某型衛(wèi)星通信單兵背負(fù)站電磁兼容設(shè)計(jì)和改進(jìn)

韓晉平，宋千遠(yuǎn)

摘 要：針對(duì)某型衛(wèi)星通信單兵背負(fù)站的輻射發(fā)射超標(biāo)問(wèn)題，文章從電源電路、按鍵和指示燈安裝結(jié)構(gòu)方面做了電磁兼容設(shè)計(jì)和改進(jìn)。測(cè)試結(jié)果表明，整改措施效果顯著，背負(fù)站輻射發(fā)射超標(biāo)現(xiàn)象得到了有效抑制。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)伪池?fù)站;電源電路;輻射發(fā)射

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，衛(wèi)星通信技術(shù)在軍事領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。小型化的衛(wèi)星通信單兵背負(fù)站給野外作戰(zhàn)提供了重要手段。但在戰(zhàn)場(chǎng)，背負(fù)站所處的電磁環(huán)境日益復(fù)雜，降低設(shè)備輻射發(fā)射對(duì)通信質(zhì)量的提高起著重要作用。本文旨在針對(duì)某型衛(wèi)星通信單兵背負(fù)站的電磁兼容問(wèn)題展開(kāi)討論，通過(guò)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)改進(jìn)，以期提高產(chǎn)品的電磁兼容性指標(biāo)。

1 設(shè)備描述

衛(wèi)星通信單兵背負(fù)站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)背負(fù)站）主要應(yīng)用于野外作戰(zhàn)通信，由手持操作終端、通信主機(jī)和衛(wèi)星通信天線3部分組成。手持操作終端功耗較小，提供簡(jiǎn)便的人機(jī)交互數(shù)據(jù)設(shè)置和查詢(xún)功能;衛(wèi)星通信天線為無(wú)源天線，在背負(fù)站架起時(shí)，實(shí)時(shí)接收和發(fā)射信號(hào);通信主機(jī)在入網(wǎng)后，與友方其他通信站建立衛(wèi)星通信鏈路，提供話音和數(shù)據(jù)功能。根據(jù)研制要求，規(guī)定背負(fù)站滿足標(biāo)準(zhǔn)GJB 151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求和測(cè)量》，產(chǎn)品電磁發(fā)射類(lèi)測(cè)試項(xiàng)目有CE102和RE102，各項(xiàng)目的測(cè)試目的如下所述。

CE102項(xiàng)目測(cè)試頻段10 kHz～10 MHz，為了控制背負(fù)站工作時(shí)通過(guò)電源線以傳導(dǎo)或輻射的方式對(duì)外造成干擾。在較低頻段，設(shè)備充電時(shí)會(huì)通過(guò)電源線向公共電網(wǎng)注入傳導(dǎo)干擾;在較高頻段，干擾會(huì)經(jīng)電源線向外造成的輻射。電源電路是產(chǎn)生傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)的重要根源，同樣也是造成電磁輻射發(fā)射的因素之一。

RE102項(xiàng)目測(cè)試頻段2 MHz～18 GHz，為了控制背負(fù)站工作時(shí)通過(guò)殼體、電纜向外輻射電場(chǎng)，防止其對(duì)靈敏接收設(shè)備產(chǎn)生干擾，如設(shè)備孔、縫隙、顯示屏和按鍵等，對(duì)外形成輻射干擾。干擾的頻率不僅有電源工作頻率、晶振等信號(hào)的主頻、倍頻，更是各類(lèi)信號(hào)的諧波。抑制輻射發(fā)射干擾，濾波、接地和屏蔽是常見(jiàn)的設(shè)計(jì)手段[1]。

2 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

為了提高背負(fù)站的電磁兼容性，降低設(shè)備的輻射發(fā)射電平，對(duì)于RE102超標(biāo)問(wèn)題，從電磁干擾三要素（干擾源、耦合路徑和敏感源）理論出發(fā)，分析和定位引起超標(biāo)的電磁干擾源，輻射發(fā)射耦合路徑著手。

背負(fù)站RE102測(cè)試曲線2 MHz～200 MHz測(cè)試超標(biāo)，200 MHz以上，測(cè)試曲線符合標(biāo)準(zhǔn)要求，CE102測(cè)試正、負(fù)極曲線滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，此處不做討論。以下內(nèi)容重點(diǎn)對(duì)超標(biāo)頻段進(jìn)行分析，定位超標(biāo)位置并優(yōu)化改進(jìn)。在2 MHz～30 MHz頻段，3.376 MHz超標(biāo)4.98 dB，20.156 MHz超標(biāo)8.08 dB;在30 MHz～200 MHz頻段如圖1所示，在119.5 MHz～136.8 MHz頻段，最大超標(biāo)11.02 dB。

圖1 背負(fù)站30 MHz～200 MHz測(cè)試曲線

單桿天線測(cè)試低頻部分有很多毛刺，且有周期規(guī)律，可確定為電源輻射引起，高頻共模濾波效果較差;高頻部分超標(biāo)現(xiàn)象明顯，頻譜比較集中，線纜輻射發(fā)射比較明顯。雙錐天線測(cè)試，超標(biāo)主要集中在119.5 MHz～136.8 MHz頻段，箱體電磁泄漏為主要因素。

使用近場(chǎng)探頭（RF1 Langer）配合頻譜儀（N9030 Keysight）探測(cè)背負(fù)站近場(chǎng)輻射發(fā)射，測(cè)試通信主機(jī)縫隙和互聯(lián)線纜的近場(chǎng)輻射發(fā)射電平值。近場(chǎng)探測(cè)值與暗室遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)值之間沒(méi)有特定的對(duì)比關(guān)系，但可以為整改測(cè)試人員提供大致的定位信息[2]。

