艦載天線穩(wěn)定平臺(tái)是為安裝在船舶桅桿上的微波天線提供一個(gè)不受船舶搖擺影響的安裝水平面,其功能是在艦船搖擺情況下,補(bǔ)償艦體運(yùn)動(dòng)引起的縱、橫搖擺角,使天線始終垂直于水平面。但因其安裝位置處于惡劣電磁干擾環(huán)境下,外部除了自身承載的微波天線的輻射外,還有附近的各種類型雷達(dá)和通信天線的輻射干擾,內(nèi)部電機(jī)的PWM干擾,要保證設(shè)備在惡劣電磁干擾環(huán)境下正常工作,必須對(duì)電磁兼容嚴(yán)格設(shè)計(jì)。

電磁干擾(EMI)即電子設(shè)備或電氣設(shè)備所產(chǎn)生的電噪聲,這些電噪聲表現(xiàn)為多種形式,可以是連續(xù)的、隨機(jī)的或周期性的。EMI的形成必須同時(shí)具有3個(gè)因素:電磁干擾源;對(duì)干擾能量敏感的接收設(shè)備;將干擾能量從干擾源傳播到接收設(shè)備的傳播途徑。如果一個(gè)系統(tǒng)既不是干擾源也不是接收設(shè)備,那么該系統(tǒng)是電磁兼容的。電磁兼容性的研究是圍繞構(gòu)成電磁干擾的3個(gè)因素進(jìn)行:提高抗干擾性能及減少對(duì)其他設(shè)備的干擾輻射和干擾傳導(dǎo)。恰當(dāng)?shù)南到y(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)可抑制發(fā)射傳導(dǎo)和輻射干擾,恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)技術(shù)可硬化系統(tǒng)以減小其對(duì)干擾的敏感度,恰當(dāng)?shù)钠帘巍⒔拥亍V波以切斷干擾的傳播途徑以保護(hù)受害設(shè)備。

1　電源線尖峰信號(hào)傳感敏感度設(shè)計(jì)

設(shè)備對(duì)尖峰信號(hào)的敏感度即設(shè)備能夠承受規(guī)定水平的瞬態(tài)干擾,不會(huì)出現(xiàn)故障或工作狀態(tài)混亂。電源線尖峰信號(hào)傳感敏感度(CS106)的測(cè)試條件為在設(shè)備不接地的交流電源線上注入脈沖寬度小于5μs、幅值為400 V的尖峰信號(hào),CS106測(cè)試原理圖如圖1所示。

試驗(yàn)過程中，尖峰信號(hào)與交流信號(hào)波形的峰值同步，同時(shí)為了產(chǎn)生最大跟隨能量，尖峰信號(hào)均施加在過零點(diǎn)，即分別在0度、90度、180度、270度的相角上進(jìn)行測(cè)試。尖峰信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓從0V開始逐漸增大,當(dāng)輸出電壓增加至350 V時(shí),設(shè)備的液晶顯示屏出現(xiàn)了白屏,設(shè)備受到了尖峰信號(hào)的干擾,不能正常工作。

1.1　非線性器件瞬態(tài)抑制

無論是從電源線還是從信號(hào)線進(jìn)入的瞬態(tài),都可以使用非線性器件衰減。將這些器件與被保護(hù)線路并聯(lián),對(duì)于正常的信號(hào)或電壓水平,它表現(xiàn)為高阻態(tài)———主要由它自己的電容和漏電特性決定。當(dāng)干擾源的電壓大于它的擊穿電壓時(shí),器件會(huì)立即轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài),使從瞬態(tài)源過來的電流離開保護(hù)電路,限制了保護(hù)電路上的瞬態(tài)電壓。以瞬變電壓吸收二級(jí)管(TVS)為例,TVS就是硅雪崩型二級(jí)管,它體積小、響應(yīng)時(shí)間短。TVS在擊穿前表現(xiàn)為一個(gè)跨接在線路輸入端的高阻抗負(fù)載,而出現(xiàn)瞬態(tài)高壓時(shí),它即被激活,PN結(jié)發(fā)生雪崩效應(yīng),吸收大量能量,因此以箝位方式限制線路電壓在允許范圍內(nèi)。在選取這些非線性器件時(shí),它們必須能夠承受電路的連續(xù)工作電壓,并具有一個(gè)安全裕量,以吸收來自任何預(yù)期瞬態(tài)的能量。對(duì)瞬態(tài)抑制器的典型安裝位置圖如圖2所示（略）。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用壓敏電阻和瞬變電壓吸收二級(jí)管進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。在天線穩(wěn)定平臺(tái)控制器電源進(jìn)線間并聯(lián)了壓敏電阻。壓敏電阻耐浪涌電流、電壓有一定的容量，一般按式（1）選擇其標(biāo)稱電壓：

