CN111182714B - 无人机电路布设结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无人机电路布设结构，涉及无人机系统电磁兼容技术领域，用以解决现有无人机整机系统的电磁兼容性能比较差的问题。包括：飞机基本结构，机载电子设备和舵机控制器；机载电子设备至少包括一个PCB线路板，PCB线路板上至少包括晶振及与晶振连接的输出线，晶振及输出线的周围间隔设置连接至地层的地信号线，输出线与PCB线路板上设置的外接信号线分别设置在地层的两侧；机载电子设备包括的机载电子设备电源电缆线铺设在飞机基本结构上；舵机控制器与舵机电联接的舵机电缆内包括的三相功率线均三绞屏蔽设置，且三相功率线铺设在飞机基本结构上。

Description

无人机电路布设结构
技术领域
本发明涉及无人机系统电磁兼容技术领域，更具体的涉及无人机电路布设结构。
背景技术
无人机系统在有限的空间和平台上集成了大量的电子/电气设备，这些设备之间通过电磁场辐射和信号传导相互影响，导致电磁兼容性能成为系统设计和使用必须面对的问题。
电磁兼容性能可分为传导及辐射发射或敏感度，其中辐射发射是整机系统最难以控制的特性。无人机系统的辐射发射干扰实质上是两种等效天线所产生的辐射信号，第一种天线是差模信号环路，差模电流通过环路产生对外辐射；第二种等效天线模型是单极天线，或对称偶极子天线，这些通常是整机中的电缆或其他尺寸较长的导体，其中流动的共模电流是辐射发射的源头。
无人机系统除正常的功能电路之外，还存在着大量的寄生分布参数，例如信号之间的寄生分布电容，分布互感，信号与参考地之间的分布电容，信号线本身的引线电感等，这些参数都与频率强相关，在直流或低频下，可以忽略，但是在高频范围内，这些参数的影响会随频率的升高越来越重要。在一定频率条件下，分系统或设备内部的共模电流将有一部分不会按照电路设计的路径回流，而通过分布电容或电感，驱动设备的接口信号电缆，产生辐射发射，这种非期望的共模电流虽然只有mA或μA级，但是它是整机系统辐射发射的主要原因。
机载设备大多应用多层PCB技术，一般信号层都紧邻地层或电源层，这样以来差模信号环路面积已被控制的越来越小，相反，由于机载设备越来越复杂，强干扰信号越来越多，等效单极天线逐渐占据了大部分辐射发射形式。
综上所述，无人机系统因等效单极天线所形成的辐射影响了无人机整机系统的辐射发射性能，导致无人机整机系统的电磁兼容性能比较差。
发明内容
本发明实施例提供无人机电路布设结构，用以解决现有技术中因等效单极天线所形成的辐射影响了无人机整机系统的辐射发射性能，导致无人机整机系统的电磁兼容性能比较差。
本发明实施例提供了无人机电路布设结构，其特征在于，包括：飞机基本结构，机载电子设备和舵机控制器；
所述机载电子设备至少包括一个PCB线路板，所述PCB线路板上至少包括晶振及与所述晶振连接的输出线，所述晶振及所述输出线的周围间隔设置连接至地层的地信号线，所述输出线与所述PCB线路板上设置的外接信号线分别设置在所述地层的两侧；
所述机载电子设备包括的机载电子设备电源电缆线铺设在所述飞机基本结构上；
所述舵机控制器与舵机电联接的舵机电缆内包括的三相功率线均三绞屏蔽设置，且所述三相功率线铺设在所述飞机基本结构上。
优选地，所述三相功率线与所述飞机基本结构之间的距离小于10mm。
优选地，与所述晶振连接的所述输出线包括数据地址线和时钟线；
每个所述地信号均通过通孔与所述地层连接，相邻的两个所述通孔之间的距离小于10mm。
优选地，所述舵机电缆内包括的激磁、传感器信号均双绞屏蔽设置，且双绞的信号线与三绞的功率线分开设置。
优选地，与所述舵机电联接的所述舵机电缆设置屏蔽层，且所述屏蔽层与所述舵机连接器的外壳低感抗导电电联接。
