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1、脱落连接器屏蔽设计2007年10月第35卷第5期现代防御技术MoDERNDEFENCETECHNoLoGY0ct.2007Vo1.35NO.5回导弹技术脱落连接器屏蔽设计李存洲,邵云峰(中国航天科工集团公司二院二部,北京100854)摘要:战场恶劣电磁环境对导弹武器飞行可靠性和作战效能的影响越来越突出,而作为导弹弹体主要电磁泄漏窗口的脱落插座,其屏蔽的好坏直接影响全弹性能.论证了脱落连接器的4种屏蔽方法和设计原理,给出了电磁屏蔽验证试验方法和结果,其中波导式脱落连接器综合性能较优,结构简单并能有效屏蔽反辐射导弹外界电磁干扰.关键词:脱落连接器;屏蔽设计;波导中图分类号:TJ760.3;TJ76
2、0.5文献标志码:A文章编号:1009086X(2007)一05005904ElectromagneticShieldingDesignfortheScreenedSeparableConnectorLICunzhou,SHA0Yunfeng(TheSecondDesignDepartmentoftheSecondResearchAcademyofCASIC,Beijing100854,China)Abstract:Theeffectofthewarfieldelectromagneticenvironmentonthereliabilityandtheoperationalefficienc
3、yofthemissileismoreandmoreworse,buttheroadofreleasingtheelectromagneticintotheroomofamisseleismainlytheseparableconnector,itsshieldingeffectivenessmakethedirecteffectonthemissileproperties.FourelectromagneticshieldingwaysandbasicprinciplesintheseparableconnectorandtheEMCexperimentaredemonstrated,the
4、experimentresultshowsthatthewaveguideseparableconnectorhasapromisingsuperiorties,simplestructure,andcanshieldeffectivelytheouterelectromagneticfortheantiaircraftmissile.Keywords:separableconnector;electromagneticshieldingdesign;waveguide0引言EMI干扰问题一直困扰着军事武器的发展,现代高技术战争和复杂的作战区域以及作战环境把电磁干扰问题提到了前所未有的高度.就
5、一个系统而言,各种电磁干扰在接口处最为严重,它既能将系统外部的EMI传导或辐射到系统内部,又可将系统内部的EMI传导或辐射到系统外部.因此,接口处的连接器在抗电磁干扰中起着极其重要的作用,对于导弹而言,脱落插座是裸露在外的信息端口,是电磁干扰的主要窗口.目前地空导弹主要使用的脱落连接器有JF48,FJ72和YF1680等,其设计注重插头座的分离结构,电性能和防热等,而抗外界电磁干扰性能普遍较收稿日期:20061018;修回日期:20061210基金项目:有作者简介:李存洲(1977一),男,山东济宁人.工程师,硕士,主要从事导弹弹上电气系统设计.通信地址:100854北京142信箱30分箱电话
6、:01068766114?60?现代防御技术2007年第35卷第5期差,不能满足作战复杂的电磁环境要求,特别是不能满足反辐射导弹的要求.1脱落连接器的屏蔽设计导弹发射后,脱落插头与插座分离,此时裸露的插合面成为EMI辐射的窗口,致使弹体屏效sE降低.通过对防空导弹脱落连接器屏蔽方法的研究,设计了4种屏蔽方法:窗户式屏蔽盖,接地滤波,屏蔽接地弹簧和波导式屏蔽.1.1窗户式屏蔽盖工作原理脱落插头与导弹分离后,窗户式屏蔽盖自动关闭,使电磁波无法直接进入弹体窗口.屏蔽盖采用滑动方式,在拉簧或压簧的作用下复位盖住插座,屏蔽盖与插座问通过导电橡胶保持屏蔽连续.1.2接地滤波工作原理脱落连接器借鉴微矩形滤波
7、连接器的设计,调节可变频率信号并滤除可能对系统危险的信号,阻止射频噪声的传输.封闭的金属壳可防止内部电磁能辐射或免受外界电磁干扰,接触件滤波消除传导型干扰.因此低频接触件为壳体屏蔽接地+接触件滤波+屏蔽层隔离结构,用75kHz,2MHz和100MHz高频接触组件与金属屏蔽间填充绝缘的硅胶层,低频滤波接触组件与金属屏蔽层间通过金属弹性多齿爪实现可靠接地.1.3屏蔽接地弹簧工作原理脱落连接器屏蔽设计采用金属屏蔽板,连接器插合状态下,金属屏蔽板与过渡接触件分离;插头与插座分离后,在插座端面通过l套自动复位机构把屏蔽板和连接器插座壳体自动连接,实现中问过渡接触件与接地弹簧片的可靠低阻抗接触,封死插座壳
8、体内部的过渡接触件.过渡接触件,屏蔽板和连接器壳体形成连续低阻抗的电屏蔽层,由导弹壳体,插座壳体,屏蔽板,过渡接触件及相互间的弹性件构成一个罩在信号线之外的一个屏蔽系统,从而实现了脱落插座的整体电磁屏蔽.1.4波导式屏蔽设计对屏蔽接地屏蔽结构进行改进,降低接地板与外壳间的泄漏,将其设计成一体式结构,引入了波导理论,采用波导原理进行屏蔽设计.屏蔽波导孑L的尺寸大小取决于需要达到的屏蔽效能和接触件通过电流的大小.低于截止频率的电磁波从波导孑L的一端传输到另一端的衰减与波导孔的长度成正比,计算公式为A823fL1一,(1)式中为电磁波的频率,GHz;L为波导孑L的长度;为截止频率,GHz,=l7.6
