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[摘 要]本文结合某系留气球锚泊车车载电子设备具体案例，分析了锚泊车车载电子设备内、外部干扰因素，并针对各干扰因素提出了电源线滤波、天线近场分布计算、电缆布线、机箱屏蔽以及设备接地等电磁兼容设计策略。
[关键词]系留气球 锚泊车 车载电子设备 电磁兼容 设计
中图分类号：P694 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0059-01
前言
锚泊车是系留气球运行的重要组成部分，主要用于完成系留气球的升空和回收、系留气球的空中系留和地面锚泊、系留气球的地面日常维护，以及非工作状态下的系统设备的装载和运输平台。而近年来，随着电子技术、通信技术的快速发展，锚泊车车载系统中集中了越来越多的电子设备。同时，车载电子系统可能需要多幅不同波段的天线来接收或发射电子信号，系统内相互电磁干扰问题突出，系统外部电磁干扰亦越来越复杂。因此，加强电子设备电磁兼容性的设计，有效排除电磁干扰，对系留气球锚泊车车载电子设备的常工作至关重要。本文结合某系留气球锚泊车车载电子设备具体案例，分析了锚泊车车载电子设备内、外部干扰因素，并针对各干扰因素探讨了兼容设计策略。
一、设计概况
某系留气球锚泊车为满足锚泊车顺风向的布置要求，采用牵引车与半挂车组合的铰接列车形式。该锚泊车主要由牵引车、随车起重机、半挂车、抗倾覆装置、调平装置、回转平台、回转支承、系留支臂、气垫托架、系留塔、操作时和设备舱等组成。系留塔、回转驱动装置、设备舱、操作室、升空回收子系统以及其它设备均安装于回转平台上，回转平台通过回转支承安装在半挂车上。锚泊车操作室内安装有监控计算机、地面测控机箱、数据通信设备（数传电台和光端机）以及语音通信设备，此方舱在设计时要求具备60dB的屏蔽效能。设备舱内安装配电柜、升空回收设备（50kW的电机及变频器、电阻箱等）及其它控制设备。锚泊车上既有弱电控制设备，又有强电工作设备，锚泊车顶部（20米）的上空还有上万伏的工作天线，因此，如何保证锚泊车上的各设备正常工作，不仅消除系统内部的相互干扰，而且具有一定的抗外界干扰的能力。
二、锚泊车车载电子设备内、外部干扰因素及兼容设计策略
1、电源线滤波
电源是系留气球锚泊车车载系统中常用的设备。它既是干扰源，也是敏感源，电源的启动、刹车、转身、负载转速变化都会对电网的电源造成影响，产生各种谐波，造成干扰。在实践设计中，一方面，我们可采用金属六面体对车载电源进行气密性封装，对开关噪声通过空气形成的辐射干扰形成良好的屏蔽作用。另一方面，在电源的设计过程中，重点要解决由导线传播形成的传导干扰。这主要是因为电源中两只混合DC/DC变换器是电磁干扰主要来源。在锚泊车高压、大电流和高频状态下工作时，变换器形成高频脉冲，高频脉冲具有丰富的谐波能量，进而造成严重的开关噪声，噪声通过空气辐射和导线传播的方式，干扰其他敏感电子设备。其中，差模于扰和共模干扰是DC/DC变换器产生主要传导干扰。采用合适的滤波设计，可以滤除高频杂波，保证信号的纯净。在实践设计中，我们可通组合设计差模滤波单元和共模滤波单元的组合，达到抑制差模电流和共模电流的目的。其设计原理是可将差模滤波单元和共模滤波单元等效成2阶LC低通滤波单元。滤波电容由于走线导带、自身等效串联电阻ESR等因素的影响，在高频段由寄生电阻和滤波电容形成零点，降低了LC网络对高频段噪声的衰减效果。
差模滤波单元和共模滤波单元的组合设计步骤如下：
①选用等效串联电阻小的电容，降低滤波电容支路导带电阻。
②设计LC滤波单元。综合考虑电容寄生电阻的影响，根据所需衰减幅度，确定LC的转折频率。同时，设计中，为了避免Q值太大，应精确计算L和C的取值，同时采用增加阻尼电阻的方法，有效控制滤波器的Q值。
