抗干擾電路在測(cè)控裝備中的應(yīng)用

1.引言

　　眾所周知，接收機(jī)在無(wú)線電測(cè)控裝備中的位置介于天線和信號(hào)處理系統(tǒng)之間。其功能是從天線上所接收到的許多電磁信號(hào)中選出有用的目標(biāo)回波，經(jīng)過(guò)放大、轉(zhuǎn)換以后送給信號(hào)處理或終端顯示設(shè)備。由于我們所需要的只是有用信號(hào)，其它不需要的電磁信號(hào)都稱(chēng)為干擾。

　　因此接收機(jī)的功能之一就是從包括干擾的信號(hào)中，選擇所需要的目標(biāo)信號(hào)，并抑制干擾信號(hào)。在無(wú)線電測(cè)控裝備中，中頻接收機(jī)可采用多種抗干擾措施，以此提高了接收機(jī)的性能指標(biāo)，以確保測(cè)控裝備信號(hào)處理和測(cè)量精度。

　　2.干擾的分類(lèi)及傳遞方式

　　一般而言，無(wú)線電測(cè)控裝備中易受干擾的部分是中頻接收機(jī)，除此之外還有模擬器、溫度控制、伺服控制、視頻處理、中心機(jī)和控制機(jī)以及顯控臺(tái)等電子設(shè)備。因而，中頻接收機(jī)工作的電磁環(huán)境十分復(fù)雜。這些設(shè)備在工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生不同形式的噪聲干擾，影響接收機(jī)的工作性能。

　　2.1 干擾的分類(lèi)

　　根據(jù)無(wú)線電測(cè)控裝備中頻接收機(jī)的工作環(huán)境，干擾按照其產(chǎn)生和傳播途徑的不同，一般可以分為以下幾種：

　?。?）電源干擾： 這種干擾的現(xiàn)象十分普遍。它是由不同的電子系統(tǒng)（或同一系統(tǒng)中的不同電路）共用同一個(gè)電源時(shí)，由公共阻抗（即電源的內(nèi)阻）的耦合會(huì)形成自身噪聲的輸出或?qū)ν鈦?lái)干擾的接收，從而引起中頻接收信號(hào)的干擾；

　?。?）感應(yīng)噪聲干擾： 這種干擾在每個(gè)電路板的設(shè)計(jì)中都存在，它是由于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(chǎng)感應(yīng)、磁場(chǎng)感應(yīng)以及電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的干擾；

　?。?）反射噪聲干擾： 長(zhǎng)線傳輸中，由于傳輸阻抗不匹配會(huì)產(chǎn)生反射噪聲，而這種反射噪聲會(huì)對(duì)其他電路形成噪聲干擾。測(cè)控裝備機(jī)房各種傳輸線非常多，極易對(duì)接收機(jī)產(chǎn)生干擾；

　?。?）自激振蕩所形成的干擾： 這種干擾在接收機(jī)中很常見(jiàn)。它是在具有放大功能的電路中由于不正當(dāng)?shù)恼答侎詈弦鸬淖约ふ袷幩a(chǎn)生的噪聲干擾。

　　（5）失真噪聲干擾：信號(hào)在傳輸過(guò)程中，會(huì)由于電路工作異常而導(dǎo)致信號(hào)波形發(fā)生畸變。當(dāng)畸變波形的諧波分量較大時(shí)，特別是和接收機(jī)60MHZ中頻信號(hào)頻率相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的干擾，影響接收機(jī)正常工作。

　　2.2 干擾的傳遞方式

　　噪聲源所產(chǎn)生的噪聲之所以能夠干擾正常工作的電子系統(tǒng)，是因?yàn)榇嬖谥欢ǖ膫鞑ネ緩郊瘩詈贤ǖ?。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(lái)分，干擾的傳遞途徑有兩條：即通過(guò)空間輻射和通過(guò)導(dǎo)線傳導(dǎo)。

　　2.2.1通過(guò)導(dǎo)線傳導(dǎo)干擾

　　干擾通過(guò)導(dǎo)線傳輸主要通過(guò)公共阻抗耦合和接地環(huán)路耦合方式產(chǎn)生干擾。當(dāng)設(shè)備或元器件公用電源線和地線時(shí)（在印制板上是電源軌線和地線軌線），設(shè)備或元器件之間就會(huì)通過(guò)公共阻抗產(chǎn)生相互干擾。電源線和地線本身的電阻很低，但由于包含分布電感，所以高頻時(shí)其阻抗不可忽略。高頻干擾電流就會(huì)在公共阻抗上產(chǎn)生相當(dāng)可觀的干擾電壓。當(dāng)兩個(gè)設(shè)備相互間有信號(hào)連接，同時(shí)又各自在不同地點(diǎn)接地時(shí)，如果兩個(gè)接地點(diǎn)之間存在電位差，就會(huì)產(chǎn)生地環(huán)干擾。

