某星載應答機電磁兼容性設計案例講解

應答機是一種能在收到無線電詢問信號時，自動對信號做出回應的一種電子設備。應答機裝載于被測控衛(wèi)星系統(tǒng)上，接收地面測控系統(tǒng)的上行信號，并按一定的載頻轉發(fā)比向地面轉發(fā)信號。應答機一般由天線、接收機、發(fā)射機和電源等組成。在結構設計時通常采用功能模塊單元的方式將電路功能劃分為：電源單元、數字單元和信道單元。

作為信號收發(fā)用裝置，應答機產品對信號具有較高的靈敏度，因此容易受到電磁信號的干擾，電磁屏蔽設計在產品設計中占據十分重要的地位。

一、整機的電磁兼容結構形式

為了提高設備的電磁兼容性能，在設計初始階段就應該綜合考慮整機的布局、接地、搭接和屏蔽措施。電磁屏蔽效能在很大程度上取決于屏蔽體的結構形式。設計時將可能產生電磁干擾的各個部件分區(qū)布置，各區(qū)間設置相應的屏蔽隔板，各屏蔽隔板之間保持良好的搭接。電磁干擾主要通過傳導、輻射和耦合進行傳播，為了提高屏蔽效能，應盡量使各屏蔽板保持電氣連續(xù)性，安排好各電路部分接地，以便控制各電路部分之間的干擾和機殼的輻射泄漏。

該設備的主要干擾源為電源、高頻和數字模塊產生的電磁輻射和來自機箱外部的電磁輻射等，敏感性部件為印制板模塊。結合以上分析，根據各電路部分的連接關系及散熱和維修等確定機箱整體布局，如圖1所示。

圖1 某應答機機箱整體布局

主要設計措施包括：

① 為高頻電路部分的印制板模塊設計了屏蔽盒。

② 將高頻部分布置在機箱的下部，數字電路部分布置在機箱的中間，電源模塊布置在機箱的上部。

③ 在各功能模塊電源入口處采用濾波電路。

④ 各部分印制板模塊都采用單獨的屏蔽腔對其進行電磁屏蔽，屏蔽盒與機殼之間保持良好的電接觸。

二、機箱的電磁屏蔽設計

電磁屏蔽的作用是切斷電磁能量從空間傳播的路徑，達到消除電磁干擾的目的。該機箱殼體和屏蔽盒均采用高電導率的鋁合金材料制成，并經導電氧化處理，使其能夠長期保持良好的導電性能。設備殼體與蓋板在加工時采用研磨工藝，確保接觸面的平整度，消除縫隙上的不連續(xù)點，用盡量多的螺釘壓緊，形成可靠的電氣搭接。針對不同的泄漏形式，該機箱在結構上主要采取了以下具體措施。

（1）印制板組裝件的屏蔽

① 由于各印制板組裝件既是干擾源又是敏感體，因此將其用單獨的屏蔽盒進行屏蔽。

② 為了防止高頻印制板組件內部各級之間的相互干擾，對內部各級進行了屏蔽隔離處理（對PCB進行電磁兼容設計）。

③ 為使屏蔽盒和屏蔽蓋之間的接觸面保持平整，盡可能多地布置了緊固螺釘，使盒與蓋保持良好的電接觸，消除縫隙泄漏的影響，提高了屏蔽效能，如圖2所示。

圖2 印制板組裝件屏蔽盒

（2）結構件間接縫的屏蔽

一般情況下，結構件不同部分的結合處不可能完全接觸，只能在某些點接觸，這就構成了一個孔洞陣列?？p隙是造成機箱屏蔽效能降低的主要原因之一。機箱采用導電性能良好的鋁合金材料加工而成，機箱與上、下蓋板的接縫均為狹長縫，它們是電磁泄漏的主要通道。為了提高屏蔽效能，必須盡可能消除或減小縫隙長度，增大縫隙的有效厚度。

本產品在箱體與蓋板的各個界面上均設計了“L”溝槽（如圖3所示），溝槽的作用是增加金屬間的搭接面積，減小搭接電阻，以提高導電效果和屏蔽功能。

圖3 “L”形接縫屏蔽設計

此外，蓋板和箱體要有足夠的剛度，以防搭接過程中發(fā)生變形，產生新的不連續(xù)點，導致射頻泄漏，本產品設計前進行了剛度仿真，經試驗驗證達到了設計要求。

（3）電連接器和機箱的搭接屏蔽

電連接器，特別是高頻連接器與機殼的接觸阻抗大，使傳導發(fā)射變大，極大地影響電磁屏蔽效果。因此必須采取手段減小電連接器與機殼的搭接電阻（一般要求不高于10Ω），以有效控制該處縫隙的電磁泄漏。

本產品除采用“L”形結構設計，增大接觸面積外，還采用了“露白”處理（將導電氧化后的電連接器安裝部位銑掉表層，提高平整度、增大搭接電阻），如圖4所示。

圖4電連接器安裝部位屏蔽設計