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1、固态高频组件的电 磁干扰与电磁兼容 ( 南京电 子技术研究所) 周 燕黄江 摘 要: 本 文 介 绍了 用 于 相 控 阵 雷 达的 射 频 功 率 组 柑包 括 发 射 组 件 和T I R 组 件 ) 的 组 成 及电 磁 干 扰 作 栩 叮 闷 反.对各频 段的 射 频功率 组 件 机壳的 屏蔽 效能 进 行了 分 析和 计算 ， 给出了 工 程 应用中 高 频 组 件 的电 盛兼容 ( E M C ) 设计方法 . 1 .栩述 臼 粉相控阵.达的 发展及器 件性能的 提高， 固 奋高 频组件 ( 包括集中 式发射机中 所用的高 频发 射组件及分布式发射机中 所用的T I R组 件) 的
2、 技 术得到了 突飞 猛进的 发 展， 其战 技术指 标要求 越来 越高。由 于，达系 统的要求， 成本占 整个，达 成本6 0 % 以 上的高 频组 释所需 产生的 功率 越来越大， 而休积尺寸越来越小， .由于固 态商频组件中 包括的 功能模块多， 体积尺寸小，商频与低频; 大 信 号 与 小 信 号: 数 字电 路与 模 拟电 路 共 存， 因 此， 固 态 高 频 组 件中 就 存 在 着 严 重 的电 磁 干 扰( E M) . 在 进行高 频 组件设 计时， 必 须 采 取 有 效 措 施， 使 整 个组件 具 有良 好 的电 磁兼容 ( E M C ) 性 能， 才能达到预期的性
3、能指标。 2 .固态高频组件的组成 固 态高 翔组件 ( 包括功率 放大器组件及T I R组件) 是 全固态窗达的关 锐和核心， 它的 技术水平 关系 到 盆 个留 达系统的 性 能. 典 型 的固 态功 率 放 大 器 组 件 及T I R组件 的 组 成 框圈 分别 如图1 ， 圈2 所示: 从组 成框圈 可以 看出，固 态高颇组件是集高 颇与 低 频:大信号与小 信号; 数字电 路与模拟电 路 为一体的复杂电子设各。 3 .固态高绷组件中存在的E MI 问反 一般来说形成电 磁千 扰应具各三个墓 本要t:电 班干扰颁， 辐 合途径及 敏感设 备。 这三个要素 在固 态离颇 组 件中同 时
4、 存在 ， 其中 既 有 大 功率 的 发 射 晶 体管 及电 派模块， 又 有功 率管的 匹 配电 路 及 电 纽 等 辐 合途 径，同 时又 有 对外界电 进泄 泥 和 辐 射 丰常 敏感的 低 嗓声 放大 器( L N A ) 及 机内 监 侧电 路B I T E 。 而从小 型 化和模块化 方面考 虑，内 部 各 摸块 之间的 信号 传物以 徽带 传输为 主， 徽 带电 路 间存在粉互们、串扰、辐射等，因 此， 整个组件中鱿存在着严重的E MI . 另一 方面，由于固 态高频组件是产生功率的 功率派，除了 其内 部存在E M I 外， 它还会对周围 其它电 子设各产生干扰.因 此. 除
5、了 要消除 其内 部的E M U 以 外， 还应防 止它干 扰周围 设备。 1 肠。 . 一 一-一一，种种户种.一-一 末 级 图 I . 典型的固态功率放大器组件组成框图 图2 . 典型的丁 瓜组件组成框图 4 . 固态高频组件的外壳设计 对于 各种 频段的高 频组件， 其E M C设计考虑的要求不同， 这是因为 商频组 件外壳的E M C性 能与组件的工作频率有着直接关系。 首先外壳设计时 最重要的一点是要避免 产生 腔体效应， 如果产生了 腔体效应， 此时组件的 E M I 就 成了致命的弱点.其计算方法见参考文献3 0 1 6 6 在某S 波段四单元功率放大 器组件的 研制过程中.就
6、遇到了 这个问题。调试时发现组件内部有 很强的干扰，组件的输出功率比设计值小很多经过计算发 现， 机壳尺刁d 丁 好构成了 谐振腔，产生 了腔体效应。后来在组件内 部加了隔板，改变了 腔体尺寸，消除了谐振，得到了 满意的结果。 现在我们再来讨论机壳上存在孔洞 如 通风散热孔)的情况。 据资料介绍。直径大于0 . 5波长 的孔洞具有O d B的屏蔽效能，直径小于0 .0 1 波长的孔洞具有足够的屏蔽效能 超过6 0 d B ) 。 对于 军品，一般要求孔洞的直径小于0 .0 2 波长，对于民品，一般要求孔洞的直径小于0 . 0 5 波长。 通过计算， 我们可以得到组件所处频段与其机壳上孔洞之间的
7、 对应关系，见表一: 从 表中 可以 看出， 对于工作频段越高的 高 频组 件， 要达到一定的 屏蔽效 能， 其机壳 上的开 孔就 应该越小。例如对于 L波段的组件，其通风孔的直径应该小于3 m n 、 这样才能使机壳的屏蔽效能达 到6 0 d B ,否则得采取别的措施才能达到E MC设计要求。 5 . 工程实际中高频组件的E M C措施 在 组件的 开发设计过程中， 采取正 确有效的 预防 措施， 就 可减小 甚至消除E M I 。 而到 组 件完成 设计加工后，调试时发现 E M I 问题，再来采取措施补救，就会既造成经济损失，又得不到满惫的 效果。因此。一定要在开始设计阶段就进行充分的E
