提升現(xiàn)役地面雷達(dá)陣地電磁兼容性的措施

范家強(qiáng) 唐杰

摘? ?要：當(dāng)前，人們普遍認(rèn)為電磁兼容問題是影響電子裝備可靠性的首要問題，大大影響裝備實(shí)際設(shè)計(jì)的性能，將造成時(shí)間上、經(jīng)濟(jì)上的較大損失。文章提出只有提升現(xiàn)役地面雷達(dá)陣地電磁兼容性的能力，才能有效保證裝備效能的良好發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：干擾場強(qiáng);電磁兼容性指標(biāo);屏蔽技術(shù);雷達(dá)

地面雷達(dá)主要作戰(zhàn)任務(wù)為獨(dú)立擔(dān)負(fù)指定地區(qū)對(duì)空指揮情報(bào)保障任務(wù)，擔(dān)負(fù)指定地區(qū)對(duì)空警戒任務(wù)，其主要功能決定雷達(dá)裝備架設(shè)地點(diǎn)往往與用戶單位的編制以及實(shí)際的戰(zhàn)略需求相關(guān)。經(jīng)常出現(xiàn)編制單位陣地，同時(shí)架設(shè)多部雷達(dá)裝備的實(shí)際情況，此時(shí)將會(huì)出現(xiàn)多部裝備的距離無法滿足裝備對(duì)陣地的要求，造成同一區(qū)域內(nèi)頻段相對(duì)集中，天線間幾乎無遮擋。同時(shí)因分系統(tǒng)（車際）間的一般互連電纜長度也會(huì)達(dá)到30～100 m，形成了裝備復(fù)雜的電磁環(huán)境，造成雷達(dá)工作環(huán)境下無法正常或產(chǎn)生故障的情況。為了保證雷達(dá)在復(fù)雜的電磁環(huán)境中能夠正常發(fā)揮效能，同時(shí)減少自身對(duì)于環(huán)境產(chǎn)生的污染，本文主要對(duì)提升現(xiàn)役地面雷達(dá)電磁兼容性的措施進(jìn)行介紹和分析，以便進(jìn)一步提升現(xiàn)役裝備的電磁兼容性。

1? ? 電磁兼容基本概念

1.1? 電磁兼容概念

電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）指電子設(shè)備在工作時(shí)所產(chǎn)生的電磁波，容易對(duì)周圍的其他電氣、電子設(shè)備形成電磁干擾，從而引發(fā)信號(hào)傳輸故障。電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）指“一種器件、設(shè)備或系統(tǒng)的性能，可以使其在自身環(huán)境下正常工作的同時(shí)不會(huì)對(duì)此環(huán)境中任何其他設(shè)備產(chǎn)品強(qiáng)烈電磁干擾（IEEE C63.12—1987）。”即在一個(gè)系統(tǒng)中各種設(shè)備能夠正常工作，而不致相互發(fā)生電磁干擾造成性能改變和設(shè)備損壞，通常稱此系統(tǒng)中的電子設(shè)備是相互兼容的[1]。

1.2? 電磁干擾傳播途徑

電磁干擾通常有兩條傳播途徑：輻射和傳導(dǎo)。信號(hào)輻射是通過外殼的孔、縫、槽或其他的缺口泄漏出去;傳導(dǎo)則是通過耦合到電源、信號(hào)和控制線上離開外殼，在開放的空間中自由輻射，從而形成干擾。

2? ? 現(xiàn)役裝備陣地勘選要求及電磁干擾的測試

2.1? 現(xiàn)役裝備陣地選擇

為保證地面雷達(dá)裝備能夠發(fā)揮正常的效能，通常在架設(shè)雷達(dá)前，建議裝備使用單位對(duì)陣地電磁環(huán)境進(jìn)行勘測，以便雷達(dá)架設(shè)時(shí)及時(shí)、有效地進(jìn)行電性能優(yōu)化和充分發(fā)揮其戰(zhàn)技性能。一般情況下，同一雷達(dá)站不能使用相同或相近頻率雷達(dá)，同一雷達(dá)站架設(shè)多部雷達(dá)時(shí)，雷達(dá)相互架設(shè)距離至少200 m（對(duì)于大功率雷達(dá)距離需超過400 m）;附近無強(qiáng)同頻段的輻射源、大型變電所、電視/廣播發(fā)射臺(tái)、微波站。

