韓海周 盧宏超 胥全春 文富忠 張琪

（1.中國電子科技集團公司第二十九研究所 四川省成都市 610036）

（2.陸軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局駐成都地區(qū)第二軍事代表室 四川省成都市 610036）

1 引言

隨著電磁頻譜在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的作用和地位日益重要和突出，用戶對電子對抗裝備的性能功能要求越來越高。隨著電子技術的快速發(fā)展，電子對抗裝備越來越趨向?qū)掝l段、高靈敏度、高功率、高傳輸速率、微小型化和高度集成化，系統(tǒng)采用的電子元器件數(shù)量及種類大幅增加，這都將為系統(tǒng)電磁兼容性帶來更大挑戰(zhàn)。如何在項目初期通過方案設計解決電磁兼容問題已經(jīng)成為設計師的考慮重點。

電子對抗裝備的電磁兼容設計重點主要包括：電源端口濾波電路設計、數(shù)模混合電路設計、PCB 的信號EMC 設計、接地設計、布線設計、開關電源設計和風機設計等。本文實際工程應用角度出發(fā)，研究電子對抗裝備中風機的電磁兼容性設計方法。

2 風機電磁兼容分析

形成電磁干擾必須具備的三個基本要素為：電磁干擾源，耦合路徑和敏感設備。要抑制電磁干擾對系統(tǒng)的影響，必須從干擾源、耦合路徑和敏感設備等方面入手。

電子對抗設備中使用的風機一般是外購產(chǎn)品，直接裝配后使用，因此在系統(tǒng)級，很難從干擾源和敏感設備兩方面減小風機對系統(tǒng)的電磁兼容影響，主要從耦合路徑抑制其電磁干擾。

由于電子對抗設備的環(huán)境適應性要求（防潮防腐蝕等）高，故通常采用獨立風道進行散熱。獨立風道指風機風道與分機內(nèi)模塊所處空間是隔離分開的，如圖1 所示。

圖1 ：典型設備結構示意圖

根據(jù)獨立風道的特點，風機的電磁兼容問題可分為以下兩種情況：

（1）風機的電磁干擾通過風機供電線傳導到設備內(nèi)部；

（2）風機的電磁干擾通過空間輻射到外部環(huán)境。

因此，風機的電磁兼容問題可分為以下兩種類型：

（1）風機的電磁干擾通過風機供電線傳導到設備內(nèi)部；

（2）風機的電磁干擾通過空間輻射。

3 風機電磁兼容設計

根據(jù)上述分析，風機的電磁兼容設計主要從電磁干擾的耦合路徑入手，風機與外部環(huán)境的耦合路徑包括：電磁干擾通過風機供電線傳導和空間輻射。

電子對抗設備的風機電磁兼容設計主要就是要解決上述2 種電磁干擾途徑：第1 種電磁干擾途徑是通過風機供電線傳導的，可在風機電源線上增加濾波電路達到抑制傳導電磁干擾的目的；第2 種電磁干擾途徑是通過風機周圍的空間對外輻射的，可通過設計風機罩和風道達到抑制輻射電磁干擾的目的。

風機電磁兼容設計流程如圖2 所示。

圖2 ：風機電磁兼容設計流程圖

（1）首先對分機進行熱仿真，確定滿足散熱要求的風量風壓，篩選出滿足風量、尺寸、功耗和環(huán)境適應性等要求的風機清單；

（2）若風機清單中有滿足EMC 要求的型號，則選用該型號，并在風機電源輸入端增加穿心電容（風機供電線線會耦合分機內(nèi)部線纜及電路的干擾，通常在風道與模塊間加穿心電容進行濾波），隔離分機內(nèi)部的干擾，若沒有滿足EMC 要求的風機，則按照（3）步驟；

（3）根據(jù)所選分機的型號，單獨測試風機的CE102 和RE102 曲線，確定超標部分的頻段和超標量；

（4）根據(jù)CE102 測試曲線進行濾波電路設計，對CE102 超標頻段進行抑制；

（5）根據(jù)RE102 測試曲線進行風機罩設計，確定風機罩的開孔大小，根據(jù)通風面積確定風機罩的開孔數(shù)量，最后確定開孔厚度。

3.1 濾波電路設計

在風機電源線上增加濾波電路的主要作用是抑制分級內(nèi)部與風機間的電磁干擾，及抑制分機內(nèi)的電磁干擾通過風機電源線傳導到風機，抑制風機的電磁干擾通過風機電源線傳導到分機內(nèi)部，本質(zhì)是抑制CE102 曲線超標部分。

根據(jù)風機CE102 的實測情況，考慮到體積、重量、濾波效果等原因，濾波電路通常采用二級濾波，典型的濾波電路原理圖如圖3 所示。

圖3 ：典型濾波電路原理圖

根據(jù)選型風機的CE102 實測曲線確定超標頻段及超標量后，調(diào)整圖3 濾波電路元器件的參數(shù)，通過仿真即可確定滿足要求的濾波電路。

3.2 風機罩設計[6]

電子對抗設備的典型風機罩結構示意如圖4 所示。風機罩設計為開孔，一般選直徑D×厚H 的圓孔（也可選擇其他開孔形式，本文為方便描述，以圓孔為例描述設計方法），風機工作時，將從這些圓孔對外輻射電磁信號，最終影響電子對抗設備的RE102 曲線。

