提升现役地面雷达阵地电磁兼容性的措施
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作者:范家强 唐杰
摘 要：当前，人们普遍认为电磁兼容问题是影响电子装备可靠性的首要问题，大大影响装备实际设计的性能，将造成时间上、经济上的较大损失。文章提出只有提升现役地面雷达阵地电磁兼容性的能力，才能有效保证装备效能的良好发挥。
关键词：干扰场强;电磁兼容性指标;屏蔽技术;雷达
地面雷达主要作战任务为独立担负指定地区对空指挥情报保障任务，担负指定地区对空警戒任务，其主要功能决定雷达装备架设地点往往与用户单位的编制以及实际的战略需求相关。经常出现编制单位阵地，同时架设多部雷达装备的实际情况，此时将会出现多部装备的距离无法满足装备对阵地的要求，造成同一区域内频段相对集中，天线间几乎无遮挡。同时因分系统（车际）间的一般互连电缆长度也会达到30～100 m，形成了装备复杂的电磁环境，造成雷达工作环境下无法正常或产生故障的情况。为了保证雷达在复杂的电磁环境中能够正常发挥效能，同时减少自身对于环境产生的污染，本文主要对提升现役地面雷达电磁兼容性的措施进行介绍和分析，以便进一步提升现役装备的电磁兼容性。
1 电磁兼容基本概念
1.1 电磁兼容概念
电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）指电子设备在工作时所产生的电磁波，容易对周围的其他电气、电子设备形成电磁干扰，从而引发信号传输故障。电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）指“一种器件、设备或系統的性能，可以使其在自身环境下正常工作的同时不会对此环境中任何其他设备产品强烈电磁干扰（IEEE C63.12—1987）。”即在一个系统中各种设备能够正常工作，而不致相互发生电磁干扰造成性能改变和设备损坏，通常称此系统中的电子设备是相互兼容的[1]。
1.2 电磁干扰传播途径
电磁干扰通常有两条传播途径：辐射和传导。信号辐射是通过外壳的孔、缝、槽或其他的缺口泄漏出去;传导则是通过耦合到电源、信号和控制线上离开外壳，在开放的空间中自由辐射，从而形成干扰。
2 现役装备阵地勘选要求及电磁干扰的测试
2.1 现役装备阵地选择
为保证地面雷达装备能够发挥正常的效能，通常在架设雷达前，建议装备使用单位对阵地电磁环境进行勘测，以便雷达架设时及时、有效地进行电性能优化和充分发挥其战技性能。一般情况下，同一雷达站不能使用相同或相近频率雷达，同一雷达站架设多部雷达时，雷达相互架设距离至少200 m（对于大功率雷达距离需超过400 m）;附近无强同频段的辐射源、大型变电所、电视/广播发射台、微波站。
2.2 装备现场电磁干扰测试
阵地装备现场电磁干扰测试可使用场强仪或者接收天线加上频率仪，对选择阵地的相关使用频率宽带内360°全方位进行测试，即对阵地的电磁环境进行勘验。通常军用雷达在设计定型阶段均已完成并通过了电磁兼容试验，可以通过相关厂家技术说明书或使用说明书查阅设计时电磁兼容性相关指标。同时也可以参考GJB152ARS103要求，在各频段范围内干扰幅度相应国军标电磁环环境的要求。如同一编制单位阵地同时架设两部装备，雷达装备受到的干扰场强可以通过公式进行分析计算：
（1）
其中，r表示距离，p表示功率，G表示天线增益。
如上所述，导致雷达受干扰的原因，与阵地两部雷达架设距离、输出功率及天线增益相关，如超出设计国军标电磁环环境的要求的干扰幅度，将导致雷达工作的电磁兼容性环境差，造成装备性能下降或故障。
如：装备距离r=90 m，峰值功率p=20 000 W，天线增益g=25 dB，则干扰强度为153.052 V/m。
根据装备厂家技术说明书或使用说明书可以查阅设计时电磁兼容性相关指标。同时也可以参考GJB152ARS103要求，可以查出干扰幅度是否超出设计指标或国军标电磁环境的要求。如电磁兼容性指标超出设计范畴，将会对装备的性能产生影响，甚至出现故障，导致装备无法正常运行。
3 提升现役地面雷达电磁兼容性的措施
如装备周边环境的电磁干扰强度超出装备电磁兼容性的设计指标，将对装备产生直接或间接的影响[2]。提升现役地面雷达阵地电磁兼容性的措施主要有3种：接地、屏蔽和滤波。其中，接地是最快速、最有效的方法，如接地不正确，会使隔离层完全失去作用，而变成一个干扰发散系统，通常使干扰降到最低要归功于正确可靠的接地;屏蔽次之，通常采用金属板、金属网及金属盒等屏蔽体，可将电磁场减弱至一定的数量级;滤波又次之，滤波设备的选择和安装均存在一定的技术要求，同时会占用部分有限的空间。
3.1 接地技术
