哪種抗干擾技術(shù)可完全適配測(cè)控裝備?
發(fā)布時(shí)間:2015-05-27 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】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,無線電中頻接收機(jī)常采用哪種抗干擾技術(shù),才可以保證接收機(jī)能在復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作,同時(shí)也大大的提高接收機(jī)的精度和輸出信號(hào)質(zhì)量呢?
眾所周知,接收機(jī)在無線電測(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.干擾的分類及傳遞方式
一般而言,無線電測(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
根據(jù)無線電測(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:
(1)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鈦砀蓴_的接收,從而引起中頻接收信號(hào)的干擾;
(2)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;
(3)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;
(4)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(hào)在傳輸過程中,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(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 通過空間傳播干擾
干擾通過空間傳播時(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。
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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(gè)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(jí)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(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(hào)通過而阻止無用信號(hào)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(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)來抗干擾。主要有旁路濾波和去耦濾波兩種。
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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(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(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。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?,?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似問題。
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