浅谈雷达伺服系统抗干扰的优化设计

摘要：随着雷达机动性的不断提高，雷达的伺服系统涵盖的内容也越来越全面、复杂。因此要求综合全面地考虑各种因素，采取多种措施，解决其电磁兼容性问题，保证雷达及其伺服系统稳定可靠地运行。

关键词：电磁干扰;可靠性;优化设计

0引言

随着雷达总体对伺服系统功能的要求不断提高，伺服系统越来越复杂，因此在设计时要求综合考虑各种因素，优化设计，提升抗干扰能力，抑制干扰源，避免伺服分系统与雷达其它分系统以及周围电磁环境的相互影响，保证其免受或少受电磁干扰，消除发生性能恶化和误动作的因素，解决其电磁兼容性问题，从而提高系统的抗干扰能力，满足雷达的可靠性要求。

1伺服系统干扰源及干扰形式

导致设备、传输信道和系统性能劣化的电磁骚扰即电磁干扰（EMI）。既可以是来自设备或系统内部的内部干扰，也可以是来自系统外部的外部干扰。电磁干扰包括三个要素：干扰源、耦合通道、受扰体。产生电磁干扰的发射体即为干扰源，通常影响系统的干扰源大都产生在电流或电压剧烈变化的部位。

传递电磁干扰的途径即耦合通道，主要包括传导干扰，可以通过电源线、信号线、地线、互连线、接地导体等进行耦合;以及通过空间耦合直接传播的空间干扰。雷达伺服系统中的伺服控制器、变频器等PWM伺服驱动单元自身就是大的干扰源，其产生的电磁干扰通过各种连接线缆和空间辐射直接干扰伺服系统的控制信号、通讯信号甚至干扰雷达其他分系统;同时伺服分系统也会受到其他系统以及装备周围环境的电磁干扰，造成伺服系统不能正常工作，甚至影响雷达整机性能。

2伺服系统的抗干扰措施

伺服系统的抗干扰措施主要包括滤波技术、电磁屏蔽技术、接地技术、浪涌抑制技术。选择满足EMC要求的电源作为系统中所需的直流电源，选用适合的EMI滤波器作为伺服驱动单元的输入滤波器或输出滤波器。抑制电网中的谐波对伺服驱动单元的干扰，及伺服驱动单元产生的高次谐波对电网和周围部件的干扰。

电磁屏蔽采用低阻值的金属材料作为屏蔽体，当电磁波通过金属板时，金属板产生感应涡流形成欧姆损耗，转变为热能损耗，而涡流反磁场抵消入射波干扰磁场产生，吸收损耗，从而切断电磁波的耦合途径。采用灵活的接地方式，单点接地和多点接地结合应用，按照不同的信号特性，将互不干扰的电路布置在同一区域，区域内采用串联单点接地，避免因地线过长而增大接地电阻，区域间采用并联单点接地，解决公共阻抗耦合的问题。

3电气控制柜的设计

因为金属机壳对电磁场的屏蔽作用，所以控制柜必须采用金属材料。在空间允许的情况下，尽量将强电部分和弱电部分，控制部分和驱动部分分别布置在不同的电气控制柜中。如果没有空间，必须混合在一个电气控制柜里，更要合理布置，尽量减少相互间的干扰。雷达的供电系统一般是三相四线制，由于电源中线对大地间存在共模干扰，电源相线和中线间存在差模干扰，因此不把中线引入伺服机柜中，只引入相线，采用隔离变压器变出所需电压，实现电路的电气隔离，解决由地线环路带来的系统间相互干扰，并保证电源线的横截面积足够大，避免产生过大的压降。

4电气控制柜的布置

根据不同的电路特性，将单元器件布置在不同的区域中，电气元件间留有一定的通风空间，且不阻碍冷却风扇的风向，冷却风扇靠近发热单元安装。伺服驱动单元靠近柜子底部安装，与其EMI滤波器安装在同一块金属板上，配线尽量短，金属板要良好接地，两者的金属外壳或接地端要可靠地固定在金属板上，且接触面导电良好，接触面积尽可能大，以避免将滤波器的泄露电流和噪声电流引入其他部分，同时避免滤波器高频衰减特性变坏。滤波器的輸入线和输出线分开捆扎，互相不靠近，避免因耦合降低其高频特性。

柜内的机箱或壳体上常有必须的开孔或不同部分接合的缝隙等，导致电不连续，降低了屏蔽效能，因此将孔、缝布置于远离辐射源的地方，增加接缝处的重叠尺寸，在接合面上导电弹性衬垫，或增加螺钉数量，缩短螺钉间距。此外，避免开大孔和细长孔，以减少泄露量。电控柜中布线按强电、弱电分开，不把信号线和动力线捆扎在一起，避免弱电信号受到强电信号的干扰。

伺服驱动单元到电机的动力电缆选用带金属屏蔽层的电缆，电机的编码器信号线、传感器信号线、驱动单元控制线、伺服控制线等数字信号线采用双绞屏蔽电缆，电缆两端的屏蔽层连接到连接器的金属外壳上。

信号电缆布置远离变频器、伺服控制器、变压器、接触器（继电器）等会产生比较严重的磁场干扰的部件。多心电缆中未使用的芯线要一端接地，既可增强屏蔽效果，又可抑制芯线间的信号串扰及外部干扰。

电缆转弯半径尽可能大，且避免遭受机械性外力侵扰，从而避免在电缆出口处或连接处造成接触不良，或屏蔽层损坏。电机电缆、驱动单元通讯电缆、反馈电缆等尽量短且连续，中间最好不通过连接器过渡，以减少干扰。

5软件措施

对于模拟输入信号，采用数字滤波技术消除噪声。此外，雷达伺服系统的检测节点常采用接近开关等电磁感应器件，在露天环境下易受到影响，产生瞬间误触发现象，因此常采用“延时”检测的方法，防止误触发引起的系统误动作。

6结束语

在雷达伺服系统的设计实践中，细致周密地进行系统分析，敏锐地发现干扰源，灵活运用各种软硬件抗干扰措施，互相补充完善，切断干扰的传播途径或衰减干扰，形成稳定可靠的伺服系统。

参考文献

[1]白同云，电磁兼容设计[M]北京：北京邮电大学出版社，2018

[2]路宏敏.工程电磁兼容[M]西安：西安电子科技大学出版社，2019

[3]顾适夷，加固型TFT-LCD的电磁兼容设计[J]电子机械工程，2019.22

作者简介：张武琨（1983.7—）安徽五河县人，工程师，主要从事雷达整机产品伺服系统控制技术及自动化控制系统研究