基于电子对抗设备的风机电磁兼容性设计方法

韩海周 卢宏超 胥全春 文富忠 张琪

（1.中国电子科技集团公司第二十九研究所 四川省成都市 610036）

（2.陆军装备部驻重庆地区军事代表局驻成都地区第二军事代表室 四川省成都市 610036）

1 引言

随着电磁频谱在现代战争中的作用和地位日益重要和突出，用户对电子对抗装备的性能功能要求越来越高。随着电子技术的快速发展，电子对抗装备越来越趋向宽频段、高灵敏度、高功率、高传输速率、微小型化和高度集成化，系统采用的电子元器件数量及种类大幅增加，这都将为系统电磁兼容性带来更大挑战。如何在项目初期通过方案设计解决电磁兼容问题已经成为设计师的考虑重点。

电子对抗装备的电磁兼容设计重点主要包括：电源端口滤波电路设计、数模混合电路设计、PCB 的信号EMC 设计、接地设计、布线设计、开关电源设计和风机设计等。本文实际工程应用角度出发，研究电子对抗装备中风机的电磁兼容性设计方法。

2 风机电磁兼容分析

形成电磁干扰必须具备的三个基本要素为：电磁干扰源，耦合路径和敏感设备。要抑制电磁干扰对系统的影响，必须从干扰源、耦合路径和敏感设备等方面入手。

电子对抗设备中使用的风机一般是外购产品，直接装配后使用，因此在系统级，很难从干扰源和敏感设备两方面减小风机对系统的电磁兼容影响，主要从耦合路径抑制其电磁干扰。

由于电子对抗设备的环境适应性要求（防潮防腐蚀等）高，故通常采用独立风道进行散热。独立风道指风机风道与分机内模块所处空间是隔离分开的，如图1 所示。

图1 ：典型设备结构示意图

根据独立风道的特点，风机的电磁兼容问题可分为以下两种情况：

（1）风机的电磁干扰通过风机供电线传导到设备内部；

（2）风机的电磁干扰通过空间辐射到外部环境。

因此，风机的电磁兼容问题可分为以下两种类型：

（1）风机的电磁干扰通过风机供电线传导到设备内部；

（2）风机的电磁干扰通过空间辐射。

3 风机电磁兼容设计

根据上述分析，风机的电磁兼容设计主要从电磁干扰的耦合路径入手，风机与外部环境的耦合路径包括：电磁干扰通过风机供电线传导和空间辐射。

电子对抗设备的风机电磁兼容设计主要就是要解决上述2 种电磁干扰途径：第1 种电磁干扰途径是通过风机供电线传导的，可在风机电源线上增加滤波电路达到抑制传导电磁干扰的目的；第2 种电磁干扰途径是通过风机周围的空间对外辐射的，可通过设计风机罩和风道达到抑制辐射电磁干扰的目的。

风机电磁兼容设计流程如图2 所示。

图2 ：风机电磁兼容设计流程图

（1）首先对分机进行热仿真，确定满足散热要求的风量风压，筛选出满足风量、尺寸、功耗和环境适应性等要求的风机清单；

（2）若风机清单中有满足EMC 要求的型号，则选用该型号，并在风机电源输入端增加穿心电容（风机供电线线会耦合分机内部线缆及电路的干扰，通常在风道与模块间加穿心电容进行滤波），隔离分机内部的干扰，若没有满足EMC 要求的风机，则按照（3）步骤；

（3）根据所选分机的型号，单独测试风机的CE102 和RE102 曲线，确定超标部分的频段和超标量；

（4）根据CE102 测试曲线进行滤波电路设计，对CE102 超标频段进行抑制；

（5）根据RE102 测试曲线进行风机罩设计，确定风机罩的开孔大小，根据通风面积确定风机罩的开孔数量，最后确定开孔厚度。

3.1 滤波电路设计

在风机电源线上增加滤波电路的主要作用是抑制分级内部与风机间的电磁干扰，及抑制分机内的电磁干扰通过风机电源线传导到风机，抑制风机的电磁干扰通过风机电源线传导到分机内部，本质是抑制CE102 曲线超标部分。

根据风机CE102 的实测情况，考虑到体积、重量、滤波效果等原因，滤波电路通常采用二级滤波，典型的滤波电路原理图如图3 所示。

图3 ：典型滤波电路原理图

根据选型风机的CE102 实测曲线确定超标频段及超标量后，调整图3 滤波电路元器件的参数，通过仿真即可确定满足要求的滤波电路。

3.2 风机罩设计[6]

电子对抗设备的典型风机罩结构示意如图4 所示。风机罩设计为开孔，一般选直径D×厚H 的圆孔（也可选择其他开孔形式，本文为方便描述，以圆孔为例描述设计方法），风机工作时，将从这些圆孔对外辐射电磁信号，最终影响电子对抗设备的RE102 曲线。

