某星载应答机电磁兼容性设计案例讲解

应答机是一种能在收到无线电询问信号时，自动对信号做出回应的一种电子设备。应答机装载于被测控卫星系统上，接收地面测控系统的上行信号，并按一定的载频转发比向地面转发信号。应答机一般由天线、接收机、发射机和电源等组成。在结构设计时通常采用功能模块单元的方式将电路功能划分为：电源单元、数字单元和信道单元。

作为信号收发用装置，应答机产品对信号具有较高的灵敏度，因此容易受到电磁信号的干扰，电磁屏蔽设计在产品设计中占据十分重要的地位。

一、整机的电磁兼容结构形式

为了提高设备的电磁兼容性能，在设计初始阶段就应该综合考虑整机的布局、接地、搭接和屏蔽措施。电磁屏蔽效能在很大程度上取决于屏蔽体的结构形式。设计时将可能产生电磁干扰的各个部件分区布置，各区间设置相应的屏蔽隔板，各屏蔽隔板之间保持良好的搭接。电磁干扰主要通过传导、辐射和耦合进行传播，为了提高屏蔽效能，应尽量使各屏蔽板保持电气连续性，安排好各电路部分接地，以便控制各电路部分之间的干扰和机壳的辐射泄漏。

该设备的主要干扰源为电源、高频和数字模块产生的电磁辐射和来自机箱外部的电磁辐射等，敏感性部件为印制板模块。结合以上分析，根据各电路部分的连接关系及散热和维修等确定机箱整体布局，如图1所示。

 

图1 某应答机机箱整体布局

主要设计措施包括：

① 为高频电路部分的印制板模块设计了屏蔽盒。

② 将高频部分布置在机箱的下部，数字电路部分布置在机箱的中间，电源模块布置在机箱的上部。

③ 在各功能模块电源入口处采用滤波电路。

④ 各部分印制板模块都采用单独的屏蔽腔对其进行电磁屏蔽，屏蔽盒与机壳之间保持良好的电接触。

二、机箱的电磁屏蔽设计

电磁屏蔽的作用是切断电磁能量从空间传播的路径，达到消除电磁干扰的目的。该机箱壳体和屏蔽盒均采用高电导率的铝合金材料制成，并经导电氧化处理，使其能够长期保持良好的导电性能。设备壳体与盖板在加工时采用研磨工艺，确保接触面的平整度，消除缝隙上的不连续点，用尽量多的螺钉压紧，形成可靠的电气搭接。针对不同的泄漏形式，该机箱在结构上主要采取了以下具体措施。

（1）印制板组装件的屏蔽

① 由于各印制板组装件既是干扰源又是敏感体，因此将其用单独的屏蔽盒进行屏蔽。

② 为了防止高频印制板组件内部各级之间的相互干扰，对内部各级进行了屏蔽隔离处理（对PCB进行电磁兼容设计）。

③ 为使屏蔽盒和屏蔽盖之间的接触面保持平整，尽可能多地布置了紧固螺钉，使盒与盖保持良好的电接触，消除缝隙泄漏的影响，提高了屏蔽效能，如图2所示。

 

 

图2 印制板组装件屏蔽盒

（2）结构件间接缝的屏蔽

一般情况下，结构件不同部分的结合处不可能完全接触，只能在某些点接触，这就构成了一个孔洞阵列。缝隙是造成机箱屏蔽效能降低的主要原因之一。机箱采用导电性能良好的铝合金材料加工而成，机箱与上、下盖板的接缝均为狭长缝，它们是电磁泄漏的主要通道。为了提高屏蔽效能，必须尽可能消除或减小缝隙长度，增大缝隙的有效厚度。

本产品在箱体与盖板的各个界面上均设计了“L”沟槽（如图3所示），沟槽的作用是增加金属间的搭接面积，减小搭接电阻，以提高导电效果和屏蔽功能。

 

 

 

图3 “L”形接缝屏蔽设计

此外，盖板和箱体要有足够的刚度，以防搭接过程中发生变形，产生新的不连续点，导致射频泄漏，本产品设计前进行了刚度仿真，经试验验证达到了设计要求。

（3）电连接器和机箱的搭接屏蔽

电连接器，特别是高频连接器与机壳的接触阻抗大，使传导发射变大，极大地影响电磁屏蔽效果。因此必须采取手段减小电连接器与机壳的搭接电阻（一般要求不高于10Ω），以有效控制该处缝隙的电磁泄漏。

本产品除采用“L”形结构设计，增大接触面积外，还采用了“露白”处理（将导电氧化后的电连接器安装部位铣掉表层，提高平整度、增大搭接电阻），如图4所示。

 

图4电连接器安装部位屏蔽设计

审核编辑：符乾江