发射设备接地设计研究

发射设备接地设计研究

田春苗1  何江军2

1.江南机电设计研究所  贵州贵阳  550009

 2.航天江南集团有限公司  贵州贵阳  550009

摘要：发射设备接地设计是通过分析传统接地设计的局限性对发射设备的接地方式进行改进设计。本文主要目的是研究设计发射设备的接地方法，旨在通过对发射设备的接地设计，提高发射设备阵地转移的快速性和发射设备工作的可靠性。

关键词：发射设备；接地；浮地

1.引言

接地技术是发射设备采用的重要技术，正确的接地设计不仅能保护发射设备和操作人员的人身安全，也是使发射设备稳定可靠工作的前提条件。如果发射设备接地设计不合理，轻则导致发射设备运行不稳定，如导致光电传输设备的误码率增加，重则导致发射设备无法正常工作，使设备毁坏。所以，对发射设备的接地设计进行研究十分必要。

2.发射装备传统接地设计分析

接地是通过“地线”的连接实现的[1]，即按一定的要求用必要的金属导体或导线把电路中的某些“地”电位点连接起来，或是将电子电气设备的某一部位(如外壳)和大地连接起来。

传统的发射装备电气系统，将电气设备的信号地、电源地和线缆的屏蔽地都连接到了发射装备的壳体上，发射装备壳体再与大地连接。发射装备接地示意图如图1所示。

图1 发射设备传统接地示意图

由图1示意图可知，发射装备在转移阵地或者行军进入作战阵地停车到位后，必须先在选定阵地打好接地桩，将作战装备的车体连接好大地后才能将设备展开然后启动发射设备上的电气设备，存在发射设备展开过程复杂，展开时间过长的问题，不利于紧急情况下发射设备快速展开进入作战状态。因此对传统发射设备的接地方式进行改进设计。

3.发射设备的接地改进设计

因为传统发射设备的接地参考点是大地，发射设备会存在一定使用的局限性，因此改变传统的接地形式，将发射设备采用浮地进行设计。浮地是指发射设备地线系统或电路的地线在电气上与大地绝缘，相对于大地是悬浮的[2]。当发射设备采用浮地时，电子设备不与大地连接，它相对于大地将呈现一定的电位，该电位会随着外界干扰场的变化而变化，从而导致电路系统工作不稳定。因此，发射设备选用浮地连接时，需同时采取抑制外界干扰的措施。

发射设备采用浮地设计时，可采取的具体设计方法如下：

（1）电路划分和布局：把电路划分为接口电路和内部电路，使保护器件、接口电路和内部电路布局在不同的区域，使敏感器件远离接口器件；

（2）地平面设置：由于设备有接口，不可避免地会引入干扰信号，应在靠近接口的局部区域设置保护地平面，接口浪涌保护器件和静电防护器件的接地脚接到保护地平面上，由保护地平面吸收干扰信号；为了给内部电路提供公共的参考电平，设置工作地平面-不同的电路分区布局，工作地平面不分割保持完整，为各种信号提供完整的参考平面，极小化信号回路面积，提高内部电路的抗干扰能力；

（3）信号耦合：接口电路与内部电路通过接口变压器或光电耦合器实现信号的耦合；

（4）加强内部电路的抗干扰措施：恰当的布局和布线使信号线尽可能的短。将敏感的元器件（一般是CPU、信号处理芯片、控制芯片和FPGA等）尽量布置在离接口较远的地方；在元器件的电源引脚之间安装高频旁路电容和钽电容，减小电源和地的电位波动；

（5）设备材料选择：对控制设备和通信设备的壳体采用全金属材料[3]，并尽量减小壳体上的孔缝，使设备组合形成法拉第笼结构，就可有效降低或消除外界电磁场对设备组合内部的耦合干扰；另一方面，对信号参考地及信号线与壳体结构和相邻设备之间采取可靠的绝缘隔离措施，防止外部引入的传导干扰；

（6）对电源器件，选用合适的滤波方式，RC滤波或LC滤波方式，减小电源产生的干扰信号。

根据以上提出的浮地防护措施，给出设备电路内部具体浮地设计原理图和发射设备浮地设计的示意图，具体分别如图2、图3所示。

图2 发射设备电路内部浮地设计

图2中，对设备的内部电路单板上进行保护器件、接口电路和内部电路的分区布局，由接口变压器实现信号的耦合。

一方面，对发射设备的控制设备和通信设备的壳体采用全金属材料，并尽量减小壳体上的孔缝，使设备组合形成法拉第笼结构，就可有效降低或消除外界电磁场对设备组合内部的耦合干扰；另一方面，对信号参考地及信号线与壳体结构和相邻设备之间采取可靠的绝缘隔离措施[4]，可以有效的防止外部引入的传导干扰；再一方面，可以对设备之间的信号采用同一个悬浮地，通信线采取双绞屏蔽的形式，信号线与悬浮地之间采取电容滤波等措施，可以有效的消除外部电磁场对设备间电缆网的干扰。因此，在采取上述措施的基础上采用悬浮地的方式，就能够实现既能为信号电压提供零电位参考点，同时还能提高电子设备电路系统工作的稳定性。发射设备浮地设计示意图如图3所示。

图3 发射设备浮地设计示意图

发射设备采用浮地设计，在保证为信号电压提供一个零电位参考点的同时，实现与其它地之间的隔离，有效避免了外部设备对信号电压的干扰。使发射设备既具有了传统设备接地的优点，又能满足发射设备的快速展开需求。

4.总结

通过对发射设备传统接地分析，针对性的对接地设计进行了改进，为后续其他项目发射设备的接地设计提供了参考。该研究既能够有效提高后续型号产品的质量安全、节约研发成本，又能提高发射设备的使用灵活性，为推动装备研制创新发展和提升产品市场竞争力打下坚实的技术基础，达到了发射设备接地设计研究的目的。

参考文献：

[1]顾金良，李敬东.军用电子设备的接地设计及实践[J].广东电力，2012,32(6):163-166.

[2]范大祥，陈佳佳.浮地设备的接地设计[J].可靠性设计与工艺控制，2003,3（15）：20-23.

[3]曹方圆,时卫东，康鹏，张波.接地材料对杆塔接地装置冲击接地阻抗的影响[J].中国电力，2016,49（10）：67-73.

[5]许庆强，许扬.小电阻接地配电网线路保护单相高阻接地分析[J].电力系统自动化，2010,34（9）：91-94.

作者简介：田春苗，女，硕士，高级工程师。Email：tianchunmiao07@163.com。