車載火控雷達電磁兼容設計

劉 潔 謝 斌 史鵬濤

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

隨著科學技術的不斷發展, 現代戰爭中各種電子設備越來越多。隨之而來的是更為復雜的戰場電磁環境。為了能夠適應現代戰爭中更為復雜的電磁環境，充分發揮出雷達的性能，對雷達提出了更高的電磁兼容要求。雷達本身裝備有大量的電子設備，雷達本身的工作原理就決定對外輻射強，易受干擾及系統內各組合互擾較大的特點，因此在雷達的設計中在滿足功能性能的同時必須做好電磁兼容方面的設計[1]。在電磁兼容設計中，設計師應至少考慮以下幾方面內容：電磁屏蔽設計、接地設計、搭接設計、信號傳輸設計、供電設計、濾波器的選用、連接器選擇及布線設計、結構中增加屏蔽效能的設計等[2]。

本文從車載火控雷達系統的組成出發，就車載火控雷達方艙及設備安裝、電纜的選擇、布線設計及敷設、連接器的選擇和處理等方面給出了電磁兼容設計的具體措施及相應方法。對車載雷達設備在惡劣電磁環境條件下功能實現以及系統效能的充分發揮提供了保障。

1 車載火控雷達系統組成

車載火控雷達系統具有生存力強、自動化程度高、反應時間短、可靠性高等特點，車載火控雷達系統主要由火控雷達、光電設備、底盤、底架、方艙、設備升降平臺、光電升降桿、液壓系統、支撐調平系統、伺服系統、終端顯控分系統、供電電站、掛梯及附件箱等組成，其具體組成如圖1所示。工作時頂蓋打開，設備升降平臺升起鎖定，液壓支腿撐起進行調平，基站目標識別雷達進行搜索和跟蹤，光電進行搜索和跟蹤。

車載火控雷達方艙為各種設備提供了安裝空間并起防護作用，為雷達的操作人員提供了操作空間和防護空間?；鹂乩走_系統在對任務目標進行搜索跟蹤時，有源天線和光電設備要露出艙外。有源天線負責信號的發射和接收，終端顯控負責對接受到信號進行處理顯示，控制雷達的工作狀態和設備間數據傳輸和通訊等。為保證車載火控雷達的電磁兼容性，雷達各分系統模塊的電磁發射和敏感度均應符合電磁兼容國軍標要求，從電路設計、結構設計、工藝及裝配幾個方面來進行電磁兼容設計。

圖1 車載火控雷達設備組成示意圖

2 車載火控雷達方艙電磁兼容設計

2.1 雷達方艙的安裝

車載火控雷達的方艙為保持安裝在該方艙上的底板、面板及接地面板及接地平面等構件之間的電氣連續性提供了條件。本身還可作為電纜托架的電氣接地構件。為了達到上述搭接要求而作了必要改進的典型設備機框。設備各個底板和方艙之間的搭接是在設備前面板和機柜至角形立柱的配合實現的。在方艙的框架上熔焊有單節水平導板，上述立柱應當與這水平導板進行接地連接。方艙的底面應涂上導電的防護涂層，以改善與接地基座之間的搭接性能。電纜托架連接在電纜引線槽上，再把電纜引線槽連接到機柜的頂部，方艙又被連接到平整的安裝接地襯板上。而設備的前面板則是被連接到方艙或方艙柜的正面的安裝表面上。在搭接之前必須清除設備前面板上不導電的防護層。設備與方艙間的接縫當提供雙重作用，實現由連接和防止干擾泄露，接縫四周應使用導電襯墊以確保金屬對金屬的接觸，裝在防振托架上的設備必須把防振架跨接到機柜的構件上。連接器安裝板應采用導電密封以改善與底板的連接性能。如果底板要能從方艙上卸下，則應當用帶有乙烯樹脂套管的2.5 cm寬的編織帶將底板的后背與機柜連接起來。

2.2 雷達方艙屏蔽與設備安裝

車載火控雷達方艙的屏蔽和設備的安裝方式在電磁兼容中有著非常重要的作用。對方艙底部進行屏蔽除可以控制由安裝在方艙內的設備所產生的干擾之外，還能防止外界電磁場對這些設備的影響，特別是當必須把未加屏蔽的現成設備組裝成一個可靠的電子成套設備時更是如此[4]。除非考慮在外部采取屏蔽措施，否則上述設備的干擾特性將引起電磁兼容性問題[3]。進行方艙設計的程序與任何形式的屏蔽殼體的設計程序一致，所設計的全部接縫都要防止泄露，安裝設備應避免各種干擾問題。每個設備的外殼應有一個接地配合表面，該配合表面就在預先制備的滑槽內接地。此外還要用鈹銅合金的連接條把各個外殼連接在一起。用于搭接的鈹銅合金的連接條的寬度不得小于2.54 cm，其長度與寬度之比最大為5∶1。

所安裝的通信接收機和發射機與其天線之間的連接器要短。電動直流發電機、逆變器、電動交流發電機以及電動機都應遠離接收機安裝，而且選擇的相對位置要防止產生的干擾場耦合到接收機的引入線上。所有的電器機械裝置應遠離設備的開口處。為了防止干擾場直接輻射到外部的天線上，需要在各種孔洞上覆蓋屏蔽層。各種雷達的調制器和發射機應當遠離通信機安裝；各輔助電源應安裝在設備的開口處；低電平線路系統應遠離高電平線路系統安裝，并正確運用屏蔽搭接和接地等措施。典型的機柜搭接結構如圖2所示。

