系统EMC设计与预测课件.pptx

1、1一、系统级一、系统级EMC管理管理 为了保证系统级的电磁兼容性，在研制、生产、使用的全寿命期，为了保证系统级的电磁兼容性，在研制、生产、使用的全寿命期，都要实施都要实施EMC管理。管理。 l. 论证阶段论证阶段 确定和分析预期的电磁环境效应；确定和分析预期的电磁环境效应； 提出一般要求：提出一般要求： 研究频谱指配和频率分配；研究频谱指配和频率分配； 分析费用及风险：分析费用及风险： 2。方案阶段。方案阶段 制定电磁兼容设计规范：制定电磁兼容设计规范： 选用和剪裁标准；选用和剪裁标准； 确定系统、分系统、设备的电磁兼容要求；确定系统、分系统、设备的电磁兼容要求；系统级EMC设计2确定频谱和频

2、率分配，编制频率使用管理文件：确定频谱和频率分配，编制频率使用管理文件：拟定布置方案：拟定布置方案：确定确定EMC试验计划：试验计划：确定经费预算和计划进度：确定经费预算和计划进度：方案阶段方案阶段EMC评审。评审。3。工程研制阶段。工程研制阶段在功能设计的同时，进行在功能设计的同时，进行EMC设计：设计：实施电磁兼容设计规范：实施电磁兼容设计规范：确定使用和维修中的确定使用和维修中的EMC要求；要求；工程研制阶段工程研制阶段EMC评审。评审。 4。定型阶段。定型阶段系统级EMC设计3系统级EMC设计二、系统级二、系统级EMC设计基本参数设计基本参数 1。频谱指配与频率管理；。频谱指配与频率管

3、理； 2。接地准则：。接地准则： 3。电搭接设计：。电搭接设计： 4。屏蔽设计：。屏蔽设计： 5。隔离要求：。隔离要求： 6。雷击浪涌防护：。雷击浪涌防护： 7。静电防护：。静电防护： 8。电磁脉冲防护；。电磁脉冲防护； 9。设备安装准则；。设备安装准则； l0。天线安装准则。天线安装准则412。通信天线布置要求。通信天线布置要求 通信系统功率限制要求：通信系统功率限制要求： 通信系统频率隔离要求：通信系统频率隔离要求： 天线隔离度要求：天线隔离度要求： 天线方向性天线方向性13 武器装备的布置武器装备的布置14 电子、电气设备的布置电子、电气设备的布置15 馈线与电缆的布置馈线与电缆的布置1

4、6 减少散射骚扰的设计减少散射骚扰的设计17 减少非线性效应的措施减少非线性效应的措施18 减少散射金属物件减少散射金属物件19 使用吸波材料使用吸波材料系统级EMC设计5系统级EMC设计准备试验专门设备和设施。准备试验专门设备和设施。6 6。系统级。系统级EMCEMC试验内容试验内容 系统总装过程中的接地电阻和搭接电阻测试：系统总装过程中的接地电阻和搭接电阻测试： 电源线传导骚扰测试：电源线传导骚扰测试： 系统自兼容试验：系统自兼容试验： 系统电磁环境试验。系统电磁环境试验。三、电磁兼容诊断与分析三、电磁兼容诊断与分析 电磁兼容诊断测试可用于系统研制的任何阶段，只是在初电磁兼容诊断测试可用于

5、系统研制的任何阶段，只是在初级阶段用诊断测试可以早发现问题早解决问题。预先估计骚级阶段用诊断测试可以早发现问题早解决问题。预先估计骚扰的可能来源和骚扰的传播是正确设计电子系统的必要条件扰的可能来源和骚扰的传播是正确设计电子系统的必要条件6系统级EMC设计独立系统电磁兼容性预测研究的若干问题独立系统电磁兼容性预测研究的若干问题 因此是综合性很强的边缘学科，同时又是实践性很强的应用因此是综合性很强的边缘学科，同时又是实践性很强的应用学科，其研究的最终目的就是要保证系统或子系统的兼容性。学科，其研究的最终目的就是要保证系统或子系统的兼容性。传导干扰预测分析的建模工作可分为四种等级：传导干扰预测分析的

6、建模工作可分为四种等级： (1)(1)分立器件级，包括耗能、贮能和磁性元器件的模型及各种分立器件级，包括耗能、贮能和磁性元器件的模型及各种功率半导体开关器件的建模技术；功率半导体开关器件的建模技术； (2)(2)集成模块级，主要是集成电力电子模块内部寄生参数的抽集成模块级，主要是集成电力电子模块内部寄生参数的抽取和建模技术；取和建模技术； (3)(3)装置级，主要是各种功率变流器和装置级，主要是各种功率变流器和PCBPCB电路拓扑的建模；电路拓扑的建模； (4)(4)系统级，为前面三种等级的综合，包括的内容多，涉及的系统级，为前面三种等级的综合，包括的内容多，涉及的理论也比较复杂，是理论也比较

