CN110727001B - 信号源接地装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号源接地装置，其具有：多个接地线，其用于与卫星探测器的多个信号回线连接，其中所述接地线的长度相同；以及接地结构，其用于将所有接地线接地。此外，本发明还涉及一种用于将卫星探测器接地的方法。通过本发明，可以极大地减少星上单机在工作时对卫星探测器的电磁干扰，同时防止卫星探测器对其它设备的干扰。

Description

信号源接地装置

技术领域

本发明涉及卫星信号传输和电磁屏蔽领域，具体而言涉及一种信号源接地装置。

背景技术

航天器电磁兼容设计在型号研制中占极重要的地位，一方面是因为，星上电子设备、尤其是大功率辐射信号源均会或多或少产生电磁干扰能量，另一方面，卫星在轨运行时,不可避免地会受到太阳紫外线和外部带电粒子的影响。良好的电磁兼容设计能降低、甚至基本避免电磁干扰对卫星的不利影响。

航天器电磁兼容性设计主要包括接地设计和搭接设计等。良好的接地可以抑制电磁噪声并提高抗扰度，还能避免或降低卫星不同部位之间的电弧放电，使卫星免受电磁干扰的影响。对于所传输的低频信号，多采用良好的接地设计来降低干扰源对所传输信号的影响。

航天器的地主要分为电源地、信号地和结构基准地，接地方式主要有单点接地、多点接地和混合接地。接地原则主要有以下几点：

整星电源回线与正线成对布置，返回供配电单元，电源回线与单机机壳隔离，由电源分系统单机通过单点接地方式连接到卫星主结构地上。

单机之间的信号传输都应采用往返对线连接，对整星而言，不提供低频信号地，遥测信号回线和遥控执行脉冲传输回线返回二次电源模块，由二次电源模块单点接地。

星载高频单机和部件均采用多点接地的方式。每点接地时应采取电路就近接地，并且接地导线的长度要小于工作信号波长的1/20。

禁止星上各设备信号回线和控制回线通过安装面就近直接连接结构地，否则设备相互之间接口电路上会存在公共供电回线，形成如图1所示的“地环路”，地环路既能发射电磁波干扰附近正常工作的电路又极易受到外界电磁波的干扰。

搭接设计的原则主要是：单机机壳与安装板之间的直流接触电阻应小于10mΩ；热控多层与航天器基准地的搭接不大于1Ω；航天器上所有面积大于1cm2的金属构件与整星基准地的搭接电阻不大于1KΩ。

某些航天器科学探测器输出的测量信号为皮库仑量级，甚至为飞库伦量级。采集该微弱信号的芯片前端均采用电荷灵敏放大器，容易受到外来干扰的影响，因此探测器的接地方式就显得非常重要。

为了将微弱信号源接地，现有技术方案是，将探测器的输出信号正线和回线成对传输，采集信号回流到载荷数据管理器后，在载荷数据管理器端接地处理，具体图示参见图2。现有技术方案中对微弱信号的屏蔽一般仅从传输电缆上采取屏蔽办法，如采用双绞或屏蔽电缆来传输微弱信号，但是该措施对信号的屏蔽效果并不理想，并不能彻底解决探测器的受干扰问题，在星上有单机产生较大电磁干扰时依然会对探测器有较大的干扰。

发明内容

从现有技术出发，本发明的任务是提供一种用于卫星探测器的接地装置以及一种用于将卫星探测器接地的方法，通过该装置或该方法，可以极大地减少星上单机在工作时对卫星探测器(或简称探测器)的电磁干扰，同时防止卫星探测器对其它设备的干扰。

在本发明的第一方面，前述任务通过一种用于卫星探测器的接地装置来解决，其具有：

多个接地线，其用于与卫星探测器的多个信号回线连接，其中所述接地线的长度相同；以及

接地结构，其用于将所有接地线接地。

在本发明的一个优选方案中规定，所述接地结构尽可能接近卫星探测器本身。通过该方案可以尽可能地降低接地线长度，从而进一步降低单机对探测器的电磁干扰以及探测器对其它设备的电磁干扰。

在本发明的另一优选方案中规定，所述接地线的长度为10cm至30cm。

在本发明的另一优选方案中规定，所述多个接地线包括四个接地线。

在本发明的一个扩展方案中规定，在所述卫星探测器的信号回线中传输的测量信号的电荷量为皮库仑量级或飞库伦量级。在此应当指出，尽管本发明对微弱信号源的电磁屏蔽效果特别好，但是本发明的技术方案也可以应用于信号强度较高的其它信号源。

在本发明的第二方面，前述任务通过一种用于将卫星探测器接地的方法，包括下列步骤：

将卫星探测器的信号回线与多个接地线连接，其中所述接地线的长度相同；以及

将所述接地线与同卫星探测器相距尽可能近的安装结构板连接，使接地线尽可能短。

本发明至少具有下列有益效果：

(1)共同、且优选就近的接地可以保证探测器的信号回路尽可能短(例如接地线长度仅仅为约20cm)，因此相比传统接地方案有效地减少了信号回路长度，降低了星上单机对微弱输出信号的干扰强度，也降低了对其它设备的干扰；

(2)由于探测器输出信号的多个信号回线的多个接地线的长度基本相同且它们连接到共同的地，因此这些信号回线中的多个微弱输出信号中夹杂的干扰信号也相近，在分析探测器的微弱输出信号时可以低成本地一并滤除这些微弱输出信号中的干扰信号，同时可以最大程度的保证信号的完整性；

