【摘要】介紹了艦載電子設(shè)備中電纜布線設(shè)計(jì)技術(shù)及其基本原則。論述了艦載電子設(shè)備中電纜布線設(shè)計(jì)與電磁兼容之間的關(guān)系，以及電纜布線設(shè)計(jì)與電纜布線施工一致性的關(guān)系。提出了艦載電子設(shè)備電纜布線設(shè)計(jì)的基本方法，并提出了通過電纜布線設(shè)計(jì)解決電磁兼容問題的方法。

【關(guān)鍵詞】艦載設(shè)備；電子設(shè)備；電纜布線；電磁兼容

1.引言

艦船電子設(shè)備是艦船眾多設(shè)備中的重要設(shè)備。艦船電子設(shè)備在艦船中發(fā)揮著重用。現(xiàn)在的艦船電子技術(shù)發(fā)展十分迅速，以前采用的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)，很多都已經(jīng)改成了電氣機(jī)械的控制系統(tǒng)。同時(shí)，艦船電子設(shè)備線纜所傳送的信號(hào)越來越多，頻率也越來越高，消耗的功率就越來越大。我們知道，現(xiàn)代艦船電子設(shè)備使用的電磁環(huán)境頻率十分復(fù)雜，各種設(shè)備都工作在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，所以必須采用必要的措施，以保證艦載電子設(shè)備的正常運(yùn)行。

艦載電子設(shè)備的各種電子部件主要有顯示模塊、操控模塊、電源模塊、機(jī)箱底板、各種插件板、變壓器、濾波器、阻容元件等。電纜布線設(shè)計(jì)，要完成電子設(shè)備中各種部件、插件、元件間的合理布線，保證布線位置與結(jié)構(gòu)的合理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備各種部件、插件、元件之間的電連接，并達(dá)到設(shè)備的電氣、電磁兼容等性能指標(biāo)。通常，由布線所形成的分布電容和雜散電磁場(chǎng)的分布情況十分復(fù)雜，同時(shí)由于噪聲干擾的隨機(jī)性，所以很難通過特定的公式計(jì)算，來得到最佳的布線方案。電纜布線的合理性，在很大程度上取決于經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證。

2.關(guān)于電纜布線設(shè)計(jì)的問題

印刷電路板（PCB）的設(shè)計(jì)，要經(jīng)過原理圖設(shè)計(jì)和電路板布線設(shè)計(jì)。印刷電路板生產(chǎn)廠，根據(jù)電路板布線設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)。同樣，電子設(shè)備電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也要經(jīng)過原理圖設(shè)計(jì)和電纜布線設(shè)計(jì)。電纜布線設(shè)計(jì)是為電氣系統(tǒng)制造做的準(zhǔn)備工作，工人根據(jù)布線設(shè)計(jì)對(duì)電氣系統(tǒng)的電纜布線進(jìn)行施工。

由于電纜是屬于機(jī)械電氣類的產(chǎn)品，在處理設(shè)計(jì)問題時(shí)，必須兼有電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)兩方面的專業(yè)特點(diǎn)。電纜布線設(shè)計(jì)需要將電氣技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、制造技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容結(jié)合起來進(jìn)行綜合考慮。電纜布線設(shè)計(jì)的要求比較高，布線設(shè)計(jì)人員必須熟悉電氣技術(shù)（尤其是電磁兼容）、機(jī)械技術(shù)、制造技術(shù)。

電氣人員，對(duì)設(shè)備、元件、電纜、信號(hào)的電氣性能很了解，但由于導(dǎo)線可能穿越多個(gè)空間，需要不同的固定和安裝方式，同時(shí)設(shè)備內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電氣人員很難完成機(jī)械上的設(shè)計(jì)任務(wù)。機(jī)械人員可以設(shè)計(jì)電纜的固定和安裝方式，設(shè)計(jì)電纜的分布和布局，但機(jī)械人員很難完成電纜的電氣、電磁兼容設(shè)計(jì)。例如，確定哪些電纜和導(dǎo)線可以捆扎在一起形成線扎（或線束），并合理的分布線扎，保證線扎間的電磁兼容性能。

電纜布線設(shè)計(jì)主要包括：①電纜和線扎的設(shè)計(jì)；②電纜的空間布局設(shè)計(jì)。電纜布線設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)單概括為：①電纜和線扎包括哪些導(dǎo)線，它們相互之間的電氣、電磁兼容性能如何解決；②電纜和線扎在設(shè)備內(nèi)部如何分布、安裝和固定。

