提升現(xiàn)役地面雷達陣地電磁兼容性的措施

范家強 唐杰

摘? ?要：當前，人們普遍認為電磁兼容問題是影響電子裝備可靠性的首要問題，大大影響裝備實際設(shè)計的性能，將造成時間上、經(jīng)濟上的較大損失。文章提出只有提升現(xiàn)役地面雷達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;電磁兼容性指標;屏蔽技術(shù);雷達

地面雷達主要作戰(zhàn)任務(wù)為獨立擔(dān)負指定地區(qū)對空指揮情報保障任務(wù)，擔(dān)負指定地區(qū)對空警戒任務(wù)，其主要功能決定雷達裝備架設(shè)地點往往與用戶單位的編制以及實際的戰(zhàn)略需求相關(guān)。經(jīng)常出現(xiàn)編制單位陣地，同時架設(shè)多部雷達裝備的實際情況，此時將會出現(xiàn)多部裝備的距離無法滿足裝備對陣地的要求，造成同一區(qū)域內(nèi)頻段相對集中，天線間幾乎無遮擋。同時因分系統(tǒng)（車際）間的一般互連電纜長度也會達到30～100 m，形成了裝備復(fù)雜的電磁環(huán)境，造成雷達工作環(huán)境下無法正?；虍a(chǎn)生故障的情況。為了保證雷達在復(fù)雜的電磁環(huán)境中能夠正常發(fā)揮效能，同時減少自身對于環(huán)境產(chǎn)生的污染，本文主要對提升現(xiàn)役地面雷達電磁兼容性的措施進行介紹和分析，以便進一步提升現(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)備在工作時所產(chǎn)生的電磁波，容易對周圍的其他電氣、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不會對此環(huán)境中任何其他設(shè)備產(chǎn)品強烈電磁干擾（IEEE C63.12—1987）?！奔丛谝粋€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

為保證地面雷達裝備能夠發(fā)揮正常的效能，通常在架設(shè)雷達前，建議裝備使用單位對陣地電磁環(huán)境進行勘測，以便雷達架設(shè)時及時、有效地進行電性能優(yōu)化和充分發(fā)揮其戰(zhàn)技性能。一般情況下，同一雷達站不能使用相同或相近頻率雷達，同一雷達站架設(shè)多部雷達時，雷達相互架設(shè)距離至少200 m（對于大功率雷達距離需超過400 m）;附近無強同頻段的輻射源、大型變電所、電視/廣播發(fā)射臺、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儀或者接收天線加上頻率儀，對選擇陣地的相關(guān)使用頻率寬帶內(nèi)360°全方位進行測試，即對陣地的電磁環(huán)境進行勘驗。通常軍用雷達在設(shè)計定型階段均已完成并通過了電磁兼容試驗，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)計時電磁兼容性相關(guān)指標。同時也可以參考GJB152ARS103要求，在各頻段范圍內(nèi)干擾幅度相應(yīng)國軍標電磁環(huán)環(huán)境的要求。如同一編制單位陣地同時架設(shè)兩部裝備，雷達裝備受到的干擾場強可以通過公式進行分析計算：

（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)致雷達受干擾的原因，與陣地兩部雷達架設(shè)距離、輸出功率及天線增益相關(guān)，如超出設(shè)計國軍標電磁環(huán)環(huán)境的要求的干擾幅度，將導(dǎo)致雷達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)計時電磁兼容性相關(guān)指標。同時也可以參考GJB152ARS103要求，可以查出干擾幅度是否超出設(shè)計指標或國軍標電磁環(huán)境的要求。如電磁兼容性指標超出設(shè)計范疇，將會對裝備的性能產(chǎn)生影響，甚至出現(xiàn)故障，導(dǎo)致裝備無法正常運行。

3? ? 提升現(xiàn)役地面雷達電磁兼容性的措施

如裝備周邊環(huán)境的電磁干擾強度超出裝備電磁兼容性的設(shè)計指標，將對裝備產(chǎn)生直接或間接的影響[2]。提升現(xiàn)役地面雷達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，會使隔離層完全失去作用，而變成一個干擾發(fā)散系統(tǒng)，通常使干擾降到最低要歸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;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，同時會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，其中一點通常是系統(tǒng)的一個電路，而另一點則稱之為“地”的參考點。接地類型通?？煞譃榛鶞实?、電磁兼容地、安全地?；鶞实刂柑峁╇娐饭ぷ麟妷旱膮⒖蓟鶞?，是地作用的第一要素。對于電子工程師而言，可為機殼、電路的信號回線或電源回線。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。對于結(jié)構(gòu)工程師而言可為機殼、機載載體外殼。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，必須為真實的大地。

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

雷達裝備系統(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。通常雷達系統(tǒng)中方艙或機柜接地點應(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，安全地接機殼與車載系統(tǒng)匯接。數(shù)字匯流排、模擬匯流排與機殼絕緣，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，信號線濾波器與機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），如機箱觀察孔、機箱通風(fēng)孔等。

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

式中，E前為未加屏蔽時信號場源所產(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際上是由各個泄漏要素中產(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)及其進入機箱的方式，如干擾是通過電纜傳導(dǎo)進入的，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。同時也可采用編織網(wǎng)的屏蔽電纜，或采用光纖線路。

當輻射透過機箱時，主要有3種解決方法：（1）是加厚機箱壁，提高其對能量的吸收能力。（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，允許需要的某一些頻率范圍的信號通過。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，兩個電容器的連接點接地，將干擾電流回路入大地，可有效地消除共模干擾。當信號源內(nèi)阻低面負載高時，宜選用一個電容和一個電感組成Ⅰ型低能濾波器。當信號源內(nèi)阻和負載電阻都較高時，選用兩個電容和一個電感組成的五型低濾波器。當信號源內(nèi)阻和負載電阻都較小時，宜選用一個電容和兩個電感組成的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)實際的情況綜合分析，綜合上述方法進行解決。電磁兼容為一項系統(tǒng)性工程，應(yīng)該在設(shè)備的設(shè)計、研制、生產(chǎn)、使用和維護的各個階段充分考慮和實施才能發(fā)揮有效作用，主要采取“主動預(yù)防，綜合規(guī)劃，針對對抗，有效疏導(dǎo)”的方針。

[參考文獻]

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

[2]邱揚.電子裝備強電磁脈沖防護技術(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