7、复杂，是EMCEMC建模的最终目标。建模的最终目标。 7 3 3、电磁兼容建模中的关键问题、电磁兼容建模中的关键问题 (1)(1)重点研究电路理论对传导电磁干扰特征问题的描述方法。包重点研究电路理论对传导电磁干扰特征问题的描述方法。包括电压和电流过冲、瞬变、跌落等现象，谐波分析，共地阻抗的括电压和电流过冲、瞬变、跌落等现象，谐波分析，共地阻抗的耦合问题等。耦合问题等。 (2)(2)重点研究集中和分布参数对于系统和回路间能量耦合问题的重点研究集中和分布参数对于系统和回路间能量耦合问题的描述方法。包括导线间互感和寄生电容引起的低频电磁场耦合问描述方法。包括导线间互感和寄生电容引起的低频电磁场耦合问

8、题，环境电磁骚扰引起的场路耦合问题，以及不同载流特性线缆题，环境电磁骚扰引起的场路耦合问题，以及不同载流特性线缆之间的串扰问题。之间的串扰问题。 (3)(3)重点研究传导干扰与辐射干扰相互耦合和转化问题。涉及高重点研究传导干扰与辐射干扰相互耦合和转化问题。涉及高频辐射分析时，不仅要分析电磁场在空间的传播和反射，而且需频辐射分析时，不仅要分析电磁场在空间的传播和反射，而且需要分析回路中导线产生的辐射场、辐射场与回路中导线的耦合及要分析回路中导线产生的辐射场、辐射场与回路中导线的耦合及回路之间分布互感的耦合。回路之间分布互感的耦合。 (4)(4)重点研究电磁场方法对大功率电路和互连系统寄生参数的建

9、重点研究电磁场方法对大功率电路和互连系统寄生参数的建模方法。模方法。 电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 8电磁兼容本身就是一门综合性学科，而系统的电磁兼容性又是一个电磁兼容本身就是一门综合性学科，而系统的电磁兼容性又是一个整体性概念，因此更需要结合众多学科的理论，其涉及的交叉领域整体性概念，因此更需要结合众多学科的理论，其涉及的交叉领域包括：包括： (1)(1)电路建模和电路参数提取方法：系统电磁兼容研究时需要电路建模和电路参数提取方法：系统电磁兼容研究时需要考虑各种寄生参数的影响，因此必须发展电路建模和电路参数提取考虑各种寄生参数的影响，因此必须发展电路建模和电路参数提取方法。方法。 (2)

10、(2)复杂物体电磁场的高效计算方法：在独立系统中，往往以复杂物体电磁场的高效计算方法：在独立系统中，往往以金属壳体作为作业平台，系统中各种设备均以该壳体作为公共地平金属壳体作为作业平台，系统中各种设备均以该壳体作为公共地平面，故常需要考虑空间电磁场在设备壳体上引起的感应电流，这些面，故常需要考虑空间电磁场在设备壳体上引起的感应电流，这些设备往往是不规则的，因此需要考虑复杂物体电磁场计算方法。设备往往是不规则的，因此需要考虑复杂物体电磁场计算方法。 (3)(3)电磁兼容中测量方法的研究：电磁兼容中测量方法的研究： 电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 92 23 3电磁兼容分析预测阶段电磁兼容分析预

11、测阶段 对系统、分系统、各部件、元器件电磁特性进行分析预测，合对系统、分系统、各部件、元器件电磁特性进行分析预测，合理分配各项指标要求，并且在系统的整个设计过程中不断地进行修理分配各项指标要求，并且在系统的整个设计过程中不断地进行修正和补充，使系统工作在最佳状态。电磁兼容预测在三个级别上进正和补充，使系统工作在最佳状态。电磁兼容预测在三个级别上进行：行： 1)1)芯片电磁兼容预测芯片电磁兼容预测 美国和其他一些西方国家的半导体芯片生产厂家把电磁兼容设美国和其他一些西方国家的半导体芯片生产厂家把电磁兼容设计和预测作为生产的第一个主要过程。计和预测作为生产的第一个主要过程。 2)2)部件电磁兼容预

12、测部件电磁兼容预测 印刷电路板、多芯线、驱动器等电子电气部件本身的电磁兼容印刷电路板、多芯线、驱动器等电子电气部件本身的电磁兼容预测，以及部件与部件之间的电磁兼容预测。预测，以及部件与部件之间的电磁兼容预测。 3)3)系统电磁兼容预测系统电磁兼容预测 对一个飞机、舰船、导弹、飞船等装有多种复杂电子电气设备对一个飞机、舰船、导弹、飞船等装有多种复杂电子电气设备的系统进行电磁兼容预测。的系统进行电磁兼容预测。 电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 10空间飞行器的电磁兼容问题空间飞行器的电磁兼容问题 空间飞行器是一个具有复杂的机械结构和复杂的电气、电子结空间飞行器是一个具有复杂的机械结构和复杂的电气、

