CN112298525B - 基于太阳能无人机的平台载荷电磁兼容的方法、太阳能无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于太阳能无人机的平台载荷电磁兼容的方法、太阳能无人机，其中所述方法包括电磁噪声辐射兼容设计、电磁噪声传导兼容设计；所述的电磁噪声辐射兼容设计：将30‑512MHz频段的无线通信天线设置在太阳能无人机的尾梁，同时，30‑512MHz频段的无线通信天线与舵机也设有一段安全距离；此将大于600MHz的无线通信天线设置在太阳能无人机的机壳上；所述的电磁噪声传导兼容设计包括如下：对于无人机中的各个单元设备采用就近方式取电，同时通过电源地、保护地、数字信号地、模拟信号地多种地的分割处理。本发明解决太阳能无人机的多种单元设备之间的电磁兼容问题，从而有效搭载无线单元设备，保障了各项业务的开通与正常运行。

Description

基于太阳能无人机的平台载荷电磁兼容的方法、太阳能无 人机

技术领域

本发明涉及无人机领域，更具体地，涉及一种基于太阳能无人机的平台载体电磁兼容的方法、太阳能无人机。

背景技术

太阳能无人机需要大量太阳能电源转换模块和电源管理模块，而电源转换和管理模块造成的低频电磁辐射是非常强烈的，电磁辐射主要集中在500MHz以下，这对机载无线单元设备造成了严重的干扰；同时，各个无线单元设备之间可以通过电源线、信号线传导耦合方式互相影响。因此需要对太阳能无人机的电磁兼容特性进行全面分析并提出相应的解决方案。

中国专利公开号：CN207399024U，公开日：2018.05.22，公开了一种电源线传导发射滤波电路，该专利也应用在无人机上，其主要涉及对某无人机结冰探测装置电磁兼容涉及的改进，特别是针对电源线传导发射测试过程中特定频率点及其倍频超标问题的一种电源线传导发射滤波电路。该实用新型专利通过在电源滤波器的输入正端和输入负端设置旁路电容，从而解决电源线传导发射试验超标问题。

然而以上现有的技术主要集中在电源滤波上，从而达到降低电磁辐射噪声。但电磁兼容问题是一个系统考虑的问题，不仅在发射端需要考虑，在电磁干扰传播路径、接收端处理等方面都需要得到综合考虑。

发明内容

本发明为克服上述现有技术没有综合考虑无人机系统的电磁兼容的问题，提供了一种基于太阳能无人机的平台载体电磁兼容设计方法、太阳能无人机，其解决太阳能无人机的多种单元设备之间的电磁兼容问题，从而有效搭载无线单元设备，保障了各项业务的开通与正常运行。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种基于太阳能无人机的平台载体电磁兼容的方法，所述的方法包括：电磁噪声辐射兼容设计、电磁噪声传导兼容设计；

所述的电磁噪声辐射兼容设计包括以下：

由于太阳能无人机的电磁干扰主要集中在低频段，且主要由电源设备产生电磁干扰，因此将30-512MHz频段的无线通信天线设置在太阳能无人机的尾梁，同时，30-512MHz频段的无线通信天线与舵机也设有一段安全距离；

由于大于600MHz干扰主要由太阳能无人机测控设备的工作频段与倍频导致，因此将大于600MHz的无线通信天线设置在太阳能无人机的机壳上；

所述的电磁噪声传导兼容设计包括如下：

对于无人机中的各个单元设备采用就近方式取电，同时通过电源地、保护地、数字信号地、模拟信号地多种地的分割处理，从而减少电源回路面积，避免电源回路过大所导致的电源完整性被破坏的问题。

基于以上所述的基于太阳能无人机的平台载体电磁兼容的方法，本发明还提出了一种太阳能无人机，包括螺旋桨、电机、舵机、电源设备、机壳、尾梁、单元设备、大于600MHz的无线通信天线、30-512MHz频段的无线通信天线；