2.2? 裝備現(xiàn)場電磁干擾測試

陣地裝備現(xiàn)場電磁干擾測試可使用場強(qiáng)儀或者接收天線加上頻率儀，對(duì)選擇陣地的相關(guān)使用頻率寬帶內(nèi)360°全方位進(jìn)行測試，即對(duì)陣地的電磁環(huán)境進(jìn)行勘驗(yàn)。通常軍用雷達(dá)在設(shè)計(jì)定型階段均已完成并通過了電磁兼容試驗(yàn)，可以通過相關(guān)廠家技術(shù)說明書或使用說明書查閱設(shè)計(jì)時(shí)電磁兼容性相關(guān)指標(biāo)。同時(shí)也可以參考GJB152ARS103要求，在各頻段范圍內(nèi)干擾幅度相應(yīng)國軍標(biāo)電磁環(huán)環(huán)境的要求。如同一編制單位陣地同時(shí)架設(shè)兩部裝備，雷達(dá)裝備受到的干擾場強(qiáng)可以通過公式進(jìn)行分析計(jì)算：

（1）

其中，r表示距離，p表示功率，G表示天線增益。

如上所述，導(dǎo)致雷達(dá)受干擾的原因，與陣地兩部雷達(dá)架設(shè)距離、輸出功率及天線增益相關(guān)，如超出設(shè)計(jì)國軍標(biāo)電磁環(huán)環(huán)境的要求的干擾幅度，將導(dǎo)致雷達(dá)工作的電磁兼容性環(huán)境差，造成裝備性能下降或故障。

如：裝備距離r=90 m，峰值功率p=20 000 W，天線增益g=25 dB，則干擾強(qiáng)度為153.052 V/m。

根據(jù)裝備廠家技術(shù)說明書或使用說明書可以查閱設(shè)計(jì)時(shí)電磁兼容性相關(guān)指標(biāo)。同時(shí)也可以參考GJB152ARS103要求，可以查出干擾幅度是否超出設(shè)計(jì)指標(biāo)或國軍標(biāo)電磁環(huán)境的要求。如電磁兼容性指標(biāo)超出設(shè)計(jì)范疇，將會(huì)對(duì)裝備的性能產(chǎn)生影響，甚至出現(xiàn)故障，導(dǎo)致裝備無法正常運(yùn)行。

3? ? 提升現(xiàn)役地面雷達(dá)電磁兼容性的措施

如裝備周邊環(huán)境的電磁干擾強(qiáng)度超出裝備電磁兼容性的設(shè)計(jì)指標(biāo)，將對(duì)裝備產(chǎn)生直接或間接的影響[2]。提升現(xiàn)役地面雷達(dá)陣地電磁兼容性的措施主要有3種：接地、屏蔽和濾波。其中，接地是最快速、最有效的方法，如接地不正確，會(huì)使隔離層完全失去作用，而變成一個(gè)干擾發(fā)散系統(tǒng)，通常使干擾降到最低要?dú)w功于正確可靠的接地;屏蔽次之，通常采用金屬板、金屬網(wǎng)及金屬盒等屏蔽體，可將電磁場減弱至一定的數(shù)量級(jí);濾波又次之，濾波設(shè)備的選擇和安裝均存在一定的技術(shù)要求，同時(shí)會(huì)占用部分有限的空間。

3.1? 接地技術(shù)

