船用电子设备VHF频段电磁干扰抑制技术研究

随着船舶自动化程度的日益提高，船舶驾驶室内通信导航设备的种类、数量不断增加，运行速度不断提高，电磁环境更加恶劣。为保证船舶航行安全，船用电子设备应该满足电磁兼容要求。本项目针对156～165MHz船舶VHF通信频段辐射限值的特殊要求，采用理论分析、预测仿真与实验验证相结合的方式，研究电子设备箱体谐振频率转移机制，讨论箱体尺寸，内部布局，开孔方式对箱体谐振频率的影响关系；研究吸波材料的介电常数、磁导率以及物理结构与选择性吸收频率的作用规律；解决VHF频段EMI转移与抑制的机理和工程应用技术。研究船用电子设备三维电磁场建模关键技术，研究设备内电路板的近场数据获取模型，并建立船用电子设备整机预测仿真模型，实现船用电子设备电磁兼容预测设计。通过本项目研究，将仿真预测理念用于实际船用电子设备电磁兼容性设计，改变了传统的"设计-检验-改进设计-再检验"的设计模式。

本项目以实际船用电子设备为对象，利用电磁兼容仿真预测与试验测试相结合的方法，研究了船用电子设备在VHF通信频段电磁干扰的抑制技术。主要研究内容包括：1. 研究了设备内电路板的建模问题，探索出一种获取电路板近场辐射数据的方法，该方法利用EMSCAN近场扫描仪对电路板的测试结果，通过建立等效基本辐射器的方式，得到电路板近场辐射数据，从而作为系统级电磁兼容仿真的激励源，本方法克服了：a. 因为大多数ASIC不提供SPICE模型，无法仿真得出准确的电路板近场辐射数据；b. 近场测试数据由于缺乏相位信息，直接进行电磁兼容分析会有非常大的误差。2. 建立了VDR系统中各电路板模型和VDR系统级整机仿真模型，通过仿真与实测的对比，分析了仿真存在误差的因素，完善了模型，并研究了VDR系统中各电路板的安装位置、箱体内部铜柱与衬板是否绝缘、衬底属性对电磁干扰的影响，为实际设计安装提供参考依据。3. 研究了箱体、电源线和缝隙的谐振频率转移，通过对谐振机理的理论分析，利用三维电磁场仿真软件，得到了箱体、电源线和缝隙在VHF频段产生谐振的条件，所得结论对实际设计过程中避免在VHF频段产生谐振具有指导意义。4. 研究了吸波和屏蔽的原理，从仿真层面，设计了两种在VHF频段具有很好吸波效果和屏蔽效能的装置：a. 铁氧体栅格屏，该装置利用了铁氧体介电常数和相对磁导率范围宽、可调节的优点，通过建立铁氧体栅格结构的三维仿真模型，分析研究了不同介电常数、相对磁导率和结构尺寸对VHF频段吸波效果的影响，该铁氧体吸波装置在157MHz时吸波效果达到31.1dB；b. 薄膜PCB装置，利用三维电磁场仿真软件建立了不同材料和结构的薄膜PCB装置，研究了在VHF频段的不同屏蔽效能，通过优化，设计了一种材料为铜的圆环和方环周期排布在FR4基材上的薄膜PCB屏蔽装置，该装置在160MHz达到了31.2dB的屏蔽效果，且该装置能够适用于空间狭小对透光性有极高要求的特殊场合。5. 研究了开关电源在VHF频段产生干扰的机理，研究得到，降压型开关电源由于高频寄生效应，在开关节点处形成高频谐振，通常产生30MHz以上的电磁干扰，最后通过提取电路寄生参数，利用电路仿真，研究了RC滤波和谐振回路对谐振的影响，为开关电源减小或避开在VHF频段的干扰提供依据。