雷达发射机的电磁兼容设计分析

雷达发射机的电磁兼容设计分析

邬聪明，范兴亮，张怡晨

陕西长岭电子科技有限责任公司，陕西宝鸡， 721006

摘要：全固态雷达发射机是基于微波功率晶体管设计和制造水平不断提升基础上实现的，但是在电子设备应用密集度不断提升的情形下，必然会在不同设备和流程之间产生对应的干扰现象。本文在简要概述电磁兼容及其控制技术的基础上，分析雷达固态发射机电磁兼容设计基本流程，以此有效减少不同电子设备之间的干扰，提升雷达发射机运行中的电磁兼容水平。

关键词：雷达发射机；电磁兼容；电磁干扰

电磁干扰是雷达发射机中必然存在的现象，其对雷达发射机运行精度会造成极大影响。结合技术应用情况，设计系统性的电磁兼容系统，能够较好的解决这方面问题，为雷达发射机运行精度控制奠定良好的技术基础。

1、电磁兼容概述

电磁兼容是指在电气及电子设备在同一电磁环境运行下，达到各个设备能够正常工作，同时又互不干扰的状态^[1]。也就是要求设备能够保持正常运行状态的同时，避免给环境或者其他设备带来相应影响。随着电磁兼容研究的深入，已经形成涵盖多种技术在内的综合性学科，为工程应用提供应有的保障。

2、电磁兼容性控制技术

在目前的研究体系中，电磁兼容性控制技术主要分为如下几个类别：一是传输通道抑制技术，主要是通过滤波、屏蔽、搭接、接地及合理布线等相关方法来实现。二是空间分离技术，也就是利用地点位置控制、自然地形及方位角控制技术来实现，但是这种技术对周边环境具有较强的依赖性。三是时间分隔技术，主要是通过时间公用准则、雷达脉冲同步、以及主动和被动式的时间分隔来实现。四是通过制度性的频谱制度或者管制等形式实现。五是通过变压器隔离、光电隔离及继电器隔离等技术来实现。同时，在相关技术研究不断深入的情形下，也开始出现其他类型的额电磁兼容性控制技术。

3、雷达固态发射机电磁兼容设计

3.1 雷达固态发射机概述

就目前全固态雷达发射机技术发展状况而言，其主要分为高功率集中放大式发射机和分布式有源相控阵雷达发射机两种。但是无论采用何种技术，雷达发射机在本质上还必须依赖发射大功率发射信号来运行的。因此在实际应用中，还必须根据电磁干扰产生的种类、特性、传播途径及耦合方式等具体情形来制定对应的抗干扰策略，以此确保电磁兼容能够满足雷达发射机运行的基本要求。在本研究中，主要是采用系统法对电磁兼容性进行分析，此外还有问题解决法和规范法等相应的方法来解决这方面的问题。

3.2 雷达固态发射机电磁兼容设计的内容

雷达发射机电磁兼容设计是系统的工作流程，因此其设计内容同样是以不同流程划分为基础的。以S波段全固态发射机的电磁兼容设计为例，其原理如图1所示。

图1 某S波段全固态发射机原理框图

主要包括如下几个流程：一是确定战术的主要技术指标，包括发射机的输入功率；输出峰值功率；输入和输出阻抗；杂散谱抑制度和谐波抑制度等。

二是对功率分配器和功率合成器进行设计。在本研究中的S波段全固态发射机的为1:8功率分配器和8:1功率合成器。功率分配器运行中，传输功率一般为小于功率合成器20-30dB左右，并且分配器的端口均是相互隔离状态。而合成器的端口相对设计为非隔离模式。相对而言，合成器的结构以对称性为主，因此可以采用在盖板部位增加金属搭接面的形式来增强电磁屏蔽。

三是对固态功放组件进行设计。这一部分属于高功率密度部件，包含有大功率微波功率晶体管及对应的电路、电源模块、强磁场器件等，各个结构之间的电磁环境影响较为复杂。尤其是在多个放大器安装在同一部位的情形下，使得高频与低频信号同时存在，相互之间的辐射现象较为明显。由于固态功放组件的供电和信号接口等与机柜之间都是采用盲插式连接，使得组件与组件之间，组件与其他部件之间会存在一定的电磁干扰现象。针对固态功放组件的组成特征，在进行电磁兼容设计时，可以从如下几个方面着手：首先是针对腔体效应进行对应处理，腔体效应的产生是由于空间辐射变化造成的，因此可以采取在不同放大器之间或者内部增隔离墙的措施进行处理，也可以在侧壁或者盖板等位置粘贴吸收材料的方式进行处理^[2]。其次是通过设计二次谐波微带滤波器的形式，改善功放组件的输出频谱，以此达到改善发射机频谱的目的，但是在这种方法应用中，需要注意将相对带宽控制在20%以内。再次是通过射频取样电路、射频检波电路和BITE结构设计等形式提升BITE故障检测精度。最后是通过合理布局、屏蔽和接地等形式对固态功放组件结构进行合理设计。

四是对36V开关电源进行设计，由于36V开关电源结构较为复杂，在不同电压转换中，会产生对应的电磁干扰现象。通常情形下，其干扰现象是以传导性干扰为主，但是其本身工作还会受到功放组件等强辐射部位的影响较为明显。针对这种现象，可以采用增加滤波器体积，有效改善频率的低端性能；利用金属板进行电磁屏蔽两种方式进行处理。

五是针对控保分机进行处理，控保分机运行中，对电磁信号的敏感度较强，需要全方位做好电磁干扰处理。这些措施具体包括隔离电源供电并做好独立接地处理；在被检测部位将模拟参数转换为数字信号传输；采用光电或者查分信号进行传输；设置硬件看门狗等；基于软件技术抑制软件对干扰的敏感性。

六是对发射机柜进行电磁兼容设计，其内容包括指示灯、按钮开关的设计；截止波导通风孔设计；连接器及分机组件安装设计等三个不同的方面。在综合考虑这些方面因素的基础上，坚持以结构合理、造型美观、通风散热能力强、抗振性强等为基本原则，进行合理设计，以确保雷达发射机电磁兼容水平能够满足不同系统运行的要求^[3]。

3.3 测试分析

针对雷达发射机正常工作需求，电磁兼容检测项目主要包括电源线传导发射、无线端子传导发射、电源线传导敏感度、电缆束注入传导敏感度、电场辐射发射和电场辐射敏感度等几个方面，在严格依照运行规范对检测数据进行对比的基础上，采用加强功放组件及发射机柜方面电磁屏蔽措施的基础上，有效提升电磁兼容水平。

4、结束语

在微波固态功率器件应用水平不断提升的背景下，固态发射机在雷达系统中的应用水平随之提升，全方位做好电磁兼容设计，提升电子设备的抗干扰性能，能够更好的提升系统运行水平。我国在这方面的研究相对还较为浅显，在未来发展中，强化对应软件设计，提升计算精度等，是做好整体设计的重要突破点。

参考文献

[1]马兴胜. 雷达固态发射机电磁兼容设计[D].南京理工大学,2006.

[2]冯涛,林跃胜.雷达发射机的电磁兼容设计[J].电子技术与软件工程,2019(13):76.

[3]范涌高. 典型车载雷达的电磁兼容性研究[D].西安电子科技大学,2014.