舰船雷达设备电磁兼容性设计综述2007年7月雷达电磁兼容技术主要内容电磁兼容设计工程背景 与设计有关的主要标准 电磁干扰诊断方法和手段 电磁兼容主要考核内容 电磁兼容试验的原则（测试大纲的制定） 舰船雷达设备电磁兼容设计主要考虑要点 电磁兼容设计工程背景 为了使装舰电子设备更好地满足电磁 兼容性的设计要求，国家军用标准制定 了两个标准GJB151A-97 军用设备和分系统电磁 发射和敏感度要求GJB152A-97 军用设备和分系统电磁 发射和敏感度测量 设备的电磁兼容性指标的超标问题已引起 总体所及军方的高度重视，在设备交付时必 须提交合格的设备测试报告。从工程实践来 看，一旦设备设计完成，有些超标问题是极 其难以解决、且花费是较大的，如CE101、 RE102等，无论是电讯还是结构最后的整改措 施只是补救性的。因此在设备设计过程中一 定要对各项指标做到心中有数，针对不同的指标采取不同的解决方法。 与设计有关的主要标准 GJB151A-97 军用设备和分系统电磁发射和 敏感度要求 GJB152A-97 军用设备和分系统电磁发射和 敏感度测量GJB/Z132-2002 军用电磁干扰滤波器选用 和安装指南 GJB/Z24-99 电磁干扰诊断指南 电磁兼容主要考核内容GJB151A发射干扰 E 敏 感 度 S辐射发射RE 传导 CS 辐射 RS电源线天线端口电 场磁 场电源线/信号线射频瞬态天线端口电 场磁 场GJB151A的内容传导发射 E1.50Hz-10kHz电源线传导发射测试（CE101） 2.10kHz-10MHz电源线传导发射测试（CE102）3.25Hz-50kHz电源线传导敏感度测试（CS101）4.电源线尖峰信号传导敏感度测试（CS106）5.10kHz-400MHz电缆束注入传导敏感度测试（CS114）6.10kHz-100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度测试（CS116）7. 25Hz-100kHz磁场辐射发射测试（RE101）8. 10kHz-18GHz电场辐射发射测试（RE102）9.25Hz-100kHz磁场辐射敏感度（RS101）10. 10kHz-18GHz电场辐射敏感度（RS103）11. 10kHz-40GHz天线端子传导发射（CE106）或天线谐波和乱真输出辐射 发射（ RE103）海军水面舰艇要求电磁兼容设计原则（指标分配 ）机柜的屏蔽效能屏蔽效能等级10kHz-30MHz30MHz- 230MHz230MHz- 1GHz21040303306050电子设备EMC设计的基本要求 限制干扰源的电磁发射 控制电磁干扰的传播 增强敏感设备的抗干扰能力EMC设计的基本要求 实施：要贯穿产品开发的全过程 方案设计 提出总体的EMC指标，并进行指 标分配 线路设计 结构设计 测试完善 电磁兼容试验的原则（测试大纲的制定）所连接的外围设备受试设备处于实际使用状态电缆的种类、布置、长度等接地状态软硬件的工作状态电磁兼容试验的原则之一电磁兼容试验的原则之二敏感度试验时处于最敏感状态（例如：做电缆传导敏感度试验时，设备读取电缆上的数据）受试设备处于最坏状态设备工作时，处于最大发射状态测量辐射发射时，找最大辐射位置采用最坏的数据天线极化方向改变，找最大值电磁兼容试验的原则之三2 舰船雷达设备电磁兼容设计主要考虑要点 原产品雷达、R22雷达电磁兼容性测试结果根据我所多年来对原产品、现产品（R22雷 达）的实践以及其他兄弟单位的设计经验，在 以上10项中25Hz-50kHz电源线传导敏感度测试 （CS101）、电源线尖峰信号传导敏感度测试 （CS106）、10kHz-400MHz电缆束注入传导 敏感度测试（CS114）等三项是比较容易通过 的，另三项CS106、RS101、RS103只要按照有 关设计规范进行操作也是应比较容易通过的,因此应着重对另四项进行设计方面的讨论。 