优选地，所述机载电子设备的机箱为导电连续体，每个所述机载电子设备包括的安装螺钉与所述机箱电联接，且相邻的两个所述安装螺钉之间的距离小于所述机载电子设备所包括的最高晶振频率波长的十分之一；
穿入所述机箱的导体，在所述机箱接口处均与所述机箱的本体低感抗连接。
优选地，所述飞机基本结构包括飞机结构骨架以及设置在所述飞机结构骨架上的金属蒙皮、角片、支架和型材；
其中，所述金属蒙皮、所述角片、所述支架和所述型材均与所述飞机结构有低阻抗通路。
本发明实施例提供了无人机电路布设结构，其特征在于，包括：飞机基本结构，机载电子设备和舵机控制器；所述机载电子设备至少包括一个PCB线路板，所述PCB线路板上至少包括晶振及与所述晶振连接的输出线，所述晶振及所述输出线的周围间隔设置连接至地层的地信号线，所述输出线与所述PCB线路板上设置的外接信号线分别设置在所述地层的两侧；所述机载电子设备包括的机载电子设备电源电缆线铺设在所述飞机基本结构上；所述舵机控制器与舵机电联接的舵机电缆内包括的三相功率线均三绞屏蔽设置，且所述三相功率线铺设在所述飞机基本结构上。在本发明实施例中，针对无人机系统中容易出现的单极天线模型，通过将PCB线路板内包括的晶振输出线和外接信号线进行叠层设计，对PCB线路板内包括的晶振及晶振输出线进行隔离设计，对舵机电缆包括的三相功率线进行三绞屏蔽设置等，可以减少无人机系统内的单极天线效应，从而可以提升无人机整体系统的辐射发射性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的无人机系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的PCB线路板布线结构示意图；
图3为本发明实施例提供的PCB线路板包括的晶振及输出线布线结构示意图；
图4为本发明实施例提供的晶振-接口信号电缆模型结构示意图；
图5为本发明实施例提供的DC/DC开关管-电源电缆模型结构示意图；
图6为本发明实施例提供的功率伺服开关管-电源电缆或舵机电缆模型结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示例性的示出了本发明实施例提供的无人机系统结构示意图，该布线结构主要应用在无人机系统内。
如图1所示，该无人机系统主要包括飞机基本结构，机载电子设备和舵机控制器。在实际应用中，无人机系统内存在的等效单件天线主要包括以下模块：DC/DC开关管-电源电缆模型、功率伺服开关管-电源电缆或舵机电缆模型和晶振-接口信号电缆模型，其中，DC/DC开关管-电源电缆模型中由于机载电子设备中二次电源的DC/DC开关管在通断时会产生高频干扰，而高频干扰通过机载电子设备内部的PCB线路板在机载电子设备电源电缆上形成高频噪声电流，该高频噪声电流驱动机载电子设备电源电缆成为单极天线；功率伺服开关管-电源电缆或舵机电缆模型中舵机控制器中驱动桥的功率伺服开关管在通断时会产生高频干扰，高频干扰通过舵机控制器内部的PCB线路板在控制器电源电缆或舵机电缆上形成高频噪声电流，该高频噪声电流驱动控制器电源电缆、舵机电缆成为单极天线；晶振-接口信号电缆模型中晶振及其输出的时钟线均为强干扰源，通过机载电子设备内部的分布电容或电感耦合至PCB线路板的接口信号线，在机载电子设备信号电缆上形成高频噪声电流，该高频噪声电流驱动机载电子设备信号电缆成为单极天线。
在本发明实施例中，为了解决上述单极天线所形成的辐射，主要对上述单极天线模型内所包括的线路走线进行了重新布设，图2为本发明实施例提供的PCB线路板布线结构示意图；图3为本发明实施例提供的PCB线路板包括的晶振及输出线布线结构示意图；图4为本发明实施例提供的晶振-接口信号电缆模型结构示意图；以下结合图2～图4详细介绍针对晶振-接口信号电缆模型所提出的线路布设方法。
