潜用雷达电磁兼容性设计

梁猛　武军锋　王圣超

摘要：文章通过对干扰三要素的分析，从实际操作的角度剖析潜用雷达电磁兼容设计的主要要求及方法，这些方法可以在很大程度上减少电磁干扰的危害，为潜用雷达的设计及电磁兼容性整改设计提供借鉴经验，提高设备的抗干扰能力。

关键词：潜用雷达；电磁兼容性；电磁干扰；抗干扰能力；电磁环境 文献标识码：A

中图分类号：TN957 文章编号：1009-2374（2016）26-0005-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.003

1 概述

潜用雷达工作时，既要面临舱内、外复杂的电磁环境，还要面临设备本身的噪声干扰。为了使装艇电子设备更好地满足电磁兼容性的设计要求，潜用雷达在按GJBl51A-1997、HJB34A-2007要求的基础上，根据总体电磁兼容性能要求进行剪裁和补充，其考核包括CE101、CE102、CS01.1、CS01.2、CS06、CS114、CS116、RE101、RE102、RS101、RS103共11个项目，在设备提交时需有总体认可的检测机构提供的合格的设备电磁兼容性测试报告。

设备设计完成后，一些电磁兼容性超标项目（如CE101、RE102等）解决困难、费用高，而且大多都是补救性的整改措施。因此在雷达的设计过程要考虑内、外两方面的电磁环境，尽可能地减小相互干扰，使雷达具有良好的电磁兼容性。本文在大量实践的基础上，从设计思路上提出了行之有效的电磁干扰抑制措施。

2 潜用雷达电磁兼容性设计目的与依据

电磁兼容性规范和标准不断的发展和完善，电磁兼容性设计已用预先分析、设计、预测代替原来的事后处理，因此雷达设计之初就应对产品的电磁兼容性进行充分的考虑。目的是使设备满足相关电磁兼容标准的规定；能在可预知的电磁环境中正常工作，且无故障或性能下降；减轻复杂电磁环境对人类健康产生的不良影响；产品各个模块之间可以共存，不致引起相互干扰。

电磁兼容设计的依据是电磁干扰三要素（干扰源、耦合途径及敏感部位），因此电磁兼容性设计就是要做好防护敏感设备被干扰、切断耦合路径、抑制干扰源等方面的设计。潜用雷达需要抑制的电磁干扰源有开关电源的开关回路、交流电机的运行噪声、雷达的射频前端、大功率磁控管等。需要切断的主要耦合途径有共阻抗耦合、传导耦合、感应耦合、辐射耦合等。

3 潜用雷达电磁兼容性设计内容与方法

潜用雷达电磁兼容设计以指标的分配、功能分块设计作为基本方法，将电磁兼容指标逐级分解到各功能模块（包括元件级、PCB级、模块级、分机级、整机级等）在不同级别上进行分级设计，采取相应的防护措施等。

线路原理设计时要考虑线路的合理性与参数的适当性，设计不当时很可能会使线路本身成为干扰源。对电路原理理解透彻，尽量用简洁的电路来实现设计要求。

3.1 器件选用

元器件优选应从电源电压、封装类型、电磁发射、抗扰性等方面着手。

有源器件要研究其电磁兼容性参数，选择输出电压波动性小、电源及地的靠近并多个电源及地线引脚的有源器件，选择有电磁兼容特性、集成度高的逻辑器件。

无源器件要研究其频率特性和分布参数特性。首选表贴元件，因为其寄生参数较小；焊接具有引线的元器件时应尽量缩短器件的引线，以减小元件分布电感的影响；选择有效屏蔽、隔离的输入变压器等。

正确使用抗干扰器件应对不同噪声的特点，电源噪声用隔离变压器等隔离，浪涌电压用二极管和压敏电阻等吸收，一定频段的干扰信号用线路滤波器等滤除。

3.2 PCB电磁兼容性设计

布线布局的不合理是引发干扰的重要因素，PCB电磁兼容性设计需按照布线布局基本原则进行。

3.2.1 印制板的大小对电磁兼容性的影响：尺寸小相邻器件、导线易干扰且不利于散热；尺寸大印制导线增长，抗干扰能力变弱，阻抗上升。应根据需求确定其大小。

3.2.2 多层板的分布源阻抗极低，可以提供屏蔽和避免共阻抗耦合。应优先选用多层板进行PCB设计，在不同层内布置模拟电路和数字电路；电源层需要在地层下方靠近地层；骚扰源安排独立的一层与敏感电路拉开

距离。

3.2.3 为减小差模辐射的环路面积，电源线和地线应尽可能靠近；时钟线、信号线也应靠近地线，走线短而粗，减少环路面积。

3.2.4 为减小寄生耦合相邻布线层走线应采取弯曲走线、斜交或相互垂直的形式；各信号线之间加地线隔开，有利于减少串扰。

3.2.5 按逻辑速度对数字器件进行分组，并相对集中以减小耦合，印制板连接器边缘布置高速逻辑电路、低速逻辑电路远离高速逻辑电路、中速逻辑电路介于两者之间。

3.2.6 输入输出端走线中间应加地线分开，避免平行、相邻，以避免反馈耦合的发生等。

3.2.7 板上和机壳的接地线要短而粗，最好用镀银接线柱。

3.3 屏蔽设计

屏蔽技术就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，用来控制电磁干扰沿着空间传播、抑制磁场、电场和电磁波在两个区域之间的辐射和感应。

