抗幹擾電路在測控裝備中的應用

1.引言

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　　眾所周知，接收機在無線電測控裝備中的位置介於天線和信號處理系統之間。其功能是從天線上所接收到的許多電磁信號中選出有用的目標回波，經過放大、轉換以後送給信號處理或終端顯示設備。由於我們所需要的只是有用信號，其它不需要的電磁信號都稱為幹擾。

　　因此接收機的功能之一就是從包括幹擾的信號中，選擇所需要的目標信號，並抑制幹擾信號。在無線電測控裝備中，中頻接收機可採用多種抗幹擾措施，以此提高了接收機的性能指標，以確保測控裝備信號處理和測量精度。

　　2.幹擾的分類及傳遞方式

　　一般而言，無線電測控裝備中易受幹擾的部分是中頻接收機，除此之外還有模擬器、溫度控制、伺服控制、視頻處理、中心機和控制機以及顯控臺等電子設備。因而，中頻接收機工作的電磁環境十分複雜。這些設備在工作時都會產生不同形式的噪聲幹擾，影響接收機的工作性能。

　　2.1 幹擾的分類

　　根據無線電測控裝備中頻接收機的工作環境，幹擾按照其產生和傳播途徑的不同，一般可以分為以下幾種：

　　（1）電源幹擾： 這種幹擾的現象十分普遍。它是由不同的電子系統（或同一系統中的不同電路）共用同一個電源時，由公共阻抗（即電源的內阻）的耦合會形成自身噪聲的輸出或對外來幹擾的接收，從而引起中頻接收信號的幹擾；

　　（2）感應噪聲幹擾： 這種幹擾在每個電路板的設計中都存在，它是由於電路布線或元器件安裝位置不合理而形成的相互間的電場感應、磁場感應以及電磁感應所產生的幹擾；

　　（3）反射噪聲幹擾： 長線傳輸中，由於傳輸阻抗不匹配會產生反射噪聲，而這種反射噪聲會對其他電路形成噪聲幹擾。測控裝備機房各種傳輸線非常多，極易對接收機產生幹擾；

　　（4）自激振蕩所形成的幹擾： 這種幹擾在接收機中很常見。它是在具有放大功能的電路中由於不正當的正反饋耦合引起的自激振蕩所產生的噪聲幹擾。

　　（5）失真噪聲幹擾：信號在傳輸過程中，會由於電路工作異常而導致信號波形發生畸變。當畸變波形的諧波分量較大時，特別是和接收機60MHZ中頻信號頻率相同時，會產生很大的幹擾，影響接收機正常工作。

　　2.2 幹擾的傳遞方式

　　噪聲源所產生的噪聲之所以能夠幹擾正常工作的電子系統，是因為存在著一定的傳播途徑即耦合通道。圖1所示為典型的噪聲傳播途徑框圖。

　　

　　圖1 噪聲傳播途徑方框圖

　　從大的方面來分，幹擾的傳遞途徑有兩條：即通過空間輻射和通過導線傳導。

　　2.2.1通過導線傳導幹擾

　　幹擾通過導線傳輸主要通過公共阻抗耦合和接地環路耦合方式產生幹擾。當設備或元器件公用電源線和地線時（在印製板上是電源軌線和地線軌線），設備或元器件之間就會通過公共阻抗產生相互幹擾。電源線和地線本身的電阻很低，但由於包含分布電感，所以高頻時其阻抗不可忽略。高頻幹擾電流就會在公共阻抗上產生相當可觀的幹擾電壓。當兩個設備相互間有信號連接，同時又各自在不同地點接地時，如果兩個接地點之間存在電位差，就會產生地環幹擾。

　　2.2.2 通過空間傳播幹擾

　　幹擾通過空間傳播時，產生幹擾的形式分為近場耦合和遠場輻射兩種。如果敏感電路離幹擾源的距離r《λ/2π（λ為幹擾源最高頻率波長）則為近場耦合，幹擾源通過電場和磁場對敏感電路產生幹擾。

　　設備內部各部分電路之間的幹擾常為近場耦合方式。若r》λ/2π時則為遠場輻射幹擾。一般設備或系統之間的幹擾屬於遠場輻射幹擾。

　　3.測控裝備抗幹擾電路的技術實現

　　3.1 中頻接收機的組成及功能

　　以雷達測控裝備為例，中頻接收機主要包括中頻接收機組合和視頻接收機組合。其反射和應答通道的組成和原理框圖分別如圖2、3所示。

　　

　　圖2 中頻接收機應答通道組成原理框

　　

　　圖3 中頻接收機反射通道組成原理框

　　雷達中頻接收機是兩個獨立的三路單脈衝接收機，六路中頻接收機中可採用兩個32dB數控衰減器來實現接收機間數控AGC功能，為了保證衰減器全部衰減時系統的噪聲係數，在兩個衰減器之間增加了放大器。反射通道採用了三種SAW脈衝壓縮器件以處理各種波形的線形調頻信號。

　　視頻接收組合是由I/Q正交鑑相器和視頻放大器組成。其中應用數控衰減器實時調整各路本振信號的相位，以達到補償接收機系統相位一致性的目的。最後輸出反射和應答的12路I/Q信號以及反射和應答的檢波信號。

　　3.2中頻接收機抗幹擾的技術實現

　　無線電測控裝備用於靶場試驗的精密跟蹤測量時，對接收機的靈敏度、動態範圍和增益都提出了很高的要求。而降低接收機內部噪聲和外界幹擾則是實現接收機高精度工作的關鍵。故在中頻接收機中採取相應的措施來解決這些問題是最為有效的。

