抗干擾電路在測控裝備中的應用

1.引言

　　眾所周知，接收機在無(wú)線(xiàn)電測控裝備中的位置介于天線(xiàn)和信號處理系統之間。其功能是從天線(xiàn)上所接收到的許多電磁信號中選出有用的目標回波，經(jīng)過(guò)放大、轉換以后送給信號處理或終端顯示設備。由于我們所需要的只是有用信號，其它不需要的電磁信號都稱(chēng)為干擾。

　　因此接收機的功能之一就是從包括干擾的信號中，選擇所需要的目標信號，并抑制干擾信號。在無(wú)線(xiàn)電測控裝備中，中頻接收機可采用多種抗干擾措施，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.干擾的分類(lèi)及傳遞方式

　　一般而言，無(wú)線(xiàn)電測控裝備中易受干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(huán)境十分復雜。這些設備在工作時(shí)都會(huì )產(chǎn)生不同形式的噪聲干擾，影響接收機的工作性能。

　　2.1 干擾的分類(lèi)

　　根據無(wú)線(xiàn)電測控裝備中頻接收機的工作環(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(gè)電源時(shí)，由公共阻抗（即電源的內阻）的耦合會(huì )形成自身噪聲的輸出或對外來(lái)干擾的接收，從而引起中頻接收信號的干擾；

　?。?）感應噪聲干擾： 這種干擾在每個(gè)電路板的設計中都存在，它是由于電路布線(xiàn)或元器件安裝位置不合理而形成的相互間的電場(chǎng)感應、磁場(chǎng)感應以及電磁感應所產(chǎn)生的干擾；

　?。?）反射噪聲干擾： 長(cháng)線(xiàn)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 )對其他電路形成噪聲干擾。測控裝備機房各種傳輸線(xiàn)非常多，極易對接收機產(chǎn)生干擾；

　?。?）自激振蕩所形成的干擾： 這種干擾在接收機中很常見(jiàn)。它是在具有放大功能的電路中由于不正當的正反饋耦合引起的自激振蕩所產(chǎn)生的噪聲干擾。

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

　　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，是因為存在著(zhù)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(lái)分，干擾的傳遞途徑有兩條：即通過(guò)空間輻射和通過(guò)導線(xiàn)傳導。

　　2.2.1通過(guò)導線(xiàn)傳導干擾

　　干擾通過(guò)導線(xiàn)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。當設備或元器件公用電源線(xiàn)和地線(xiàn)時(shí)（在印制板上是電源軌線(xiàn)和地線(xiàn)軌線(xiàn)），設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(xiàn)和地線(xiàn)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)生相當可觀(guān)的干擾電壓。當兩個(gè)設備相互間有信號連接，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(cháng)）則為近場(chǎng)耦合，干擾源通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)對敏感電路產(chǎn)生干擾。

　　設備內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)則為遠場(chǎng)輻射干擾。一般設備或系統之間的干擾屬于遠場(chǎng)輻射干擾。

　　3.測控裝備抗干擾電路的技術(shù)實(shí)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(gè)獨立的三路單脈沖接收機，六路中頻接收機中可采用兩個(gè)32dB數控衰減器來(lái)實(shí)現接收機間數控AGC功能，為了保證衰減器全部衰減時(shí)系統的噪聲系數，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(xiàn)形調頻信號。

　　視頻接收組合是由I/Q正交鑒相器和視頻放大器組成。其中應用數控衰減器實(shí)時(shí)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。最后輸出反射和應答的12路I/Q信號以及反射和應答的檢波信號。

　　3.2中頻接收機抗干擾的技術(shù)實(shí)現

　　無(wú)線(xiàn)電測控裝備用于靶場(chǎng)試驗的精密跟蹤測量時(shí)，對接收機的靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍和增益都提出了很高的要求。而降低接收機內部噪聲和外界干擾則是實(shí)現接收機高精度工作的關(guān)鍵。故在中頻接收機中采取相應的措施來(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)