③设计滤波器。滤波器的设计要保证输人滤波器在宽频率范围内具有良好的电流谐波衰减能力，到滤波的目的。
2、天线近场分布计算
该车载电子系统在运行中可能需要几副甚至十几副工作在不同波段的天线来接收或发射电子信号，不同天线的近场在同一系统中耦合度很强，对信号各收发电台的正常工作造成干扰。同时，当天线发射功率很大时，也会对周围的电子设备造成干扰，而无法正常工作。因此，计算该复杂车体上的多个天线间的耦合度，设计大功率发射天线的近场分布，是系留气球锚泊车车载电子设备电磁兼容性设计的又一关键。
（1）用封闭的金属导体面模拟车体，采用磁场积分方程对导体面进行电流分布求解，采用电场积分方程对导线电流分别进行求解。而对于线面相连接的区域比较复杂，其积分域包括直线段和导体面，综合运用电场积分方程和磁场积分方程相结合来求解。从而计算出天线上和面上的电流、周围的近场、天线输入阻抗和远场方向图等参数。
（2）天线间的耦合度计算。通过多端口微波网络的方法对多天线间的耦合度进行计算。
（3）计算大功率发射天线周围的近场分布，以便预估天线间的相互干扰和对周围电子设备的潜在干扰。
3、电缆布线
电缆作为高效的电磁波接收和辐射天线，是干扰传导的又一通道。在电缆布线问题上，电磁兼容设计主要应把握3点：一是屏蔽。该车载电子设备常用的传输线有扁平电缆、双绞线和同轴电缆。从抗干扰角度看，扁平电缆虽然装配方便，但线间的分布电容大，易产生相互耦合。因此，设计中，应选择屏蔽层质量好（低阻抗）的双绞线电缆。二是布线设计。在布线设计过程，应合理确定应该将那些连接线、电缆捆绑在一起，直接形成线束。并对所有的连接线与线束进行拓朴描述，以便设计时能够利用这些拓扑描述确定连接线与线束的最终性能要求。不仅能从根本上解决最终系统布线连接的可靠性，同时能合理地给出布线的最佳方案。三是避免耦合。设计过程中应保证电源配电线路与其它各类线路保持一定的距离，单独对敏感电路和干扰电路进行敷设，避免交叉重叠而导致线缆间的耦合。
4、机箱屏蔽
机箱屏蔽的设计主要应把握两点。一是机箱缝隙的屏蔽。屏蔽体上的接缝是影响屏蔽效果的主要因素。在设计中应一方面在机箱缝隙接合面处粘贴带背胶的铍青铜簧片。由于簧片具有一定的弹性，装配后簧片变形，接触面产生一定的压力，使接合面具有了一定的电气连续性，从而减小机箱缝隙长度。另一方面是机箱制作应采用铝板折弯后对焊，保证焊缝平滑连续，使接缝处的射频电阻几乎与金属板本身的射频电阻相同，有效保证屏蔽体接合处的电气连续性。二是机箱内部各单元布局及其屏蔽。将屏蔽盒罩在电流、电压表的表体外围，表头
紧贴前面板的屏蔽玻璃，玻璃的丝网毛边通过螺装金属外框将它和机箱、屏蔽盒联成一体，从而使表体完全处于电气连续的金属罩中，而电流、电压表引线则由装在屏蔽盒上的穿心电容引入，这样使引线所感应的干扰信号被旁路接地。
5、设备接地
接地是在电子设备中抑制电磁噪声和防止干扰的重要方法。接地方式主要有单点、多点和混合式。单点接地是把整个电路系统中某一结构点作为接地基准点，其他各单元的信号地都连接到这一点上。而在高频设备中，相邻地线间的耦合增强，易造成各系统单元的地阻抗干扰。因此，单点接地适用于低频设备。在该车载系统中，应选用多点接地，将设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，使接地引线的长度最短。且高频辐射较少。
三、总结
结合锚泊车车载电子设备内、外部干扰因素的分析，系留气球锚泊车车载电子设备在电磁兼容性设计中主要应通过电源线滤波设计、天线近场分布计算、电缆布线设计、机箱屏蔽设计、设备接地设计等策略有效排除电磁干扰，保证系留气球锚泊车车载电子设备的正常工作。
参考文献
[1] 刘素玲.车载电子设备电磁兼容设计方法[J].无线电通信技术.2010， 36（4）.
[2] 李念峰，郭立红，罗艳春. 車载大型电子设备群EMC设计的自动实现[J].制造业自动化.2008，30（8）.
