指挥车方舱电磁兼容设计

阎 博

(国营第七八五厂，山西太原030024)

0 引言

随着当前电子技术的飞速发展，现代的电子设备已经越来越多地应用于人类生活的各个方面。这必然导致其周围空间中产生的电磁场电平的不断增加，电子设备不可避免地必须在日益恶化的电磁环境(EME)中工作。特别在现代战场上，产生电磁辐射的武器系统的激增，造成战场上各军兵种武器系统间电磁干扰(EMI)的可能性不断增大，当两个系统以足够接近的频率和间距运行时，就会出现电磁干扰，其对武器系统性能和可靠性所造成的恶劣影响以及由此而产生的后果是极其严重的，包括信息不准确、无法探测敌方目标、引信过早点火、飞机飞行失控和制导武器失灵等。现代战场指挥系统就包含有大量的电子装备，在指挥车方舱有限的空间，随着电子设备的种类和数量的不断增加，它们所占用的电磁频谱越来越宽，所传输的信息量越来越大，除了电子设备的质量和可靠性，设备的密集所带来设备之间的相互干扰问题也不能忽略，因而车载电子设备之间的EMC问题也越来越突出。这就对现代战场指挥系统的电磁兼容设计提出了更高的要求。电磁兼容设计一方面要保证系统在复杂的电磁环境下甚至在敌人强烈的电磁干扰下正常工作，另一方面又要最大限度的抑制自身对周围环境的电磁辐射，以减少对其他电子设备或系统的影响，同时也防止被敌人发现，提高生存能力［1］。

某型号防空指挥系统是新研制的战场指挥系统，该系统配有雷达以发现目标，各种数据在专用计算机中进行处理，使用跳频电台作为主要通信手段。这些设备都装配在系统的核心部分指挥车方舱中，另外方舱中还装有在线式UPS、柴油发电机等电子设备，在同时开机工作时电磁环境非常复杂，电磁兼容设计显得十分重要。其中跳频电台是该系统的主要通信手段，接受灵敏度高，方舱内其它设备辐射的电磁信号有时会影响电台的正常工作，减小其他设备对其造成的电磁干扰成为方舱电磁兼容设计的核心。

在产品的设计初期，我们就注意了电磁兼容设计。在结构设计上，机箱采用铸铝材料的全密封设计，对各个电器设备之间连接电缆、电源电缆采用了屏蔽措施，并注意屏蔽层接地。尽管如此，但在做电磁兼容测试时，仍然存在着干扰。特别是对电台的干扰，严重影响了电台在最大通信距离上的通信质量。抑制或屏蔽这些电磁辐射，仍是艰巨的任务。

为了从根本上解决上述问题，我们将指挥车方舱置于电磁暗室中，用频谱仪，近场探头等仪器对车上各设备进行了逐个反复试验，认真寻找主要电磁辐射源。经过试验发现专用计算机按程序运行时，雷达开机时，UPS在线工作时都会对周围电磁环境造成干扰。特别是在跳频电台的工作频段上也存在一定的干扰，这将严重影响电台的工作，必须加以解决。

1 用计算机同电台的电磁兼容设计

针对计算机工作时对电台的干扰，我们在电磁暗室中专门对其进行了反复的测试，发现计算机对外电缆的传导是主要的干扰源。为此，结合本型号产品的实际情况决定从解决电缆对外接口的传导干扰入手，重点解决传导干扰，进而隔离辐射干扰。我们给电源插座加磁环，将导线分别同相缠绕此磁环8～10圈，并在每一根导线与机箱之间接一高压电容。专用计算机串行接口、键盘接口等计算机对外接口安装滤波插针，再加适当的磁环，重新布置键盘内走线等措施使各个接口传导干扰泄漏得到抑制。最后，实际对接测试，打开计算机，运行工作程序，对电台没有干扰了。至此，专用计算机和电台之间的电磁兼容问题得到解决。