如图3所示，机载电子设备所包括的PCB线路板上布设有晶振以及晶振的输出线，在实际应用中，由于晶振及其晶振输出线均为强干扰源，为了避免强干扰源通过机载电子设备内部的分布电容或电感耦合至PCB线路板的接口信号线上形成高频噪声电流，优选地，在PCB线路板上设置了地层，将晶振的输出线与PCB线路板上设置的外接信号线分别设置在地层的两侧，即通过地层将晶振的输出线盒PCB线路板上的外接信号线隔开至两个层面上。
在实际应用中，晶振的输出线至少包括有数据地址线和时钟线，如图2所示，由于设置在PCB线路板上的外接信号线的数量至少包括1个，而晶振的输出线至少包括有2个，因此，在图2中可以看到数据地址线和时钟线设置在地层的一侧，而外接信号线设置在地层的另一侧，即PCB线路板所包括的外接信号线与数据地址线和时钟线用地层隔离，通过该方式，可以避免晶振及其晶振输出线产生的的强干扰源机载电子设备内部的分布电容或电感耦合至PCB线路板的接口信号线上形成高频噪声电流。
进一步地，为了避免晶振及其晶振输出线均产生的强干扰源在机载电子设备信号电缆上形成高频噪声电流，优选地，在PCB线路板上晶振及晶振的输出线的周围间隔设置了连接至地层的地信号线。在本发明实施例中，每个所述地信号均通过通孔与所述地层连接，相邻的两个所述通孔之间的距离小于10mm。如图3所示，晶振及晶振的输出线的周围均匀设置有地信号线。
需要说明的是，在实际应用中，无人机系统内包括的机载电子设备可以有多个，每个机载电子设备均包括有设置晶振及其晶振输出线的PCB线路板，且设置有晶振的PCB线路板上均设置有外接信号线。在本发明实施例中，对机载电子设备的数量不做具体的限定，同时，对每个机载电子设备设备的PCB线路板所包括的外接信号线的数量也不做具体的限定，对PCB线路板包括的地层的数量也不做限定。
在本发明实施例中，为了解决上述单极天线所形成的辐射，主要对上述单极天线模型内所包括的线路走线进行了重新布设，图5为本发明实施例提供的DC/DC开关管-电源电缆模型结构示意图，以下结合图5详细介绍针对DC/DC开关管-电源电缆模型所提出的线路布设方法。
如图5所示，在机载电子设备内至少包括PCB线路板和DC/DC开关管，在实际应用中，由于DC/DC开关管在通断时会产生高频干扰，为了避免该高频干扰通过PCB线路板走线在机载电子设备电源电缆上形成高频噪声电流，优选地，将机载电子设备包括的机载电子设备电源电缆均铺设在飞机基本结构上，电缆与基本结构之间距离小于10mm。
需要说明的是，在本发明实施例中，机载电子设备的机箱均为导电连续体，每个机载电子设备包括的安装螺钉均与机箱电连接，由于机箱上可以设置多个安装螺钉，而相邻的两个安装螺钉之间的距离应该小于该机载电子设备内所包括的最高晶振的晶振频率波长的十分之一。进一步地，由于机载电子设备包括很外接接口，且外接接口需要与外接设备电联接。这里需要说明的是，若有穿入机箱内的导体时，则该导体在机箱接口处均与机箱的本体低感抗连接。
需要说明的是，在本发明实施例中，飞机基本结构包括飞机结构骨架以及设置在所述飞机结构骨架上的金属蒙皮、角片、支架和型材；其中，金属蒙皮、角片、支架和型材均与飞机结构有低阻抗通路。
在本发明实施例中，为了解决上述单极天线所形成的辐射，主要对上述单极天线模型内所包括的线路走线进行了重新布设，图6为本发明实施例提供的功率伺服开关管-电源电缆或舵机电缆模型结构示意图，以下结合图6详细介绍针对功率伺服开关管-电源电缆或舵机电缆模型所提出的线路布设方法。