所述的机壳的底部与尾梁的一端连接，所述的尾梁的另一端与舵机连接；所述的舵机的电源地连接在舵机的地平面上；

所述的螺旋桨设置在机壳的顶部；

所述的电机、电源设备均设置在机壳内部，且与机壳的顶部连接，所述的电机的地平面、电源设备的地平面连接各自的电源地；

所述的电源设备向所述的电机、单元设备提供所需的工作电压；所述的电机与螺旋桨连接，带动螺旋桨旋转；且所述的电源设备向就近的单元设备提供电源。

将大于600MHz的无线通信天线设置在机壳上；

将30-512MHz频段的无线通信天线设置在尾梁上，且与舵机之间设有一段安全距离。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过全面分析了太阳能无人机及其搭载单元设备的电磁辐射、传导耦合的特性，针对太阳能无人机电磁辐射、传导等方面问题，解决太阳能无人机的多种单元设备之间的电磁兼容问题，使太阳能无人机能可靠搭载无线单元设备，实现远距离大范围无线通信。

附图说明

图1为本发明太阳能无人机的一个典型示意图。

图2为本发明太阳能无人机电磁噪声辐射兼容设计。

图3为本发明太阳能无人机电磁噪声传导兼容设计示意图。

图中，1-电源设备、2-电机、3-螺旋桨、4-电台、5-测控设备、6-尾梁、7-舵机、8-机壳、9-大于600MHz的无线通信天、10-金属薄膜、11-30-512MHz的无线通信天线、12-光纤。

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，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本实施例全面分析了太阳能无人机及其搭载单元设备的电磁辐射、传导耦合的特性，具体的，太阳能无人机除了一般无人机的载荷重量受限外，还具有电源设备分布范围大的特点。电源设备分布范围大导致电磁辐射的影响范围也相对较大，这对无线通信天线的安装位置、屏蔽手段都会造成相当的影响。同时，在电磁兼容的处理中，还需要考虑太阳能无人机结构强度、配重、载荷、气动、测控设备等因素的影响。

如图1所示，为太阳能无人机的一个典型示意图。在图1中，各个单元设备的信号带外电磁辐射都会造成多频段的电磁噪声干扰，其中所述的单元设备包括测控设备5、电台4、电机3、舵机7、电源设备1。在地面上，这些电磁噪声干扰都可以通过多种手段进行隔离，如电源滤波、信号线滤波、金属隔离腔体、金属屏蔽网等，但在太阳能无人机上，由于载荷受限，无法采用通用的隔离手段来达到电磁噪声隔离的目的。因此，需要在无线通信天线安装位置上采取措施以避开电磁噪声辐射较强的地方，同时也需要将各个单元设备之间的传导耦合通过各种手段降到最低，从而达到太阳能无人机整机电磁兼容的目的。

因此本实施例提出了一种基于太阳能无人机的平台载体电磁兼容的方法，所述的方法包括电磁噪声辐射兼容设计、电磁噪声传导兼容设计；

所述的电磁噪声辐射兼容设计主要考虑无线通信天线安装位置。在确定无线通信天线安装位置前，需要先分析太阳能无人机的整机电磁辐射性能。经过对无人机整机的多频段测试，测试到电源设备在低频段有较强的电磁辐射，在靠近电机2、舵机7、电源设备1的附近，电源噪声辐射强度超过底噪在30dB以上。如果不加屏蔽措施，是无法实现无线通信信号与无人机电磁噪声之间的电磁兼容设计的，因此选择一个电磁噪声辐射较小的安装位置对无线通信是至关重要的。

同时，太阳能无人机的测控设备涉及多个工作频段，在无线通信天线频段、安装位置的选择上，也需要考虑避开测控设备的天线本身工作和倍频频段等电磁干扰较为严重的频段。

另外，经过实验发现，无线射频信号对电机2、舵机7也有相应干扰。当VHF电台发射天线过于靠近电机2和舵机7时，电机2和舵机7都可能产生误动作，这将严重影响飞行安全。

