车载火控雷达电磁兼容设计

刘 洁 谢 斌 史鹏涛

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

随着科学技术的不断发展, 现代战争中各种电子设备越来越多。随之而来的是更为复杂的战场电磁环境。为了能够适应现代战争中更为复杂的电磁环境，充分发挥出雷达的性能，对雷达提出了更高的电磁兼容要求。雷达本身装备有大量的电子设备，雷达本身的工作原理就决定对外辐射强，易受干扰及系统内各组合互扰较大的特点，因此在雷达的设计中在满足功能性能的同时必须做好电磁兼容方面的设计[1]。在电磁兼容设计中，设计师应至少考虑以下几方面内容：电磁屏蔽设计、接地设计、搭接设计、信号传输设计、供电设计、滤波器的选用、连接器选择及布线设计、结构中增加屏蔽效能的设计等[2]。

本文从车载火控雷达系统的组成出发，就车载火控雷达方舱及设备安装、电缆的选择、布线设计及敷设、连接器的选择和处理等方面给出了电磁兼容设计的具体措施及相应方法。对车载雷达设备在恶劣电磁环境条件下功能实现以及系统效能的充分发挥提供了保障。

1 车载火控雷达系统组成

车载火控雷达系统具有生存力强、自动化程度高、反应时间短、可靠性高等特点，车载火控雷达系统主要由火控雷达、光电设备、底盘、底架、方舱、设备升降平台、光电升降杆、液压系统、支撑调平系统、伺服系统、终端显控分系统、供电电站、挂梯及附件箱等组成，其具体组成如图1所示。工作时顶盖打开，设备升降平台升起锁定，液压支腿撑起进行调平，基站目标识别雷达进行搜索和跟踪，光电进行搜索和跟踪。

车载火控雷达方舱为各种设备提供了安装空间并起防护作用，为雷达的操作人员提供了操作空间和防护空间。火控雷达系统在对任务目标进行搜索跟踪时，有源天线和光电设备要露出舱外。有源天线负责信号的发射和接收，终端显控负责对接受到信号进行处理显示，控制雷达的工作状态和设备间数据传输和通讯等。为保证车载火控雷达的电磁兼容性，雷达各分系统模块的电磁发射和敏感度均应符合电磁兼容国军标要求，从电路设计、结构设计、工艺及装配几个方面来进行电磁兼容设计。

图1 车载火控雷达设备组成示意图

2 车载火控雷达方舱电磁兼容设计

2.1 雷达方舱的安装

车载火控雷达的方舱为保持安装在该方舱上的底板、面板及接地面板及接地平面等构件之间的电气连续性提供了条件。本身还可作为电缆托架的电气接地构件。为了达到上述搭接要求而作了必要改进的典型设备机框。设备各个底板和方舱之间的搭接是在设备前面板和机柜至角形立柱的配合实现的。在方舱的框架上熔焊有单节水平导板，上述立柱应当与这水平导板进行接地连接。方舱的底面应涂上导电的防护涂层，以改善与接地基座之间的搭接性能。电缆托架连接在电缆引线槽上，再把电缆引线槽连接到机柜的顶部，方舱又被连接到平整的安装接地衬板上。而设备的前面板则是被连接到方舱或方舱柜的正面的安装表面上。在搭接之前必须清除设备前面板上不导电的防护层。设备与方舱间的接缝当提供双重作用，实现由连接和防止干扰泄露，接缝四周应使用导电衬垫以确保金属对金属的接触，装在防振托架上的设备必须把防振架跨接到机柜的构件上。连接器安装板应采用导电密封以改善与底板的连接性能。如果底板要能从方舱上卸下，则应当用带有乙烯树脂套管的2.5 cm宽的编织带将底板的后背与机柜连接起来。

2.2 雷达方舱屏蔽与设备安装

车载火控雷达方舱的屏蔽和设备的安装方式在电磁兼容中有着非常重要的作用。对方舱底部进行屏蔽除可以控制由安装在方舱内的设备所产生的干扰之外，还能防止外界电磁场对这些设备的影响，特别是当必须把未加屏蔽的现成设备组装成一个可靠的电子成套设备时更是如此[4]。除非考虑在外部采取屏蔽措施，否则上述设备的干扰特性将引起电磁兼容性问题[3]。进行方舱设计的程序与任何形式的屏蔽壳体的设计程序一致，所设计的全部接缝都要防止泄露，安装设备应避免各种干扰问题。每个设备的外壳应有一个接地配合表面，该配合表面就在预先制备的滑槽内接地。此外还要用铍铜合金的连接条把各个外壳连接在一起。用于搭接的铍铜合金的连接条的宽度不得小于2.54 cm，其长度与宽度之比最大为5∶1。

所安装的通信接收机和发射机与其天线之间的连接器要短。电动直流发电机、逆变器、电动交流发电机以及电动机都应远离接收机安装，而且选择的相对位置要防止产生的干扰场耦合到接收机的引入线上。所有的电器机械装置应远离设备的开口处。为了防止干扰场直接辐射到外部的天线上，需要在各种孔洞上覆盖屏蔽层。各种雷达的调制器和发射机应当远离通信机安装；各辅助电源应安装在设备的开口处；低电平线路系统应远离高电平线路系统安装，并正确运用屏蔽搭接和接地等措施。典型的机柜搭接结构如图2所示。

