某型卫星通信单兵背负站电磁兼容设计和改进

韩晋平，宋千远

摘 要：针对某型卫星通信单兵背负站的辐射发射超标问题，文章从电源电路、按键和指示灯安装结构方面做了电磁兼容设计和改进。测试结果表明，整改措施效果显著，背负站辐射发射超标现象得到了有效抑制。

关键词：单兵背负站;电源电路;辐射发射

随着科学技术的进步，卫星通信技术在军事领域得到了广泛应用。小型化的卫星通信单兵背负站给野外作战提供了重要手段。但在战场，背负站所处的电磁环境日益复杂，降低设备辐射发射对通信质量的提高起着重要作用。本文旨在针对某型卫星通信單兵背负站的电磁兼容问题展开讨论，通过试验和设计改进，以期提高产品的电磁兼容性指标。

1 设备描述

卫星通信单兵背负站（以下简称背负站）主要应用于野外作战通信，由手持操作终端、通信主机和卫星通信天线3部分组成。手持操作终端功耗较小，提供简便的人机交互数据设置和查询功能;卫星通信天线为无源天线，在背负站架起时，实时接收和发射信号;通信主机在入网后，与友方其他通信站建立卫星通信链路，提供话音和数据功能。根据研制要求，规定背负站满足标准GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求和测量》，产品电磁发射类测试项目有CE102和RE102，各项目的测试目的如下所述。

CE102项目测试频段10 kHz～10 MHz，为了控制背负站工作时通过电源线以传导或辐射的方式对外造成干扰。在较低频段，设备充电时会通过电源线向公共电网注入传导干扰;在较高频段，干扰会经电源线向外造成的辐射。电源电路是产生传导发射超标的重要根源，同样也是造成电磁辐射发射的因素之一。

RE102项目测试频段2 MHz～18 GHz，为了控制背负站工作时通过壳体、电缆向外辐射电场，防止其对灵敏接收设备产生干扰，如设备孔、缝隙、显示屏和按键等，对外形成辐射干扰。干扰的频率不仅有电源工作频率、晶振等信号的主频、倍频，更是各类信号的谐波。抑制辐射发射干扰，滤波、接地和屏蔽是常见的设计手段[1]。

2 测试数据分析

为了提高背负站的电磁兼容性，降低设备的辐射发射电平，对于RE102超标问题，从电磁干扰三要素（干扰源、耦合路径和敏感源）理论出发，分析和定位引起超标的电磁干扰源，辐射发射耦合路径着手。

背负站RE102测试曲线2 MHz～200 MHz测试超标，200 MHz以上，测试曲线符合标准要求，CE102测试正、负极曲线满足标准要求，此处不做讨论。以下内容重点对超标频段进行分析，定位超标位置并优化改进。在2 MHz～30 MHz频段，3.376 MHz超标4.98 dB，20.156 MHz超标8.08 dB;在30 MHz～200 MHz频段如图1所示，在119.5 MHz～136.8 MHz频段，最大超标11.02 dB。

图1 背负站30 MHz～200 MHz测试曲线

单杆天线测试低频部分有很多毛刺，且有周期规律，可确定为电源辐射引起，高频共模滤波效果较差;高频部分超标现象明显，频谱比较集中，线缆辐射发射比较明显。双锥天线测试，超标主要集中在119.5 MHz～136.8 MHz频段，箱体电磁泄漏为主要因素。

使用近场探头（RF1 Langer）配合频谱仪（N9030 Keysight）探测背负站近场辐射发射，测试通信主机缝隙和互联线缆的近场辐射发射电平值。近场探测值与暗室远场数值之间没有特定的对比关系，但可以为整改测试人员提供大致的定位信息[2]。