13、电子结构的混合系统。在系统中，数以千计的电气电子元器件以随意方式构的混合系统。在系统中，数以千计的电气电子元器件以随意方式密集分布在非常有限的空间范围内，对系统进行密集分布在非常有限的空间范围内，对系统进行EMCEMC分析预测分为分析预测分为两方面：两方面： 1)1)对系统中可有效分析的基本组成单元，借助各种较为复杂的、对系统中可有效分析的基本组成单元，借助各种较为复杂的、准确度较高的电磁数值分析方法，编制相应的分析软件包，建立起准确度较高的电磁数值分析方法，编制相应的分析软件包，建立起尽可能完备的数学模型。尽可能完备的数学模型。 2)2)将飞行器内部分为若干相对独立的子系统，每一个子系统内将

14、飞行器内部分为若干相对独立的子系统，每一个子系统内部可以等效为一个电磁干扰源或电磁干扰敏感器件，对每个子系统部可以等效为一个电磁干扰源或电磁干扰敏感器件，对每个子系统进行进行EMCEMC分析预测后，可建立起相应的数学模型。分析预测后，可建立起相应的数学模型。 电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 11电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 6 6、无线电信技术中的电磁兼容问题、无线电信技术中的电磁兼容问题 研究工作包括系统内部和系统之间的电磁兼容两个方面：研究工作包括系统内部和系统之间的电磁兼容两个方面： 1)1)作为一个系统，特别具有高频器件和电路的无线电系统，其内作为一个系统，特别具有高频器件和电路

15、的无线电系统，其内部的电磁兼容问题非常复杂。对于高速信息传输系统尤其要给予部的电磁兼容问题非常复杂。对于高速信息传输系统尤其要给予重视重视 2)2)如下一些关键的、来自于系统之间的电磁兼容性问题也必须引如下一些关键的、来自于系统之间的电磁兼容性问题也必须引起重视。起重视。 a a宽带无线通信系统与窄带无线系统之间的电磁兼容问题。宽带无线通信系统与窄带无线系统之间的电磁兼容问题。 b b移动通信系统、无线接入系统、无绳和寻呼系统之间的电磁兼移动通信系统、无线接入系统、无绳和寻呼系统之间的电磁兼容问题。容问题。 c c地面无线电系统、同温层系统和卫星系统之间的电磁兼容问题。地面无线电系统、同温层系

16、统和卫星系统之间的电磁兼容问题。 d d宽带、超高速移动通信与其他系统之间的电磁兼容性问题。宽带、超高速移动通信与其他系统之间的电磁兼容性问题。 e e无线电系统与其他系统之间的电磁兼容性问题。无线电系统与其他系统之间的电磁兼容性问题。12电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 3 31 11 1 电磁兼容性预测基本原理电磁兼容性预测基本原理 电磁兼容的管理和计划并不包括在电子设备或系统的设计中。电磁兼容的管理和计划并不包括在电子设备或系统的设计中。只有当电磁干扰对设备造成不利影响时、或无法通过只有当电磁干扰对设备造成不利影响时、或无法通过EMCEMC测试时，测试时，制造商才不得不考虑：要么对产品重

17、新设计，要么做出某些修改以制造商才不得不考虑：要么对产品重新设计，要么做出某些修改以满足满足EMCEMC 电磁兼容性预测电磁兼容性预测(Electromagnetic Compatibility (Electromagnetic Compatibility Prediction)Prediction)是一种通过理论计算对用电子设备或系统的电磁兼容是一种通过理论计算对用电子设备或系统的电磁兼容程度进行分析评估的方法。其定义是：在设计阶段通过计算的方法程度进行分析评估的方法。其定义是：在设计阶段通过计算的方法对电气、电子元件、设备乃至整个系统的电磁兼容特性进行分析。对电气、电子元件、设备乃至整个系

18、统的电磁兼容特性进行分析。这项技术通常应用在系统或设备研制的方案设计阶段和工程研制阶这项技术通常应用在系统或设备研制的方案设计阶段和工程研制阶段。电磁兼容预测的目的是为了分析不兼容的薄弱环节，评价系统段。电磁兼容预测的目的是为了分析不兼容的薄弱环节，评价系统或设备兼容的安全裕度，为方案修改、防护设计提供依据。或设备兼容的安全裕度，为方案修改、防护设计提供依据。 13电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 3 31 11 1 电磁兼容性预测基本原理电磁兼容性预测基本原理 电磁兼容性预测的主要作用有电磁兼容性预测的主要作用有4 4个方面：个方面： (1)(1)在已知设备电气特性参数情况下，预测分析系统内

