方毅偉 畢曉龍

1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)第七二二研究所； 2.渤海造船廠集團(tuán)有限公司

一、引言

短波（2～30MHz）通信是遠(yuǎn)距離通信的主要手段之一。某平臺(tái)的短波發(fā)射機(jī)一般是1kW以上的大功率寬頻帶發(fā)射機(jī)，而短波天線一般是鞭狀電小天線，天線的阻抗特性與發(fā)射機(jī)所需要的50歐姆差異較大，引起的阻抗不匹配會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸造成較大損耗，系統(tǒng)輻射效率低，需要采用短波天線調(diào)諧器，改善天線對(duì)發(fā)射機(jī)的阻抗匹配，配合短波發(fā)射機(jī)和窄帶天線進(jìn)行短波大功率發(fā)信，提高發(fā)信效率。

二、短波天線調(diào)諧器原理

短波天線調(diào)諧器主要是由調(diào)諧參數(shù)檢測(cè)模塊、控制模塊和天線阻抗匹配模塊組成。調(diào)諧參數(shù)檢測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)檢測(cè)對(duì)天線調(diào)諧過(guò)程中天線匹配網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)參數(shù)如正反向功率、駐波比、相位和阻抗等，并以檢測(cè)結(jié)果為控制模塊提供動(dòng)態(tài)的信息?？刂颇K接收來(lái)自發(fā)射機(jī)的頻率預(yù)置信息和來(lái)自調(diào)諧參數(shù)檢測(cè)模塊的動(dòng)態(tài)調(diào)整信息，通過(guò)接口和繼電器設(shè)計(jì)，控制匹配模塊改變電抗元件值，實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。同時(shí)將測(cè)量信息、電路匹配狀態(tài)和匹配電路參數(shù)等通過(guò)接口電路送到存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)，以備以后存儲(chǔ)調(diào)用調(diào)諧調(diào)用。天線阻抗匹配模塊由一組電抗元件連接而成，通過(guò)繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制進(jìn)行匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)短波發(fā)射機(jī)與天線間的阻抗匹配。短波天線調(diào)諧器需要盡量布置于或靠近天線根部，不僅要具備調(diào)諧速度快、調(diào)諧精度高、適配頻帶寬，還要具備微功率調(diào)諧能力，確保調(diào)諧的隱蔽性。

三、短波天線調(diào)諧器電磁兼容設(shè)計(jì)

短波大功率天線調(diào)諧器作為大功率射頻傳輸設(shè)備，設(shè)備本身需要承受大功率射頻信號(hào)，需要做好電磁屏蔽，另外對(duì)外部是電磁干擾源，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，產(chǎn)生的電磁干擾不僅可以通過(guò)電纜耦合到敏感設(shè)備上，還可以通過(guò)天線調(diào)諧器殼體縫隙、輸入、輸出端口向外輻射，可能對(duì)人員和其它設(shè)備帶來(lái)不良影響。

根據(jù)能量傳播的途徑，干擾發(fā)射有兩種：傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射。其中傳導(dǎo)發(fā)射的途徑是電源線、控制線和天線，輻射發(fā)射的途徑是空間電磁場(chǎng)，解決這些問(wèn)題的基本方法是由“場(chǎng)”和“路”兩方面提出措施。為提高電磁兼容性，在設(shè)備整體設(shè)計(jì)、電路、結(jié)構(gòu)和工藝等方面加強(qiáng)設(shè)計(jì)，以降低對(duì)外輻射影響，同時(shí)也降低設(shè)備對(duì)電磁干擾的靈敏度。

短波天線調(diào)諧器由短波發(fā)射機(jī)提供24V直流供電，并由短波發(fā)射機(jī)進(jìn)行遙控設(shè)置參數(shù)和結(jié)果顯示，本機(jī)沒(méi)有顯示界面，機(jī)箱可以做較為完整的密封，由于對(duì)外接口關(guān)系，仍然需要留有必要的連接器開(kāi)孔。

（一）短波天線調(diào)諧器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.屏蔽體材料及厚度設(shè)計(jì)。在短波天線調(diào)諧器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，屏蔽箱尤為重要，屏蔽箱體的材料選擇和厚度設(shè)計(jì)對(duì)屏蔽箱的屏蔽效能起決定性作用。屏蔽效能（SE）即對(duì)給定輻射干擾源進(jìn)行屏蔽時(shí)，在某一場(chǎng)點(diǎn)上，屏蔽箱盒安裝前后的電場(chǎng)強(qiáng)度或磁場(chǎng)強(qiáng)度之比值。綜合考慮屏蔽材料的相對(duì)磁導(dǎo)率和相對(duì)電導(dǎo)率，天線調(diào)諧器屏蔽箱選用的材料為鋁(導(dǎo)電氧化處理)，厚度為1.5（mm）厚，其中鋁相對(duì)導(dǎo)磁率μr是1，鋁相對(duì)導(dǎo)電率σr是0.61。具體計(jì)算如下：