圖2 典型的機柜搭接結構

設備機箱接縫應通過增加金屬之間的搭接面，使縫隙間的等效電容增大，從而提高高頻的屏蔽效能；通過增加縫隙深度從而加大穿過縫隙電磁波的衰減量；使用導電橡膠條等電磁密封襯墊等特殊屏蔽材料，如圖3所示 。

圖3 導電橡膠條的應用

3 電纜的選擇、布線設計和敷設及連接器選擇

3.1 電纜的選擇

雷達系統選用電纜首先考慮電路特性、環境適應性和電纜成本，其次必須從電磁兼容性要求方面進行考慮。從電磁兼容設計角度，選用電纜需要考慮的因素主要從傳輸信號波形、頻率范圍、功率電平、電路敏感度以及電磁環境等幾個方面考慮。

車載火控雷達各種電纜選用原則主要有：

1)外部供電電源線及功率驅動電路

對于外部供電電源線路，一般來說采用非屏蔽的線纜。當電源上沒有采取適當的濾波措施導致外部供電電源產生的電磁騷擾太大影響到產品正常工作時，供電電源線電纜應采用屏蔽電纜以防止干擾輻射。對于高增益放大器的供電電源，為防止受其他電路的影響，最好采用屏蔽雙絞線。對于功率驅動電路一般可采用雙絞屏蔽電纜。

2)天線電纜

這類電路一般選用同軸電纜和波導作為信號傳輸線。在100kHz以下，可用屏蔽雙絞電纜作天線電路信號傳輸線。

3)控制電路電纜

這類電路宜用雙絞線作為信號傳輸線。

4)數字電路信號和高電平脈沖信號傳輸線

這類線路的信號為脈沖信號，頻帶較寬，易受干擾又會干擾其他電路，一般選用屏蔽雙絞電纜。

3.2 電纜布線和敷設

布線和敷設電纜應使耦合減到最小，并且利用現有布線空間獲得最佳隔離。應按每一根導線或電纜的干擾和敏感特性對其進行分類，以便能夠直觀地辨別出每根導線或電纜的電磁兼容類別，布線時將強干擾線束與易受干擾線束分離開。布線設計時，解決線和線之間耦合最簡單、最有效的方法是把不同類線束之間的間距拉大。大功率或敏感電路的電纜要求單獨敷設，不能與其它任何互連線一起捆扎或一起走線。布線設計時，盡可能避免平行布線，如無法避免平行，則要保證線纜束間距。要求一般不同類別電纜束之間距離至少要保持75 mm間距[5]。

特殊電纜敷設間距要求：

1)主電源配電線路與其它類別電纜至少應保持150 mm間距。

2)主發電機的饋電電纜，距其它所有電纜至少300 mm。

3)大功率發射天線饋線，一般應單獨敷設，與其他電纜的距離至少為200 mm。

4)一些特殊點火線路電纜(比如武備系統的電爆裝置)，與其他電纜的距離至少為150 mm。

對線束和電纜的保護和支撐，應注意以下幾個方面：

①盡量沿艙壁或結構件布置；

②分組支撐；

③防止機械力或加工應力；

④防止引起飛弧或過熱；

⑤防止布線和其他設備產生干擾；

⑥防止在振動環境中產生大的位移。

3.3 連接器的選擇和安裝

系統設備連接器的選擇應充分考慮系統的沖擊振動環境，同時還要考慮器件耐溫度、濕度、鹽霧、液體等環境性能。為滿足電磁兼容要求，對于有屏蔽要求的電纜應選用帶有屏蔽尾罩的導電連接器，對于有需要濾波的設備還要選用帶濾波性能的連接器。

連接器的選用首先必須滿足其基本性能，如能防止插入拔出時的損壞，觸點可靠的低電阻接觸以外，其次還必須有良好的屏蔽性能，不會降低連接電纜的屏蔽性能。連接器插針的分配，必須考慮所連接的電路信號類別，必須防止因插針分配不當造成電路之間的相互影響，充分利用備用插針隔離不同類別的電路信號，如圖4所示。

圖4 帶有屏蔽外殼的多芯連接器

為保證連接器能夠屏蔽貫通它的線路，其外表面必須能夠導電，并且在連接器與電纜結合處能夠滿足屏蔽層360°包接要求[5]。最好應選用表面鍍鎳/鉻并帶屏蔽尾罩的導電連接器。如圖5所示。與機箱安裝時，應去除機箱安裝面處不導電層，并在連接器與機箱間加導電橡膠墊片。

圖5 屏蔽電纜的正確處理方法

在屏蔽電纜的處理過程中，要防止圖6、圖7情況發生。

圖6 屏蔽電纜接頭處的“豬尾巴效應”

圖7 屏蔽電纜錯誤處理方法實例

連接器與面板接縫設計，在連接器與面板連接處加工與連接器法蘭同樣大小的凹槽并進行導電氧化處理以確保可靠的電連接并采用連接器導電襯墊以防電磁泄露，如圖8所示。

圖8 導電橡膠板的應用

4 結束語

本文就車載火控雷達方艙及設備安裝、電纜的選擇、布線設計及敷設、連接器的選擇和處理等方面給出了電磁兼容設計的具體措施及相應方法。在雷達系統中集中了大量的電子設備，電磁環境差且防護困難的問題增加了電磁防護的難度。在雷達及各分系統的研制中，各分系統應采取適當措施來控制系統內的干擾和敏感度，消除或抑制系統內或與系統有關的所有電子、電氣分系統或設備產生的不希望有的發射與響應,使車載火控雷達性能在復雜電磁環境下得到充分發揮[1]。