近场探测中，发现手持操作终端电磁辐射电平很小，可排除因其造成的影响。拆卸通信主机盖板，发现连接处有导电复合材料电磁密封，屏蔽良好。按标准要求，电源线是非屏蔽，测试长度2.4 m，线缆上辐射较大，主要集中在2 MHz～30 MHz。探测显示屏、按键和指示灯，电磁泄漏在100 MHz～150 MHz。显示屏采用了屏蔽玻璃，但在屏周围能探测到较高信号，表明安装工艺有改进空间。按键和指示灯是绝缘橡胶材料，较难实现电磁屏蔽，后期需着重改善。

对于电源干扰引起的泄露，可从电源滤波器，内部电源线布局，PCB电源设计方面分析和定位。通信主机内部直流电源滤波器安装合理、输入线短、接地良好，如前所述，CE102合格通过，暂可排除此因素。各个板卡互连线布局分类明确，电源线、控制线和射频线长度小于10 cm，互相间距大于2 cm，较难引起串扰。查看电源单元电路图，24 V转5 V模块，差模滤波较好，但是输入和输出之间缺少共模滤波，可作为整改方向。

3 整改方案

经过上述定位和分析，对背负站辐射源设计中的不足之处进行改进。对于背负站按键和指示灯，在结构设计和安装工艺方面做技术改进，使用金属屏蔽罩将按键和指示灯电磁屏蔽，引脚连接馈通滤波器（穿心电容），可起到共模滤波作用。

由于电路的工作频率和周围环境中的电磁干扰频率较高，馈通滤波器安装在金属面板上，具有很低的对地阻抗。滤波电路C型，穿心电容ESL比普通电容小，谐振频率很高，安装方式有效地防止了高频信号从输入端直接耦合导输出端。可利用屏蔽罩隔离滤波器的输入和输出，具有很好的高频滤波效果。

查看背负站电源电路，C1，C3为电解电容，C2，C4为陶瓷电容，起差模滤波作用。同时，C1的ESR要求很低，可防止模块输入端的供电电源等效输出阻抗过高，为模块的输入纹波电流提供一个通路。C3可以改进输出动态响应和减少输出引线电感引起的电压振荡。如图2所示，在电源模块输入、输出端的正负极之间，增加陶瓷电容C5，C6，可对高频噪声进行滤波，容值较小，一般为2.2 nF～0.1 uF之间，具体应根据后端电路的干扰频率而定。

图2 改进后背负站电源模块电路

按照上述措施完成设计优化后，背负站再次进行RE102测试的数据合格。2 MHz～200 MHz测试余量约为8.2 dB;在30 MHz～200 MHz频段，如图3所示，测试余量最小为标注点4，约为5.65 dB，

图3 优化设计后30 MHz～200 MHz测试曲线

4 结语

对于多数军用电子设备而言，辐射发射是最难通过的试验项目。不能在产品试验时再临时补救，要在设备的研发阶段了解性能指标，制定設备电磁兼容控制计划，编制准确的试验大纲。功能设计和电磁兼容设计同时进行，将指标细化到设备的组成部分。设备出样后，进行电磁兼容摸底试验，改进设计不合理之处。本文提出背负站辐射发射超标问题定位和整改措施，对其他类似设备的电磁兼容设计具有一定的参考价值。

作者简介：韩晋平（1984— ），男，陕西咸阳人，设计师，硕士;研究方向：卫星通信设备EMC预测和设计。

[参考文献]

[1]郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2]朱文立.电磁兼容设计与整改对策及案例分析[M].北京：电子工业出版社，2012.

Design and improvement of electromagnetic compatibility of a single soldier backpack station

Han Jinping， Song Qianyuan

（Nanjing Panda Handa Technology Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract：Aiming at the problem that the radiation emission of a satellite communication manpack station exceeds the standard， the EMC design and improvement are made from the power circuit， keyboard and indicator light installation structure in this paper. The test results show that the effect of the rectification measures is significant， and the phenomenon of radiation emission exceeding the standard of the manpack station has been effectively suppressed.

Key words：individual carrier station; power supply circuit; radiation emission