系统级电磁兼容量化技术分析和介绍

1、系统级电磁兼容量化技术分析和介绍2提纲关于电磁兼容的一些认识自顶向下电磁兼容量化技术3电磁兼容定义Joint Pub 1-02, DoD Dictionary Military And Associated Terms With JMTGM Changes, 23 MARCH 1994 defines EMC as: 所有使用电磁频谱工作的系统、装备和装置的一种能力。这种能力保证它们在既定的工作条件下，不会因电磁发射或响应而造成不能接受的或者未预知的性能降级。 The ability of systems, equipment, and devices that utilize the ele

2、ctromagnetic spectrum to operate in their intended operational environments without suffering unacceptable degradation or causing unintentional degradation because of electromagnetic radiation or response. 4电磁兼容问题器件 电路 设备 分系统系统 电磁兼容3要素： 1) 敏感体 2) 干扰源 3) 耦合通道 其它系统 系统自身 外部环境 系统间 系统内 系统与环境 5系统内电磁兼容问题日趋

3、复杂系统级问题是产品最关键的问题； 系统内问题是最基础、最根本的问题； 顶层设计是最核心的问题；顶层量化设计是最困难的问题；过程量化控制是最有效的手段； 顶层预设计、过程量化控制现代电磁兼容的两大特征： 系统设计 + 全寿命周期 66系统设计特征量化设计与控制“系统电磁兼容需求分析”“电磁环境分析（新增）”“系统电磁兼容性设计”“应用环境下抗干扰设计（新增）”“分系统电磁兼容性设计”“设备电磁兼容性设计”“设备电磁兼容性试验”“设备电磁兼容性修正”“分系统电磁兼容性试验”“分系统电磁兼容性修正”“系统电磁兼容性试验”“系统电磁兼容性修正”“应用环境下抗干扰试验（新增）”“抗干扰性修正（新增）”

4、“应用环境下抗干扰试验（新增）”“系统电磁兼容性定型试验”。77自由空间麦克斯韦方程组法拉第电磁感应定律修正的安培环路定律电场高斯定律磁场高斯定律电荷守恒定律1234588场定律物理意义表示直接关系 表示时变关系 电荷 电场 电流 磁场 时变部分 电磁波 3式 2式右边 第一项 2式右边 第二项 1式 5式 99静态场问题：频率=0结论：电场与磁场之间不存在相互耦合 00电荷电场3式 电流磁场2式右边 第一项 2式右边 第二项1式5式 时变部分 电磁波 1010时变场问题：频率00电场 2式右边 第二项 1式 时变部分 电磁波 磁场 电荷 3式 电流 2式右边 第一项 5式电磁场之间相互耦合电

5、磁波 11RV问题：电压源V 的能量如何传递 到负载R 能流导线电阻电源只要有电磁场的地方，就有可能 形成电磁干扰的耦合通道！12提纲关于电磁兼容的一些认识自顶向下电磁兼容量化技术 系统工程 顶层设计 量化控制13自顶向下电磁兼容量化设计顶层指标： 1、电磁兼容度 2、兼容概率， 3、电磁稳健性。可对全机如下13项指标量化:1、频率指配2、天线布局3、设备布局4、电缆布局5、发射功率6、发射带外衰减7、接收灵敏度8、接收带外抑制9、屏蔽性能10、电磁环境分布11、舱体谐振特性12、系统分系统及设备降级状况13、设备安全性优先级等技术指标要求 量化评估全系统是否兼容 根据标准提出系统电磁兼容量化

6、指标要求 通过/不通过不通过通过/不通过指标 调整 优化 通过系统联试与试验 量化指标分配到分系统和设备 分系统设计 分系统研制及试验 分系统与全系统协同设计 分系统试验结果与全系统协同设计 通过/不通过不通过通过不通过通过定型 全过程量化控制，成功率高12345，67，8自顶向下量化控制方法 14 量化控制15电磁兼容尚需努力的方向良好电磁兼容性是设计出来！ 电磁兼容设计标准目前主要是“把出口”！ 电磁兼容设计标准电磁兼容指标直接应用于电子系统设计！ 电磁兼容设计指标16电磁兼容量化设计流程（8个步骤）8个步骤效果1、制定顶层设计指标系统性能可控2、分解顶层设计指标分系统性能可控3、量化评估

7、分系统方案确保方案兼容4、检测分系统指标符合性排查设计缺陷5、预测分系统性能对系统影响预测系统降级6、设计系统集成方案弥补分系统设计缺陷7、分系统联调试验检测分系统性能8、全机电磁兼容试验检测系统性能17制定及分配顶层指标的三个核心技术全平台频谱关系分析全平台电磁干扰关联矩阵全平台电磁兼容数字化模型 全平台频谱关系分析： 分析全平台全部用频电子设备之间频率 耦合关系。包括：带内、带外杂散，谐 波， 交互调。目的：尽量消除频率冲突。18全平台频谱关系分析软件：BHEMCF分系统3的频谱 分系统2的频谱 分系统1的频谱 系统频谱 19系统电磁兼容设计软件：BHEMCD 功能：指标论证、预测、设计、