综上所述，无线通信天线的安装位置与屏蔽措施，不仅要考虑太阳能无人机的单元设备对无线通信信号的影响，还需要考虑无线通信信号对太阳能无人机单元设备的影响。

根据对太阳能无人机的电磁兼容分析，对低频段的信号需进行着重考虑，而对于大于600MHz的无线通信天线9，只需要考虑避开太阳能无人机测控设备的频段及其倍频即可。

如图2所示，无线通信天线的安装示意，考虑到太阳能无人机的电磁干扰主要集中在低频段，并且低频段频段主要由电源设备1导致，因此30-512MHz频段的无线通信天线11安装在太阳能无人机的尾梁6，尽可能远离电源设备。同时，考虑到30-512MHz频段可能对舵机7有一定影响，因此30-512MHz频段的无线通信天线11与舵机7也保持一段的安全距离。

在图2中，由于大于600MHz干扰主要由太阳能无人机测控设备的工作频段与倍频导致，因此考虑到太阳能无人机配置等因素，将大于600MHz的无线通信天线9安装在太阳能无人机的机壳8上，无线通信天线的频率避开测控频段与其倍频即可。

所述的电磁噪声传导兼容设计主要考虑最大程度降低各单元设备之间通过电源线、信号线耦合效应。

如图1所示，测控设备、电台设备附近都有相应电源模块，因此测控、电台都采用就近方式取电，同时通过电源地、保护地、数字信号地、模拟信号地等多种地的分割处理，从而减少电源回路面积，降低过大的电源回路所产生的电源完整性被破坏现象。

同时，当单元设备之间采用信号线时，将电信号经过光电转换后采用光纤12互通，从而隔绝个单元设备之间的信号线互耦现象

在一个具体的实施例中，除了将无线通信天线在放置位置上有所措施之外，在无线通信天线附近，特别是可能的干扰主要传播路径上，安装对干扰频段具有隔离作用的金属薄膜10，并在金属薄膜10上涂覆具有吸收作用的吸波材料，在隔离干扰的同时尽可能减少对太阳能无人机载荷重量的影响。本实施例所述的吸波材料可以是硅胶类吸波材料或聚酯类吸波材料。

本实施例通过选取合适的安装位置无线通信天线与采用金属薄膜10和吸波材料，完成太阳能无人机的电磁兼容要求，使无线通信的通信距离、通信质量达到设计指标。

实施例2

基于实施例1所述的基于太阳能无人机的平台载体电磁兼容的方法，本实施例还提供了一种太阳能无人机，包括螺旋桨3、电机2、舵机7、电源设备1、机壳8、尾梁6、大于600MHz的无线通信天线9、30-512MHz频段的无线通信天线11；

所述的机壳8的底部与尾梁6的一端连接，所述的尾梁6的另一端与舵机7连接；所述的舵机7的电源地连接在舵机7的地平面上；

所述的螺旋桨3设置在机壳8的顶部；

所述的电机2、电源设备1均设置在机壳8内部，且与机壳8的顶部连接，所述的电机2的地平面、电源设备1的地平面连接各自的电源地；

所述的电源设备1向所述的电机2、舵机7提供所需的工作电压；所述的电机2与螺旋桨3连接，带动螺旋桨3旋转；所述的电源设备1就近向所述的单元设备提供电源；

将大于600MHz的无线通信天线9设置在机壳8上；

将30-512MHz频段的无线通信天线11设置在尾梁6上，且与舵机7之间设有一段安全距离。

在一个具体的实施例中，还包括对干扰频段具有隔离作用的金属薄膜10，所述的金属薄膜10设置在机壳8的底部，用于隔离电源设备对尾梁6上的30-512MHz频段的无线通信天线11的干扰。还可以所述的金属薄膜10上涂覆有具有吸收作用的吸波材料，在隔离干扰的同时尽可能减少对太阳能无人机载荷重量的影响。本实施例所述的吸波材料可以是硅胶类吸波材料或聚酯类吸波材料。

