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无线电测控装备中的电磁信号干扰设计

出处:电子发烧友 发布于:2019-05-21 14:19:41 | 164 次阅读

  众所周知,接收机在无线电测控装备中的位置介于天线和信号处理系统之间。其功能是从天线上所接收到的许多电磁信号中选出有用的目标回波,经过放大、转换以后送给信号处理或终端显示设备。由于我们所需要的只是有用信号,其它不需要的电磁信号都称为干扰。
  因此接收机的功能之一就是从包括干扰的信号中,选择所需要的目标信号,并抑制干扰信号。在无线电测控装备中,中频接收机可采用多种抗干扰措施,以此提高了接收机的性能指标,以确保测控装备信号处理和测量精度。
  2.干扰的分类及传递方式
  一般而言,无线电测控装备中易受干扰的部分是中频接收机,除此之外还有模拟器、温度控制、伺服控制、视频处理、中心机和控制机以及显控台等电子设备。因而,中频接收机工作的电磁环境十分复杂。这些设备在工作时都会产生不同形式的噪声干扰,影响接收机的工作性能。
  2.1 干扰的分类
  根据无线电测控装备中频接收机的工作环境,干扰按照其产生和传播途径的不同,一般可以分为以下几种:
  (1)电源干扰: 这种干扰的现象十分普遍。它是由不同的电子系统(或同一系统中的不同电路)共用同一个电源时,由公共阻抗(即电源的内阻)的耦合会形成自身噪声的输出或对外来干扰的接收,从而引起中频接收信号的干扰;
  (2)感应噪声干扰: 这种干扰在每个电路板的设计中都存在,它是由于电路布线或元器件安装位置不合理而形成的相互间的电场感应、磁场感应以及电磁感应所产生的干扰;
  (3)反射噪声干扰: 长线传输中,由于传输阻抗不匹配会产生反射噪声,而这种反射噪声会对其他电路形成噪声干扰。测控装备机房各种传输线非常多,极易对接收机产生干扰;
  (4)自激振荡所形成的干扰: 这种干扰在接收机中很常见。它是在具有放大功能的电路中由于不正当的正反馈耦合引起的自激振荡所产生的噪声干扰。
  (5)失真噪声干扰:信号在传输过程中,会由于电路工作异常而导致信号波形发生畸变。当畸变波形的谐波分量较大时,特别是和接收机60MHZ中频信号频率相同时,会产生很大的干扰,影响接收机正常工作。
  2.2 干扰的传递方式
  噪声源所产生的噪声之所以能够干扰正常工作的电子系统,是因为存在着一定的传播途径即耦合通道。图1所示为典型的噪声传播途径框图。
  

  图1 噪声传播途径方框图
  从大的方面来分,干扰的传递途径有两条:即通过空间辐射和通过导线传导。
  2.2.1通过导线传导干扰
  干扰通过导线传输主要通过公共阻抗耦合和接地环路耦合方式产生干扰。当设备或元器件公用电源线和地线时(在印制板上是电源轨线和地线轨线),设备或元器件之间就会通过公共阻抗产生相互干扰。电源线和地线本身的电阻很低,但由于包含分布电感,所以高频时其阻抗不可忽略。高频干扰电流就会在公共阻抗上产生相当可观的干扰电压。当两个设备相互间有信号连接,同时又各自在不同地点接地时,如果两个接地点之间存在电位差,就会产生地环干扰。
  2.2.2 通过空间传播干扰
  干扰通过空间传播时,产生干扰的形式分为近场耦合和远场辐射两种。如果敏感电路离干扰源的距离r《λ/2π(λ为干扰源最高频率波长)则为近场耦合,干扰源通过电场和磁场对敏感电路产生干扰。
  设备内部各部分电路之间的干扰常为近场耦合方式。若r》λ/2π时则为远场辐射干扰。一般设备或系统之间的干扰属于远场辐射干扰。
  3.测控装备抗干扰电路的技术实现
  3.1 中频接收机的组成及功能
  以雷达测控装备为例,中频接收机主要包括中频接收机组合和视频接收机组合。其反射和应答通道的组成和原理框图分别如图2、3所示。
 