8、分配 20 北航自主研发的系统级电磁兼容设计检测评估平台可对如下14项指标进行预测：电磁兼容度、频率指配、天线布局、电缆布局、设备布局、 发射功率、发射带外衰减、接收灵敏度、接收带外抑制、 屏蔽性能、电磁环境分布、舱体谐振特性、 系统分系统及设备降级状况、设备安全性优先级等 可以完成 1、总体及分系统方案的电磁兼容性评估；2、总体电磁兼容性量化指标的制定；3、总体向分系统电磁兼容指标的分解；4、整机电磁兼容隐患的预测，等。21制定及分配顶层指标的三个核心技术全平台频谱关系分析全平台电磁干扰关联矩阵全平台电磁兼容数字化模型全平台电磁兼容数字化模型 数字飞机是进行全机电磁兼容性量化 设计评估的关键

9、，是开展预测评估的基础 平台。 数字飞机的功能是能够在飞机整机系 统层面分析全机各分系统间的干扰关联关 系，建立各分系统的特征分析模型。22电磁兼容设计方法的特殊性电磁兼容设计=（正常信号）设计+ （正常信号+非预期信号）设计将设计信号与非预期信号共同作为设计输入，分析系统的响应，预测系统的降级，设计加固方案电磁兼容模型正常信号设计模型电磁兼容模型=正常设计信号模型+非预期信号模型23非预期信号：电磁环境系统电磁兼容性的要求规定了系统电磁兼容性的总要求，包括14项目内容；符合性应由试验、分析或其组合来验证。23序号要求项目1安全裕度2系统内电磁兼容性3外部射频电磁环境4雷电5电磁脉冲6分系统和

10、设备电磁干扰7静电电荷控制8电磁辐射危害9全寿命期电磁环境效益控制10电搭接11外部接地12防信息泄漏13发射控制14频谱兼容性管理24对复杂电磁环境要求的理解设计时：确保系统内是电磁兼容的，并在使用之前证明它与外部环境是电磁兼容的应考虑系统全寿命期的所有状态或阶段，包括正常的工作、检查、贮存、运输、搬运、包装、维护、加载、卸载和发射等，还要考虑实现上述各种状态（或阶段）相应的正常操作程序2425系统对环境要求首先要约定电磁环境界面，在这个界面上，系统允许环境的有意发射不超过规定值，具体数值与由环境存在的发射机功率预估，与系统接收机带外抑制相关。系统允许环境的无意发射不超过规定值，具体数值由环

11、境存在的发射机的谐波、杂波指标推算，由系统接收灵敏度指标预估。系统和环境的界面电磁场分布和频谱应已知，这是大系统重要接口关系。26外部射频电磁环境 系统应是与规定的外部射频电磁环境电磁兼容的，以满足系统的工作性能要求外部射频电磁环境应优先采用经订购方同意的实测或预测分析的数据当无相应数据时可采用标准推荐数据 27典型外部射频电磁环境要求 舰船甲板上工作的外部电磁环境 110100100010000110100100010000在舰船上发射机主波束下工作时的外部电磁环境 110100100010000陆军直升机的外部电磁环境 固定机翼飞机（不包括舰船上工作）的外部电磁环境 11010010001

12、000028对分系统性能的符合性检测不同于标准规定的电磁兼容检测方法制定与电磁兼容设计紧密相关的检测指标29符合性检测数据表接收机通信设备名称通信设备代号第一本振频率第一本振带宽 第二本振频率第二本振带宽第一中频频率第一中频带宽第二中频频率第二中频带宽工作方式选择性（已使用滤波器的类型、参数指标、通带、阻带）全机系统放大器的增益和噪声系数全机系统混频的增益和噪声系数本振晶体频率接收灵敏度解调方式隔离度，带外抑制，杂波，谐波等30符合性检测数据表发射机通信设备名称通信设备代号第一本振频率第一本振带宽第二本振频率第二本振带宽第一中频频率第一中频带宽第二中频频率第二中频带宽谐波频点及抑制比选择性（已

13、使用滤波器的类型、参数指标、通带、阻带、）带外抑制，杂波，各次谐波衰减度等全机系统放大器的增益和噪声系数全机系统混频的增益和噪声系数31其他要求及注意事项设备原理框图、射频辐射部分各子模块的性能指标 请在各子模块旁标出动态、静态性能指标，例如：功率、输入/输出阻抗；电源种类、电压、频率、滤波方式；电机的工作方式、转速；晶振频率、是否分频或倍频、稳频方式、带外抑制、杂波，各次谐波衰减度等；模拟信号类型、幅度、波形、带宽、是否调制、调制特征，传导方式，谐波特征；数字信号波形、幅度、脉宽、频率、带宽、占空比、重复频率；采取的常用电磁兼容手段：接地方式、方法；屏蔽方式、材料；搭接方法；滤波器类型、位置、方法；画出原理框图，描述工作原理、可能出现辐射的原因。32采用的电磁兼容设计、实验情况目前发现的电磁兼容问题（请详细说明干扰现象、设备受干扰时的工作性能等）目前采用的常用电磁兼容措施（屏蔽、搭接、滤波、接地、工作频率优化等）、实施位置、方法和解决问题的效果已经通过的电磁兼容试验测试项目（注明国军标、行业标准、经验），或者基本测试（EMI、EMS、静电放电、搭接电阻、接地电阻、敏感部位、电源特性的简单测试、电磁辐射危害测量、辐射安全裕度测量、传导安全裕度测量、天线隔离度测试、环境电平测试、相互干扰检查等系统级试验）