伺服驱动器对雷达系统干扰问题的研究

周益博 中国电子科技集团公司第三十八研究所

伺服驱动器对雷达系统干扰问题的研究

周益博 中国电子科技集团公司第三十八研究所

本文对伺服驱动器在运行时对雷达系统产生的干扰问题进行了分析，并在此基础上提出解决此问题的有效途径，希望对相关研究人员提供有效帮助。

伺服驱动器 雷达系统 干扰

1 引言

伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，被广泛应用于工业机器人、数控加工等自动化设备中。在雷达系统中，伺服驱动器属于雷达伺服分系统，主要用于控制伺服电机运动，从而带动雷达天线转动、阵面移动等动作。伺服驱动器在运行过程中，常因设计、生产、装配等原因产生干扰，此类干扰会影响雷达系统的正常工作。因此有必要对伺服驱动器的干扰问题进行分析。

2 干扰的分类

伺服驱动器对雷达系统的干扰主要指电磁干扰。电磁干扰指任何可能中断、阻碍，甚至降低、限制无线电通信或其他电子设备性能的传导或辐射的电磁能。电磁干扰按干扰的途径可以分为传导干扰和辐射干扰。传导干扰指电磁干扰能量从干扰源沿金属导体传播至被干扰对象（敏感设备）。辐射干扰指电磁干扰能量以电磁波的形式通过周围媒介传播到被干扰对象（敏感设备）。工程实际表明，敏感设备受到的干扰往往是传导干扰和辐射干扰的组合。

3 伺服驱动器干扰分析

3.1 干扰机理

电磁干扰源、传播耦合途径、敏感设备是形成电磁干扰的三大因素。任何电磁干扰抑制手段都是从这三个因素方面考虑的。在雷达系统中，伺服驱动器既是干扰源，对雷达系统其他电子设备产生干扰，同时也受雷达系统其他电子设备的干扰而成为敏感设备。本文主要讲伺服驱动器作为干扰源进行分析，雷达系统其他电子设备如接收机、电源、信号处理等为敏感设备，传播耦合途径包括电场耦合、磁场耦合、电磁场耦合等辐射干扰空间以及传导干扰的电源线、信号线、地线等。

在雷达系统中，伺服驱动器一般安装在密闭的伺服控制箱内，通过电源电缆和编码器电缆与伺服电机相连，来控制伺服电机的运动。伺服驱动器的电磁干扰问题涉及三个方面：伺服驱动器自身内部的电磁干扰；伺服驱动器受到其他电子设备干扰；伺服驱动器对雷达系统其他电子设备的电磁干扰。雷达系统中的伺服驱动器一般为进口货架产品，其设计制造过程中已充分考虑了自身电磁兼容问题，此处不讨论其自身内部电磁干扰，主要考虑伺服驱动器作为干扰源对雷达系统其他电子设备的干扰问题。

电磁干扰源对敏感设备的电磁干扰途径主要有以下几个方面：

①从干扰源直接到敏感设备的辐射干扰；

②来自干扰源的辐射或干扰源连接的电源线、信号线引起的辐射被敏感设备连接的电源线、信号线接收，并传导至敏感设备；

③干扰源、敏感设备之间地线环路电流引起的干扰。

将伺服驱动器作为干扰源考虑，在其运行过程中，产生电磁干扰的传播途径主要有：

①伺服驱动器输入输出电流中包含大量高次谐波成分，对同一供电网络会产生脉动，从而影响同一供电网络上其他电子设备。

②伺服驱动器的逆变器工作于开关模式并高速切换时，会对周围电子设备产生辐射干扰。

③伺服驱动器地线与其他电子设备地线并在一起时，其输出电流中的高次谐波通过地线耦合到其他电子设备。

④伺服驱动器输入输出电缆与其他电子设备的电源线、信号线等靠近时，会对其他电子设备产生传导干扰（经线缆传播）。

3.2 抑制伺服驱动器对雷达系统干扰的措施

3.2.1 屏蔽

屏蔽是利用屏蔽体阻挡或减小电磁能传输的一种技术。屏蔽有两个目的：一是限制内部辐射的电磁能量泄露出该区域，二是防止外来的辐射干扰进入某一区域。屏蔽作用是通过一个将上述区域封闭起来的壳体实现的，这个壳体可做成板式、网状式以及金属编织带式等。根据屏蔽的工作原理，可将屏蔽分为三大类：电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。

