抗干擾電路在測控裝備中的應(yīng)用

1.引言

　　眾所周知，接收機(jī)在無線電測控裝備中的位置介于天線和信號處理系統(tǒng)之間。其功能是從天線上所接收到的許多電磁信號中選出有用的目標(biāo)回波，經(jīng)過放大、轉(zhuǎn)換以后送給信號處理或終端顯示設(shè)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為干擾。

　　因此接收機(jī)的功能之一就是從包括干擾的信號中，選擇所需要的目標(biāo)信號，并抑制干擾信號。在無線電測控裝備中，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)，以確保測控裝備信號處理和測量精度。

　　2.干擾的分類及傳遞方式

　　一般而言，無線電測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)備在工作時都會產(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

　　根據(jù)無線電測控裝備中頻接收機(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）共用同一個電源時，由公共阻抗（即電源的內(nèi)阻）的耦合會形成自身噪聲的輸出或?qū)ν鈦砀蓴_的接收，從而引起中頻接收信號的干擾；

　?。?）感應(yīng)噪聲干擾： 這種干擾在每個電路板的設(shè)計中都存在，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感應(yīng)、磁場感應(yīng)以及電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的干擾；

　?。?）反射噪聲干擾： 長線傳輸中，由于傳輸阻抗不匹配會產(chǎn)生反射噪聲，而這種反射噪聲會對其他電路形成噪聲干擾。測控裝備機(jī)房各種傳輸線非常多，極易對接收機(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。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：信號在傳輸過程中，會由于電路工作異常而導(dǎo)致信號波形發(fā)生畸變。當(dāng)畸變波形的諧波分量較大時，特別是和接收機(jī)60MHZ中頻信號頻率相同時，會產(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

　　從大的方面來分，干擾的傳遞途徑有兩條：即通過空間輻射和通過導(dǎo)線傳導(dǎo)。

　　2.2.1通過導(dǎo)線傳導(dǎo)干擾

　　干擾通過導(dǎo)線傳輸主要通過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（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通過公共阻抗產(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，所以高頻時其阻抗不可忽略。高頻干擾電流就會在公共阻抗上產(chǎn)生相當(dāng)可觀的干擾電壓。當(dāng)兩個設(shè)備相互間有信號連接，同時又各自在不同地點(diǎn)接地時，如果兩個接地點(diǎn)之間存在電位差，就會產(chǎn)生地環(huán)干擾。

　　2.2.2 通過空間傳播干擾

　　干擾通過空間傳播時，產(chǎn)生干擾的形式分為近場耦合和遠(yuǎn)場輻射兩種。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）則為近場耦合，干擾源通過電場和磁場對敏感電路產(chǎn)生干擾。

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

　　3.測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32dB數(shù)控衰減器來實(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系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，在兩個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。

　　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)時調(diào)整各路本振信號的相位，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信號以及反射和應(yīng)答的檢波信號。

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

　　無線電測控裝備用于靶場試驗(yàn)的精密跟蹤測量時，對接收機(jī)的靈敏度、動態(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)的措施來解決這些問題是最為有效的。

　　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)備電路的一個主要干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(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，很容易接收外來的干擾信號和產(chǎn)生自激而形成干擾。

　　3.2.1.2 數(shù)字地

　　數(shù)字地也稱為邏輯地，是數(shù)字電路零電平的公共線。由于數(shù)字信號一般較強(qiáng)，因此對數(shù)字地線的要求較模擬地底。但是考慮到數(shù)字信號一般工作在脈沖狀態(tài)，而動態(tài)脈沖電流容易在雜散的接地阻抗上產(chǎn)生干擾電壓，該電壓有時雖然尚未對數(shù)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說，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)格分開的。

　　3.2.2 濾波技術(shù)

　　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(wǎng)絡(luò)。

　　在抗干擾電路中，濾波器常常被用來對噪聲、干擾等一些非工作信號進(jìn)行抑制或衰減，達(dá)到凈化工作信號的目的。特別是對抑制由導(dǎo)線傳導(dǎo)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(jī)中大量的應(yīng)用濾波技術(shù)來抗干擾。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的無源濾波器電路，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，消除了原來脈壓的過沖現(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)一個直流電源給多個電路供電時，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)生自激振蕩之類的噪聲。

　　在測控裝備接收機(jī)中，解決的辦法是在每個電路的直流電源進(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)計走線和機(jī)柜信號傳輸電纜走線。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，以免輸出信號反饋到輸入回路而產(chǎn)生自激振蕩。（2）信號的走線應(yīng)呈直線狀，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(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)

　　噪聲信號對電子電路所形成的干擾按其耦合方式一般可分為電場感應(yīng)耦合、磁場感應(yīng)耦合和電磁感應(yīng)耦合三類。相應(yīng)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的同步信號時，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來傳輸，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(diào)制光脈沖可由發(fā)光器件得到，將電信號經(jīng)適當(dāng)?shù)墓β史糯笃鞣糯蠛?，?qū)動發(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。光信號的接收一般由光敏器件來完成，由光纖傳輸?shù)墓饷}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(yīng)的電信號，從而完成脈沖信號通過光纜的發(fā)送和接收。

　　4.結(jié)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，同時也大大的提高了接收機(jī)的精度和輸出信號質(zhì)量。在將來測控裝備操管工作中，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似問題。