圖4 ：典型風機罩結構示意圖

風機罩設計流程如下：

（1）首先確定通風孔的形狀，可以是圓孔或方孔等（本文以圓孔為例描述設計方法）；

（2）根據(jù)RE102 曲線確定需要屏蔽的最高頻率f；

（3）確定通風孔的截止頻率：f=5×f；

（4）根據(jù)下式確定通風孔的直徑：

式中，f為波導的截止頻率，c 為光速，D 為通風孔直徑。

（5）根據(jù)散熱要求的通風面積及通風孔尺寸，確定通風孔的個數(shù)N。

（6）根據(jù)下式確定單個通風孔的屏蔽效能。

式中，S為單個通風孔對最高頻率的衰減，S為整個風機罩對最高頻率的衰減，D為RE102 超標的最大值。

（7）根據(jù)下式確定通風孔的厚度H。

式中，S為單個通風孔對最高頻率的衰減，H 為通風孔的厚度，f為波導的截止頻率，f為RE102 超標的最大頻點。

4 可行性驗證及分析

4.1 風機電磁兼容設計實例

某一設備確定風機后，在EMC 實驗室測試其CE102 曲線如圖5 所示，RE102 曲線如圖6 ～圖9 所示。

圖5 ：風機CE102 曲線

圖6 ：風機RE102 曲線（10kHz-30MHz）

圖7 ：風機RE102 曲線（30MHz-200MHz）

圖8 ：風機RE102 曲線（200MHz-1GHz）

圖9 ：風機RE102 曲線（1GHz-18GHz）

根據(jù)圖5，f=0.5MHz，D=15dB。根據(jù)圖6 ～圖9，f=5GHz，D=60dB。

根據(jù)第3 節(jié)的方法對風機進行EMC 設計。

4.1.1 設計濾波電路

根據(jù)3.1 節(jié)，仿真確定各參數(shù)如下：CY1=1nF，CY2=1nF，CY3=1nF，CY4=1nF，CX1=10nF，CX2=10nF，L1=100uH。

4.1.2 設計風機罩

首先確定通風孔的截止頻率：f=5×f=25GHz。

根據(jù)式（1）計算通風孔的最大直徑：D=7mm。根據(jù)散熱要求，風機罩的通風面積為21cm，得出通風孔個數(shù)N 為54。根據(jù)式（2）計算單個通風孔對最高頻率的衰減S=D+20lgN=95dB。根據(jù)式（3）計算通風孔的厚度H=21.4mm。

工程中，考慮到風機罩的重量等因素，可以適當減小通風孔的直徑和厚度，根據(jù)情況，可選擇不同的通風孔直徑D，計算與之匹配的通風孔厚度，通風孔的直徑與厚度對應關系見表1。

表1 ：通風孔的直徑與厚度對應關系表

由表1 可知，通風孔直徑越小，需要單個通風孔對信號的抑制要求越高，通風孔的厚度可以減小，但是H:D 的比值逐漸增大。

綜合考慮屏蔽效能及風機罩加工等因素，選擇D=3mm，H=10.5mm。

4.2 整改后測試對比

4.2.1 風機CE102

在風機供電線加上濾波電路后，風機CE102 測試曲線如圖10 所示。

圖10 ：風機CE102 測試曲線（加濾波電路后）

對比圖5 和圖10，增加濾波電路后，風機的CE102 曲線相對整改前在主要超標頻點有約25dB 的抑制。

4.2.2 設備RE102

設備在斷開風機后，RE102 滿足要求，接上風機后，RE102 分布頻段超標，通過采取4.1 節(jié)的整改措施后，設備RE102 滿足要求，具體對照情況見表2。

表2 ：整改前后條件對照表

未增加濾波電路、安裝普通風機罩，設備RE102 曲線如圖11 ～圖14 所示。

圖11 ：設備RE102 曲線_整改前（10kHz-30MHz）

圖12 ：設備RE102 曲線_整改前（30MHz-200MHz）

圖13 ：設備RE102 曲線_整改前（200MHz-1GHz）

圖14 ：設備RE102 曲線_整改前（1GHz-18GHz）

增加濾波電路、安裝EMC 設計后的風機罩，設備RE102 曲線如圖15 ～圖18 所示。

圖15 ：設備RE102 曲線_整改后（10kHz-30MHz）

圖16 ：設備RE102 曲線_整改后（30MHz-200MHz）

圖17 ：設備RE102 曲線_整改后（200MHz-1GHz）

圖18 ：設備RE102 曲線_整改后（1GHz-18GHz）

分別對比圖11 和圖15 、圖12 和圖16 、圖13 和圖17 、圖14 和圖18 可知，增加風機電源線濾波電路、安裝EMC 設計的風機罩后能對設備RE102 超標頻段進行有效抑制，最終滿足EMC 要求。

5 結束語

本文分析了典型電子對抗設備中風機的電磁兼容性，給出了一套風機電磁兼容性設計的方法，并結合某一實例，驗證該方法可行，能為工程提供指導意義。

電磁兼容問題從來不是一個點上的問題，而是一個系統(tǒng)問題。實際工程中，對設備電磁兼容產(chǎn)生影響的因素很多，只有在設計初期充分考慮電磁兼容要求，并采取有效的設計措施，在源頭抑制干擾的產(chǎn)生，后期設備在做EMC 整改或者測試時，才能更好的通過。