式中，Um為線路額定電壓峰值，為電壓升高率，一般取1.05~1.10

在傾角儀和陀螺信號(hào)傳輸電路設(shè)計(jì)中,將TVS并聯(lián)在功率管兩端;同時(shí),在供電DC電源兩端并聯(lián)TVS,在CAN總線的信號(hào)線與地線之間并聯(lián)TVS,它們均對(duì)電路起到了保護(hù)和抗電磁干擾作用。

1.2　線纜內(nèi)部的串?dāng)_效應(yīng)控制

系統(tǒng)內(nèi)部的線纜走線布局對(duì)線纜之間本地電場(chǎng)和磁場(chǎng)的耦合有極大影響。為了使線纜之間耦合最小,應(yīng)對(duì)不同類型的線纜進(jìn)行劃區(qū),并且相互之間至少保持150 mm的間隔;當(dāng)不同類型的線纜不能避免相鄰走線時(shí),應(yīng)盡量縮短走線長度。這樣可以減小線纜內(nèi)部的串?dāng)_效應(yīng),對(duì)系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)取得較好效果。

2　電場(chǎng)輻射敏感度(RS103)設(shè)計(jì)

天線穩(wěn)定平臺(tái)為了保證天線始終垂直于水平面而不受艦船搖擺的影響,采用了傾角儀和速率陀螺測(cè)量艦船傾角信號(hào)和搖擺速率信號(hào)分別引入反饋和前饋組成復(fù)合控制策略,實(shí)現(xiàn)天線穩(wěn)定平臺(tái)的伺服控制。在本系統(tǒng)中采用力平衡式傾角儀LCF100測(cè)量艦船傾角信號(hào),將天線穩(wěn)定平臺(tái)置于10 kHz~40 GHz、200 V/m的輻射電場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)境中進(jìn)行RS103測(cè)試時(shí),天線穩(wěn)定平臺(tái)受到了干擾,系統(tǒng)不能正常工作。

2.1　采用屏蔽技術(shù)降低電場(chǎng)輻射

屏蔽是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥蓺ぁ濉⑻住⑼驳雀鞣N形狀的屏蔽體,將電磁能量限制在一定空間范圍內(nèi)抑制輻射干擾的一種有效措施。使用屏蔽體將外來電場(chǎng)與屏蔽空間隔絕,同時(shí)將屏蔽體接地以消除電勢(shì)的影響,實(shí)現(xiàn)有效屏蔽。由于屏蔽的機(jī)理是電場(chǎng)反射損耗,而且二次反射趨向于減小總體反射損耗,故涂層電阻率越高屏蔽效果越差。在電場(chǎng)屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用良導(dǎo)體制成屏蔽體,通過對(duì)電磁波的反射和吸收作用來達(dá)到衰減電磁能量,減少輻射干擾的目的。屏蔽體的孔縫在實(shí)際應(yīng)用中是不可避免的,它是影響屏蔽的一個(gè)重要因素。為了保證屏蔽效果,減小屏蔽體的電阻,并且在設(shè)計(jì)屏蔽體時(shí)應(yīng)盡量減小垂直于電場(chǎng)方向的孔縫尺寸。

在本系統(tǒng)中采用鋁殼表面鍍銀做成的屏蔽盒進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽,將傾角儀和信號(hào)調(diào)理電路置于此屏蔽盒中,同時(shí)采用了2層屏蔽,控制2層間距盡量接近1/4波長的奇數(shù)倍(由于在頻率很高時(shí),電磁波在2屏蔽層間會(huì)產(chǎn)生諧振。當(dāng)2層間距為1/4波長的奇數(shù)倍時(shí),雙層屏蔽具有最大的屏效;當(dāng)2層間距為1/4波長的偶數(shù)倍時(shí),屏效最小),有效減小了電場(chǎng)輻射對(duì)傾角儀信號(hào)的影響。