完成了電氣系統(tǒng)的邏輯原理圖設(shè)計(jì)之后，就可以進(jìn)行電纜和線扎的設(shè)計(jì)了。在設(shè)計(jì)過程的這個(gè)階段，需要確定將哪些導(dǎo)線組合在一起，形成電纜；需要確定將哪些導(dǎo)線、電纜綁扎在一起，形成線扎。并且對(duì)所有的電纜和線扎進(jìn)行拓?fù)涿枋?，以便電纜空間布局設(shè)計(jì)工程師能夠利用這些拓?fù)涿枋?，確定這些導(dǎo)線、電纜與線扎的最終性能要求。同時(shí)工程師還必須確定連接線的線徑規(guī)格，估算每一根導(dǎo)線和電纜的長(zhǎng)度，并且確定在什么地方安置濾波器和連接器等。

對(duì)于每一個(gè)電纜或線扎，工程師必須做出一個(gè)2維的設(shè)計(jì)圖，通常稱作線扎圖。線扎圖是表示多根導(dǎo)線和/或電纜綁扎或粘合在一起的圖樣。對(duì)于有特殊要求的線扎，可以采用旁注加以說明，例如采用“技術(shù)要求”的方式加以說明。線扎圖中的線扎有結(jié)構(gòu)式和圖例式兩種表示方式。

電子設(shè)備的各類導(dǎo)線集中在設(shè)備內(nèi)部，這些導(dǎo)線會(huì)互相干擾，影響整機(jī)的電氣性能，甚至影響一起工作的其它設(shè)備的整機(jī)性能。所以，要盡可能排除各種干擾，合理、有效地利用設(shè)備內(nèi)有限的空間，對(duì)電纜和線扎進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。電纜和線扎設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按導(dǎo)線信號(hào)的電壓、電流、頻率等類型分類捆扎，盡量防止線間耦合串?dāng)_，同時(shí)要考慮設(shè)備的可靠性和可維修性，考慮布線的美觀性。

電纜和線扎的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量選擇專業(yè)生產(chǎn)廠制造的電纜，避免工人手工制作電纜。專業(yè)生產(chǎn)廠有專用的生產(chǎn)設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備保障，并有成熟的生產(chǎn)工藝，能夠滿足不同的電氣、電磁等要求，符合國(guó)際組織的各種標(biāo)準(zhǔn)。手工制作的電纜很難達(dá)到專業(yè)生產(chǎn)廠水平，特別是電磁兼容方面，電纜的性能沒有可靠的保證，差別也比較大。對(duì)特殊要求的電纜，可以提出具體的技術(shù)參數(shù)，在專業(yè)電纜生產(chǎn)廠定制生產(chǎn)。

電氣系統(tǒng)內(nèi)部各功能模塊之間需要相互通信，所敷設(shè)的電纜（線扎）電壓不同、電流不同、頻率不同，這些電纜的相互位置，以及走向都將對(duì)設(shè)備整體的電磁兼容性能產(chǎn)生影響。由于電纜總是有一定的長(zhǎng)度，部分電纜的電流很大，有的電纜信號(hào)十分敏感，因此電纜比PCB、機(jī)箱或其它結(jié)構(gòu)件更容易導(dǎo)致電磁兼容問題?？梢哉f，大部分的電磁兼容問題是電纜引起的，所以，必須對(duì)電纜和線扎進(jìn)行合理、有效的空間布局設(shè)計(jì)。

完成了電纜和線扎的設(shè)計(jì)，就可以進(jìn)行電纜的空間布局設(shè)計(jì)了，也就是根據(jù)電纜和線扎必要數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備內(nèi)部空間，進(jìn)行電纜的合理布局，滿足電氣、電磁兼容設(shè)計(jì)的要求。在這個(gè)階段，電纜布線設(shè)計(jì)工程師將決定每一根電纜、線扎的精確長(zhǎng)度，決定電纜和線扎的精確位置，決定連接器與緊固裝置的具體位置。

電纜布線設(shè)計(jì)工程師，將有關(guān)電氣系統(tǒng)電纜和線扎的信息，加以分類、整理。根據(jù)這些信息，電纜布線設(shè)計(jì)工程師更新每一個(gè)線扎的設(shè)計(jì)圖紙——線扎圖，明確線扎的長(zhǎng)度、方向、折彎角度等數(shù)據(jù)，更新電氣系統(tǒng)的電纜和線扎在固定、安裝過程中所需要的輔助零件清單。在此基礎(chǔ)上，生成制造模板所需要的設(shè)計(jì)圖紙與技術(shù)規(guī)格要求，這些模板都是在裝配每個(gè)電纜、線扎時(shí)所需要使用的。