19、部所有在已知设备电气特性参数情况下，预测分析系统内部所有设备的电磁兼容程度。设备的电磁兼容程度。 (2)(2)当修改某个设备的特性参数时，分析电磁干扰的变化。当修改某个设备的特性参数时，分析电磁干扰的变化。 (3)(3)对各种电磁防护设计的评估计算。对各种电磁防护设计的评估计算。 (4)(4)制定干扰极限和敏感度规范。制定干扰极限和敏感度规范。14电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 3 31 12 2 电磁兼容性预测的基本方程电磁兼容性预测的基本方程 当作用到敏感设备上的电磁干扰大于设备敏感度阈值时，敏感设备当作用到敏感设备上的电磁干扰大于设备敏感度阈值时，敏感设备将发生干扰，不兼容，表示为将发

20、生干扰，不兼容，表示为: :, , , , ,P t frS t fr当干扰信号作用到敏感设备上，由于设备抗干扰能力强，敏感当干扰信号作用到敏感设备上，由于设备抗干扰能力强，敏感度阈值大于干扰作用值，敏感设备将不受它的影响，而正常工作。度阈值大于干扰作用值，敏感设备将不受它的影响，而正常工作。这是兼容的情况，表示为这是兼容的情况，表示为: :, , ,P t frS t fr为了定量表达兼容和不兼容的程度，可以用干扰裕度为了定量表达兼容和不兼容的程度，可以用干扰裕度(Interference Margin)(Interference Margin)表示，即表示，即:, , ,IMP t frS

21、 t fr15电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 当当IM0IM0时，表示发生干扰，干扰源和敏感设备不兼容，且因时，表示发生干扰，干扰源和敏感设备不兼容，且因IMIM值值大小来表明干扰的严重程度；当大小来表明干扰的严重程度；当IM0IM0时，表示两者兼容，时，表示两者兼容，IMIM越越小，安全裕度越大。以无线设备之间通过天线辐射干扰为例，小，安全裕度越大。以无线设备之间通过天线辐射干扰为例， , , , , , , ,TETEERERRFTRIMPfGftpL ft d pGftpPfCBBf式中：式中： 为发射频率上的发射功率为发射频率上的发射功率(dBW)(dBW)；为在频率上，接收；为在频

22、率上，接收天线方向上发射天线的增益天线方向上发射天线的增益(dB)(dB)；L L为频率上的传输损耗为频率上的传输损耗(dB)(dB)；CRCR为频率为时，在发射天线方向上接收天线的增益为频率为时，在发射天线方向上接收天线的增益(dB)(dB)； TP16电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 1 1灵敏度和动态范围灵敏度和动态范围 在大多数系统中，都会定义一个最小可检测信号电平在大多数系统中，都会定义一个最小可检测信号电平( (在在没有干扰的情况下没有干扰的情况下) )。例如。例如GSMGSM标准要求一个标准要求一个102dBm102dBm，SNRSNR为为9 912dB12dB。SNRSNR中这

23、中这3dB3dB的变化量是专虑了各种类型的解调器和的变化量是专虑了各种类型的解调器和基带功能在性能上的差别，但目标是达到的基带功能在性能上的差别，但目标是达到的BERBER比特误差率。比特误差率。17410lgMDSPdBmBNFSNR 除了总的噪声系数和外，几个其他的接收发送器的特性也除了总的噪声系数和外，几个其他的接收发送器的特性也影响灵敏度和动态范围。一个通用的测试考察系统对阻塞信号影响灵敏度和动态范围。一个通用的测试考察系统对阻塞信号的响应，这是通过测量带内交调、带外交调、二阶交调、交叉的响应，这是通过测量带内交调、带外交调、二阶交调、交叉调制和互易混合来完成的。调制和互易混合来完成的

24、。 17电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 GSM中的典型阻塞测试中的典型阻塞测试(a)带内交调；带内交调；(b)带外和二阶交调；带外和二阶交调；(c)带外互调带外互调18电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 3 31 13 3 电磁兼容性预测数学方法概述电磁兼容性预测数学方法概述 从电磁场理论的角度看，建立干扰源及干扰传输与耦合的数学从电磁场理论的角度看，建立干扰源及干扰传输与耦合的数学模型就是求解电磁场的模型就是求解电磁场的MaxwellMaxwell方程组的问题。方程组的问题。 电磁兼容预测分析的数学方程往往是一组微分方程或积分方程，电磁兼容预测分析的数学方程往往是一组微分方程或积分方程，求解

25、时必须根据边界条件来确定解答，归纳起来有三种方法：第一求解时必须根据边界条件来确定解答，归纳起来有三种方法：第一种称严格解析法或称解析法；第二种是近似解析法或称近似法；第种称严格解析法或称解析法；第二种是近似解析法或称近似法；第三种方法是数值方法。三种方法是数值方法。 3 31 13 31 1 解析法解析法 解析法包括严格建立和求解偏微分方程或积分方程。解析法包括严格建立和求解偏微分方程或积分方程。 3 31 13 32 2 近似法近似法 在数理方法中主要的近似法有逐步逼近法、微扰法、变分法和在数理方法中主要的近似法有逐步逼近法、微扰法、变分法和叠代变分法等。近似法也是一种解析法，但不是严格解

