某型衛(wèi)星通信單兵背負站電磁兼容設(shè)計和改進

韓晉平，宋千遠

摘 要：針對某型衛(wèi)星通信單兵背負站的輻射發(fā)射超標問題，文章從電源電路、按鍵和指示燈安裝結(jié)構(gòu)方面做了電磁兼容設(shè)計和改進。測試結(jié)果表明，整改措施效果顯著，背負站輻射發(fā)射超標現(xiàn)象得到了有效抑制。

關(guān)鍵詞：單兵背負站;電源電路;輻射發(fā)射

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，衛(wèi)星通信技術(shù)在軍事領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。小型化的衛(wèi)星通信單兵背負站給野外作戰(zhàn)提供了重要手段。但在戰(zhàn)場，背負站所處的電磁環(huán)境日益復(fù)雜，降低設(shè)備輻射發(fā)射對通信質(zhì)量的提高起著重要作用。本文旨在針對某型衛(wèi)星通信單兵背負站的電磁兼容問題展開討論，通過試驗和設(shè)計改進，以期提高產(chǎn)品的電磁兼容性指標。

1 設(shè)備描述

衛(wèi)星通信單兵背負站（以下簡稱背負站）主要應(yīng)用于野外作戰(zhàn)通信，由手持操作終端、通信主機和衛(wèi)星通信天線3部分組成。手持操作終端功耗較小，提供簡便的人機交互數(shù)據(jù)設(shè)置和查詢功能;衛(wèi)星通信天線為無源天線，在背負站架起時，實時接收和發(fā)射信號;通信主機在入網(wǎng)后，與友方其他通信站建立衛(wèi)星通信鏈路，提供話音和數(shù)據(jù)功能。根據(jù)研制要求，規(guī)定背負站滿足標準GJB 151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求和測量》，產(chǎn)品電磁發(fā)射類測試項目有CE102和RE102，各項目的測試目的如下所述。

CE102項目測試頻段10 kHz～10 MHz，為了控制背負站工作時通過電源線以傳導(dǎo)或輻射的方式對外造成干擾。在較低頻段，設(shè)備充電時會通過電源線向公共電網(wǎng)注入傳導(dǎo)干擾;在較高頻段，干擾會經(jīng)電源線向外造成的輻射。電源電路是產(chǎn)生傳導(dǎo)發(fā)射超標的重要根源，同樣也是造成電磁輻射發(fā)射的因素之一。

RE102項目測試頻段2 MHz～18 GHz，為了控制背負站工作時通過殼體、電纜向外輻射電場，防止其對靈敏接收設(shè)備產(chǎn)生干擾，如設(shè)備孔、縫隙、顯示屏和按鍵等，對外形成輻射干擾。干擾的頻率不僅有電源工作頻率、晶振等信號的主頻、倍頻，更是各類信號的諧波。抑制輻射發(fā)射干擾，濾波、接地和屏蔽是常見的設(shè)計手段[1]。

2 測試數(shù)據(jù)分析

為了提高背負站的電磁兼容性，降低設(shè)備的輻射發(fā)射電平，對于RE102超標問題，從電磁干擾三要素（干擾源、耦合路徑和敏感源）理論出發(fā)，分析和定位引起超標的電磁干擾源，輻射發(fā)射耦合路徑著手。

背負站RE102測試曲線2 MHz～200 MHz測試超標，200 MHz以上，測試曲線符合標準要求，CE102測試正、負極曲線滿足標準要求，此處不做討論。以下內(nèi)容重點對超標頻段進行分析，定位超標位置并優(yōu)化改進。在2 MHz～30 MHz頻段，3.376 MHz超標4.98 dB，20.156 MHz超標8.08 dB;在30 MHz～200 MHz頻段如圖1所示，在119.5 MHz～136.8 MHz頻段，最大超標11.02 dB。

圖1 背負站30 MHz～200 MHz測試曲線

單桿天線測試低頻部分有很多毛刺，且有周期規(guī)律，可確定為電源輻射引起，高頻共模濾波效果較差;高頻部分超標現(xiàn)象明顯，頻譜比較集中，線纜輻射發(fā)射比較明顯。雙錐天線測試，超標主要集中在119.5 MHz～136.8 MHz頻段，箱體電磁泄漏為主要因素。

使用近場探頭（RF1 Langer）配合頻譜儀（N9030 Keysight）探測背負站近場輻射發(fā)射，測試通信主機縫隙和互聯(lián)線纜的近場輻射發(fā)射電平值。近場探測值與暗室遠場數(shù)值之間沒有特定的對比關(guān)系，但可以為整改測試人員提供大致的定位信息[2]。

