船用電子設備VHF頻段電磁干擾抑制技術研究

《船用電子設備VHF頻段電磁干擾抑制技術研究》是依託武漢理工大學，由金華標擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：船用電子設備VHF頻段電磁干擾抑制技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：金華標
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

隨著船舶自動化程度的日益提高，船舶駕駛室內通信導航設備的種類、數量不斷增加，運行速度不斷提高，電磁環境更加惡劣。為保證船舶航行安全，船用電子設備應該滿足電磁兼容要求。本項目針對156～165MHz船舶VHF通信頻段輻射限值的特殊要求，採用理論分析、預測仿真與實驗驗證相結合的方式，研究電子設備箱體諧振頻率轉移機制，討論箱體尺寸，內部布局，開孔方式對箱體諧振頻率的影響關係；研究吸波材料的介電常數、磁導率以及物理結構與選擇性吸收頻率的作用規律；解決VHF頻段EMI轉移與抑制的機理和工程套用技術。研究船用電子設備三維電磁場建模關鍵技術，研究設備內電路板的近場數據獲取模型，並建立船用電子設備整機預測仿真模型，實現船用電子設備電磁兼容預測設計。通過本項目研究，將仿真預測理念用於實際船用電子設備電磁兼容性設計，改變了傳統的設計-檢驗-改進設計-再檢驗的設計模式。

結題摘要

本項目以實際船用電子設備為對象，利用電磁兼容仿真預測與試驗測試相結合的方法，研究了船用電子設備在VHF通信頻段電磁干擾的抑制技術。主要研究內容包括：1. 研究了設備內電路板的建模問題，探索出一種獲取電路板近場輻射數據的方法，該方法利用EMSCAN近場掃瞄器對電路板的測試結果，通過建立等效基本輻射器的方式，得到電路板近場輻射數據，從而作為系統級電磁兼容仿真的激勵源，本方法克服了：a. 因為大多數ASIC不提供SPICE模型，無法仿真得出準確的電路板近場輻射數據；b. 近場測試數據由於缺乏相位信息，直接進行電磁兼容分析會有非常大的誤差。2. 建立了VDR系統中各電路板模型和VDR系統級整機仿真模型，通過仿真與實測的對比，分析了仿真存在誤差的因素，完善了模型，並研究了VDR系統中各電路板的安裝位置、箱體內部銅柱與襯板是否絕緣、襯底屬性對電磁干擾的影響，為實際設計安裝提供參考依據。3. 研究了箱體、電源線和縫隙的諧振頻率轉移，通過對諧振機理的理論分析，利用三維電磁場仿真軟體，得到了箱體、電源線和縫隙在VHF頻段產生諧振的條件，所得結論對實際設計過程中避免在VHF頻段產生諧振具有指導意義。4. 研究了吸波和禁止的原理，從仿真層面，設計了兩種在VHF頻段具有很好吸波效果和禁止效能的裝置：a. 鐵氧體柵格屏，該裝置利用了鐵氧體介電常數和相對磁導率範圍寬、可調節的優點，通過建立鐵氧體柵格結構的三維仿真模型，分析研究了不同介電常數、相對磁導率和結構尺寸對VHF頻段吸波效果的影響，該鐵氧體吸波裝置在157MHz時吸波效果達到31.1dB；b. 薄膜PCB裝置，利用三維電磁場仿真軟體建立了不同材料和結構的薄膜PCB裝置，研究了在VHF頻段的不同禁止效能，通過最佳化，設計了一種材料為銅的圓環和方環周期排布在FR4基材上的薄膜PCB禁止裝置，該裝置在160MHz達到了31.2dB的禁止效果，且該裝置能夠適用於空間狹小對透光性有極高要求的特殊場合。5. 研究了開關電源在VHF頻段產生干擾的機理，研究得到，降壓型開關電源由於高頻寄生效應，在開關節點處形成高頻諧振，通常產生30MHz以上的電磁干擾，最後通過提取電路寄生參數，利用電路仿真，研究了RC濾波和諧振迴路對諧振的影響，為開關電源減小或避開在VHF頻段的干擾提供依據。