26、析法。它所叠代变分法等。近似法也是一种解析法，但不是严格解析法。它所解得的结果一般都表示为级数。用这些方法可以求解一些用严格法解得的结果一般都表示为级数。用这些方法可以求解一些用严格法不能解决的问题，用起来比较简便。不能解决的问题，用起来比较简便。19电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 GTD GTD的基本概念可以归纳如下：的基本概念可以归纳如下： (1)(1)根据广义费马原理得到绕射定律，绕射场沿绕射射线传播，根据广义费马原理得到绕射定律，绕射场沿绕射射线传播，绕射射线是从源点经绕射点至场点的取极值传播路径。绕射射线是从源点经绕射点至场点的取极值传播路径。 费马原理：两点间射线的实际轨迹就是使

27、光程取极值的曲线。广费马原理：两点间射线的实际轨迹就是使光程取极值的曲线。广义费马原理则把绕射射线也包括在内，并认为绕射射线也是沿最短义费马原理则把绕射射线也包括在内，并认为绕射射线也是沿最短路程传播的。所谓光程，就是两点间沿某一曲线的积分。这里路程传播的。所谓光程，就是两点间沿某一曲线的积分。这里 是是媒质的折射率。媒质的折射率。 (2)(2)根据局部性原理，高频绕射和反射一样，是一种局部现象。根据局部性原理，高频绕射和反射一样，是一种局部现象。也就是说，绕射只取决于物体上绕射点领域内的物理特性和几何特也就是说，绕射只取决于物体上绕射点领域内的物理特性和几何特性。性。 (3)(3)离开绕射点

28、后的绕射射线仍遵循几何光学定律，即沿直线传离开绕射点后的绕射射线仍遵循几何光学定律，即沿直线传播。在绕射射线管内能量守恒，绕射场相位延迟等于媒质的传播常播。在绕射射线管内能量守恒，绕射场相位延迟等于媒质的传播常数与传播距离的乘积。数与传播距离的乘积。20电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 3 31 13 33 3 数值法数值法 数值法又可分为纯数值法和解析数值法。用有限求和代替积分。数值法又可分为纯数值法和解析数值法。用有限求和代替积分。 数值法与解析法相比较，有很多独特的优点。它的出现，使电磁数值法与解析法相比较，有很多独特的优点。它的出现，使电磁场问题有可能通过计算机辅助分析获得高精度的离散

29、解场问题有可能通过计算机辅助分析获得高精度的离散解( (数值解数值解) ) 常用的数值算法分频域和时域。常用的数值算法分频域和时域。 (1)(1)频域频域有限元法有限元法(FEM)(FEM)；矩量法；矩量法(MOM)(MOM)；差分法；差分法(FDM)(FDM)；边界元法；边界元法(BEM)(BEM)，传，传输线法输线法(TLM)(TLM)，快速多极子算法，快速多极子算法(FMA)(FMA)，等等。，等等。 (2)(2)时域时域 时域有限差分法时域有限差分法(FDTD(FDTD，Finite-Difference Time-Domain Finite-Difference Time-Domai

30、n Method)Method)；有限积分法；有限积分法(FIT(FIT，Finite Integration Technology)Finite Integration Technology)，时域平面波算法时域平面波算法(PWTD)(PWTD)，等等。，等等。21电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 3 32 2 电磁兼容性预测的数学模型电磁兼容性预测的数学模型 电磁干扰的数学模型实质上是对电磁干扰机理的理论和实验电磁干扰的数学模型实质上是对电磁干扰机理的理论和实验分析的描述。根据电磁干扰发生的三要素，任何电磁干扰的仿真分析的描述。根据电磁干扰发生的三要素，任何电磁干扰的仿真计算都必须包括干扰

31、源模型、耦合途径模型和敏感设备模型计算都必须包括干扰源模型、耦合途径模型和敏感设备模型 1 1干扰源模型干扰源模型 单频波单频波( (连续波连续波) )模型；模型； 梯形脉冲序列模型；梯形脉冲序列模型； 斜波、阶跃波模型；斜波、阶跃波模型； 梯形单脉冲模型；梯形单脉冲模型； 频谱密度数据模型；频谱密度数据模型； 调制波调制波(AM(AM、FMFM、FSKFSK，及其他数字调制等，及其他数字调制等) )模型；模型； 振荡波模型；振荡波模型； 噪声波模型。噪声波模型。22电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 2 2耦合途径模型耦合途径模型 传导耦合包括：传导耦合包括： 导线对导线间的电容性耦合；导线对