接地是指电路或系统与“地”之间建立的低通电路，其中一点通常是系统的一个电路，而另一点则称之为“地”的参考点。接地类型通常可分为基准地、电磁兼容地、安全地。基准地指提供电路工作电压的参考基准，是地作用的第一要素。对于电子工程师而言，可为机壳、电路的信号回线或电源回线。电磁兼容地指提供滤波器共模滤波电路或瞬态抑制防护滤波器产生的干扰电流或瞬态电流旁路至大地低阻抗回路，通过分布参数的旁路作用，减小线间耦合及线的辐射发射等。对于结构工程师而言可为机壳、机载载体外壳。安全地指防止设备外壳带有高电压，提供外壳至大地的低阻回路，必须为真实的大地。
对于地的要求，参考信号的基准，要求地电位波动小;由于地上流过各种电流，要确保地电位波动小，则要求地的地容量大。实际设备与系统中对于印制板来说，尽可能使地层连续且面积大;对于非金属外壳的设备，尽可能增加金属件以增大地容量;对于金属外壳设备，尽可能减小地阻抗;对于电子系统，尽可能采用单点接地方式。 雷达装备系统属混合系统，其中含有显示电路、控制电路、数字电路、模拟电路及供电电路。通常雷达系统中方舱或机柜接地点应选取在滤波器附近;系统地采用汇流排将数字地、模拟地和安全地分开，数字电路及其电源接数字汇流排，模拟电路及其电源接模拟汇流排，安全地接机壳与车载系统汇接。数字汇流排、模拟汇流排与机壳绝缘，并分别汇接至相应地线处;发射系统地线在与其他地线汇前应采用地线滤波器;屏蔽线缆应保证360°搭接。通常接地阻抗要求，接地桩距车体水平距离大于等于5 m，接大地电极接地阻抗小于等于10 Ω，信号线滤波器与机壳搭接电阻小于等于5 Ω，电源滤波器与车体搭接电阻小于等于5 Ω，屏蔽电缆屏蔽层接地电阻小于等于10 Ω，接地桩与导体搭接电阻小于等于2 Ω。
3.2 屏蔽技术
利用金属板、金属网以及金属盒等把电磁场限制在一定范围的空间内，或将电磁场削弱至一定数量级的措施，称为屏蔽。这种金属体称为屏蔽体，是一种常用有效降低EMI的方法。箱体上共有两种典型孔缝泄漏要素：接缝（面积小，而线度尺寸很大的缝隙），如装配接缝中的连接接缝，机箱连接器与箱体间的接缝;孔（面积较大、线度尺寸也大的孔），如机箱观察孔、机箱通风孔等。
电磁干扰对电子信息装备屏蔽体的耦合通常以屏蔽效能来表述，设各个泄漏要素的屏蔽效能为SEi=（i=1，2，…，N），则第i个泄漏要素的泄漏量为：
式中，E前为未加屏蔽时信号场源所产生的场。则总的泄漏场为：
屏蔽体的屏蔽效能：
由上式可以看出，屏蔽体的屏蔽效能实际上是由各个泄漏要素中产生最大要素所决定的，即是由屏蔽最薄弱（屏蔽最低）環节所决定的。因此要明确不同频段的泄漏耦合结构，确定最大泄漏耦合要素。
在实际屏蔽中，电磁屏蔽效能很大程度上依赖于屏蔽的结构，即导电的连续性。屏蔽体上的接缝、开口等都是电磁波的泄漏源，而穿过屏蔽体的电缆也是造成屏蔽效能下降的主要原因。电缆导线是最有效的接收和辐射天线，能接受外辐射源的电磁能量，使电路更容易受到干扰。
为减少电磁干扰，必须根据干扰的性质及其进入机箱的方式，如干扰是通过电缆传导进入的，则可通过接地和通过简单地去耦电容，或者插入复杂的CR，LR，LCR电路来完成。同时也可采用编织网的屏蔽电缆，或采用光纤线路。
当辐射透过机箱时，主要有3种解决方法：（1）是加厚机箱壁，提高其对能量的吸收能力。（2）是采用导电性能好的材料，或者在箱体里外都涂覆上高导电率的涂层。（3）将故意设置的开口尽可能缩小，裂缝可用导电的银填缝料来填充。
3.3 滤波技术
滤波器是由电阻、电感、电容组成的选择性网络，其能衰减不需要的电磁信号，允许需要的某一些频率范围的信号通过。滤波是抑制电磁传导干扰的主要手段之一，一方面能减少传导干扰，另一方面也能削弱由传导干扰引起的辐射干扰。
辐射干扰必定为共模干扰的形式出现，通常做法为对电路增加相应的滤波电路。电磁兼容技术最常用的是低通滤波器。最简单的低通滤波器就是一个单电容，接在电源线间能衰减常模干扰，接在电源线与地线间能衰减共模干扰，接在印制板电路中的直流电源间能消除电源噪声。双电容器串联的滤波器，并联在电源电路中，两个电容器的连接点接地，将干扰电流回路入大地，可有效地消除共模干扰。当信号源内阻低面负载高时，宜选用一个电容和一个电感组成Ⅰ型低能滤波器。当信号源内阻和负载电阻都较高时，选用两个电容和一个电感组成的五型低滤波器。当信号源内阻和负载电阻都较小时，宜选用一个电容和两个电感组成的t型低能滤波器。
4 结语
综上所述，接地、屏蔽和滤波都是提高电磁兼容性的有效措施。但电子设备出现的电磁干扰，并不能简单地用接地、屏蔽和滤波这3种方法解决，而需根据实际的情况综合分析，综合上述方法进行解决。电磁兼容为一项系统性工程，应该在设备的设计、研制、生产、使用和维护的各个阶段充分考虑和实施才能发挥有效作用，主要采取“主动预防，综合规划，针对对抗，有效疏导”的方针。
[参考文献]
[1]区健昌.电子设备的电磁兼容性设计[M].北京：电子工业出版社，2003.
[2]邱扬.电子装备强电磁脉冲防护技术[J].中国科技博览，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
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