微波收发组件的电磁兼容研究

申胜起，张 强

（中国电子科技集团公司13所，石家庄 050051）

1 概 述

电磁兼容（EMC）是指设备在其电磁环境中能够正常工作并且不对该环境中其他事物构成不能承受的电磁干扰的能力。随着现代信息技术的飞速发展和广泛应用，电磁兼容已成为人们迫切关注和解决的一个重要问题。

微波收发组件主要包含发射机和接收机两大功能部分，其中既有电磁干扰源——大功率微波放大器及电源模块，同时又有敏感设备低噪声放大器（LNA）及遥控（TC）遥测（TM）电路。因此，微波收发组件设计中重点需要考虑电磁兼容的设计［1］。

本文就某航天器用数传机S频段微波前端组件的电磁兼容设计进行了介绍。

2 设备组成

微波收发组件主要由发射通道、接收通道、二次电源（EPC）、遥控、遥测五部分组成。考虑到卫星距离地球较远，地面所发射的信号到达天线后均隐藏在接收白噪声之下，所以要求接收通道的接收灵敏度为－124 dBm；考虑到数传机所需要传输的数据量越来越大，为保证传送数据质量，发射通道输出功率为43 dBm。产品组成框图见图1。

3 电磁兼容设计

根据电磁兼容规范要求，微波收发组件在设计中重点考虑了以下3个方面的问题：（1）微波收发组件发射信号对自身接收机的影响；（2）微波收发组件二次电源对外部接口的影响；（3）内外部电磁环境对微波收发组件的影响。

图1 产品组成框图

3.1 微波收发组件的发射信号对自身接收机的影响

微波收发组件发射信号对自身接收机的影响主要分为两个方面：发射输出信号对接收机动态的影响，即发射电平不能使接收机各单元电路饱和；发射信号对接收机灵敏度的影响，即不能恶化接收机信噪比。要消除对接收机动态的影响，在设计时重点要考虑在接收链路引入合适的滤波器，这些滤波器对发射输出信号进行抑制；要消除对接收机灵敏度的影响，在设计时重点要考虑在天线收发隔离一定的情况下，提高发射机的线性度，以减小发射信号在接收频段的噪声能量。

发射输出信号对接收机动态的影响计算如表1所示。

表1 发射机开机对接收机动态的影响

计算结果，在中频输出端的发射干扰电平为－50 d Bm时，不影响接收机的动态范围。

发射信号对接收机灵敏度的影响见表2。

计算结果，接收机输入端发射噪声－149 dBm，远低于接收机本地噪声－106 dBm，不影响接收机的灵敏度。

3.2 微波收发组件二次电源对外部接口的影响

微波收发组件的开关机采用继电器的方式。由于继电器属于感性负载，在通断时会产生较大的反电动势。为了加以抑制，采用1只二极管与1个小电阻串联或2只二极管串联的消反电路形式。电源输入端口如图2所示，典型电路如图3所示。二极管的导通电阻比普通开关管小，它的正向整流电流和正向浪涌电流比普通开关管大，所以执行电路由导通到截止瞬间，继电器线圈产生的反电动势由于二极管的续流可以很快流入电源。电阻的作用是当二极管失效短路时，保证继电器执行电路的正常工作。

表2 发射机开机对接收机灵敏度的影响

图2 电源输入端口框图

图3 继电器典型驱动电路

另外，在DC／DC电源输入端设计了共模抑制滤波电路，主要是为了减小电源产生共模噪声对外部的干扰以及降低外部共模干扰串入电源。经过共模抑制滤波之后，母线分成两部分分别给接收、发射电源变换电路。在接收、发射电源变换电路输入端分别设计π型差模抑制滤波电路，同时在电源变换模块的各路输出端设计了抑制振荡频率干扰的LC滤波网络。DC／DC电源还在一次地与二次地之间加滤波电容网络，有效滤除共模干扰产生的影响，详见图4［2］。

3.3 内外部电磁环境对微波收发组件的影响

要消除内外部电磁环境对微波收发组件的影响，主要是要提高微波收发组件自身的抗干扰能力。重点从内外部电磁环境情况及结合微波收发组件的电路布局、设备壳体屏蔽、接地和滤波设计等几方面进行考虑。

图4LC滤波网络

3.3.1 内部电磁环境对微波收发组件的影响

微波收发组件内部电磁窜扰需要从以下几方面进行考虑：首先，需要明确不同电路单元的结构布局，接收通道和发射通道最好不在盒体的同一面上，同时要有隔腔对电源和射频进行隔离；其次，收发本振若是共用晶振，需要加强收发本振的隔离，具体可根据实际情况，增加滤波器、缓冲放大器或各自有独立的腔体等措施；然后，设计印制板时选用多层板将数字电路和模拟电路分开，并且要求数字电路的地采用单点地，提高抗射频干扰的能力；射频电路采用大面积接地，改善射频信号的传输特性；最后，电路设计时加强了二次电源的滤波设计，使用1 000 p F、1μF、10μF多个电容并联的方式，提高电路的抗干扰能力，不同电路单元间可增加电磁干扰（EMI）滤波器来提高电路的抗干扰能力。

3.3.2 外部电磁环境对微波收发组件的影响

外部电磁环境对微波收发组件的影响需要从以下几个方面进行考虑：

首先，接收通道前端需增加预选通滤波器和镜像抑制滤波器，发射通道中间和输出端需增加滤波器来抑制接收噪声；其次，DC／DC电源输入端需增加共模抑制滤波器来减小外部电磁信号通过电源干扰微波收发组件；最后，结构设计时对射频通道腔体设计双层盒盖，且紧固盒盖所用的螺钉间距小于1／4波长，从而加强了屏蔽效果。

4 设计效果测试验证

微波收发组件研制完成后进行了测试，发射信号没有对接收机本身动态范围和灵敏度产生影响；另外也对电源接口和外部电磁辐射进行了试验验证，微波收发组件均能正常工作。

4.1 电源线传导发射测试CE102［3］

试验方法：将测试设备通过线性阻抗稳定网络连接到电源上，在设备正常的状态下，测试通过线性阻抗稳定网络（LISN）耦合的干扰电压。测试结果如图5所示，达到了规定要求。

图5 电源线传导发射测试结果（CE102）

4.2 电场辐射发射测试

试验方法：在设备正常工作时，用EMI测试接收机和测试天线，记录设备最大发射方位、主要工作模式下的对外辐射电场强度。测试结果如图6所示，达到了规定要求。

图6 电场辐射发射测试RE102测试结果

5 结束语

微波收发组件在研制阶段通过以上几个方面的考虑，能有效地解决组件电磁兼容的问题，为组件的研制成功提供了宝贵的经验，也缩短了组件的研制周期。对于如何进行微波接收组件电磁兼容设计的量化研究，还有待于进一步探索和努力。

［1］王庆斌.电磁干扰与电磁兼容技术［M］.北京：机械工业出版社，1998.

［2］尹华，冯小飞，徐勇.一种车载部件电源的电磁兼容设计研究［J］.微电子学，2012，42（4）：215－218.

［3］孙国强.雷达电磁兼容设计与测试［J］.国外电子测量技术，2011，30（6）：58－61.