32、导线间的电容性耦合； 导线对导线间的电阻性和电感性耦合。导线对导线间的电阻性和电感性耦合。 辐射耦合包括：辐射耦合包括： 天线或导线对电场的接收；天线或导线对电场的接收； 天线或导线对磁场的接收。天线或导线对磁场的接收。 利用上述利用上述4 4种耦合模型可以处理天线间的耦合、导线间的耦合、种耦合模型可以处理天线间的耦合、导线间的耦合、天线与导线间的耦合、机壳间的耦合、机壳与导线间的耦合等问题。天线与导线间的耦合、机壳间的耦合、机壳与导线间的耦合等问题。23电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 3 32 21 1 干扰源模型干扰源模型 干扰源模型在本书中即为无线发射机模型。干扰源模型在本书中即为无线

33、发射机模型。 无线发射机的基本功能是产生能够传递信息的电磁波，并把它无线发射机的基本功能是产生能够传递信息的电磁波，并把它发射到特定的空间区域中去。每台发射机都有一个确定的工作发射到特定的空间区域中去。每台发射机都有一个确定的工作频段。大多数发射机在产生必须的电磁波的同时，还产生一些频段。大多数发射机在产生必须的电磁波的同时，还产生一些寄生的乱真发射，成为无意发射信号。寄生的乱真发射，成为无意发射信号。 1 1 基波发射模型基波发射模型 实际上发射机的基波输出并不限定在单一频率上，它是分布在实际上发射机的基波输出并不限定在单一频率上，它是分布在基波附近的频段内，因此发射机的功率频谱特性是由基带

34、调制基波附近的频段内，因此发射机的功率频谱特性是由基带调制特性决定的，一般可用基带调制包络函数来表示特性决定的，一般可用基带调制包络函数来表示。lgiiifMfMfMf24电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 2 2 谐波发射模型谐波发射模型 通用谐波辐射模型可以用表示：通用谐波辐射模型可以用表示： lgTNTTORPfPfANB3 32 22 2 敏感设备模型敏感设备模型 这里所说的敏感设备即无线接收机。接收的质量取决于接收机这里所说的敏感设备即无线接收机。接收的质量取决于接收机输出端的有用信号与干扰信号的功率比值或电压比值，这个参数叫输出端的有用信号与干扰信号的功率比值或电压比值，这个参数叫“

35、信号干扰比信号干扰比”，通常用，通常用dBdB表示。表示。从电磁兼容性的观点看，理想的无线电接收机应该仅在特定的必从电磁兼容性的观点看，理想的无线电接收机应该仅在特定的必需频带范围内，通过天线输入端接收有用信号。需频带范围内，通过天线输入端接收有用信号。 25系统级EMC设计(a)(a)接收机的理想选择特性接收机的理想选择特性(b)(b)接收机的实际选择特性接收机的实际选择特性 1 1同频干扰同频干扰 同频干扰是指：包括存在于最窄的检波前通道同频干扰是指：包括存在于最窄的检波前通道( (超外差接收机超外差接收机为中频带宽为中频带宽) )内的潜在干扰发射。此信号将与希望信号以相同的方内的潜在干扰

36、发射。此信号将与希望信号以相同的方式被放大、处理，可能使接收机减敏或淹没希望信号，或产生严式被放大、处理，可能使接收机减敏或淹没希望信号，或产生严重失真。重失真。 26电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 2 2邻频干扰邻频干扰 邻频干扰是指：存在于或接近于最宽的接收机通带内的频率的邻频干扰是指：存在于或接近于最宽的接收机通带内的频率的发射。它应足够偏离接收机的调谐频率，以致不落在最窄的接发射。它应足够偏离接收机的调谐频率，以致不落在最窄的接收机通带内。收机通带内。 3 3带外干扰带外干扰 带外干扰是指：频率大大高于接收机带宽带外干扰是指：频率大大高于接收机带宽( (射频带宽射频带宽) )的信号。

37、的信号。强的带外干扰能产生接收机内的乱真响应。强的带外干扰能产生接收机内的乱真响应。 1) 1) 同频道敏感度阈值模型同频道敏感度阈值模型 同频道敏感度阈值采用接收机噪声电平，对电磁干扰来说，接同频道敏感度阈值采用接收机噪声电平，对电磁干扰来说，接收机敏感度阈值表示为统计参数，等于接收在标称噪声算法的收机敏感度阈值表示为统计参数，等于接收在标称噪声算法的平均值户平均值户R R。27系统级EMC设计28电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 4) 4) 互调模型互调模型 互调是指多个信号由于器件非线性效应而产生新的频率的过程。互调是指多个信号由于器件非线性效应而产生新的频率的过程。其产生机理可分为有源