近場(chǎng)探測(cè)中，發(fā)現(xiàn)手持操作終端電磁輻射電平很小，可排除因其造成的影響。拆卸通信主機(jī)蓋板，發(fā)現(xiàn)連接處有導(dǎo)電復(fù)合材料電磁密封，屏蔽良好。按標(biāo)準(zhǔn)要求，電源線是非屏蔽，測(cè)試長(zhǎng)度2.4 m，線纜上輻射較大，主要集中在2 MHz～30 MHz。探測(cè)顯示屏、按鍵和指示燈，電磁泄漏在100 MHz～150 MHz。顯示屏采用了屏蔽玻璃，但在屏周?chē)芴綔y(cè)到較高信號(hào)，表明安裝工藝有改進(jìn)空間。按鍵和指示燈是絕緣橡膠材料，較難實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽，后期需著重改善。

對(duì)于電源干擾引起的泄露，可從電源濾波器，內(nèi)部電源線布局，PCB電源設(shè)計(jì)方面分析和定位。通信主機(jī)內(nèi)部直流電源濾波器安裝合理、輸入線短、接地良好，如前所述，CE102合格通過(guò)，暫可排除此因素。各個(gè)板卡互連線布局分類(lèi)明確，電源線、控制線和射頻線長(zhǎng)度小于10 cm，互相間距大于2 cm，較難引起串?dāng)_。查看電源單元電路圖，24 V轉(zhuǎn)5 V模塊，差模濾波較好，但是輸入和輸出之間缺少共模濾波，可作為整改方向。

3 整改方案

經(jīng)過(guò)上述定位和分析，對(duì)背負(fù)站輻射源設(shè)計(jì)中的不足之處進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)于背負(fù)站按鍵和指示燈，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝工藝方面做技術(shù)改進(jìn)，使用金屬屏蔽罩將按鍵和指示燈電磁屏蔽，引腳連接饋通濾波器（穿心電容），可起到共模濾波作用。

由于電路的工作頻率和周?chē)h(huán)境中的電磁干擾頻率較高，饋通濾波器安裝在金屬面板上，具有很低的對(duì)地阻抗。濾波電路C型，穿心電容ESL比普通電容小，諧振頻率很高，安裝方式有效地防止了高頻信號(hào)從輸入端直接耦合導(dǎo)輸出端。可利用屏蔽罩隔離濾波器的輸入和輸出，具有很好的高頻濾波效果。

查看背負(fù)站電源電路，C1，C3為電解電容，C2，C4為陶瓷電容，起差模濾波作用。同時(shí)，C1的ESR要求很低，可防止模塊輸入端的供電電源等效輸出阻抗過(guò)高，為模塊的輸入紋波電流提供一個(gè)通路。C3可以改進(jìn)輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)和減少輸出引線電感引起的電壓振蕩。如圖2所示，在電源模塊輸入、輸出端的正負(fù)極之間，增加陶瓷電容C5，C6，可對(duì)高頻噪聲進(jìn)行濾波，容值較小，一般為2.2 nF～0.1 uF之間，具體應(yīng)根據(jù)后端電路的干擾頻率而定。

圖2 改進(jìn)后背負(fù)站電源模塊電路

按照上述措施完成設(shè)計(jì)優(yōu)化后，背負(fù)站再次進(jìn)行RE102測(cè)試的數(shù)據(jù)合格。2 MHz～200 MHz測(cè)試余量約為8.2 dB;在30 MHz～200 MHz頻段，如圖3所示，測(cè)試余量最小為標(biāo)注點(diǎn)4，約為5.65 dB，

圖3 優(yōu)化設(shè)計(jì)后30 MHz～200 MHz測(cè)試曲線

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于多數(shù)軍用電子設(shè)備而言，輻射發(fā)射是最難通過(guò)的試驗(yàn)項(xiàng)目。不能在產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)再臨時(shí)補(bǔ)救，要在設(shè)備的研發(fā)階段了解性能指標(biāo)，制定設(shè)備電磁兼容控制計(jì)劃，編制準(zhǔn)確的試驗(yàn)大綱。功能設(shè)計(jì)和電磁兼容設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，將指標(biāo)細(xì)化到設(shè)備的組成部分。設(shè)備出樣后，進(jìn)行電磁兼容摸底試驗(yàn)，改進(jìn)設(shè)計(jì)不合理之處。本文提出背負(fù)站輻射發(fā)射超標(biāo)問(wèn)題定位和整改措施，對(duì)其他類(lèi)似設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：韓晉平（1984— ），男，陜西咸陽(yáng)人，設(shè)計(jì)師，碩士;研究方向：衛(wèi)星通信設(shè)備EMC預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]鄭軍奇.EMC電磁兼容設(shè)計(jì)與測(cè)試案例分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2]朱文立.電磁兼容設(shè)計(jì)與整改對(duì)策及案例分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

Design and improvement of electromagnetic compatibility of a single soldier backpack station

Han Jinping， Song Qianyuan

（Nanjing Panda Handa Technology Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract：Aiming at the problem that the radiation emission of a satellite communication manpack station exceeds the standard， the EMC design and improvement are made from the power circuit， keyboard and indicator light installation structure in this paper. The test results show that the effect of the rectification measures is significant， and the phenomenon of radiation emission exceeding the standard of the manpack station has been effectively suppressed.

Key words：individual carrier station; power supply circuit; radiation emission