对于雷达系统中的伺服驱动器，屏蔽设计主要从以下几个方面着手：

①伺服驱动器安装在伺服控制箱内，该控制箱为一密闭结构，仅在侧面留一通风窗口用于机箱通风散热，机箱与雷达天线骨架360度可靠接触并在机箱门处加装防波套金属丝网。

②在通风窗口处金属丝网罩，来减小整个伺服控制箱的电磁泄露。

③伺服控制箱内伺服驱动器供电输入电源电缆与控制电缆分开走线，避免电源电缆和信号电缆混在一起走线。

④伺服控制箱对外电缆均经转接板走线，转接板与机箱之间加导电密封条进行密封。

⑤伺服驱动器与伺服电机之间由电源电缆和编码器电缆连接，这两根电缆从转接板出转出后应分开走线，并尽量避免与雷达系统的其他线缆固定捆扎在一起，因结构位置限制不能分开时，应避免线缆平行走线。

⑥伺服驱动器电源电缆选用带屏蔽层的QXRFP系列，控制线与编码器电缆选用带屏蔽层的双绞线JFEP系列，多根双绞线并外加一层屏蔽。

在实际工程实践中，因雷达结构的限制与考虑到走线的美观，经常将伺服驱动器输出电源电缆与编码器电缆并列平行并与雷达其他电源电缆、射频信号电缆等捆扎在一起。我们曾在两个型号雷达中发现，天线转动后雷达显示界面即出现条状的、全距离段、方位不固定的干扰，而将电源电缆与编码器电缆分开走线后，干扰即消除。因此，在设计阶段就需考虑驱动器连接电缆之间或与其他电缆相互干扰的问题，尽量将电缆分开走线。

3.2.2 接地

接地是在系统的某个选定点与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路，接地对电磁干扰有良好的抑制作用。雷达系统为一复杂系统，各插件、分机、机柜等均需接地，存在多个接地点，最终汇和于系统接地点，从同一点汇入大地。由于各接地点之间必然存在一定阻抗，电流流经该阻抗后会产生地电压，从而叠加到电路上形成共模干扰。因此，解决地线干扰就要想办法选择合适的接地方式来降低接地阻抗。

对于伺服驱动器在雷达系统中的接地，主要措施如下：

①伺服控制箱转接板上设计接地柱，该接地柱与雷达系统的系统接地点通过铜编织线连接，伺服驱动器PE端单独接地，接地线从PE端直接接到转接板接线柱，横截面需大于5平方毫米，总长度小于20米。

②伺服驱动器PE端接地与伺服控制箱内其他设备接地点远离。

③伺服驱动器到伺服电机之间的电源电缆选用带屏蔽层的电缆，屏蔽层应在伺服驱动器端和伺服电机端分别接地。

④伺服驱动器的外壳、伺服控制箱内其他设备的外壳与伺服控制箱通过结构安装联系在一起，控制箱紧密连接在雷达系统的平台上，平台与系统接地点连接，提供伺服系统的安全地。

4 结语

伺服驱动器在雷达系统中运行时，会产生电磁干扰，通过传导耦合、辐射耦合方式对雷达系统的其他电子设备正常运行产生影响。本文分析了干扰产生的机理，并对抑制伺服驱动器的干扰提出了具体措施，此类措施主要是工程实践过程中的一些具体经验，是定性分析，对干扰的定量分析需要借助测试设备、电磁兼容分析等相关软件来实现。在今后工作中，应加强对电磁干扰的定量分析的研究。

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