38、互调和无源互调两种，有源互调又分为发其产生机理可分为有源互调和无源互调两种，有源互调又分为发射机互调和接收机互调。有源互调中，接收机互调最为严重。所射机互调和接收机互调。有源互调中，接收机互调最为严重。所谓接收机互调，即两个或两个以上信号同时进入接收机，由于接谓接收机互调，即两个或两个以上信号同时进入接收机，由于接收机内部器件的非线性收机内部器件的非线性( (放大器、混频器等放大器、混频器等) )而产生的互调。而产生的互调。ab假设有两个频率为假设有两个频率为的信号同时作用于非线性器件，即的信号同时作用于非线性器件，即coscosabuAtBtcoscosiabiuAtBt 29各个高次谐波的

39、频率组合为各个高次谐波的频率组合为 ()abnmnmi在三阶在三阶(i(i3)3)失真项中，会出现失真项中，会出现 2ab2ab2ab2ba可以看出，在五阶可以看出，在五阶(i(i5)5)失真项中失真项中 32ab32ba 接收机互调干扰的影响可用等效干扰电平来描述。根据大量接收机互调干扰的影响可用等效干扰电平来描述。根据大量测试数据的统计结果，典型的陆地移动通信接收机的等效三阶测试数据的统计结果，典型的陆地移动通信接收机的等效三阶互调干扰电平可用下式表示互调干扰电平可用下式表示(dB)(dB)：93260lgMORIMNORffPPPf 电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 30系统级EMC设计

40、31系统级EMC设计前端的非线性效应前端的非线性效应32系统级EMC设计33系统级EMC设计34系统级EMC设计干扰的镜像抑制干扰的镜像抑制35系统级EMC设计36系统级EMC设计 超外差式接收机超外差式接收机 图图73 超外差式接收机的系统结构超外差式接收机的系统结构37系统级EMC设计中频频率选择对超外差式接收机性能的影响38系统级EMC设计 Hartley和和Weaver镜像抑制接收机的系统结构镜像抑制接收机的系统结构39系统级EMC设计图图7-8 具有正交输出的具有正交输出的Weaver镜像抑制接收机镜像抑制接收机40系统级EMC设计零中频接收机的系统结构零中频接收机的系统结构图711

41、 与正交本地振荡信号进行混频的零中频接收机频域转换示意图41系统级EMC设计图图7-27 两步发送器两步发送器42 中频上变频发射机的系统结构中频上变频发射机的系统结构43图图731 Philips DECT收发器收发器44图图732 Lucent Technologies的的GSM收发器收发器45PhilipsGSM接收发送器接收发送器46电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 3 33 3 电磁兼容性预测算法电磁兼容性预测算法 在发射端口和接收端口对之间通过电磁场计算的方法找出系统在发射端口和接收端口对之间通过电磁场计算的方法找出系统中可以存在的非预期耦合，在发射端口阵列中，每一个元素都被中可以

42、存在的非预期耦合，在发射端口阵列中，每一个元素都被看作与看作与R R个接收端口阵列中一个或多个元素有耦合信道，耦合路径个接收端口阵列中一个或多个元素有耦合信道，耦合路径既考虑空间辐射，也详细考虑载体的绕射。既考虑空间辐射，也详细考虑载体的绕射。 干扰源可能有许多个，敏感设备也可能有许多个。任何一个发干扰源可能有许多个，敏感设备也可能有许多个。任何一个发射机除了基波之外还输出许多杂波，如谐波、非谐波等；接收机射机除了基波之外还输出许多杂波，如谐波、非谐波等；接收机也不会只响应一个频率，还存在杂波响应。传输函数也往往包含也不会只响应一个频率，还存在杂波响应。传输函数也往往包含多种途径。为此，在电磁

43、兼容预测中，通常采用逐对考虑的方式，多种途径。为此，在电磁兼容预测中，通常采用逐对考虑的方式，每次选一个发射源和一个敏感设备以及一种耦合方式，这称为一每次选一个发射源和一个敏感设备以及一种耦合方式，这称为一对对“发射一响应对发射一响应对”。 47电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 EMCEMl分析预测系分析预测系统基本结构统基本结构 48电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 电磁兼容预测电磁兼容预测的四级筛选流的四级筛选流程图程图49电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 3 33 31 1 幅度筛选幅度筛选 幅度筛选是在待预测的发射一响应对数目很大情况下，将大量幅度筛选是在待预测的发射一响应对数目很大情

44、况下，将大量弱干扰与相当少的强干扰分离开来，这样，明显的非干扰情况将弱干扰与相当少的强干扰分离开来，这样，明显的非干扰情况将被剔除，缩小了预测范围。被剔除，缩小了预测范围。 (1)(1)基波干扰余量基波干扰余量(FIM)(FIM) 当发射机基波频率输出和接收机基波响应的两者频率对准时并以当发射机基波频率输出和接收机基波响应的两者频率对准时并以无抑制的方式存在的干扰电平。无抑制的方式存在的干扰电平。 (2)(2)发射机干扰余量发射机干扰余量(TIM) (TIM) 当发射机基波发射与接收机杂波响应当发射机基波发射与接收机杂波响应的两者频率对准时，存在的干扰电平。的两者频率对准时，存在的干扰电平。