　　3.2.1 接地和接地技術

　　在電子設備中，正確的接地是抑制噪聲和防止幹擾的主要方法，而設備電路的一個主要幹擾途徑就是通過不合理接地線引起的。因此正確的處理電路的接地問題是保證接收機正常工作和精度的關鍵。在中頻接收機中有數字地、模擬地和電源地三種。

　　3.2.1.1 模擬地

　　模擬地是模擬電路零電位公共基準。在相控陣雷達中頻接收機中，主要是各級放大器的地。這類放大器工作在60MHz的頻率上，很容易接收外來的幹擾信號和產生自激而形成幹擾。

　　3.2.1.2 數字地

　　數字地也稱為邏輯地，是數字電路零電平的公共線。由於數位訊號一般較強，因此對數字地線的要求較模擬地底。但是考慮到數位訊號一般工作在脈衝狀態，而動態脈衝電流容易在雜散的接地阻抗上產生幹擾電壓，該電壓有時雖然尚未對數字電路本身的工作造成影響，但對於信號較弱的信號源電路或模擬電路來說，往往可能已經形成了嚴重的幹擾。

　　3.2.1.3 電源地

　　電源地是電源系統的接地線，也是電源電路和其他電路公共的基準線。在中頻接收機中有單獨的電源組合，在電源組合內部數字地和模擬地是相連的，但中放組合和視放組合的電源是嚴格分開的。

　　3.2.2 濾波技術

　　濾波器是一種使有用信號通過而阻止無用信號通過的電子網絡。

　　在抗幹擾電路中，濾波器常常被用來對噪聲、幹擾等一些非工作信號進行抑制或衰減，達到淨化工作信號的目的。特別是對抑制由導線傳導耦合到電路中而又對具有一定頻率特性的幹擾效果十分明顯。在測控裝備接收機中大量的應用濾波技術來抗幹擾。主要有旁路濾波和去耦濾波兩種。

　　3.2.2.1 旁路濾波器

　　旁路濾波器是一種最常見的無源濾波器電路，主要用於對電源網中幹擾信號的濾除，同時可以濾除交流分量而保持直流分量。

　　在測控裝備電源的輸入端採用了這種電路。電路如圖4所示，其中， 經過改進使脈壓後的信號特性有了很大改善。

　　

　　圖4 旁路LC濾波器

　　第一，消除了原來脈壓的過衝現象，第二，降低副瓣的影響。

　　3.2.2.2 去耦濾波器

　　眾所周知，當一個直流電源給多個電路供電時，如處理不當，可由電源的內阻引起各電路間的相互幹擾或產生自激振蕩之類的噪聲。

　　在測控裝備接收機中，解決的辦法是在每個電路的直流電源進線端與地之間加接LC去耦濾波器。利用去耦濾波器可以把電路和電源隔離，以消除各電路間的耦合。

　　3.2.3 布線技術

　　電子系統的布線包括各印刷電路板的設計走線和機櫃信號傳輸電纜走線。由於接收機本身的靈敏性以及所處的電磁環境的複雜性。所以在抑制幹擾上，布線是十分重要的。

　　在印刷電路板的布線設計上，主要注意以下幾點：（1）輸入迴路與輸出迴路儘量遠離，以免輸出信號反饋到輸入迴路而產生自激振蕩。（2）信號的走線應呈直線狀，儘量避免交錯。（3）採用較大面積的接地銅箔。（4）在電路板的選用上採用四層印製板結構，將電源線和地線全部做到中間兩層，形成大面積的電源面和地線面，從而降低了信號特性阻抗，減小了串擾。

　　3.2.4 屏蔽技術和光纖傳輸技術

　　噪聲信號對電子電路所形成的幹擾按其耦合方式一般可分為電場感應耦合、磁場感應耦合和電磁感應耦合三類。相應的屏蔽也分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽三種。

　　無線電測控裝備中主要採用將幹擾源屏蔽和隔離的方法使他們不向外輻射。接收機中信號的傳輸採用屏蔽質量好，性能指標高的同軸電纜。儘管如此，在傳輸20MHz的同步信號時，它的3次諧波對60MHz的中頻信號還存在一定幹擾。針對這種情況，對於主要的傳輸信號電纜採取雙屏蔽線來傳輸，以提高抗幹擾性能。

　　另外，還有一種徹底解決20MHz同步信號的幹擾，即利用光纖來傳輸影響較大的20MHz信號。這樣在空間便不會輻射3次諧波，也就不會干擾60MHz的中頻信號。

　　最簡單的調製光脈衝可由發光器件得到，將電信號經適當的功率放大器放大後，驅動發光器件，經由透鏡進入光纖接收頭即可變成相應的的光脈衝信號。光信號的接收一般由光敏器件來完成，由光纖傳輸的光脈衝信號經光纖連接器射入光敏器件，即可由光敏器件輸出對應的電信號，從而完成脈衝信號通過光纜的發送和接收。

　　4.結論

　　在實際工作中，解決測控裝備抗幹擾的措施有多種方法，無線電中頻接收機常採用以上多種抗幹擾技術，保證了接收機能在複雜的電磁環境中正常工作，同時也大大的提高了接收機的精度和輸出信號質量。在將來測控裝備操管工作中，我們可根據不同的工作需要，利用以上方法合理的解決遇到的類似問題。