9、/d,d为孑L径,cm.1.5屏蔽效能分析4种屏蔽设计的屏效计算模型为波导模型和多孑L眼的金属板模型,屏蔽效能主要与场源特性,场源频率,屏蔽体到场源的距离,孑L眼面积,形状及屏蔽体材料和端面壁厚等因素有关,主要包括吸收损耗,反射损耗,多次反射损耗,单位面积内孑L眼数的修正系数K,低频穿透修正系数K,邻近孑L眼间相互影响的修正系数等,金属板的电磁屏蔽效能为SE=A+R+B+K1+K2+K3,(2)式中:A为孑L形对吸收损耗的影响,矩形孑LA:27.3,圆形孑LA=27?3古;R为反射损耗,对于平面波R:108.110lgf1;B为多次反射损耗,A>l0dB,r上,时忽略,当A<l0d
10、B时,B=201g();单位面积内孑L眼数修正系数K=一10lg(Sn),S为孑L的面积,n为平方厘米上的孑L眼数;低频穿透修正系数K=一20?lg1+(詈),c为孑L间导体宽度,为铝板集肤深度;邻近孑L眼间相互影响修正系数K3=20gfc0lh()】c以屏蔽接地弹簧连接器作为算例分析:若矩形孑L深t=2.5mm,宽边=4mm,孑L长为0.2mm,孑L边距为1.2mm,屏蔽板材料为硬铝,当f=3GHz时,A=27.3x0.25/0.4=l7dB,R=108.1101g(1x3x10/0.4)=9.3;由于A>10,B=0;K1计算:总孑L数计算5A的接触件上环形槽外径为1.3李存洲,邵云
11、峰:脱落连接器屏蔽设计?61?mm,屏蔽板的内径为1.8mm,按周长的一半计算,则接触件折合为小矩形孔数量为4,通过10A接触件的屏蔽模型为6个小矩形孔,通过电流40A接触件的屏蔽模型为12个小矩形孔,屏蔽板与壳体间的屏蔽模型为188个小矩形孔,孔总数为210个,孔板的总面积计算为耵59/4:27.32cm,单位面积的孔数为26,每个孔眼面积s为0.008cm,因此为26.8dB;孔间导体宽度为1.2mm,当频率为3GHz,铝板集肤深度6为0.019rnm,K约为0;K,为0.34dB;当外电磁场的频率为3GHz时,脱落连接器的总屏效SE=17+9.3+26.8+0+0.3=53.4dB2屏蔽
12、效能试验在此从产品的机械可靠性,安装复杂性,屏蔽效能,生产工艺性,环境适应性,工作屏段等方面综合比较分析了脱落连接器的屏蔽设计(见表1),并对综合性能较好的屏蔽接地弹簧和波导式脱落连接器进行了样件试制.2.1试验方案波导式脱落连接器和屏蔽接地弹簧脱落连接器屏蔽效能试验的频段为10KHz18GHz,试验工装为模拟舱段.根据试验频段较宽的特点,测试设备灵敏度和动态范围的不同,测试设备适用频段的不笪口较罐睦表1综合比较脱落连接器的特点(f=3.6GHz)Table1Comparisonofperformancesoffourseparableconnectors(3.6GHz)同等因素,将试验分成2
13、个频段进行扫频测试:在1GHz以下,采用最小增益为1.0V/m的天线在同一点进行空场(自由空间)和真实舱体(安装好插座的舱体)内场强的测量;在118GHz进行水平极化场强测量,在同一点进行空场,开场(有处理好但裸漏着安装孔的舱体)和真实舱体内场强的测量.2.2试验结果当电场值E:取开场测量值,2种脱落连接器在118GHz频段内的屏效SE见图1;当电场值取空场测量值,2种脱落连接器在118GHz频段内的屏效SE见图2.屏蔽接地弹簧脱落连接器波导式脱落连接器一屏蔽接地弹簧脱落连接器波导式脱落连接器图12种脱落连接器的屏蔽效能与频率的关系Fig?1CurvesofSEandfrequencyoftw
14、oseparableconnectors?62?现代防御技术2007年第35卷第5期d亚哇flGHz8波导式脱落连接器屏蔽按地弹簧脱落连接器一波导式脱落连接器一屏蔽接地弹簧脱落连接器图22种脱落连接器的屏蔽效能与频率的关系Fig.2CurvesofSEandfrequencyoftwoseparableconnectors2种脱落连接器在10kHz1GHz均不小于46dB.根据图1与图2比较分析可知:图2试验数据与理论设计计算结果相吻合,脱落连接器在118GHz屏效SE的大小与电场值:取值有关系,图1测量的是脱落插座安装孔口处的电磁场,其边界条件较为复杂,因此图1不能用以表征脱落连接器的实际屏
15、蔽效果.图2表明波导式脱落连接器屏蔽效能基本全频段大于40dB,波导式脱落连接器的屏蔽效果在7.518GHz优于屏蔽接地弹簧脱落连接器,因此波导式脱落连接器的屏效较好.根据以上分析和试验数据表明,波导式脱落连接器综合性能较好,能够有效地屏蔽恶劣的战场电磁环境,将战场恶劣的电磁干扰对导弹飞行可靠性和作战效能的影响降至最低.参考文献:123GJB130891,滤波电连接器要求s陈穷.电磁兼容工程设计手册K北京:国防工业出版社,1993蔡仁钢电磁兼容原理,设计和预测技术M.北京:北京航空航天大学出版社,1997.(上接第50页)6徐品高.防空导弹体系总体设计M.北京:宇航出版社,1996.7杨静宇,邬永革.战场数据融合技术M北京:兵器工业出版社,19948宋元,章新华战场态势估计的理论体系研究J910情报指挥控制与仿真技术,2004,26(1):4347.张明远,王宝树态势觉察中目标分群技术的实现J.电光与控制,2004,11(1):4043.孔祥忠.战场态势估计和威胁估计J火力与指挥控制,2003,28(6):9194