[3] 屈均伟，李德华，徐银霞. 车载监控调度系统中的电磁兼容性设计[J]. 电子技术应用.2005，31（6）.
[关键词]系留气球 锚泊车 车载电子设备 电磁兼容 设计
中图分类号：P694 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0059-01
前言
锚泊车是系留气球运行的重要组成部分，主要用于完成系留气球的升空和回收、系留气球的空中系留和地面锚泊、系留气球的地面日常维护，以及非工作状态下的系统设备的装载和运输平台。而近年来，随着电子技术、通信技术的快速发展，锚泊车车载系统中集中了越来越多的电子设备。同时，车载电子系统可能需要多幅不同波段的天线来接收或发射电子信号，系统内相互电磁干扰问题突出，系统外部电磁干扰亦越来越复杂。因此，加强电子设备电磁兼容性的设计，有效排除电磁干扰，对系留气球锚泊车车载电子设备的常工作至关重要。本文结合某系留气球锚泊车车载电子设备具体案例，分析了锚泊车车载电子设备内、外部干扰因素，并针对各干扰因素探讨了兼容设计策略。
一、设计概况
某系留气球锚泊车为满足锚泊车顺风向的布置要求，采用牵引车与半挂车组合的铰接列车形式。该锚泊车主要由牵引车、随车起重机、半挂车、抗倾覆装置、调平装置、回转平台、回转支承、系留支臂、气垫托架、系留塔、操作时和设备舱等组成。系留塔、回转驱动装置、设备舱、操作室、升空回收子系统以及其它设备均安装于回转平台上，回转平台通过回转支承安装在半挂车上。锚泊车操作室内安装有监控计算机、地面测控机箱、数据通信设备（数传电台和光端机）以及语音通信设备，此方舱在设计时要求具备60dB的屏蔽效能。设备舱内安装配电柜、升空回收设备（50kW的电机及变频器、电阻箱等）及其它控制设备。锚泊车上既有弱电控制设备，又有强电工作设备，锚泊车顶部（20米）的上空还有上万伏的工作天线，因此，如何保证锚泊车上的各设备正常工作，不仅消除系统内部的相互干扰，而且具有一定的抗外界干扰的能力。
二、锚泊车车载电子设备内、外部干扰因素及兼容设计策略
1、电源线滤波
电源是系留气球锚泊车车载系统中常用的设备。它既是干扰源，也是敏感源，电源的启动、刹车、转身、负载转速变化都会对电网的电源造成影响，产生各种谐波，造成干扰。在实践设计中，一方面，我们可采用金属六面体对车载电源进行气密性封装，对开关噪声通过空气形成的辐射干扰形成良好的屏蔽作用。另一方面，在电源的设计过程中，重点要解决由导线传播形成的传导干扰。这主要是因为电源中两只混合DC/DC变换器是电磁干扰主要来源。在锚泊车高压、大电流和高频状态下工作时，变换器形成高频脉冲，高频脉冲具有丰富的谐波能量，进而造成严重的开关噪声，噪声通过空气辐射和导线传播的方式，干扰其他敏感电子设备。其中，差模于扰和共模干扰是DC/DC变换器产生主要传导干扰。采用合适的滤波设计，可以滤除高频杂波，保证信号的纯净。在实践设计中，我们可通组合设计差模滤波单元和共模滤波单元的组合，达到抑制差模电流和共模电流的目的。其设计原理是可将差模滤波单元和共模滤波单元等效成2阶LC低通滤波单元。滤波电容由于走线导带、自身等效串联电阻ESR等因素的影响，在高频段由寄生电阻和滤波电容形成零点，降低了LC网络对高频段噪声的衰减效果。
差模滤波单元和共模滤波单元的组合设计步骤如下：
①选用等效串联电阻小的电容，降低滤波电容支路导带电阻。
②设计LC滤波单元。综合考虑电容寄生电阻的影响，根据所需衰减幅度，确定LC的转折频率。同时，设计中，为了避免Q值太大，应精确计算L和C的取值，同时采用增加阻尼电阻的方法，有效控制滤波器的Q值。
③设计滤波器。滤波器的设计要保证输人滤波器在宽频率范围内具有良好的电流谐波衰减能力，到滤波的目的。
2、天线近场分布计算
