的重要手段，一般可分三種類型：靜電屏蔽、磁屏蔽、電磁屏蔽。 1靜電屏蔽 空間任何兩個帶電物體均可產生靜電場，其中一方電壓的變化必定會引起另一方的變化，產生靜電禍合。靜電藕合的機理是通過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。把受干擾的兩個源用金屬板隔離開，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，尤其對雜散電容禍合作用的屏蔽，應該在設計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。這樣從一點發出的電力線均被屏蔽板擋住，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點的電力線也達不到B點，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。因此要求屏蔽盒應作導電防腐處理，所用螺釘，鉚釘等固定不宜太稀，盡量使電接觸良好，減小接地 電阻，減小接地電感。 2磁屏蔽 電流在導線中流動，流過電感線圈和變壓器時，其周圍產生磁場，磁場通過電路中的互感來傳播，電流產生的磁力線，通過互感在其它電路中感應出電壓。 尤其在3KH：以下的低頻條件下，主要干擾影響是由磁場引起的，但解決磁屏蔽往往既昂貴又困難。在雷達中，磁屏蔽主要針對電源變壓器和高壓調制器。一般低紋波電源的變壓器常都采用坡莫合金加以屏蔽，否則達不到良好效果。 3電磁屏蔽 任何一種交流電路都會產生交變的電場和磁場。電磁屏蔽與電磁場的性質、變化頻率、及輻射源和受感器之間的距離等有關。在雷達電子電路系統中，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300MHz信號屏蔽隔離可達100dB以上。當頻率 在]KHz以下，主要對磁場進行屏蔽，應選擇高導磁率的材料。 在電子電路系統中，為了內部走線及取出放置電路方便，給屏蔽組裝盒加有蓋板，有時為了通風、散熱等需要，在屏蔽板上打孔，開縫，造成屏蔽體出現 間斷點，引起信號泄漏，形成干擾，設計者應認真考慮。正確排列元件的位置，使縫和孔不要切斷感應電流，必要時可將孔改用截止波導管，使孔輻射進一步削弱。 屏蔽組裝設計 除了屏蔽設計以外，組裝技術也很重要，尤其是對射頻系統的組裝，更應細心設計。 一般應注意下面幾點。 a、內部電路的屏蔽設計，應能防止電子線路自身的射頻能量泄漏，同時也防止外界電磁能量對它的影響。 b、采取措施，防止電路級與級之間不必要的反饋和禍合。 c、對電源加濾波去鍋措施，衰減抑制射頻信號在電子組合內部和電子組合與組合之間傳導。 d、射頻接地電阻越小越好。 當然還必須兼顧體積、重量、成本等方面的要求。 當電路之間對寄生場的衰減要求較高時，用組裝盒結構形式較好，它可作成單隔離室形式，也可設計成多個隔離室形式，即一個屏蔽盒，內分幾個隔離 室，這樣的組裝盒對靜電場和電磁場均有較好的隔離。制造組裝盒的材料最好選用鋁，它既便宜又輕，對雷達的電路系統，隔離效果一般都很好。 在裝配這些屏蔽體時，常遇到長縫泄漏，對此應采取必要措施，使長縫上能有許多接觸點。可用增加螺釘，加設彈性片和加襯導電襯墊等措施。但是這樣作一定要注意防腐蝕，尤其電化防腐蝕，否則不能長期保持滿意的效果。 還應考慮射頻導線的干擾，合理選取傳輸信號的幅度，正確安排系統電纜走向，脈沖信號線。交流信號線相互不應綁在一起，尤其大幅度的脈沖信號，與高純度的信號在傳輸時應嚴加區別。 總之，屏蔽設計是一項較為復雜的設計，它不僅需要機械設計知識，還必須熟悉所涉及的電尸各和多方而的知識。 |
