短波天線調諧器電磁兼容設計

方毅偉 畢曉龍

1.中國船舶重工集團第七二二研究所； 2.渤海造船廠集團有限公司

一、引言

短波（2～30MHz）通信是遠距離通信的主要手段之一。某平臺的短波發射機一般是1kW以上的大功率寬頻帶發射機，而短波天線一般是鞭狀電小天線，天線的阻抗特性與發射機所需要的50歐姆差異較大，引起的阻抗不匹配會對信號傳輸造成較大損耗，系統輻射效率低，需要采用短波天線調諧器，改善天線對發射機的阻抗匹配，配合短波發射機和窄帶天線進行短波大功率發信，提高發信效率。

二、短波天線調諧器原理

短波天線調諧器主要是由調諧參數檢測模塊、控制模塊和天線阻抗匹配模塊組成。調諧參數檢測模塊用于實時檢測對天線調諧過程中天線匹配網絡的狀態參數如正反向功率、駐波比、相位和阻抗等，并以檢測結果為控制模塊提供動態的信息?？刂颇K接收來自發射機的頻率預置信息和來自調諧參數檢測模塊的動態調整信息，通過接口和繼電器設計，控制匹配模塊改變電抗元件值，實現調諧。同時將測量信息、電路匹配狀態和匹配電路參數等通過接口電路送到存儲單元存儲，以備以后存儲調用調諧調用。天線阻抗匹配模塊由一組電抗元件連接而成，通過繼電器進行開關控制進行匹配網絡的設置，實現對短波發射機與天線間的阻抗匹配。短波天線調諧器需要盡量布置于或靠近天線根部，不僅要具備調諧速度快、調諧精度高、適配頻帶寬，還要具備微功率調諧能力，確保調諧的隱蔽性。

三、短波天線調諧器電磁兼容設計

短波大功率天線調諧器作為大功率射頻傳輸設備，設備本身需要承受大功率射頻信號，需要做好電磁屏蔽，另外對外部是電磁干擾源，工作時會產生電磁干擾，產生的電磁干擾不僅可以通過電纜耦合到敏感設備上，還可以通過天線調諧器殼體縫隙、輸入、輸出端口向外輻射，可能對人員和其它設備帶來不良影響。

根據能量傳播的途徑，干擾發射有兩種：傳導發射和輻射發射。其中傳導發射的途徑是電源線、控制線和天線，輻射發射的途徑是空間電磁場，解決這些問題的基本方法是由“場”和“路”兩方面提出措施。為提高電磁兼容性，在設備整體設計、電路、結構和工藝等方面加強設計，以降低對外輻射影響，同時也降低設備對電磁干擾的靈敏度。

短波天線調諧器由短波發射機提供24V直流供電，并由短波發射機進行遙控設置參數和結果顯示，本機沒有顯示界面，機箱可以做較為完整的密封，由于對外接口關系，仍然需要留有必要的連接器開孔。

（一）短波天線調諧器結構設計

1.屏蔽體材料及厚度設計。在短波天線調諧器的結構設計中，屏蔽箱尤為重要，屏蔽箱體的材料選擇和厚度設計對屏蔽箱的屏蔽效能起決定性作用。屏蔽效能（SE）即對給定輻射干擾源進行屏蔽時，在某一場點上，屏蔽箱盒安裝前后的電場強度或磁場強度之比值。綜合考慮屏蔽材料的相對磁導率和相對電導率，天線調諧器屏蔽箱選用的材料為鋁(導電氧化處理)，厚度為1.5（mm）厚，其中鋁相對導磁率μr是1，鋁相對導電率σr是0.61。具體計算如下：

根據分析，天線調諧器工作在3～30MHz為近區電場屏蔽，其理論屏蔽效能可表示為：

電場屏蔽效能：SE=A+R1（dB）；

磁場屏蔽效能：SE=A+R2（dB）；

R1=322+10lg(σr/μrf3r2)（dB）（屏蔽電場的反射損耗）；

R2=14.6+10lg(fσrr2/μr)（dB）（屏蔽磁場的反射損耗）；

其中：f為頻率（Hz），t為金屬板厚度（mm），r為輻射源至壁距離(cm)，μr金屬板相對導磁率，σr金屬板相對導電率。

將相關參數值代入公式計算可得：

電場屏蔽效能為377.38dB，磁場屏蔽效能為357.02dB。這樣；1.5mm厚的鋁板完全能夠起到電磁屏蔽作用。另外，天線調諧器殼體采用機箱形式，為了增加屏蔽效能，設計中采用雙層屏蔽作用，材料采用鋁板和不銹鋼板。

2.縫隙、孔洞的處理。一般電子設備因通風、散熱及連接電纜等設計要求，必須開制小孔，采用連接處采用永久性接縫，采用焊接技術作永久性封閉。在配合面形成的接縫，加導電襯墊（橡膠芯金屬絲屏蔽條）的設計方法。但是仍有部分電磁能量會經由孔、縫泄露，當孔、縫尺寸等于半波長的整數倍時，電磁泄漏最大，一般要求縫長或孔徑小于λ/10～λ/100。

短波天線調諧器機箱面板上不開孔，為了通風需要只在側板或后板和上板開φ3mm（遠小于λ/100）的孔。前面板及其他側面與骨架之間縫隙用導電橡膠（SE=120dB）屏蔽條屏蔽，并用排列緊密的螺釘固定（兩螺釘距離為10cm）。這樣，整個機體就成為一個屏蔽體，避免電磁波向外輻射。

（二）線路設計

在對電子設備進行整機電路設計時，通過合理走線可以減少導線上相互之間的電磁場感應。

在對短波天線調諧器進行線路設計時，低頻信號線、控制線用帶隔離皮的屏蔽線，以免長線感應高頻在導線上產生干擾，破壞控制的正常邏輯狀態，產生誤動作。電路上必要的地方加了電容以鈍化尖峰脈沖。所有的控制信號通過光電隔離器、濾波器后進入印制板，并將弱信號地與射頻地分開。

高頻線全部采用雙層高頻電纜，特性阻抗為50Ω，線的兩頭焊接牢固，并保證了外皮與電纜頭的外殼接觸良好，高頻連接器采用同軸方式，用螺釘安裝，360°與機殼接觸良好，并通過獨立測試挑選。

24V直流電源線通過選用電磁兼容符合要求的濾波器給被供單元供電，在給風機供電的傳輸線上加鐵氧體材料。

（三）接地設計

電子產品的地線分為安全地和信號地，前者是保證設備電氣安全的，后者是保證電路能夠正常工作的。天線調諧器設計信號地和安全地，其中信號地接入平臺內部專門的信號地線路，安全地通過銅棒或銅皮方式接于平臺內的地線銅板上，盡量減少接地電阻。實際施工中，機箱接地點在去除氧化層后短時間內完成連接并馬上用漆涂抹，保證較低的接觸電阻。經實際測量，接地電阻小于10毫歐。

結束語：根據GJB151B－2013中對電場輻射和磁場輻射測試方法，對所設計的短波天線調諧器進行了電磁兼容試驗，測試結果電場輻射不大于50dBV/m,磁場輻射不大于76dBTP，符合標準中的指標要求。