  图2 中频接收机应答通道组成原理框
 

  图3 中频接收机反射通道组成原理框
  雷达中频接收机是两个独立的三路单脉冲接收机,六路中频接收机中可采用两个32dB数控衰减器来实现接收机间数控AGC功能,为了保证衰减器全部衰减时系统的噪声系数,在两个衰减器之间增加了放大器。反射通道采用了三种SAW脉冲压缩器件以处理各种波形的线形调频信号。
  视频接收组合是由I/Q正交鉴相器和视频放大器组成。其中应用数控衰减器实时调整各路本振信号的相位,以达到补偿接收机系统相位一致性的目的。最后输出反射和应答的12路I/Q信号以及反射和应答的检波信号。
  3.2中频接收机抗干扰的技术实现
  无线电测控装备用于靶场试验的精密跟踪测量时,对接收机的灵敏度、动态范围和增益都提出了很高的要求。而降低接收机内部噪声和外界干扰则是实现接收机高精度工作的关键。故在中频接收机中采取相应的措施来解决这些问题是最为有效的。
  3.2.1 接地和接地技术
  在电子设备中,正确的接地是抑制噪声和防止干扰的主要方法,而设备电路的一个主要干扰途径就是通过不合理接地线引起的。因此正确的处理电路的接地问题是保证接收机正常工作和精度的关键。在中频接收机中有数字地、模拟地和电源地三种。
  3.2.1.1 模拟地
  模拟地是模拟电路零电位公共基准。在相控阵雷达中频接收机中,主要是各级放大器的地。这类放大器工作在60MHz的频率上,很容易接收外来的干扰信号和产生自激而形成干扰。
  3.2.1.2 数字地
  数字地也称为逻辑地,是数字电路零电平的公共线。由于数字信号一般较强,因此对数字地线的要求较模拟地底。但是考虑到数字信号一般工作在脉冲状态,而动态脉冲电流容易在杂散的接地阻抗上产生干扰电压,该电压有时虽然尚未对数字电路本身的工作造成影响,但对于信号较弱的信号源电路或模拟电路来说,往往可能已经形成了严重的干扰。
  3.2.1.3 电源地
  电源地是电源系统的接地线,也是电源电路和其他电路公共的基准线。在中频接收机中有单独的电源组合,在电源组合内部数字地和模拟地是相连的,但中放组合和视放组合的电源是严格分开的。
  3.2.2 滤波技术
  滤波器是一种使有用信号通过而阻止无用信号通过的电子网络。
  在抗干扰电路中,滤波器常常被用来对噪声、干扰等一些非工作信号进行抑制或衰减,达到净化工作信号的目的。特别是对抑制由导线传导耦合到电路中而又对具有一定频率特性的干扰效果十分明显。在测控装备接收机中大量的应用滤波技术来抗干扰。主要有旁路滤波和去耦滤波两种。
  3.2.2.1 旁路滤波器
  旁路滤波器是一种最常见的无源滤波器电路,主要用于对电源网中干扰信号的滤除,同时可以滤除交流分量而保持直流分量。
  在测控装备电源的输入端采用了这种电路。电路如图4所示,其中, 经过改进使脉压后的信号特性有了很大改善。
  

  图4 旁路LC滤波器
  第一,消除了原来脉压的过冲现象,第二,降低副瓣的影响。
  3.2.2.2 去耦滤波器
  众所周知,当一个直流电源给多个电路供电时,如处理不当,可由电源的内阻引起各电路间的相互干扰或产生自激振荡之类的噪声。
  在测控装备接收机中,解决的办法是在每个电路的直流电源进线端与地之间加接LC去耦滤波器。利用去耦滤波器可以把电路和电源隔离,以消除各电路间的耦合。
  3.2.3 布线技术
  电子系统的布线包括各印刷电路板的设计走线和机柜信号传输电缆走线。由于接收机本身的灵敏性以及所处的电磁环境的复杂性。所以在抑制干扰上,布线是十分重要的。
  在印刷电路板的布线设计上,主要注意以下几点:(1)输入回路与输出回路尽量远离,以免输出信号反馈到输入回路而产生自激振荡。(2)信号的走线应呈直线状,尽量避免交错。(3)采用较大面积的接地铜箔。(4)在电路板的选用上采用四层印制板结构,将电源线和地线全部做到中间两层,形成大面积的电源面和地线面,从而降低了信号特性阻抗,减小了串扰。
  3.2.4 屏蔽技术和光纤传输技术
  噪声信号对电子电路所形成的干扰按其耦合方式一般可分为电场感应耦合、磁场感应耦合和电磁感应耦合三类。相应的屏蔽也分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽三种。
  无线电测控装备中主要采用将干扰源屏蔽和隔离的方法使他们不向外辐射。接收机中信号的传输采用屏蔽质量好,性能指标高的同轴电缆。尽管如此,在传输20MHz的同步信号时,它的3次谐波对60MHz的中频信号还存在一定干扰。针对这种情况,对于主要的传输信号电缆采取双屏蔽线来传输,以提高抗干扰性能。
  另外,还有一种彻底解决20MHz同步信号的干扰,即利用光纤来传输影响较大的20MHz信号。这样在空间便不会辐射3次谐波,也就不会干扰60MHz的中频信号。
  最简单的调制光脉冲可由发光器件得到,将电信号经适当的功率放大器放大后,驱动发光器件,经由透镜进入光纤接收头即可变成相应的的光脉冲信号。光信号的接收一般由光敏器件来完成,由光纤传输的光脉冲信号经光纤连接器射入光敏器件,即可由光敏器件输出对应的电信号,从而完成脉冲信号通过光缆的发送和接收。
  4.结论
  在实际工作中,解决测控装备抗干扰的措施有多种方法,无线电中频接收机常采用以上多种抗干扰技术,保证了接收机能在复杂的电磁环境中正常工作,同时也大大的提高了接收机的精度和输出信号质量。在将来测控装备操管工作中,我们可根据不同的工作需要,利用以上方法合理的解决遇到的类似问题。
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