　　在電子設備中，正確的接地是抑制噪聲和防止干擾的主要方法，而設備電路的一個(gè)主要干擾途徑就是通過(guò)不合理接地線(xiàn)引起的。因此正確的處理電路的接地問(wèn)題是保證接收機正常工作和精度的關(guān)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(lèi)放大器工作在60MHz的頻率上，很容易接收外來(lái)的干擾信號和產(chǎn)生自激而形成干擾。

　　3.2.1.2 數字地

　　數字地也稱(chēng)為邏輯地，是數字電路零電平的公共線(xiàn)。由于數字信號一般較強，因此對數字地線(xiàn)的要求較模擬地底。但是考慮到數字信號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)雖然尚未對數字電路本身的工作造成影響，但對于信號較弱的信號源電路或模擬電路來(lái)說(shuō)，往往可能已經(jīng)形成了嚴重的干擾。

　　3.2.1.3 電源地

　　電源地是電源系統的接地線(xiàn)，也是電源電路和其他電路公共的基準線(xiàn)。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(kāi)的。

　　3.2.2 濾波技術(shù)

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

　　在抗干擾電路中，濾波器常常被用來(lái)對噪聲、干擾等一些非工作信號進(jìn)行抑制或衰減，達到凈化工作信號的目的。特別是對抑制由導線(xiàn)傳導耦合到電路中而又對具有一定頻率特性的干擾效果十分明顯。在測控裝備接收機中大量的應用濾波技術(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，主要用于對電源網(wǎng)中干擾信號的濾除，同時(shí)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(gè)直流電源給多個(gè)電路供電時(shí)，如處理不當，可由電源的內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。

　　在測控裝備接收機中，解決的辦法是在每個(gè)電路的直流電源進(jìn)線(xiàn)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(xiàn)技術(shù)

　　電子系統的布線(xiàn)包括各印刷電路板的設計走線(xiàn)和機柜信號傳輸電纜走線(xiàn)。由于接收機本身的靈敏性以及所處的電磁環(huán)境的復雜性。所以在抑制干擾上，布線(xiàn)是十分重要的。

　　在印刷電路板的布線(xiàn)設計上，主要注意以下幾點(diǎn)：（1）輸入回路與輸出回路盡量遠離，以免輸出信號反饋到輸入回路而產(chǎn)生自激振蕩。（2）信號的走線(xiàn)應呈直線(xiàn)狀，盡量避免交錯。（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構，將電源線(xiàn)和地線(xiàn)全部做到中間兩層，形成大面積的電源面和地線(xiàn)面，從而降低了信號特性阻抗，減小了串擾。

　　3.2.4 屏蔽技術(shù)和光纖傳輸技術(shù)

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

　　無(wú)線(xiàn)電測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。接收機中信號的傳輸采用屏蔽質(zhì)量好，性能指標高的同軸電纜。盡管如此，在傳輸20MHz的同步信號時(shí)，它的3次諧波對60MHz的中頻信號還存在一定干擾。針對這種情況，對于主要的傳輸信號電纜采取雙屏蔽線(xiàn)來(lái)傳輸，以提高抗干擾性能。

　　另外，還有一種徹底解決20MHz同步信號的干擾，即利用光纖來(lái)傳輸影響較大的20MHz信號。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。

　　最簡(jiǎn)單的調制光脈沖可由發(fā)光器件得到，將電信號經(jīng)適當的功率放大器放大后，驅動(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的的光脈沖信號。光信號的接收一般由光敏器件來(lái)完成，由光纖傳輸的光脈沖信號經(jīng)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，從而完成脈沖信號通過(guò)光纜的發(fā)送和接收。

　　4.結論

　　在實(shí)際工作中，解決測控裝備抗干擾的措施有多種方法，無(wú)線(xiàn)電中頻接收機常采用以上多種抗干擾技術(shù)，保證了接收機能在復雜的電磁環(huán)境中正常工作，同時(shí)也大大的提高了接收機的精度和輸出信號質(zhì)量。在將來(lái)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(lèi)似問(wèn)題。