2 雷达系统和电台的电磁兼容设计

雷达是一部较为复杂的大型电子设备，有信号收发单元，计算机终端设备和天线单元组成，各部分有大量电缆连接，很容易造成干扰的传输［2］。为此，我们先对已采取的众多电磁兼容措施全面认真分析，并进行多次测试，发现:在信号收发单元的高频信号处理电路工作时有高频的干扰产生。在电缆中传输的时钟信号，控制信号，通过雷达系统各单元之间，雷达与平台之间的连接电缆造成辐射。雷达天线上的分频器在天线工作时会向周围空间发射强烈的电磁辐射，而且这些辐射正处在电台的工作频段，对同在舱顶的电台天线造成干扰，严重影响了天线接受的灵敏度。另外，雷达天线与收发单元之间有穿越方舱舱体的电缆，对方舱的整体电磁屏蔽性能造成影响。于是，我们提出了进一步减小辐射强度，改善和加强雷达电磁屏蔽的设计方案。

对各种连接电缆，采取双层屏蔽，重新加工，确保屏蔽层与插头之间连接可靠，电台天线与电台之间的电缆抗辐射能力较差，我们选用了屏蔽效果好的刚性电缆，提高整体屏蔽效果，增强电台防护能力。对信号收发单元采用电源滤波、基准时钟信号滤波，主要输出插座的安装部位增设滤波盒等，消除或者减小辐射强度，并为信号收发单元制作了专门的电磁屏蔽箱体，从整体上提高雷达本身电磁屏蔽效果。对雷达天线上的分频器在结构上进行了处理，壳体进行了除漆，在壳体的连接处加装了导电胶条，很好的防止了电磁信号的泄漏。对穿舱电缆加强屏蔽，在电缆穿舱的开孔处装入电磁屏蔽材料，减小外部对舱内电磁环境的影响。经过测试雷达的干扰有了明显下降。

3 UPS系统和电台的电磁兼容设计

为了保证系统在没有外来电力供应的情况下正常工作，方舱内安装了在线式UPS系统。在系统有外来电力供应时，UPS起到滤波的作用，并自动为电池充电。在系统没有外来电力供应时，UPS的逆变功能利用电池储存的电能为系统供电。我们在电磁暗室中对UPS进行了测试，检测在各种情况下UPS对周围电磁场的影响。发现UPS的整流部分和逆变部分工作时，会对舱内电磁环境产生较大影响。在这种情况下我们对UPS进行了全面的改进，在机箱内部对整流器和逆变器用金属壳体进行了隔离，对其的输出电缆加装了磁环，在机箱对外的插头采用了滤波连接器，为了保证滤波连接器的良好接地还在滤波连接器与机箱面板之间安装电磁密封衬垫。对舱内的供电电缆进行了完全的网状屏蔽保持了电缆良好的柔韧性及抗挠寿命的同时，也最大限度的抑制了电缆的电磁波发射作用。另外电源线也是电磁干扰传入设备和传出设备的主要途径。通过电源线，电网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。同样，设备的干扰也可以通过电源线传到电网上，对网上其他设备造成干扰。为了防止这两种情况的发生，最后我们在系统的电源入口处加装了电源滤波器，从而从源头上保证了供电系统的电磁兼容性能。经过上述改进UPS系统的电磁干扰也得到了有效的抑制。

经过艰苦攻关，方舱内其它设备对电台的电磁干扰电平明显下降。我们对电台工作频段的高、中、低段都进行了测试，在系统设备全部开机的情况下，电台在最远通信距离上的通信质量得到很大的改善。电磁兼容基本达到的要求，满足部队使用要求，而且采取的措施能方便的在批量生产中贯彻实施。

电磁兼容问题是一个复杂的系统工程。它要求参与系统的研制与管理人员用系统的观点与方法去研究、分析与设计，针对不同的电子系统进行具体的分析，总结出针对该系统的最有效最合适的EMC方案。由于电子技术的广泛应用，并且各种干扰设备的辐射很复杂，要真正完全消除电磁干扰是不可能完成的任务。但是通过我们的工作表明，根据电磁兼容性的基本原理来采取措施最大限度地减小电磁干扰，可将其控制在系统可容纳的范围之内，从而保证系统或设备良好的电磁兼容性。

［1］沙斐.机电一体化的电磁兼容技术［M］.北京:中国电力出版社，1999.

［2］王庆斌.电磁干扰与电磁兼容技术［M］.北京:机械工业出版社，1999.