8、 M C设计。 表一组件工作频率与机壳孔洞大小对照表 波段频率 波 长孔 洞 直 径 ( 军品 ) I孔洞直径( 民品 ) P I 3 8 0 - 4 7 0 M H z 0 .7 8 - 0 .6 4 m 1 5 . 6- 1 2 . 8 mm3 4 - 3 2 - mm L1 . 0 - 2 . O GI - I z 0 .3 - 0 . 1 5 m一 6 . 0 - 3 .O m m 1 5 -7 . 5 mm S2 . 0 - 4 . O GHz 0 . 1 5 - 0 .0 7 5 m一 3 .0 - -1 .5 m m 7 . 5 - 3 .7 5 m m C I 4 . 0 -
9、8 . O GHz 0 .0 7 5 A.0 3 7 5 m 一 1 .5 - 0 .7 5 m m 3 . 7 5 -1 . 8 7 5 mm x I一 8 .0 - 1 2 .O G H z0 .0 3 7 5 - 0 .0 2 5 m 一 0 .7 5 - 0 .5 m m一 1 . 8 7 5 - 1 .2 5 m m K u I一 1 2 . 0 - - 1 8 . O G H z 0 . 0 2 5 A . 01 4 m 1 0 .5 - 0 .2 8 m m一 1 . 2 5 - A . 7 m m 5 . 1 电 路布局与 接地 如前所述，高 频组件中 包含的功能模块多. 因
10、此在设 计时 首先 要考虑的 就是在满 足合理 布局与 方便走线的原则下， 各功能 模块均应分开成独 立的 腔体， 使机壳成为 屏蔽室。 各屏蔽 室之间的 连接 通过穿心电 容等E M1 抑制元件来进行。 按 照组件工 作频率的高 低， 选择合适的 接 地方式。 一 般来说， 对于 低于 1 M H z的 组件采 用单点 接地;高于 1 O MH 2 时采用多点接地。而多点连接到一个低阻抗平面或屏蔽体上会引 起地环路问 瓜， 使电 路容易 受到 磁场的影响。 因此对于 有敏感电 路L N A的T IR 组件来说， 就得使用混合 接地. 固态高频组件中的高频接地是至关重要的。按照频段的不同. 接
11、地点的多少及接地方式不尽相 同 。 现在已 用于 . 程实际的良 好接地方式是 采用印 制板直 接焊在金属底板上， 这样既 能得到良 好的 接地性能，且一致性好。 1 6 7 5 2元器件及连接器的选用及布线 高频组件中 元器件及连接器尽量选用 E M C性能良 好的。电统及电 线的捆扎应按功率电 平等级 区分，以免造成辐合和串扰。 合理利用滤波电 路，包括高，中， 低频回路的滤波。电源模块内 部应采用低通型的 E M C滩波 器，以使直流通过时损耗最小。电源模块应很好地密封。并使用 E MI 屏蔽带包扎，降低辐射。电 源对高频电路的供电由穿心电容引入。 高频组件的印制板布线要注意大小信号分开
12、。前后不要形成回路，特别是箱出大功率信号对输 入小信号非常容易造成干扰。要注意在机壳设计时就隔开。 5 3新材料、新结构、新工艺的应用 近年来.国内 外电磁兼容材料工业发展高潮迭起， 研制出了 许多崭新的高屏蔽效能的材料，如 导电 涂料，金属丝网 密封衬垫，导电 胶，屏蔽螺旋管，组合屏蔽条， 铁氧体材料以 及复合屏蔽材料 等。在组件设计时应合理地选用。 在组件机壳结构设计时要根据组件工作频率。适当地选取盖板固定姗钉之间隔。采用搭接或开 摘的方法，使壳体与盖板之间镶嵌导电橡胶条，可有效地防止高频组件对其它电子设备的干扰。 采取各种工艺手段，保证组件机壳金属表面的导电 性能，使其性能稳定，减小电
13、化学腐蚀，也 能增强固 态高频组件的E MC 性能。 6 .结论 在固态商频组件研制过程中，自 始至终都要考虑 E M C设计，以 保证预期的电性能指标的实现。 在实际工作中， 我们获得了一些工程经验。 如何进行组件的电 磁屏蔽性能的t化研究， 使其性能指 标赶上和超过世界先进水平，还有待于我们的进一步探索和努力。 参考文献 张光义. 相控阵雷达系统 北京 国防工业出版社 北京瑞特电子技术公司E M C部 . 电 磁兼容与电 磁千扰抑制技术 周燕 . 高频组件空腔谐振效应的 计算机分析 十四 所第二届青年科技成果论文集 4 C H O ME R I C S .U S A . E M I 屏蔽工程手册 作者地址: 2 1 0 0 1 3 南京电子技术研究所四0 四 室 电话: 3 3 4 4 0 0 0 - 3 4 4 8 传真:( 0 2 5 ) 3 7 1 2 4 2 6 1 6 8