如图6所示，舵机控制器至少包括功率伺服开关管和PCB线路板，在实际应用中，由于伺服开关管在通断时产生高频干扰，为了避免高频干扰通过设备内部的PCB线在舵机电缆上形成高频噪声电流，优选地，将舵机控制器与舵机电联接的舵机电缆内包括的三相功率线进行三绞屏蔽设置，三相功率线三绞屏蔽之后应紧邻飞机基本结构铺设，需要说明的是，舵机电缆所包括的三相功率线不能和其他信号线捆扎在一起，且舵机电缆在舵机接口处，舵机电缆的屏蔽层应该与舵机连接器外壳低感抗导电连接。
进一步地，舵机电缆所包括的激磁、传感器信号应双绞后屏蔽，双绞屏蔽后尽量紧邻飞机基本结构铺设，且与三相功率线分开设置。
需要说明的是，在本发明实施例中，对铺设到飞机基本结构上的三绞功率线，双绞信号线和机载电子设备电源电缆线的具体布线方式不做要求，上述线的布线与飞机的各种结构相关。
本发明实施例提供了无人机电路布设结构，其特征在于，包括：飞机基本结构，机载电子设备和舵机控制器；所述机载电子设备至少包括一个PCB线路板，所述PCB线路板上至少包括晶振及与所述晶振连接的输出线，所述晶振及所述输出线的周围间隔设置连接至地层的地信号线，所述输出线与所述PCB线路板上设置的外接信号线分别设置在所述地层的两侧；所述机载电子设备包括的机载电子设备电源电缆线铺设在所述飞机基本结构上；所述舵机控制器与舵机电联接的舵机电缆内包括的三相功率线均三绞屏蔽设置，且所述三相功率线铺设在所述飞机基本结构上。在本发明实施例中，针对无人机系统中容易出现的单极天线模型，通过将PCB线路板内包括的晶振输出线和外接信号线进行叠层设计，对PCB线路板内包括的晶振及晶振输出线进行隔离设计，对舵机电缆包括的三相功率线进行三绞屏蔽设置等，可以减少无人机系统内的单极天线效应，从而可以提升无人机整体系统的辐射发射性能。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.无人机电路布设结构，其特征在于，包括：飞机基本结构，机载电子设备和舵机控制器；
所述机载电子设备至少包括一个PCB线路板，所述PCB线路板上至少包括晶振及与所述晶振连接的输出线，所述晶振及所述输出线的周围间隔设置连接至地层的地信号线，所述输出线与所述PCB线路板上设置的外接信号线分别设置在所述地层的两侧；
所述机载电子设备包括的机载电子设备电源电缆线铺设在所述飞机基本结构上；
所述舵机控制器与舵机电联接的舵机电缆内包括的三相功率线均三绞屏蔽设置，且所述三相功率线铺设在所述飞机基本结构上。
2.如权利要求1所述的布设结构，其特征在于，所述三相功率线与所述飞机基本结构之间的距离小于10mm。
3.如权利要求1所述的布设结构，其特征在于，与所述晶振连接的所述输出线包括数据地址线和时钟线；
每个所述地信号线均通过通孔与所述地层连接，相邻的两个所述通孔之间的距离小于10mm。
4.如权利要求1所述的布设结构，其特征在于，所述舵机电缆内包括的激磁、传感器信号均双绞屏蔽设置，且双绞的信号线与三绞的功率线分开设置。
5.如权利要求1所述的布设结构，其特征在于，与所述舵机电联接的所述舵机电缆设置屏蔽层，且所述屏蔽层与所述舵机连接器的外壳低感抗导电电联接。
6.如权利要求1所述的布设结构，其特征在于，所述机载电子设备的机箱为导电连续体，每个所述机载电子设备包括的安装螺钉与所述机箱电联接，且相邻的两个所述安装螺钉之间的距离小于所述机载电子设备所包括的最高晶振频率波长的十分之一；
穿入所述机箱的导体，在所述机箱接口处均与所述机箱的本体低感抗连接。
7.如权利要求1所述的布设结构，其特征在于，所述飞机基本结构包括飞机结构骨架以及设置在所述飞机结构骨架上的金属蒙皮、角片、支架；
其中，所述金属蒙皮、所述角片、所述支架均与所述飞机结构有低阻抗通路。
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