无人机电磁干扰分析

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1、无人机电磁干扰分析应用背景 现今的无人机不光仅是在军事上的运用， 它更为广泛运用与诸如地面交通管制、海港监控、自然资源遥感气象服务等民用方面。正因为无人机所要执行的任务更加多样化， 故而原本简单的无人机， 其自身也在不断的复杂化，它们不光带有必要的诸如遥控、自动驾驶等电子设备， 还装备了繁杂的电子任务设备， 其本身的设备密集程度越来越大， 空间电磁环境日益恶化。这些设备之间的电磁兼容问题迫切需要解决。本文就无人机特点简单分析其重要的电磁干扰源和解决方案。电磁干扰概述 电磁干扰主要是由如下三个基本要素组合而产生：电磁干扰源、对该干扰能量敏感的接收器、将电磁干扰源传输到接收器的媒介，即传输通道。相

2、应地对抑制所有电磁干扰的方法也应针对这三要素进行解决。电磁干扰按传播途径可分为传导干扰和辐射干扰，下面简要说明其基本机理。传导于扰 从传输通道分析， 传导干扰可分为电容传导耦合或称为电场耦合；电阻传导耦合或称为公共阻抗耦合：电感传导耦合或称互感耦合。辐射干扰 辐射干扰是指以电磁波形式传播的干扰。这类干扰的能量是由干扰源辐射出来， 通过介质(包括自由空间)以电磁波的特性和规律传播的。是否构成辐射干扰， 应由构成辐射干扰的三要素来考虑：辐射干扰源向外辐射能量的特性，如方向性、极化、调制特性、带宽等：辐射干扰传输通道， 即介质(包括自由空间)对电磁波能量的损耗程度，辐射干扰接收器的敏感度、方向性、极

3、化、选择性、带宽等。二次电源 无人机二次电源主要是供给陀螺使用的400Hz交流电，随着对飞机有效载荷的增加， 早期飞机上我们用的线性的二次电源已被体积小、重量轻、功耗小、效率高开关电源取代。而开关电源是利用半导体的开和关工作的， 其工作频率一般要达到KHz 的级别， 在开关过程中产生很大的didt,dvdt。它们通过电源线以共模或差模的方式向外传导，同时向空间进行辐射干扰。EMI滤波器 在实际工作中， 发现二次电源主要是高次谐波倒灌电网而污染整个飞机的电网。EMI滤波技术是一种抑制尖脉冲干扰的有效措施，可以滤除多种原因产生的传导干扰。共模干扰的有源抑制技术 共模干扰的有源抑制技术是一种从噪声源

4、采取措施抑制共模干扰的方法。基本思路是设法从主回路中取出一个与导致EM I干扰的主要开关电压波形完全反相的补偿EMI噪声电压， 并用它去平衡原开关电压的影响。实验研究结果表明对抑制共模EMI电平产生了十分明显的效果。优化功率开关管的驱动电路设计 通过缓冲吸收电路，可以延缓功率开关器件的导通关断过程，从而降低开关电源的EMI电平，但同时会因为附加的吸收电路损耗，导致电源总效率的下降。另一种降低开关电源的EMI电平的方法是选择合适的驱动电路参数， 可以在维持电路性能不变的同时降低EMI电平。从优化驱动电路设计的角度改善开关电源的EMI性能，是近年来发展的一个新方向。印制电路板元器件布局及布线 在印

5、制板的通路尺寸远小于该频率的波长时， 辐射干扰与电流通路中的电流大小、通路的环路面积、电流频率的平方等三者的乘积成正比即EI s f 2。此式表明减小通路面积是减小辐射干扰的关键，也就是说开关电源的元器件在布局时要彼此紧密排列，走线尽可能简洁。下面简单介绍几点设计原则：尽量增大线间距离，使耦合干扰源与敏感电路间的互感尽可能地小；减小干扰源和敏感电路的环路面积；尽量使干扰源与敏感电路布线呈直角，以降低线路间耦合。软开关技术 开关电源工作中产生很高的di /dt，dvdt是造成污染的重要原因，如实现开关在零电压和零电流下进行转换，这就会很大程度上抑制干扰。活塞发动机 在决大多数无人机上， 我们使用