该车载电子系统在运行中可能需要几副甚至十几副工作在不同波段的天线来接收或发射电子信号，不同天线的近场在同一系统中耦合度很强，对信号各收发电台的正常工作造成干扰。同时，当天线发射功率很大时，也会对周围的电子设备造成干扰，而无法正常工作。因此，计算该复杂车体上的多个天线间的耦合度，设计大功率发射天线的近场分布，是系留气球锚泊车车载电子设备电磁兼容性设计的又一关键。
（1）用封闭的金属导体面模拟车体，采用磁场积分方程对导体面进行电流分布求解，采用电场积分方程对导线电流分别进行求解。而对于线面相连接的区域比较复杂，其积分域包括直线段和导体面，综合运用电场积分方程和磁场积分方程相结合来求解。从而计算出天线上和面上的电流、周围的近场、天线输入阻抗和远场方向图等参数。
（2）天线间的耦合度计算。通过多端口微波网络的方法对多天线间的耦合度进行计算。
（3）计算大功率发射天线周围的近场分布，以便预估天线间的相互干扰和对周围电子设备的潜在干扰。
3、电缆布线
电缆作为高效的电磁波接收和辐射天线，是干扰传导的又一通道。在电缆布线问题上，电磁兼容设计主要应把握3点：一是屏蔽。该车载电子设备常用的传输线有扁平电缆、双绞线和同轴电缆。从抗干扰角度看，扁平电缆虽然装配方便，但线间的分布电容大，易产生相互耦合。因此，设计中，应选择屏蔽层质量好（低阻抗）的双绞线电缆。二是布线设计。在布线设计过程，应合理确定应该将那些连接线、电缆捆绑在一起，直接形成线束。并对所有的连接线与线束进行拓朴描述，以便设计时能够利用这些拓扑描述确定连接线与线束的最终性能要求。不仅能从根本上解决最终系统布线连接的可靠性，同时能合理地给出布线的最佳方案。三是避免耦合。设计过程中应保证电源配电线路与其它各类线路保持一定的距离，单独对敏感电路和干扰电路进行敷设，避免交叉重叠而导致线缆间的耦合。
4、机箱屏蔽
机箱屏蔽的设计主要应把握两点。一是机箱缝隙的屏蔽。屏蔽体上的接缝是影响屏蔽效果的主要因素。在设计中应一方面在机箱缝隙接合面处粘贴带背胶的铍青铜簧片。由于簧片具有一定的弹性，装配后簧片变形，接触面产生一定的压力，使接合面具有了一定的电气连续性，从而减小机箱缝隙长度。另一方面是机箱制作应采用铝板折弯后对焊，保证焊缝平滑连续，使接缝处的射频电阻几乎与金属板本身的射频电阻相同，有效保证屏蔽体接合处的电气连续性。二是机箱内部各单元布局及其屏蔽。将屏蔽盒罩在电流、电压表的表体外围，表头
紧贴前面板的屏蔽玻璃，玻璃的丝网毛边通过螺装金属外框将它和机箱、屏蔽盒联成一体，从而使表体完全处于电气连续的金属罩中，而电流、电压表引线则由装在屏蔽盒上的穿心电容引入，这样使引线所感应的干扰信号被旁路接地。
5、设备接地
接地是在电子设备中抑制电磁噪声和防止干扰的重要方法。接地方式主要有单点、多点和混合式。单点接地是把整个电路系统中某一结构点作为接地基准点，其他各单元的信号地都连接到这一点上。而在高频设备中，相邻地线间的耦合增强，易造成各系统单元的地阻抗干扰。因此，单点接地适用于低频设备。在该车载系统中，应选用多点接地，将设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，使接地引线的长度最短。且高频辐射较少。
三、总结
结合锚泊车车载电子设备内、外部干扰因素的分析，系留气球锚泊车车载电子设备在电磁兼容性设计中主要应通过电源线滤波设计、天线近场分布计算、电缆布线设计、机箱屏蔽设计、设备接地设计等策略有效排除电磁干扰，保证系留气球锚泊车车载电子设备的正常工作。
参考文献
[1] 刘素玲.车载电子设备电磁兼容设计方法[J].无线电通信技术.2010， 36（4）.
[2] 李念峰，郭立红，罗艳春. 車载大型电子设备群EMC设计的自动实现[J].制造业自动化.2008，30（8）.
[3] 屈均伟，李德华，徐银霞. 车载监控调度系统中的电磁兼容性设计[J]. 电子技术应用.2005，31（6）.