近場探測中，發(fā)現(xiàn)手持操作終端電磁輻射電平很小，可排除因其造成的影響。拆卸通信主機蓋板，發(fā)現(xiàn)連接處有導(dǎo)電復(fù)合材料電磁密封，屏蔽良好。按標準要求，電源線是非屏蔽，測試長度2.4 m，線纜上輻射較大，主要集中在2 MHz～30 MHz。探測顯示屏、按鍵和指示燈，電磁泄漏在100 MHz～150 MHz。顯示屏采用了屏蔽玻璃，但在屏周圍能探測到較高信號，表明安裝工藝有改進空間。按鍵和指示燈是絕緣橡膠材料，較難實現(xiàn)電磁屏蔽，后期需著重改善。

對于電源干擾引起的泄露，可從電源濾波器，內(nèi)部電源線布局，PCB電源設(shè)計方面分析和定位。通信主機內(nèi)部直流電源濾波器安裝合理、輸入線短、接地良好，如前所述，CE102合格通過，暫可排除此因素。各個板卡互連線布局分類明確，電源線、控制線和射頻線長度小于10 cm，互相間距大于2 cm，較難引起串擾。查看電源單元電路圖，24 V轉(zhuǎn)5 V模塊，差模濾波較好，但是輸入和輸出之間缺少共模濾波，可作為整改方向。

3 整改方案

經(jīng)過上述定位和分析，對背負站輻射源設(shè)計中的不足之處進行改進。對于背負站按鍵和指示燈，在結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝工藝方面做技術(shù)改進，使用金屬屏蔽罩將按鍵和指示燈電磁屏蔽，引腳連接饋通濾波器（穿心電容），可起到共模濾波作用。

由于電路的工作頻率和周圍環(huán)境中的電磁干擾頻率較高，饋通濾波器安裝在金屬面板上，具有很低的對地阻抗。濾波電路C型，穿心電容ESL比普通電容小，諧振頻率很高，安裝方式有效地防止了高頻信號從輸入端直接耦合導(dǎo)輸出端。可利用屏蔽罩隔離濾波器的輸入和輸出，具有很好的高頻濾波效果。

查看背負站電源電路，C1，C3為電解電容，C2，C4為陶瓷電容，起差模濾波作用。同時，C1的ESR要求很低，可防止模塊輸入端的供電電源等效輸出阻抗過高，為模塊的輸入紋波電流提供一個通路。C3可以改進輸出動態(tài)響應(yīng)和減少輸出引線電感引起的電壓振蕩。如圖2所示，在電源模塊輸入、輸出端的正負極之間，增加陶瓷電容C5，C6，可對高頻噪聲進行濾波，容值較小，一般為2.2 nF～0.1 uF之間，具體應(yīng)根據(jù)后端電路的干擾頻率而定。

圖2 改進后背負站電源模塊電路

按照上述措施完成設(shè)計優(yōu)化后，背負站再次進行RE102測試的數(shù)據(jù)合格。2 MHz～200 MHz測試余量約為8.2 dB;在30 MHz～200 MHz頻段，如圖3所示，測試余量最小為標注點4，約為5.65 dB，

圖3 優(yōu)化設(shè)計后30 MHz～200 MHz測試曲線

4 結(jié)語

對于多數(shù)軍用電子設(shè)備而言，輻射發(fā)射是最難通過的試驗項目。不能在產(chǎn)品試驗時再臨時補救，要在設(shè)備的研發(fā)階段了解性能指標，制定設(shè)備電磁兼容控制計劃，編制準確的試驗大綱。功能設(shè)計和電磁兼容設(shè)計同時進行，將指標細化到設(shè)備的組成部分。設(shè)備出樣后，進行電磁兼容摸底試驗，改進設(shè)計不合理之處。本文提出背負站輻射發(fā)射超標問題定位和整改措施，對其他類似設(shè)備的電磁兼容設(shè)計具有一定的參考價值。

作者簡介：韓晉平（1984— ），男，陜西咸陽人，設(shè)計師，碩士;研究方向：衛(wèi)星通信設(shè)備EMC預(yù)測和設(shè)計。

[參考文獻]

[1]鄭軍奇.EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2]朱文立.電磁兼容設(shè)計與整改對策及案例分析[M].北京：電子工業(yè)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