在一个具体的实施例中，所述的无人机还包括若干个电台4，所述的电台4之间采用光纤12进行信号传输，实现隔绝各个电台4之间的信号互耦现象；所述的电台4的数字地和模拟地通过单点接到电台4的地平面上。

在一个具体的实施例中，所述的无人机还包括测控设备5，所述的测控设备5分别与电台4、电源设备1、电机2电性连接；所述的测控设备5的数字地、模拟地通过单点接到测控设备的地平面上。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (10)

1.一种基于太阳能无人机的平台载荷电磁兼容的方法，其特征在于：所述的方法包括：电磁噪声辐射兼容设计、电磁噪声传导兼容设计；

所述的电磁噪声辐射兼容设计包括以下：

将30-512MHz频段的无线通信天线设置在太阳能无人机的尾梁，同时，30-512MHz频段的无线通信天线与舵机也设有一段安全距离；

将大于600MHz的无线通信天线设置在太阳能无人机的机壳上；

所述的电磁噪声传导兼容设计包括如下：

对无人机中的各个单元设备采用就近方式取电，同时各个单元设备通过电源地、数字信号地、模拟信号地多种地的分割处理。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能无人机的平台载荷电磁兼容的方法，其特征在于：所述的电磁噪声辐射兼容设计还包括在电磁干扰传播路径上，设置对干扰频段具有隔离作用的金属薄膜。

3.根据权利要求2所述的基于太阳能无人机的平台载荷电磁兼容的方法，其特征在于：所述的金属薄膜上涂覆有具有吸收作用的吸波材料。

4.根据权利要求1所述的基于太阳能无人机的平台载荷电磁兼容的方法，其特征在于：所述的电磁噪声传导兼容设计还包括，无人机中的单元设备之间采用光纤传输信号，实现隔绝各个单元设备之间的信号线互耦现象。

5.根据权利要求4所述的基于太阳能无人机的平台载荷电磁兼容的方法，其特征在于：所述的单元设备包括测控设备、电台、电机、舵机、电源设备。

6.一种太阳能无人机，其特征在于：包括螺旋桨、电机、舵机、电源设备、机壳、尾梁、大于600MHz的无线通信天线、30-512MHz频段的无线通信天线；

所述的机壳的底部与尾梁的一端连接，所述的尾梁的另一端与舵机连接；所述的舵机的电源地连接在舵机的地平面上；

所述的螺旋桨设置在机壳的顶部；

所述的电机、电源设备均设置在机壳内部，且与机壳的顶部连接，所述的电机的地平面、电源设备的地平面连接各自的电源地；

所述的电源设备向所述的电机提供所需的工作电压；所述的电机与螺旋桨连接，带动螺旋桨旋转；

将大于600MHz的无线通信天线设置在机壳上；

将30-512MHz频段的无线通信天线设置在尾梁上，且与舵机之间设有一段安全距离。

7.根据权利要求6所述的太阳能无人机，其特征在于：还包括对干扰频段具有隔离作用的金属薄膜，所述的金属薄膜设置在机壳的底部，用于隔离电源设备对尾梁上的30-512MHz频段的无线通信天线的干扰。

8.根据权利要求7所述的太阳能无人机，其特征在于：所述的金属薄膜上涂覆有具有吸收作用的吸波材料。

9.根据权利要求6所述的太阳能无人机，其特征在于：还包括若干个电台，所述的电台之间采用光纤进行信号传输，实现隔绝各个电台之间的信号互耦现象；所述的电台的数字地和模拟地通过单点接到电台的地平面上。

10.根据权利要求9所述的太阳能无人机，其特征在于：还包括测控设备，所述的测控设备分别与电台、电源设备、电机电性连接；所述的测控设备的数字地、模拟地通过单点接到测控设备的地平面上。

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