　　2.2.2 通過(guò)空間傳播干擾

　　干擾通過(guò)空間傳播時(shí)，產(chǎn)生干擾的形式分為近場(chǎng)耦合和遠(yuǎn)場(chǎng)輻射兩種。如果敏感電路離干擾源的距離r《λ/2π（λ為干擾源最高頻率波長(zhǎng)）則為近場(chǎng)耦合，干擾源通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)敏感電路產(chǎn)生干擾。

　　設(shè)備內(nèi)部各部分電路之間的干擾常為近場(chǎng)耦合方式。若r》λ/2π時(shí)則為遠(yuǎn)場(chǎng)輻射干擾。一般設(shè)備或系統(tǒng)之間的干擾屬于遠(yuǎn)場(chǎng)輻射干擾。

　　3.測(cè)控裝備抗干擾電路的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

　　3.1 中頻接收機(jī)的組成及功能

　　以雷達(dá)測(cè)控裝備為例，中頻接收機(jī)主要包括中頻接收機(jī)組合和視頻接收機(jī)組合。其反射和應(yīng)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(jī)應(yīng)答通道組成原理框

　　圖3 中頻接收機(jī)反射通道組成原理框

　　雷達(dá)中頻接收機(jī)是兩個(gè)獨(dú)立的三路單脈沖接收機(jī)，六路中頻接收機(jī)中可采用兩個(gè)32dB數(shù)控衰減器來(lái)實(shí)現(xiàn)接收機(jī)間數(shù)控AGC功能，為了保證衰減器全部衰減時(shí)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，在兩個(gè)衰減器之間增加了放大器。反射通道采用了三種SAW脈沖壓縮器件以處理各種波形的線形調(diào)頻信號(hào)。

　　視頻接收組合是由I/Q正交鑒相器和視頻放大器組成。其中應(yīng)用數(shù)控衰減器實(shí)時(shí)調(diào)整各路本振信號(hào)的相位，以達(dá)到補(bǔ)償接收機(jī)系統(tǒng)相位一致性的目的。最后輸出反射和應(yīng)答的12路I/Q信號(hào)以及反射和應(yīng)答的檢波信號(hào)。

　　3.2中頻接收機(jī)抗干擾的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

　　無(wú)線電測(cè)控裝備用于靶場(chǎng)試驗(yàn)的精密跟蹤測(cè)量時(shí)，對(duì)接收機(jī)的靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍和增益都提出了很高的要求。而降低接收機(jī)內(nèi)部噪聲和外界干擾則是實(shí)現(xiàn)接收機(jī)高精度工作的關(guān)鍵。故在中頻接收機(jī)中采取相應(yīng)的措施來(lái)解決這些問(wèn)題是最為有效的。

　　3.2.1 接地和接地技術(shù)

　　在電子設(shè)備中，正確的接地是抑制噪聲和防止干擾的主要方法，而設(shè)備電路的一個(gè)主要干擾途徑就是通過(guò)不合理接地線引起的。因此正確的處理電路的接地問(wèn)題是保證接收機(jī)正常工作和精度的關(guān)鍵。在中頻接收機(jī)中有數(shù)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(zhǔn)。在相控陣?yán)走_(dá)中頻接收機(jī)中，主要是各級(jí)放大器的地。這類(lèi)放大器工作在60MHz的頻率上，很容易接收外來(lái)的干擾信號(hào)和產(chǎn)生自激而形成干擾。

　　3.2.1.2 數(shù)字地

　　數(shù)字地也稱(chēng)為邏輯地，是數(shù)字電路零電平的公共線。由于數(shù)字信號(hào)一般較強(qiáng)，因此對(duì)數(shù)字地線的要求較模擬地底。但是考慮到數(shù)字信號(hào)一般工作在脈沖狀態(tài)，而動(dòng)態(tài)脈沖電流容易在雜散的接地阻抗上產(chǎn)生干擾電壓，該電壓有時(shí)雖然尚未對(duì)數(shù)字電路本身的工作造成影響，但對(duì)于信號(hào)較弱的信號(hào)源電路或模擬電路來(lái)說(shuō)，往往可能已經(jīng)形成了嚴(yán)重的干擾。

　　3.2.1.3 電源地

　　電源地是電源系統(tǒng)的接地線，也是電源電路和其他電路公共的基準(zhǔn)線。在中頻接收機(jī)中有單獨(dú)的電源組合，在電源組合內(nèi)部數(shù)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(yán)格分開(kāi)的。

　　3.2.2 濾波技術(shù)