根據(jù)分析，天線調(diào)諧器工作在3～30MHz為近區(qū)電場(chǎng)屏蔽，其理論屏蔽效能可表示為：

電場(chǎng)屏蔽效能：SE=A+R1（dB）；

磁場(chǎng)屏蔽效能：SE=A+R2（dB）；

R1=322+10lg(σr/μrf3r2)（dB）（屏蔽電場(chǎng)的反射損耗）；

R2=14.6+10lg(fσrr2/μr)（dB）（屏蔽磁場(chǎng)的反射損耗）；

其中：f為頻率（Hz），t為金屬板厚度（mm），r為輻射源至壁距離(cm)，μr金屬板相對(duì)導(dǎo)磁率，σr金屬板相對(duì)導(dǎo)電率。

將相關(guān)參數(shù)值代入公式計(jì)算可得：

電場(chǎng)屏蔽效能為377.38dB，磁場(chǎng)屏蔽效能為357.02dB。這樣；1.5mm厚的鋁板完全能夠起到電磁屏蔽作用。另外，天線調(diào)諧器殼體采用機(jī)箱形式，為了增加屏蔽效能，設(shè)計(jì)中采用雙層屏蔽作用，材料采用鋁板和不銹鋼板。

2.縫隙、孔洞的處理。一般電子設(shè)備因通風(fēng)、散熱及連接電纜等設(shè)計(jì)要求，必須開(kāi)制小孔，采用連接處采用永久性接縫，采用焊接技術(shù)作永久性封閉。在配合面形成的接縫，加導(dǎo)電襯墊（橡膠芯金屬絲屏蔽條）的設(shè)計(jì)方法。但是仍有部分電磁能量會(huì)經(jīng)由孔、縫泄露，當(dāng)孔、縫尺寸等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，電磁泄漏最大，一般要求縫長(zhǎng)或孔徑小于λ/10～λ/100。

短波天線調(diào)諧器機(jī)箱面板上不開(kāi)孔，為了通風(fēng)需要只在側(cè)板或后板和上板開(kāi)φ3mm（遠(yuǎn)小于λ/100）的孔。前面板及其他側(cè)面與骨架之間縫隙用導(dǎo)電橡膠（SE=120dB）屏蔽條屏蔽，并用排列緊密的螺釘固定（兩螺釘距離為10cm）。這樣，整個(gè)機(jī)體就成為一個(gè)屏蔽體，避免電磁波向外輻射。

（二）線路設(shè)計(jì)

在對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行整機(jī)電路設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)合理走線可以減少導(dǎo)線上相互之間的電磁場(chǎng)感應(yīng)。

在對(duì)短波天線調(diào)諧器進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，低頻信號(hào)線、控制線用帶隔離皮的屏蔽線，以免長(zhǎng)線感應(yīng)高頻在導(dǎo)線上產(chǎn)生干擾，破壞控制的正常邏輯狀態(tài)，產(chǎn)生誤動(dòng)作。電路上必要的地方加了電容以鈍化尖峰脈沖。所有的控制信號(hào)通過(guò)光電隔離器、濾波器后進(jìn)入印制板，并將弱信號(hào)地與射頻地分開(kāi)。

高頻線全部采用雙層高頻電纜，特性阻抗為50Ω，線的兩頭焊接牢固，并保證了外皮與電纜頭的外殼接觸良好，高頻連接器采用同軸方式，用螺釘安裝，360°與機(jī)殼接觸良好，并通過(guò)獨(dú)立測(cè)試挑選。

24V直流電源線通過(guò)選用電磁兼容符合要求的濾波器給被供單元供電，在給風(fēng)機(jī)供電的傳輸線上加鐵氧體材料。

（三）接地設(shè)計(jì)

電子產(chǎn)品的地線分為安全地和信號(hào)地，前者是保證設(shè)備電氣安全的，后者是保證電路能夠正常工作的。天線調(diào)諧器設(shè)計(jì)信號(hào)地和安全地，其中信號(hào)地接入平臺(tái)內(nèi)部專門的信號(hào)地線路，安全地通過(guò)銅棒或銅皮方式接于平臺(tái)內(nèi)的地線銅板上，盡量減少接地電阻。實(shí)際施工中，機(jī)箱接地點(diǎn)在去除氧化層后短時(shí)間內(nèi)完成連接并馬上用漆涂抹，保證較低的接觸電阻。經(jīng)實(shí)際測(cè)量，接地電阻小于10毫歐。

結(jié)束語(yǔ)：根據(jù)GJB151B－2013中對(duì)電場(chǎng)輻射和磁場(chǎng)輻射測(cè)試方法，對(duì)所設(shè)計(jì)的短波天線調(diào)諧器進(jìn)行了電磁兼容試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果電場(chǎng)輻射不大于50dBV/m,磁場(chǎng)輻射不大于76dBTP，符合標(biāo)準(zhǔn)中的指標(biāo)要求。