电磁兼容设计失效的机理及主要应对方法 CE101、CE102项指标超标的失效的机理及解决设计方法 CE101、CE102项指标超标是我所多个产 品一直存在的问题，而且产品一旦设计加工 完成，要进行整改达标是十分困难、不宜成 功的。在R22雷达的22、40、41、42机柜中在 设计过程中强制性地加上了通用滤波器，经 检测证明该项措施起到了十分重要的作用， 但对380V的发射机由于种种原因没有安装滤 波器，造成了高压加上后，幅度较大的干扰 信号通过电缆直接进入380V电源接入线。由 于滤波器尺寸较大，设计时没有预留安装空 间，给整改造成了非常的不利。 CE101、CE102失效的机理 传导干扰是指沿电源线或信号线传输的 电磁干扰。电子系统内各设备内各单元电 路之间，通过各种互连线，如电源线、传 递信号的导线、公用地线等，有可能使一 个设备（或单元电路）的电磁能量传输到 其他设备，从而对其产生干扰。如R22雷达 中发射机的开关电源的工作主频的二次谐 波通过电源线使CE102指标超标12dB左右 、发射机的行波管工作通过电源线使 CE102指标超标35dB左右、伺服机柜中的 控制器的工作主频的二次谐波通过电源线 使CE102指标超标10dB左右。 传导干扰理论上讲可分为共模（不对称）干扰和差模（对称）干扰，共模干扰是传输线的所有导线与公共地之间出现，且会引起传输线所有 导线的电位相对于公共地同时作相同大小变化的 干扰。差模干扰是引起传输线中一根导线的电位 相对于另一根导线的电位发生变化的干扰，总的 干扰电流是共模干扰和差模电流之和。一般来说 ，差模干扰通常与电源低频开关噪声有关，共模 干扰通常与高频开关元件、内部电路电源、内部 电缆耦合有关。 开关电源数字电路电缆耦合问题CE101、CE102失效的解决方法 根据传导干扰的机理可采用电源线滤波器来 使设备满足CE101、CE102的要求，同时电源线滤波器也能使电源线传导敏感度符合电磁兼容性 要求。特别指出的是电源线滤波器对RE102也十分有效。原则上说，电源线滤波器的作用是防止 设备本身产生的电磁干扰进入电源线传到电网上 ，另一方面防止电源线上的干扰进入设备对设备 产生不良影响，使设备产生传导敏感。从雷达设 备来看，能产生强干扰的设备部件主要有：开关 电源、伺服控制器、行波管等。从经验来看，电 源线滤波器的安装方式对电磁兼容性的效果起着 十分重要的作用。 CE101特点对于CE101在50Hz的奇次（3、5、7 ）谐波，使用电源线滤波器是难以完全 做到达标的，因此在进行电源设计时应 对3次、5次、7次谐波的大小进行严格 控制，否则整机的CE101电磁兼容性指 标是无法达标的。 电源线滤波器的作用 分离信号、抑制干扰是滤波器广泛和 基本的应用。电源线滤波器是抑制电子设 备传导干扰、提高电子设备传导敏感度水 平的重要手段，也是保证电子设备整体或 局部屏蔽效能的重要辅助措施。美国的电 磁兼容军用标准指出，实践证明：即使对 一个经过很好设计并且正确采用屏蔽和接 地措施的设备或系统，也仍然有不需要的 能量经传导进入此设备或系统，导致设备 或系统的性能降低或引起失效。典型的滤 波器理论安装如图 所示。在屏蔽设施的电 源进入处，使用了滤波器可以滤去电源线 的传导干扰。 电源线滤波器的选择 电源线滤波器参数考虑要求选择电源线滤波器时主要考虑 以下参数：插入损耗、额定电压 、额定电流、漏电流、试验电压 、放电电阻特性、绝缘电阻、机 械性能、可靠性等。 插入损耗 插入损耗是滤波器的重要参数，是频率的函数。它指的是由于在源与负载之间，因网络的插入而引起负载上功率 的减少。公式如下：IL=20log(U2/U1) 式中：IL-插入损耗，dB；U1信号通过滤波器时在负载上建立的电压，V；U2不接滤波器时，同一信号在同一负载上建立的电压， V；插入损耗的值由测量的实际值与CE102标准值的差决 定（即超标值），为保证设备的一次合格，最好应加5dB 的安全裕量（国军标建议宜加20dB）。