图2 典型的机柜搭接结构

设备机箱接缝应通过增加金属之间的搭接面，使缝隙间的等效电容增大，从而提高高频的屏蔽效能；通过增加缝隙深度从而加大穿过缝隙电磁波的衰减量；使用导电橡胶条等电磁密封衬垫等特殊屏蔽材料，如图3所示 。

图3 导电橡胶条的应用

3 电缆的选择、布线设计和敷设及连接器选择

3.1 电缆的选择

雷达系统选用电缆首先考虑电路特性、环境适应性和电缆成本，其次必须从电磁兼容性要求方面进行考虑。从电磁兼容设计角度，选用电缆需要考虑的因素主要从传输信号波形、频率范围、功率电平、电路敏感度以及电磁环境等几个方面考虑。

车载火控雷达各种电缆选用原则主要有：

1)外部供电电源线及功率驱动电路

对于外部供电电源线路，一般来说采用非屏蔽的线缆。当电源上没有采取适当的滤波措施导致外部供电电源产生的电磁骚扰太大影响到产品正常工作时，供电电源线电缆应采用屏蔽电缆以防止干扰辐射。对于高增益放大器的供电电源，为防止受其他电路的影响，最好采用屏蔽双绞线。对于功率驱动电路一般可采用双绞屏蔽电缆。

2)天线电缆

这类电路一般选用同轴电缆和波导作为信号传输线。在100kHz以下，可用屏蔽双绞电缆作天线电路信号传输线。

3)控制电路电缆

这类电路宜用双绞线作为信号传输线。

4)数字电路信号和高电平脉冲信号传输线

这类线路的信号为脉冲信号，频带较宽，易受干扰又会干扰其他电路，一般选用屏蔽双绞电缆。

3.2 电缆布线和敷设

布线和敷设电缆应使耦合减到最小，并且利用现有布线空间获得最佳隔离。应按每一根导线或电缆的干扰和敏感特性对其进行分类，以便能够直观地辨别出每根导线或电缆的电磁兼容类别，布线时将强干扰线束与易受干扰线束分离开。布线设计时，解决线和线之间耦合最简单、最有效的方法是把不同类线束之间的间距拉大。大功率或敏感电路的电缆要求单独敷设，不能与其它任何互连线一起捆扎或一起走线。布线设计时，尽可能避免平行布线，如无法避免平行，则要保证线缆束间距。要求一般不同类别电缆束之间距离至少要保持75 mm间距[5]。

特殊电缆敷设间距要求：

1)主电源配电线路与其它类别电缆至少应保持150 mm间距。

2)主发电机的馈电电缆，距其它所有电缆至少300 mm。

3)大功率发射天线馈线，一般应单独敷设，与其他电缆的距离至少为200 mm。

4)一些特殊点火线路电缆(比如武备系统的电爆装置)，与其他电缆的距离至少为150 mm。

对线束和电缆的保护和支撑，应注意以下几个方面：

①尽量沿舱壁或结构件布置；

②分组支撑；

③防止机械力或加工应力；

④防止引起飞弧或过热；

⑤防止布线和其他设备产生干扰；

⑥防止在振动环境中产生大的位移。

3.3 连接器的选择和安装

系统设备连接器的选择应充分考虑系统的冲击振动环境，同时还要考虑器件耐温度、湿度、盐雾、液体等环境性能。为满足电磁兼容要求，对于有屏蔽要求的电缆应选用带有屏蔽尾罩的导电连接器，对于有需要滤波的设备还要选用带滤波性能的连接器。

连接器的选用首先必须满足其基本性能，如能防止插入拔出时的损坏，触点可靠的低电阻接触以外，其次还必须有良好的屏蔽性能，不会降低连接电缆的屏蔽性能。连接器插针的分配，必须考虑所连接的电路信号类别，必须防止因插针分配不当造成电路之间的相互影响，充分利用备用插针隔离不同类别的电路信号，如图4所示。

图4 带有屏蔽外壳的多芯连接器

为保证连接器能够屏蔽贯通它的线路，其外表面必须能够导电，并且在连接器与电缆结合处能够满足屏蔽层360°包接要求[5]。最好应选用表面镀镍/铬并带屏蔽尾罩的导电连接器。如图5所示。与机箱安装时，应去除机箱安装面处不导电层，并在连接器与机箱间加导电橡胶垫片。

图5 屏蔽电缆的正确处理方法

在屏蔽电缆的处理过程中，要防止图6、图7情况发生。

图6 屏蔽电缆接头处的“猪尾巴效应”

图7 屏蔽电缆错误处理方法实例

连接器与面板接缝设计，在连接器与面板连接处加工与连接器法兰同样大小的凹槽并进行导电氧化处理以确保可靠的电连接并采用连接器导电衬垫以防电磁泄露，如图8所示。

图8 导电橡胶板的应用

4 结束语

本文就车载火控雷达方舱及设备安装、电缆的选择、布线设计及敷设、连接器的选择和处理等方面给出了电磁兼容设计的具体措施及相应方法。在雷达系统中集中了大量的电子设备，电磁环境差且防护困难的问题增加了电磁防护的难度。在雷达及各分系统的研制中，各分系统应采取适当措施来控制系统内的干扰和敏感度，消除或抑制系统内或与系统有关的所有电子、电气分系统或设备产生的不希望有的发射与响应,使车载火控雷达性能在复杂电磁环境下得到充分发挥[1]。