接地是指電路或系統(tǒng)與“地”之間建立的低通電路，其中一點(diǎn)通常是系統(tǒng)的一個(gè)電路，而另一點(diǎn)則稱之為“地”的參考點(diǎn)。接地類型通常可分為基準(zhǔn)地、電磁兼容地、安全地。基準(zhǔn)地指提供電路工作電壓的參考基準(zhǔn)，是地作用的第一要素。對(duì)于電子工程師而言，可為機(jī)殼、電路的信號(hào)回線或電源回線。電磁兼容地指提供濾波器共模濾波電路或瞬態(tài)抑制防護(hù)濾波器產(chǎn)生的干擾電流或瞬態(tài)電流旁路至大地低阻抗回路，通過分布參數(shù)的旁路作用，減小線間耦合及線的輻射發(fā)射等。對(duì)于結(jié)構(gòu)工程師而言可為機(jī)殼、機(jī)載載體外殼。安全地指防止設(shè)備外殼帶有高電壓，提供外殼至大地的低阻回路，必須為真實(shí)的大地。

對(duì)于地的要求，參考信號(hào)的基準(zhǔn)，要求地電位波動(dòng)小;由于地上流過各種電流，要確保地電位波動(dòng)小，則要求地的地容量大。實(shí)際設(shè)備與系統(tǒng)中對(duì)于印制板來說，盡可能使地層連續(xù)且面積大;對(duì)于非金屬外殼的設(shè)備，盡可能增加金屬件以增大地容量;對(duì)于金屬外殼設(shè)備，盡可能減小地阻抗;對(duì)于電子系統(tǒng)，盡可能采用單點(diǎn)接地方式。

雷達(dá)裝備系統(tǒng)屬混合系統(tǒng)，其中含有顯示電路、控制電路、數(shù)字電路、模擬電路及供電電路。通常雷達(dá)系統(tǒng)中方艙或機(jī)柜接地點(diǎn)應(yīng)選取在濾波器附近;系統(tǒng)地采用匯流排將數(shù)字地、模擬地和安全地分開，數(shù)字電路及其電源接數(shù)字匯流排，模擬電路及其電源接模擬匯流排，安全地接機(jī)殼與車載系統(tǒng)匯接。數(shù)字匯流排、模擬匯流排與機(jī)殼絕緣，并分別匯接至相應(yīng)地線處;發(fā)射系統(tǒng)地線在與其他地線匯前應(yīng)采用地線濾波器;屏蔽線纜應(yīng)保證360°搭接。通常接地阻抗要求，接地樁距車體水平距離大于等于5 m，接大地電極接地阻抗小于等于10 Ω，信號(hào)線濾波器與機(jī)殼搭接電阻小于等于5 Ω，電源濾波器與車體搭接電阻小于等于5 Ω，屏蔽電纜屏蔽層接地電阻小于等于10 Ω，接地樁與導(dǎo)體搭接電阻小于等于2 Ω。

3.2? 屏蔽技術(shù)

利用金屬板、金屬網(wǎng)以及金屬盒等把電磁場限制在一定范圍的空間內(nèi)，或?qū)㈦姶艌鱿魅踔烈欢〝?shù)量級(jí)的措施，稱為屏蔽。這種金屬體稱為屏蔽體，是一種常用有效降低EMI的方法。箱體上共有兩種典型孔縫泄漏要素：接縫（面積小，而線度尺寸很大的縫隙），如裝配接縫中的連接接縫，機(jī)箱連接器與箱體間的接縫;孔（面積較大、線度尺寸也大的孔），如機(jī)箱觀察孔、機(jī)箱通風(fēng)孔等。

電磁干擾對(duì)電子信息裝備屏蔽體的耦合通常以屏蔽效能來表述，設(shè)各個(gè)泄漏要素的屏蔽效能為SEi=（i=1，2，…，N），則第i個(gè)泄漏要素的泄漏量為：

式中，E前為未加屏蔽時(shí)信號(hào)場源所產(chǎn)生的場。則總的泄漏場為：

屏蔽體的屏蔽效能：

由上式可以看出，屏蔽體的屏蔽效能實(shí)際上是由各個(gè)泄漏要素中產(chǎn)生最大要素所決定的，即是由屏蔽最薄弱（屏蔽最低）環(huán)節(jié)所決定的。因此要明確不同頻段的泄漏耦合結(jié)構(gòu)，確定最大泄漏耦合要素。