6、的是活塞发动机，而活塞式发动机的点火系统是很大的一个干扰源。发动机点火系统是由点火装置(磁电机)、高压线、火花塞3部分组成，在整个点火系统中，电磁辐射干扰主要是由次级高压点火电路产生。而且往往它干扰飞机最为关键的遥控遥测设备。几个注意点 1)选用采用电阻型高压线、电阻型火花塞的发动机； 2)高压线的长短对干扰抑制具有重要意义， 尽量选用如采用磁电机、高压线、火花塞一体化设计的发动机； 3)线绕电阻型高压线因其感抗和线绕电阻的“趋肤效应”作用，使得高频干扰抑制能力加强。 4)电火花塞在具体的频段会产生明显电磁辐射，频谱特征为大量离散的脉冲信号，这些脉冲信号持续时间只有几个微秒，用频谱仪在 x H

7、OLD方式下， 排除其它电波影响， 用飞机的遥控遥测频段测量的火花塞干扰的频谱特征， 尽量选用干扰频段与遥控遥测频段错开的发动机。全机电缆 现代无人机系统的一个重要特点是在不很宽裕的空间里布置很多电子设备， 这些设备通过一套全机电缆相互连接。无论在做EMC试验还是在部件试验中，往往会发现，当设备上没有电缆时，电磁干扰问题要好得多。下文就此分析无人机系统中电缆设计的注意事项。 信号线的分组是必须进行的设计项目。通过信号线分组，使可能发生的串扰最小。在设计电缆的最初阶段，尽量的把信号线与回线靠近， 有可能做到每对容易受干扰的低电平信号线都各自穿屏蔽套， 尽量不要使这些信号线分散在电缆束中。同时尽量

8、减少可能互相干扰的导线的平行距离。减少辐射干扰 (1)控制电缆长度，在满足使用要求的前提下，使用尽量短的电缆，但是当电缆的长度不能减小到最高辐射频率波长的一半以下时， 减小电缆长度没有明显效果： (2)在电缆上使用适当的共模扼流圈， 最简单的方法是套一个铁氧体磁环； (3)布线路板时，使周期性信号远离IO接口电路，并将IO接口电路部分的地线与线路板上的其他地线隔离开， 仅在一点连接； (4)IO接口电路部分的地线与金属机箱之间做射频射频搭接： (5)对机箱内的Io电缆(从线路板到连接器的部分)进行屏蔽； (6)使机箱内的IO电缆(从线路板到连接器的部分)长度尽量短； (7)使用共模低通滤波器，

9、 最好是安装面板上的形式(例如滤波连接器)；无人机电磁环境效应评估及其准则研究 基于模型和准则的计算法评价体系，克服了传统试验方法对系统评价所存在的局限，借助计算机辅助工程(CAE)所构造的“虚拟”测试平台，利用飞机结构、任务飞行规划、预期电磁环境、系统效应分析模型和评估准则，可以比较优的费效比获取较高置信度的电磁环境适应性评价。 在评估准则研究方面，依据无人机用途、结构特点以及对预期电磁环境的认识或先验知识的掌握程度，从确定性观点和统计分析两个方面，探讨了与之相适应的评估准则，以期使无人机电磁环境效应评估能更为客观和完整。 电磁环境效应(简称 )是研究环境对设备、系统以及平台的综合影响，分析

10、系统对环境的适应能力，它涉及了所有与之相关的电磁现象，诸如电磁干扰、电磁敏感、电磁脉冲、电子对抗、电磁危害以及雷电、静电等影响。 无人机电磁环境效应涉及系统内和系统外两大部分的研究内容，其中，系统内电磁环境效应是分析和检验无人机自身的电磁兼容性；系统外电磁环境效应则反映了无人机对预期外部电磁环境的适应能力。 系统内部的干扰主要包括：不同电源电压间的互扰、信号间的互扰、电源电压对信号的干扰等； 系统外部的主要干扰有：发动机的高压点火装置、机载二次电源、整机电缆网、遥测遥控系统发射装置的辐射干扰、周围其他电气设备的干扰以及电子对抗战的大功率发射装备的辐射干扰等。 与有人机相比，无人机内部空间狭小、