信息与通信系统级电磁兼容量化设计技术PPT教案

1、会计学1信息与通信系统级电磁兼容量化设计技术2建议思考的问题1. 产品论证时，有没有电磁兼容的论证指标？2. 将标准视为产品电磁兼容要求，是否有执行力？3. 研制要求中是否需要电磁兼容量化设计要求？4. 如何解决电磁兼容故障难于复现、难于定位？5. 如何解决线缆造成的弥散型干扰问题？6. 如何实现电磁兼容的过程控制？7. 如何对产品的电磁兼容性进行量化评估？3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4电磁兼容定义Joint Pub 1-02, DoD Dictionary Military And Associated Terms With JMTGM Changes, 23 MAR

2、CH 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 electromagnetic spectrum to operate in their intended operational environments without suffering unacceptable degradation or causing uninte

3、ntional degradation because of electromagnetic radiation or response. 5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 6系统内电磁兼容问题日趋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 77系统设计特征量化设计与控制“系统电磁兼

4、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）”“应用环境下抗干扰试验（新增）”“系统电磁兼容性定型试验”。电磁兼容三要素中： 敏感设备最易识别； 耦合通道最难检测。 下面通过电磁场理论认识耦合通道，了解现代电磁兼容问题。 88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

5、律1234599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 1010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 1111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磁波 12RV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！13提纲关于电磁兼容的一些

6、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14系统工程说明：虚拟屏蔽技术虚拟电壁15系统级顶层设计方法 分系统1 分系统2 分系统N 设备1 设备1 设备3 设备2 设备2 设备K 电路板1 电路板2 电路板M 器件1 器件2 器件M 自顶向下综合 事先预测 主动方法 论证设 计初期 16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

7、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 17 量化控制18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19电磁兼容量化设计流程（8个步骤

8、）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20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。21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

9、系统1的频谱 系统频谱 22系统电磁兼容设计软件：BHEMCD 功能：指标论证、预测、设计、分配 23BHEMCD软件实例 发射机参数 24BHEMCD软件实例敏感设备 干扰设备 接收机 发射机 天线 耦合关系 指标分配设计与分配 25设计检测评估平台 电磁兼容指标分配与评估 BHEMCS 模型建模和导入 BHEMCL 电磁兼容设计 BHEMCD性能描述平台名称北航自主研制飞机全机电磁兼容总体设计平台干扰关系分析平台频率优选平台电磁兼容评估平台综合显控平台26 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

10、、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。27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，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。28电磁兼

11、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29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。29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30对复杂电磁

12、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3031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。32外部射频电磁

13、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 33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 11010010001000034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35符合性检测数据表接收机通信设备名称

14、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36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37其他要

15、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。38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

16、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）内容，测试单位，测试日期、时间，环境温度、湿度RE102电场辐射发射(10kHz18GHz)测试指标、测试条件、测试方法CE102电源线传导发射（10kHz10MHz）测试指标、测试条件、测试方法 电磁泄漏测试(10kHz

17、1GHz)测试指标、测试条件、测试方法相互干扰检查 测试指标、测试条件、测试方法39系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制软件界面40系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制内、外场测试功能 41系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制12项系统级、18项设备/分系统级测试功能 42系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制仪器设备加载/升级功能 43系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制测试向导功能 44系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制自动测试功能 45系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制自动数

18、据分析功能 46系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制规范报告生成功能 47系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制自动生成信息准确的测试报告功能 48系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制自动生成信息准确的测试报告功能 49系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制自动测试数据分析功能 50系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制自动测试数据分析功能 51北航电磁兼容实验室十米法电磁兼容实验室测试间221610.5米=6米10T转台测试间大门滑轨大门：6米4米控制间数据处理间 复杂电磁环境馈入窗 电磁兼容实验室测试间电磁兼容实验室

19、控制间系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制52EMI/EME/EMS电磁兼容测试车 A图 B图 C图 D图 软件界面 主界面 试验模版图 CE106试验界面北航自主研发的系统级电磁兼容测控评估软件电磁兼容测试开阔试验场 3472平方米系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制53故障诊断排故、健康诊断系统原始数据出现故障后的数据快检系统 现场排故数十次，快速解决飞机停飞等重大问题！ 54应用与效果初步实现新研产品（EMC概念设计到详细设计）产品改装（EMC模块设计）产品加固（快速诊断、精确定位、有效修复）55结束语电磁兼容是有规律可循的重视电磁兼容的顶层设计重视电磁兼容的全过程量化控制电磁兼容重在把好入口关电磁兼容设计可以实现一次性成功56谢谢，请提出批评指正！57系统级顶层设计方法 分系统1 分系统2 分系统N 设备1 设备1 设备3 设备2 设备2 设备K 电路板1 电路板2 电路板M 器件1 器件2