45、(3)(3)接收机干扰余量接收机干扰余量(RIM)(RIM)当接收机基波响应与发射机杂波发射输当接收机基波响应与发射机杂波发射输出的两者频率对准时，存在的干扰电平。出的两者频率对准时，存在的干扰电平。 (4)(4)杂波干扰余量杂波干扰余量(SIM)(SIM)当发射机杂波输出与接收机杂波响应的两当发射机杂波输出与接收机杂波响应的两者频率对准时，存在的干扰电平。者频率对准时，存在的干扰电平。50电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 514 系统内部和系统间的干扰预测系统内部和系统间的干扰预测电磁干扰预测与分析电磁干扰预测与分析标准验证标准验证场地选择场地选择系统性能预测系统性能预测电磁环境电磁环境频率

46、管理频率管理天线最佳布置天线最佳布置传播与耦合传播与耦合孔耦合屏蔽效能功率密度功率密度频率间距频率间距场地地形效应场地地形效应系统间系统间系统内系统内短波近场短波近场微波近场微波近场频率分配频率分配频率规划频率规划电磁频谱密度方向图天线耦合度天线耦合度地面波电离层反射电离层反射系统内干扰预测范畴系统内干扰预测范畴52设备特性电磁干扰预测与分析范畴设备特性电磁干扰预测与分析范畴基本辐射基本辐射带外辐射带外辐射谐波辐射谐波辐射分谐波射分谐波射 互调辐射互调辐射 寄生辐射寄生辐射 噪声辐射噪声辐射 主要接收通道主要接收通道 附加接收通道附加接收通道 交叉失真阻塞交叉失真阻塞 互调互调 对辐射无线电的

47、敏感性对辐射无线电的敏感性 辐射的工业无线电干扰辐射的工业无线电干扰方向性与增益方向性与增益天线间的耦合天线间的耦合极化极化辐射的无线电干扰辐射的无线电干扰通过天线通过天线的辐射的辐射工业无线工业无线电干扰电干扰对无线电对无线电干扰敏感干扰敏感性性设备工设备工业无线业无线电干扰电干扰用多信号法用多信号法测量频率的测量频率的选择性选择性无 线 电 发无 线 电 发射机射机 不通过天线的无线电辐射不通过天线的无线电辐射 电源电路控制电路接地电路无线电干扰灵敏性电源电路控制电路接地电路无线电干扰灵敏性单 信 号 法单 信 号 法测 量 频 率测 量 频 率的选择的选择性对无线电对无线电干扰的敏干扰的

48、敏感性感性天线天线装置装置无 线 电 接无 线 电 接收机收机53电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 4 4 电磁兼容性预测软件介绍电磁兼容性预测软件介绍 3 34 41 1 国外国外EMCEMC预测软件预测软件(1)(1)美国罗姆航空发展中心研制的电磁干扰预测程序美国罗姆航空发展中心研制的电磁干扰预测程序IPP-IPP-1(Interference PredictionProcessOne)1(Interference PredictionProcessOne)，主要用于分析和预测发，主要用于分析和预测发射机和接收机之间的潜在干扰。射机和接收机之间的潜在干扰。 美国在美国在2020世纪世纪70

49、70年代开发的电磁兼容性预测分析程序除年代开发的电磁兼容性预测分析程序除IPP-1IPP-1外，外，还有还有SEMCAPSEMCAP，IEMCAPIEMCAP，ISCAPISCAP，CDSAMCDSAM，ECACECAC和和SIGNCAPSIGNCAP等。其中，等。其中，SEMCAPSEMCAP用于分析系统的电磁兼容性，用于分析系统的电磁兼容性，IEMCAPIEMCAP用于分析系统内部电磁用于分析系统内部电磁兼容性分析。兼容性分析。(2)(2)俄罗斯国家系统科学研究院开发研制的航空机载设备电磁兼容俄罗斯国家系统科学研究院开发研制的航空机载设备电磁兼容性评估计算软件，主要用于分析计算和评估航空机

50、载设备在外部电性评估计算软件，主要用于分析计算和评估航空机载设备在外部电磁干扰作用下的电磁兼容性和可靠性。磁干扰作用下的电磁兼容性和可靠性。 (3)(3)欧洲航天局开发的欧洲航天局开发的TDASTDASEMCEMC，曾经用于多个空间项目等等。，曾经用于多个空间项目等等。 54电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术 (3)(3)欧洲航天局开发的欧洲航天局开发的TDASTDASEMC(Test Data Analysis System for EMC(Test Data Analysis System for Electromagnetic Compatibility)Electromagnetic C