由于插入损耗是频 率的函数，而滤波性能不可能在50Hz-10MHz之间均做得很好，因此应预先知道（测量出）在何频点超标值最大，根 据测量出的曲线定做滤波器。 额定电压电源线滤波器的额定电压规定为： 50Hz/60 Hz的单相电源滤波器额定 电压为250V； 50Hz/60 Hz的三相电源滤波器额定 电压为440V；电源线滤波器的特性高性能电源线滤波器普通电源线滤波器电源线滤波器的安装要求 电源线滤波器的安装要求电源线滤波器从外观上看是 一个两端口网络，许多人认为只 要按照接线图将滤波器串在设备 和电源之间就可以了。其实这是 一个十分错误的概念。正确的安 装方式要求如下： 电源线输入应尽可能短 电源线滤波器安装时最常见的错误是 不注意其安装位置，而在机柜内随便找一 个空位置将滤波器固定好，然后将导线连 接。其后果是电网的干扰进入设备后，还 没进入滤波器就通过空间耦合到线路上， 对电路造成干扰。注意：高频极易辐射和 通过空间耦合。 滤波器输入线、输出线不能靠得太近 滤波器输入线、输出线靠 在一起时，高频干扰会使输 入线输出线直接产生耦合将 滤波器旁路。 正确接地 滤波器的外壳必须大面积地贴在设备 金属壳的导电表面上。滤波器不接地或 仅通过紧固螺钉来连接、滤波器与设备 金属壳之间有绝缘漆等均不能起到良好 的滤波作用。另外滤波器的接地导线的 粗细对滤波器的性能起着十分重要的作 用。 导线粗细对滤波器的性能的影响频率（Hz)直径6.5mm直径2.7mm直径0.65mm1051.4 327 5.29m1k429 632 5.34m100k42.6m54m71.6m1M426m540m714m10M4.26 m 5.47.1450M21.32735.7100M42.65471.4导线长度10cm电源线滤波器的错误安装PCB滤波器滤波器输入线过长输入、输出耦合PCB电源线滤波器的错误安装滤波器绝缘漆PCB滤波器通过细线接地，高频效果很差！接地线滤波器的正确安装滤 波 器PCB 滤波器直接接地尽量短 输入、输出线隔离滤波器安装在线路板上时， 在电源线入口处增加一只高 频共模滤波器电源PCB滤波电路R22雷达CE101测试结果实例R22雷达CE102测试结果实例10K10MR22雷达CE102测试结果(一次整改后 ）实例R22雷达CE102最终测试结果实例RE101、RE102项指标超标的失效机理及解决指标超标的设计方法RE101、RE102失效的机理 磁场辐射发射（RE101）主要是由于机 箱内电子器件产生的磁场通过机箱的缝隙 而泄漏的 电场辐射（RE102）主要是通过机箱内 电子器件产生的电场通过机箱的孔洞和电 缆而泄漏的。 电缆是主要辐射源RE101、RE102失效的解决方法 针对RE101、RE102失效的机 理，可以首先通过正确的电路设 计来控制机箱内电子器件产生较 高电磁场，除正确布置走线方式 外，最常用是的方法是在信号线 上添加信号线滤波器。其次是对 整个机箱及输出电缆进行有效的 屏蔽处理。 信号线滤波器的作用 信号线滤波器的主要作用是解 决线路电磁干扰问题，例如设备 向空间辐射较强的电磁干扰，或 者设备对空间的电磁干扰敏感等 问题。信号线电缆与电源线电缆 之间的耦合也会导致传导发射在 高频超标。 信号线滤波器以消除共模干扰为主，这一点在选择信号线滤波器时应特别注意。 排除电磁干扰的其它有效措施 选择合适的屏蔽材料 屏蔽是一种最有效的措施。 所谓屏蔽,就是利用金属板或金 属网将发射源限定在某个范围 之内,使之不向外扩散,或使屏蔽 体内电子电路不受外部电磁场 干扰。 屏蔽缝隙的屏蔽 屏蔽结构中，任何情况下都应使缝隙长度远 小于所要抑制的电磁波波长，一般应小于 /100波长，至少不大于/20波长 改善接缝处的电接触，除去