電纜空間布局設(shè)計(jì)是很重要的一項(xiàng)工作，是明確電纜和線扎的空間位置、布局，明確電纜和線扎的相對(duì)位置的。在進(jìn)行電纜空間布局設(shè)計(jì)時(shí)，不能簡(jiǎn)單地按照布線原則，將不同電壓、不同電流、不同頻率的信號(hào)電纜分開敷設(shè)，必須根據(jù)電子設(shè)備內(nèi)不同信號(hào)電纜的干擾特性，在理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)設(shè)備內(nèi)不同信號(hào)電纜的布局方法，減少相互干擾。

3.電纜布線設(shè)計(jì)與電纜布線施工一致性的關(guān)系

電子設(shè)備的電氣系統(tǒng)，在電氣性能要求越來越高的情況下，電磁兼容性要求也越來越高。電纜布線施工的差異，不僅僅是外觀上的不同，布線的不同導(dǎo)致同一類設(shè)備的電磁兼容性能差別很大，影響設(shè)備的整機(jī)性能。

在生產(chǎn)中經(jīng)常存在如下情況，機(jī)柜、加固機(jī)、插件、電源等電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)件，經(jīng)常多次重復(fù)投產(chǎn)，有時(shí)用先進(jìn)的加工中心加工，有時(shí)用普通機(jī)床手工加工，但每次生產(chǎn)的合格產(chǎn)品，都保持一致。同時(shí)，電子設(shè)備的電纜布線，經(jīng)常是不同時(shí)期的產(chǎn)品布線不同，不同操作者加工的產(chǎn)品布線不同。為什么同樣的制造部門，加工的產(chǎn)品，在一致性上存在這么大的差別？

對(duì)于機(jī)械類零件，不同操作者在加工零件時(shí)，是按照零件圖（或裝配圖）施工，圖紙上明確標(biāo)注了零件的尺寸、公差、粗糙度、涂覆面、孔的配合關(guān)系等。所以，加工機(jī)械類零件時(shí)，無論是高級(jí)工還是中級(jí)工，無論是先進(jìn)的加工中心還是普通機(jī)床，只要按圖施工，產(chǎn)品都是一致的。

對(duì)于電氣裝配，多年來，傳統(tǒng)的電子設(shè)備電氣總裝設(shè)計(jì)，通常只有一份接線圖和接線表，這只相當(dāng)于完成了電氣系統(tǒng)的邏輯原理圖設(shè)計(jì)。接線圖和接線表在布線設(shè)計(jì)方面常會(huì)發(fā)生無電纜、無線扎、無布線設(shè)計(jì)等問題。

從上面的分析可以看出，電纜布線設(shè)計(jì)是電纜布線施工一致的前提和保證，單純采取工藝方法是無法保證電纜布線施工一致性的。需要保證電纜布線一致的設(shè)備，尤其是電磁兼容性能要求高的設(shè)備，必須進(jìn)行電纜布線設(shè)計(jì)。事實(shí)上，即便是有經(jīng)驗(yàn)的不同布線工程師，對(duì)同一臺(tái)電子設(shè)備進(jìn)行電纜布線設(shè)計(jì)，也絕對(duì)不會(huì)完全相同。

4.艦載電子設(shè)備電纜布線設(shè)計(jì)的方法

從抗干擾的角度考慮，合理的布線就是要設(shè)法減小電路中的分布電容、雜散電感，把由此產(chǎn)生的雜散電磁場(chǎng)減到最小的程度。合理布線的另一個(gè)目的是合理布置電路的回路途徑和環(huán)路面積，使之控制在人們需要的范圍之內(nèi)。

對(duì)于艦載電子設(shè)備而言，電纜布線設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)同樣重要，合理、有效的電纜布線設(shè)計(jì)，是電氣系統(tǒng)電磁兼容性能在布線方面的保證，是不可回避的設(shè)計(jì)工作。我們必須對(duì)電纜布線設(shè)計(jì)給予足夠的重視，否則，當(dāng)設(shè)備裝配完工，再考慮上述問題，就為時(shí)已晚。有時(shí)即使采取了一些措施予以補(bǔ)救，也要付出很大的代價(jià)，甚至根本不能解決由電纜布線導(dǎo)致的電磁兼容問題。