　　濾波器是一種使有用信號(hào)通過(guò)而阻止無(wú)用信號(hào)通過(guò)的電子網(wǎng)絡(luò)。

　　在抗干擾電路中，濾波器常常被用來(lái)對(duì)噪聲、干擾等一些非工作信號(hào)進(jìn)行抑制或衰減，達(dá)到凈化工作信號(hào)的目的。特別是對(duì)抑制由導(dǎo)線傳導(dǎo)耦合到電路中而又對(duì)具有一定頻率特性的干擾效果十分明顯。在測(cè)控裝備接收機(jī)中大量的應(yīng)用濾波技術(shù)來(lái)抗干擾。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(jiàn)的無(wú)源濾波器電路，主要用于對(duì)電源網(wǎng)中干擾信號(hào)的濾除，同時(shí)可以濾除交流分量而保持直流分量。

　　在測(cè)控裝備電源的輸入端采用了這種電路。電路如圖4所示，其中， 經(jīng)過(guò)改進(jìn)使脈壓后的信號(hào)特性有了很大改善。

　　圖4 旁路LC濾波器

　　第一，消除了原來(lái)脈壓的過(guò)沖現(xiàn)象，第二，降低副瓣的影響。

　　3.2.2.2 去耦濾波器

　　眾所周知，當(dāng)一個(gè)直流電源給多個(gè)電路供電時(shí)，如處理不當(dāng)，可由電源的內(nèi)阻引起各電路間的相互干擾或產(chǎn)生自激振蕩之類(lèi)的噪聲。

　　在測(cè)控裝備接收機(jī)中，解決的辦法是在每個(gè)電路的直流電源進(jìn)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(shù)

　　電子系統(tǒng)的布線包括各印刷電路板的設(shè)計(jì)走線和機(jī)柜信號(hào)傳輸電纜走線。由于接收機(jī)本身的靈敏性以及所處的電磁環(huán)境的復(fù)雜性。所以在抑制干擾上，布線是十分重要的。

　　在印刷電路板的布線設(shè)計(jì)上，主要注意以下幾點(diǎn)：（1）輸入回路與輸出回路盡量遠(yuǎn)離，以免輸出信號(hào)反饋到輸入回路而產(chǎn)生自激振蕩。（2）信號(hào)的走線應(yīng)呈直線狀，盡量避免交錯(cuò)。（3）采用較大面積的接地銅箔。（4）在電路板的選用上采用四層印制板結(jié)構(gòu)，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(hào)特性阻抗，減小了串?dāng)_。

　　3.2.4 屏蔽技術(shù)和光纖傳輸技術(shù)

　　噪聲信號(hào)對(duì)電子電路所形成的干擾按其耦合方式一般可分為電場(chǎng)感應(yīng)耦合、磁場(chǎng)感應(yīng)耦合和電磁感應(yīng)耦合三類(lèi)。相應(yīng)的屏蔽也分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁屏蔽三種。

　　無(wú)線電測(cè)控裝備中主要采用將干擾源屏蔽和隔離的方法使他們不向外輻射。接收機(jī)中信號(hào)的傳輸采用屏蔽質(zhì)量好，性能指標(biāo)高的同軸電纜。盡管如此，在傳輸20MHz的同步信號(hào)時(shí)，它的3次諧波對(duì)60MHz的中頻信號(hào)還存在一定干擾。針對(duì)這種情況，對(duì)于主要的傳輸信號(hào)電纜采取雙屏蔽線來(lái)傳輸，以提高抗干擾性能。

　　另外，還有一種徹底解決20MHz同步信號(hào)的干擾，即利用光纖來(lái)傳輸影響較大的20MHz信號(hào)。這樣在空間便不會(huì)輻射3次諧波，也就不會(huì)干擾60MHz的中頻信號(hào)。

　　最簡(jiǎn)單的調(diào)制光脈沖可由發(fā)光器件得到，將電信號(hào)經(jīng)適當(dāng)?shù)墓β史糯笃鞣糯蠛螅?qū)動(dòng)發(fā)光器件，經(jīng)由透鏡進(jìn)入光纖接收頭即可變成相應(yīng)的的光脈沖信號(hào)。光信號(hào)的接收一般由光敏器件來(lái)完成，由光纖傳輸?shù)墓饷}沖信號(hào)經(jīng)光纖連接器射入光敏器件，即可由光敏器件輸出對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，從而完成脈沖信號(hào)通過(guò)光纜的發(fā)送和接收。

　　4.結(jié)論

　　在實(shí)際工作中，解決測(cè)控裝備抗干擾的措施有多種方法，無(wú)線電中頻接收機(jī)常采用以上多種抗干擾技術(shù)，保證了接收機(jī)能在復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作，同時(shí)也大大的提高了接收機(jī)的精度和輸出信號(hào)質(zhì)量。在將來(lái)測(cè)控裝備操管工作中，我們可根據(jù)不同的工作需要，利用以上方法合理的解決遇到的類(lèi)似問(wèn)題。