基于发射机上的电磁干扰分析

    随着国民经济和高科技产业的迅速发展,电磁兼容性技术已经脱离了单纯排除干扰的技术,发展成为了从理论上、技术上全面控制用电设备在电磁环境中正常工作能力的保证的系统工程.电磁兼容性是研究EMI的一门新兴综合性学科,也称之为EMC,它既是电子设备系统工程的重要指标,更是产品质量可靠性保证中的重要组成部分.

    1 EMC

    EMC是指电子设备在共同的电磁环境中,能一起执行各自功能的共存状态,即该设备不会由于受到处于同一电磁环境中的其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级,也不会使同一电磁环境中其他设备因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级.

    EMC包括EMl和EMS(电磁敏感)两方面的内容.EMI是指电子产品向外发出干扰,EMS是指电子产品抵抗EMI的能力.为了使系统达到EMC,必须以系统的电磁环境为依据,要求每个用电设备不产生超过一定限度的电磁发射,同时又要求它具有一定的抗EMI能力.只有对每个设备作这两方面的约束,才能保证系统达到完全兼容.但是随着技术的发展、系统日趋复杂、电子计算机的广泛应用及电子电路集成度的提高,同时电子电路的EMS不断提高,抗扰度不断降低,这种各显其能、互相包容兼顾的状态很难达到.

    要做好EMC设计,必须根据EMI的种类、特性、传播途径和耦合方式等情况,采取相应的抗干扰措施.EMI大致可概括为自然干扰源和人为干扰源两大类.自然干扰源可分为电子噪声、天电噪声、地球外噪声和沉积静电等4类;人为干扰源是指由人为因素造成的各种EMI,其典型例子有连续波干扰源、瞬态干扰源和非线性现象所产生的干扰源.

    2 发射机干扰信号的传播途径和耦合方式

    发射机是一个产生大功率发射信号的装置,其自身就是强干扰源.因此发射机EMC设计的重点应放在抑制本身产生的干扰上.发射机产生干扰的环节较多,干扰信号具有幅度大、频谱宽的特点.

    发射机产生的干扰信号主要来自以下3个方面:

    a)大功率脉冲调制器、开关电源都工作在大电流脉冲方式,在脉冲前、后沿期间,由于分布电感和分布电容的存在,会产生瞬变充/放电过程,从而对附近的电子电路构成严重干扰.另外,开关管的驱动波形,MOSFET漏源波形等开关电源中的电压、电流波形都是接近矩形波的周期波,因此,其频率都是MHz级别的,这些高频信号也会对控制电路的信号造成干扰.

    b)各种大功率开关,如交流接触器、继电器、脉冲电子开关、尖端放电和各种控制开关等,在接通或断开电感电容负载时,都会产生很强的瞬态干扰信号.

    c)微波管、微波功率组件、射频传输系统和检测装置会产生不可避免的微波泄漏,并且在不同的器件类型及其不同的系统组成中,泄漏的频谱和幅值是不同的.如磁控管的射频能量可通过阴极引线向外辐射;具有降压收集极的行波管,由于收集极处于高电位上,其绝缘距离较大,成为形成该类微波管微波泄露的主要地方;而速调管的阴极是在电子枪中,处于微波功率的输入区,功率较小,微波泄漏也较小.固态微波功率组件是靠盒体进行屏蔽,其接缝、输入/输出接头、指示灯、开关等处都可能泄漏微波,另外,高速电子打在微波管的收集极或管体上,会产生X射线.

    发射机产生的干扰信号的主要耦合途径有传导耦合、共阻抗耦合、感应耦合和辐射耦合.

    a)传导耦合,是干扰源与敏感设备之间的主要耦合途径之一,可通过电源线、信号线、互连线和接地导体进行耦合.

    b)共阻抗耦合,是出现在两个以上不同电路的电流共同流经一个公共阻抗所产生的,这种情况下的电源线和地线常流过多个不同电路的电流,电流变化越大,其影响越大.

    c)感应耦合,是导体之间、部件(变压器、继电器和电感器)之间以及部件与导体之间的一种主要干扰耦合方式.

    d)辐射耦合,其途径包括机壳与电缆、机壳与机壳、电缆与电缆等多种形式.

    针对以上耦合途径,雷达发射机的抗干扰设计应从减小干扰信号强度、减小干扰源与敏感电路之间的耦合、按最小敏感度要求设计敏感电路3方面考虑.