机柜屏蔽，按本雷达设计，舱体内的机柜的材料及厚度设计需满足设备电磁兼容性相关要求，导体不能直接穿过屏蔽体，对机柜缝隙、观察显示窗及通风口设计按规范进行。缝隙设计遵循原则：合理设计接触面的重合面积；合理安排机柜螺钉安装密度，减小接触电阻；为减小接触电阻应保持接触面的平整度与清洁；消除缝隙上不接触点可以使用电磁密封衬垫；机柜门缝处采用安装在合适沟槽内的橡胶芯金属编织网衬垫屏蔽或其他屏蔽效能、安装结构符合要求的屏蔽材料，保证机柜门闭合后机柜整体电磁密闭。观察显示窗的设计要求：显示窗应加屏蔽措施，选用具有电磁屏蔽措施的显示屏，安装时注意其与机柜连接的电磁密闭性。通风口设计要求：采用截止波导式蜂窝板通风孔，其优点有工作频带宽、机械强度高、对空气阻力小、风压损失小和工作可靠等。

设备内、外电缆屏蔽设计，机柜中裸露的走线要尽量短；导线可以按传输电平信号的种类分组捆扎，间隔足够的距离，减少它们之间的相互干扰；走线时也要把电源线、控制线、信号线、时钟线等分开；各分机内的工作电流较大的数字电路、时钟源应使用金属屏蔽盒进行全屏蔽；扁平带状线应采用信号与地交互排列的方式来传递信号有利于抑制干扰、大幅提高抗干扰度；有进线和回线的信号应绞合在一起或直接选用双绞线，双绞线两线之间存在的干扰电流大小几乎相等，方向相反，干扰场可以相互抵消减弱；对辐射干扰较大的导线应选用屏蔽线；各机柜内的电源线、时钟线等使用屏蔽线时，要确保连接处不能有过多的裸露或屏蔽不完善的地方；交流电源应使用绞线将相线和零线绞合在一起，能大大减小电源线磁场的发射；合理布局机柜内模块以减少电源线长度；雷达分机间的联接电缆需选有屏蔽层的，其屏蔽层必须对整条电缆在360°范围内覆盖且与机柜连接器360°搭接，电缆屏蔽层和机柜构成一个完整的屏蔽体，屏蔽整个电路。

3.4 滤波器设计

I/O信号滤波需要特别屏蔽的传输信号线应选用截止频率合适的滤波连接器输入输出，确保滤波连接器接地良好，可用专用的电磁密封衬垫与机柜连接。

选用合适的电源滤波器，有相关项目不合格时应对其参数进行调整。

电源滤波器的安装注意事项如下：

3.4.1 选用滤波器时应了解工作频率和所要抑制的干扰频率。采用的滤波器应在宽带范围内对共模干扰、差模干扰均有较大的插入损耗，对所有的乱真信号进行抑制；滤波器应有足够高耐压。当输入电压波动较大时，滤波器应满足额定电压要求；滤波器在额定电流连续工作时温升要低，以保证不降低滤波器中器件的工作性能；滤波器频率特性与设计值在工作时要与它连接的负载或信号源的阻抗数值相符合；选取屏蔽和本体之间电接触良好的滤波器且滤波器的可靠性要高，以满足使用需求和相应的国家标准。

3.4.2 根据干扰的侵入途径确定滤波器安装位置。一个干扰源影响多个敏感设备时，滤波器安装在干扰源一侧；一个敏感设备受多个干扰源影响时，滤波器安装在敏感设备一侧；滤波器两端的输入输出导线之间必须屏蔽、隔离，线要短且不能交叉，防止两者之间的电磁耦合旁路滤波器的作用影响滤波效果。滤波器安装在干扰源一侧时，应尽可能地减少输入与输出间的耦合，抑制传导干扰及辐射干扰；屏蔽滤波器的外壳直接安装在机柜的金属外壳上且两者之间接触良好，可选用焊接、螺帽压紧等搭接方式，以降低连接电阻。

3.5 整机接地系统设计

接线设计是电磁兼容性设计中最为重要的也是难度最大的，通过对整机中电源模块、各分机中电路模块及机柜结构的分析，本设计采用混合单点接地方式（低频电路采用单点接地和高频电路采用多点接地）。既有单点接地避免公共阻抗耦合，又有多点接地使高频电路局部接地良好。该设计满足以下原则：

3.5.1 在电路中，频率在1MHz以下时可以用一点接地，并联单点接地最好；高于10MHz采用“多点接地”的原则就近接地；在1～10MHz之间可用单点接地，也可用多点接地，混合电路区分模拟地和数字地，模拟地与数字地最后在单点用0欧姆接，然后与机壳地相连。

3.5.2 对于机柜来说，将设备地线分成三类（屏蔽地、信号地、电源地）分别与机壳地连接，保证每个地与机壳之间的低阻抗，最后由机壳地引出一金属件接地点与艇体连接。

4 结语

潜用雷达的电磁兼容性设计，在掌握电磁干扰的特性和传播机理的基础上明确干扰源及传播途径，采取有效的保护措施对敏感器件进行保护、减少电磁干扰的危害和提高设备的抗干扰能力。

参考文献

[1] 杨继深.电磁兼容（EMC）技术之产品研发与认证[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2] 白同云.电磁兼容设计实践[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3] 白同云，吕晓德.电磁兼容设计[M].北京：中国邮电大学出版社，2001.

作者简介：梁猛（1982-），男，安徽淮北人，陕西长岭电子科技有限责任公司产品开发部工程师，研究方向：雷达系统电磁兼容设计、雷达天线伺服系统设计；武军锋（1980-），男，河南开封人，陕西长岭电子科技有限责任公司产品开发部工程师，研究方向：雷达系统调试工艺；王圣超（1989-），男，湖北仙桃人，陕西长岭电子科技有限责任公司产品开发部助理工程师，研究方向：雷达天线伺服系统设计。

（责任编辑：黄银芳）