图4 ：典型风机罩结构示意图

风机罩设计流程如下：

（1）首先确定通风孔的形状，可以是圆孔或方孔等（本文以圆孔为例描述设计方法）；

（2）根据RE102 曲线确定需要屏蔽的最高频率f；

（3）确定通风孔的截止频率：f=5×f；

（4）根据下式确定通风孔的直径：

式中，f为波导的截止频率，c 为光速，D 为通风孔直径。

（5）根据散热要求的通风面积及通风孔尺寸，确定通风孔的个数N。

（6）根据下式确定单个通风孔的屏蔽效能。

式中，S为单个通风孔对最高频率的衰减，S为整个风机罩对最高频率的衰减，D为RE102 超标的最大值。

（7）根据下式确定通风孔的厚度H。

式中，S为单个通风孔对最高频率的衰减，H 为通风孔的厚度，f为波导的截止频率，f为RE102 超标的最大频点。

4 可行性验证及分析

4.1 风机电磁兼容设计实例

某一设备确定风机后，在EMC 实验室测试其CE102 曲线如图5 所示，RE102 曲线如图6 ～图9 所示。

图5 ：风机CE102 曲线

图6 ：风机RE102 曲线（10kHz-30MHz）

图7 ：风机RE102 曲线（30MHz-200MHz）

图8 ：风机RE102 曲线（200MHz-1GHz）

图9 ：风机RE102 曲线（1GHz-18GHz）

根据图5，f=0.5MHz，D=15dB。根据图6 ～图9，f=5GHz，D=60dB。

根据第3 节的方法对风机进行EMC 设计。

4.1.1 设计滤波电路

根据3.1 节，仿真确定各参数如下：CY1=1nF，CY2=1nF，CY3=1nF，CY4=1nF，CX1=10nF，CX2=10nF，L1=100uH。

4.1.2 设计风机罩

首先确定通风孔的截止频率：f=5×f=25GHz。

根据式（1）计算通风孔的最大直径：D=7mm。根据散热要求，风机罩的通风面积为21cm，得出通风孔个数N 为54。根据式（2）计算单个通风孔对最高频率的衰减S=D+20lgN=95dB。根据式（3）计算通风孔的厚度H=21.4mm。

工程中，考虑到风机罩的重量等因素，可以适当减小通风孔的直径和厚度，根据情况，可选择不同的通风孔直径D，计算与之匹配的通风孔厚度，通风孔的直径与厚度对应关系见表1。

表1 ：通风孔的直径与厚度对应关系表

由表1 可知，通风孔直径越小，需要单个通风孔对信号的抑制要求越高，通风孔的厚度可以减小，但是H:D 的比值逐渐增大。

综合考虑屏蔽效能及风机罩加工等因素，选择D=3mm，H=10.5mm。

4.2 整改后测试对比

4.2.1 风机CE102

在风机供电线加上滤波电路后，风机CE102 测试曲线如图10 所示。

图10 ：风机CE102 测试曲线（加滤波电路后）

对比图5 和图10，增加滤波电路后，风机的CE102 曲线相对整改前在主要超标频点有约25dB 的抑制。

4.2.2 设备RE102

设备在断开风机后，RE102 满足要求，接上风机后，RE102 分布频段超标，通过采取4.1 节的整改措施后，设备RE102 满足要求，具体对照情况见表2。

表2 ：整改前后条件对照表

未增加滤波电路、安装普通风机罩，设备RE102 曲线如图11 ～图14 所示。

图11 ：设备RE102 曲线_整改前（10kHz-30MHz）

图12 ：设备RE102 曲线_整改前（30MHz-200MHz）

图13 ：设备RE102 曲线_整改前（200MHz-1GHz）

图14 ：设备RE102 曲线_整改前（1GHz-18GHz）

增加滤波电路、安装EMC 设计后的风机罩，设备RE102 曲线如图15 ～图18 所示。

图15 ：设备RE102 曲线_整改后（10kHz-30MHz）

图16 ：设备RE102 曲线_整改后（30MHz-200MHz）

图17 ：设备RE102 曲线_整改后（200MHz-1GHz）

图18 ：设备RE102 曲线_整改后（1GHz-18GHz）

分别对比图11 和图15 、图12 和图16 、图13 和图17 、图14 和图18 可知，增加风机电源线滤波电路、安装EMC 设计的风机罩后能对设备RE102 超标频段进行有效抑制，最终满足EMC 要求。

5 结束语

本文分析了典型电子对抗设备中风机的电磁兼容性，给出了一套风机电磁兼容性设计的方法，并结合某一实例，验证该方法可行，能为工程提供指导意义。

电磁兼容问题从来不是一个点上的问题，而是一个系统问题。实际工程中，对设备电磁兼容产生影响的因素很多，只有在设计初期充分考虑电磁兼容要求，并采取有效的设计措施，在源头抑制干扰的产生，后期设备在做EMC 整改或者测试时，才能更好的通过。