（1）進(jìn)行電纜和線扎的設(shè)計(jì)

在這個(gè)設(shè)計(jì)過程，要根據(jù)電纜和線扎的設(shè)計(jì)原則，明確電纜和線扎的各種參數(shù)，并對(duì)電纜和線扎進(jìn)行拓?fù)涿枋?，生成“線扎圖”，從而徹底避免電裝設(shè)計(jì)中的“無電纜、無線扎”現(xiàn)象。同時(shí)，配合電磁兼容等實(shí)驗(yàn)，逐步修改、完善設(shè)備的“線扎圖”，并建立“線扎圖模板”。

（2）進(jìn)行電纜的空間布局設(shè)計(jì)

電纜的空間布局設(shè)計(jì)，工作量比較大，對(duì)設(shè)計(jì)者來說知識(shí)面要求比較寬，需要將電氣技術(shù)、機(jī)械技術(shù)和制造技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容結(jié)合起來考慮，一般人員短期內(nèi)很難達(dá)到比較高的設(shè)計(jì)水平。因此，工作人員必須不斷擴(kuò)展知識(shí)面，熟悉上述專業(yè)的知識(shí)，熟練掌握電纜布線軟件，全面提高設(shè)計(jì)水平。

電纜的空間布局設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)電纜空間布局設(shè)計(jì)原則，使用電纜布線軟件，生成“電纜空間布局圖”，解決電子設(shè)備電氣裝配設(shè)計(jì)中的“無布線設(shè)計(jì)”問題。同時(shí)，配合電磁兼容等實(shí)驗(yàn)，逐步修改、完善設(shè)備的“電纜空間布局圖”，并建立“電纜空間布局圖模板”。

（3）電纜布線設(shè)計(jì)的溝通

要完成電纜布線設(shè)計(jì)，電纜布線設(shè)計(jì)工程師必須做到電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的有效溝通（單/雙向），有效的溝通是電纜布線設(shè)計(jì)的保障。各專業(yè)人員的溝通，應(yīng)以文件和圖紙的形式進(jìn)行溝通，圖紙和文件必須采用相同的標(biāo)準(zhǔn)。

通過分析可知，電纜布線設(shè)計(jì)工程師不只需要有相當(dāng)?shù)臋C(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平，更重要的是和上述工程師進(jìn)行有效的溝通。電氣、機(jī)械、工藝工程師對(duì)自己負(fù)責(zé)的產(chǎn)品進(jìn)行電纜布線設(shè)計(jì)，能夠及時(shí)修改相關(guān)設(shè)計(jì)，極大地提高設(shè)計(jì)水平，提高電纜布線的合理性；并且，可以減少設(shè)計(jì)的中間環(huán)節(jié)，減少各專業(yè)工程師與電纜布線工程師的溝通，使溝通、協(xié)調(diào)更順暢。

只有在“電纜空間布局圖模板”比較豐富，設(shè)備可以參照模板進(jìn)行設(shè)計(jì)的情況下，電氣、機(jī)械、工藝工程師才能在熟悉電纜布線軟件的基礎(chǔ)上，對(duì)模板修改和完善，進(jìn)行“參考設(shè)計(jì)”，達(dá)到電纜空間布局設(shè)計(jì)的要求。這種參照模板的“參考設(shè)計(jì)”與真正的電纜空間布局設(shè)計(jì)還有很大差距，但可以在相類似電子設(shè)備的布線設(shè)計(jì)中采用，縮短設(shè)計(jì)周期。

5.結(jié)束語

通過對(duì)電纜布線的合理設(shè)計(jì)，可以解決電纜布線導(dǎo)致的電磁兼容問題。在電子設(shè)備的導(dǎo)線選用、器件選擇、接地設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)等方面，滿足設(shè)計(jì)和工作要求的情況下，如果對(duì)設(shè)備進(jìn)行了全面的電纜布線設(shè)計(jì)，就可以使絕大部分設(shè)備，在出廠時(shí)，電磁兼容性能就達(dá)到要求，從而徹底解決由電纜布線導(dǎo)致的電磁兼容問題。

作者簡(jiǎn)介：易書琴（1983—），大學(xué)本科，現(xiàn)供職于中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所，從事艦載設(shè)備電子對(duì)抗方面工作。