(3)由于只有探测器的信号回线采用了共同、且优选就近接地的方案，而且探测器的输出信号十分微弱，因此在地、如结构板上的不同接地点处形成的电压差很小，可以有效避免图1所示地环路的信号强度，避免了引入新的干扰源。

附图说明

下面结合附图参考具体实施例来进一步阐述本发明。

图1示出了根据现有技术的地环路的示意图；

图2示出了根据现有技术的卫星探测器接地方式的示意图；

图3示出了根据本发明的卫星探测器接地方式的立体图；以及

图4示出了根据本发明的卫星探测器接地方式的俯视图。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

此外还应当指出，在本发明中，“相同”、“同样”、“等于”等措辞并不意味着二者绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，上述措辞还涵盖了“基本上相同”、“基本上同样”、“基本上等于”等。

对于现有技术接地方案，本发明人独到地洞察到：从实际的测试结果中发现现有接地方式存在以下问题：一方面，探测器的输出信号十分微弱，对星上其它电子设备产生的电磁干扰十分敏感，原有接地方式中的信号回路例如约1.3m，信号回路过长，不仅增大信号回路上产生的电压差，造成原始信号被淹没，而且信号回路过长也更容易受到电磁干扰；另一方面，探测器规模较大，长宽均在1m左右，探测器四周均有信号线输出，各信号线回流到航天器的同一个单机，导致回流通路长度各不相同，受干扰的程度也各不相同，因此很难将不同的干扰信号全部滤除，而且对不同干扰信号的滤波可能会造成原始信号的损失。

本发明提出的解决方案解决了现有技术的问题是，星上单机工作时对探测器的电磁干扰：星上某单机工作时，多个探测器通道噪声明显增大，某探测器通道噪声从6道上升到17道左右；基线噪声达到约9道。

基于以上问题，本发明的目的是降低星上单机对科学探测器的电磁干扰，使各探测器通道噪声维持在正常范围(低于5道)，保证航天器科学探测任务的正常执行。

针对当前技术方案中提到的电源和信号传输都应采用往返对线连接的方案，从测试结果上来讲对本航天器并不适用，因此本发明提出了新的接地方式。结合本航天器的结构特点，本发明将探测器的微弱输出信号采用就近接地的原则来实现更好的屏蔽效果。

下面结合具体实施例详细阐述本发明的技术方案。

图3和图4分别示出了根据本发明的卫星探测器接地方式的立体图和俯视图。

如图3和图4所示，卫星探测器106的输出信号为微弱信号，其信号的电荷量例如为几个皮库仑。但是应当指出，这仅仅是示例性的，本发明的方案也适用于具有其它输出信号电荷量级的其它探测器。这样的微弱输出信号容易受到电磁干扰，因此需要电磁屏蔽。卫星探测器106例如具有四个信号线(未示出)以及四个相应的信号回线(未示出)。但是应当指出，其它数目的信号线和信号回线也是可设想的。卫星的安装结构板105布置在卫星探测器106附近。单机107例如是要与卫星探测器106对接的设备或者与其它设备对接的设备，其中单机在其它情况下可能对探测器106产生电磁干扰。在此应当指出，在本申请中，术语“单机”是指卫星上的单个设备。“卫星探测器”是指卫星上的探测设备。

卫星探测器106的四个信号回线分别通过长度相等、例如均为30cm的例如四个(其它数目的接地线也是可设想的)接地线、即第一接地线101、第二接地线102、第三接地线103和第四接地线104与同一接地结构连接、即卫星的安装结构板105连接。在此应当指出，接地结构还可以是其它装置、例如单机107的金属壳体或安装板、某个安装件等等。此外，应当指出，卫星探测器106的信号回线的数目既可以与接地线的数目相对应，也可以不对应；在不对应的情况下，可以将多个信号回线通过同一接地线接地或者同一信号回线通过多个接地线接地。在本实施例中，由于探测器106总共具有四个电子模块，而每个模块都具有输出信号，因此本发明的接地装置相应地具有四个接地线。也就是说，在实际中，可以根据探测器106的电子模块的数目来确定接地线的数目。

本发明至少具有下列有益效果：

(1)共同、且优选就近的接地可以保证探测器的信号回路尽可能短(例如接地线长度仅仅为约20cm)，因此相比传统接地方案有效地减少了信号回路长度，降低了星上单机对微弱输出信号的干扰强度，也降低了对其它设备的干扰；

(2)由于探测器输出信号的多个信号回线的多个接地线的长度基本相同且它们连接到共同的地，因此这些信号回线中的多个微弱输出信号中夹杂的干扰信号也相近，在分析探测器的微弱输出信号时可以低成本地一并滤除这些微弱输出信号中的干扰信号，同时可以最大程度的保证信号的完整性；

(3)由于只有探测器的信号回线采用了共同、且优选就近接地的方案，而且探测器输出信号十分微弱，因此在地、如结构板上的不同接地点处形成的电压差很小，可以有效避免图1所示地环路的信号强度，避免了引入新的干扰源。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是对本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (3)

1.一种信号源接地装置，其中所述信号源为布置在卫星上的卫星探测器，并且所述卫星探测器的信号回线中传输的信号的电荷量为皮库仑量级或飞库伦量级，所述信号源接地装置具有：

多个接地线，其用于与信号源的多个信号回线连接，其中所述接地线的长度基本相同，其中所述接地线的长度为10cm至30cm；以及

接地结构，其用于将所述接地线接地，其中所述地为卫星的安装结构板。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述接地结构尽可能接近卫星探测器本身。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个接地线包括四个接地线。

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