在實(shí)際屏蔽中，電磁屏蔽效能很大程度上依賴于屏蔽的結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)電的連續(xù)性。屏蔽體上的接縫、開口等都是電磁波的泄漏源，而穿過屏蔽體的電纜也是造成屏蔽效能下降的主要原因。電纜導(dǎo)線是最有效的接收和輻射天線，能接受外輻射源的電磁能量，使電路更容易受到干擾。

為減少電磁干擾，必須根據(jù)干擾的性質(zhì)及其進(jìn)入機(jī)箱的方式，如干擾是通過電纜傳導(dǎo)進(jìn)入的，則可通過接地和通過簡單地去耦電容，或者插入復(fù)雜的CR，LR，LCR電路來完成。同時(shí)也可采用編織網(wǎng)的屏蔽電纜，或采用光纖線路。

當(dāng)輻射透過機(jī)箱時(shí)，主要有3種解決方法：（1）是加厚機(jī)箱壁，提高其對(duì)能量的吸收能力。（2）是采用導(dǎo)電性能好的材料，或者在箱體里外都涂覆上高導(dǎo)電率的涂層。（3）將故意設(shè)置的開口盡可能縮小，裂縫可用導(dǎo)電的銀填縫料來填充。

3.3? 濾波技術(shù)

濾波器是由電阻、電感、電容組成的選擇性網(wǎng)絡(luò)，其能衰減不需要的電磁信號(hào)，允許需要的某一些頻率范圍的信號(hào)通過。濾波是抑制電磁傳導(dǎo)干擾的主要手段之一，一方面能減少傳導(dǎo)干擾，另一方面也能削弱由傳導(dǎo)干擾引起的輻射干擾。

輻射干擾必定為共模干擾的形式出現(xiàn)，通常做法為對(duì)電路增加相應(yīng)的濾波電路。電磁兼容技術(shù)最常用的是低通濾波器。最簡單的低通濾波器就是一個(gè)單電容，接在電源線間能衰減常模干擾，接在電源線與地線間能衰減共模干擾，接在印制板電路中的直流電源間能消除電源噪聲。雙電容器串聯(lián)的濾波器，并聯(lián)在電源電路中，兩個(gè)電容器的連接點(diǎn)接地，將干擾電流回路入大地，可有效地消除共模干擾。當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻低面負(fù)載高時(shí)，宜選用一個(gè)電容和一個(gè)電感組成Ⅰ型低能濾波器。當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻都較高時(shí)，選用兩個(gè)電容和一個(gè)電感組成的五型低濾波器。當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻都較小時(shí)，宜選用一個(gè)電容和兩個(gè)電感組成的t型低能濾波器。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，接地、屏蔽和濾波都是提高電磁兼容性的有效措施。但電子設(shè)備出現(xiàn)的電磁干擾，并不能簡單地用接地、屏蔽和濾波這3種方法解決，而需根據(jù)實(shí)際的情況綜合分析，綜合上述方法進(jìn)行解決。電磁兼容為一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，應(yīng)該在設(shè)備的設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、使用和維護(hù)的各個(gè)階段充分考慮和實(shí)施才能發(fā)揮有效作用，主要采取“主動(dòng)預(yù)防，綜合規(guī)劃，針對(duì)對(duì)抗，有效疏導(dǎo)”的方針。

[參考文獻(xiàn)]

[1]區(qū)健昌.電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2]邱揚(yáng).電子裝備強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)技術(shù)[J].中國科技博覽，2019（23）：255-256

Measures to improve electromagnetic compatibility of active ground radar positions

Fan Jiaqiang， Tang jie

（Nanjing Institute of Electronic Technology， Nanjing 210039， China）

Abstract：At present， it is generally believed that the problem of electromagnetic compatibility is the primary problem in the reliability of electronic equipment， which greatly affects the performance of the actual design of the equipment， and will cause a great loss in time and economy. This paper proposes that only by improving the capability of electromagnetic compatibility of active ground radar position， can the equipment efficiency be effectively ensured

Key words：interference field intensity; electromagnetic compatibility index; shielding technology; radar