第6章电磁兼容性设计

第6章电磁兼容性设计与分析6.2电磁兼容设计的基本参数6.3

电磁兼容设计的内容6.5影响电磁兼容性的发射特性6.1电磁兼容性设计概论6.6影响电磁兼容性的天线特性6.7影响电磁兼容性的传播特性6.8影响电磁兼容性的接收特性6.9电磁兼容性分析方法6.4

电磁兼容设计的实施电磁兼容性设计的目的：

使电子设备或系统在预期的电磁环境中能正常工作、无性能降低或故障，并对电磁环境中的任何事物不构成电磁干扰，实现电磁兼容性。电磁兼容设计分为：电路组件级设计；设备级设计；分系统级设计；系统级设计；系统间级设计。6.1电磁兼容性设计概论系统内电磁兼容设计电路与元件系统内电磁兼容设计布线接地屏蔽滤波系统内电磁兼容设计电源线信号线吸收式反射式铁氧体材料厚度衬垫机箱屏蔽室通风板I/O芯片SMD电路印制板搭接机箱屏蔽室电源地信号地印制板电缆互连线连接器系统内电磁兼容设计频率管理系统间电磁兼容设计时间管理空间管理系统间电磁兼容设计分配与指派调制滤波脉冲波型间隔距离方位与仰角地形隔离时间共享脉冲同步时间分离时间/距离选通预选器位置隔离极化隔离敏感度阈值6.2电磁兼容性设计的基本参数敏感度门限电平值电磁干扰值电磁兼容性设计的基本参数包括：电磁发射限值失效干扰电平电磁兼容安全系数费效比1.敏感度阈值敏感度阈值是设备或系统不能正常工作的干扰临界值。敏感度阈值是进行电磁兼容性设计时，决定折中选择，确定干扰极限值的基本出发点。保守设计：考虑最恶劣的电磁环境、最敏感的频段或频点、最小起作用干扰电平概率设计：在一定置信度下，电磁干扰电平的概率敏感度阈值越高，设备或系统抗电磁干扰能力越强。敏感度阈值f骚扰电平2.敏感度门限值敏感设备受电磁干扰所呈现的不希望响应的最小电平敏感门限是进行电磁兼容性设计时，确定干扰允许值的基本出发点。敏感门限越大设备或系统抗电磁干扰能力越强。敏感度阈值敏感度限值f骚扰电平3.电磁干扰值发射限值敏感度阈值敏感度限值电磁干扰值f骚扰电平设备或系统在电磁环境中感受到的骚扰信号电平值。电磁干扰值小于敏感度门限值时，设备或系统能正常工作。4.电磁发射限值允许设备或系统在工作时对周围环境的电磁发射电平值电磁发射限值包括辐射发射和传导发射规定电磁发射限值是控制电磁干扰源、保护电磁环境、实现电磁兼容性的有力措施。5、电磁兼容性安全系数（安全裕度）MM＝PS－PIPS（dB）——设备或系统的敏感门限值电平M（dB）——安全系数PI（dB）——设备或系统实际接收的干扰电平敏感度阈值敏感度限值电磁干扰值发射限值f骚扰电平衡量设备或系统所具有的电磁兼容性宽余程度当PS<PI时，M

<0——设备或系统处于不兼容状态当PS>PI时，M

>0——设备或系统处于兼容状态当PS=PI时，M=0——设备或系统处于兼容的临界状态M的值越大，兼容性越好电磁兼容工程上对M的值的要求：一般设备：M≥3dB易燃易爆的燃油或军械设备：M≥20dB影响安全或重要技术指标的设备或系统：M≥6dB6、失效干扰电平设备或系统不允许接受的电磁干扰电平。当不允许的电磁干扰电平进入设备或系统后，会使设备或系统的电路或元件产生永久性恶化或永久性失效。投资费用与EMC设计的有效性之比。7.费效比费效比设计不正确正确进展时间研制投产6.3电磁兼容性设计的内容（1）制定电磁兼容大纲，规划各种电磁兼容计划，协调各种技术参数；电磁兼容设计的具体内容包括（2）选用分析适用的标准与规范，对标准中的各项要求进行分析和选择，必要时进行修改、删减或补充，以达到最佳费效比；（3）分析设备或系统所处的电磁环境和提出电磁兼容性要求；电磁兼容设计的基本方法是指标分配和功能分快设计，按照要实现的功能和电磁兼容指标进行电磁兼容设计。（4）确定频谱要求，协调频率配置，合理分配各分系统的工作频率与功率、波形与极化特性、工作方式等指标，消除可能的干扰；（5）拟定电磁干扰控制计划，采取合理的干扰抑制和防护技术；（6）拟定电磁兼容性分析预测方案，进行电磁兼容性分析与预测；（7）制定电磁兼容性试验要求和试验计划;(8)进行系统总体电磁兼容性评估。6.4电磁兼容性设计的实施电磁兼容性设计通常分为四个阶段论证阶段定型阶段工程研制阶段方案阶段1.论证阶段分析预期的电磁环境，确定电磁环境电平提出在预期的电磁环境中的EMC技术指标要求分析费效比电磁环境是指各种电磁干扰源在不同频率范围内功率或场强随时间分布的电磁作用状态的总和。

为获得对于系统预定工作电磁环境的剖析，必须进行电磁环境分析。

电磁环境分析的内容（2）制定电磁功率密度或场强的频谱关系曲线，以说明在指定频率范围内可能产生的干扰；（3）估计最恶劣的电磁环境电平，计算干扰电平不超过某一允许值的区域范围；（4）分析综合电磁环境电平的危害等级、区分导致系统性能降级的电磁环境电平与造成系统失效的电磁环境电平。(1)分析干扰源的空间、频率、时间以及极化关系等特性2.方案阶段制定EMC大纲确定频谱要求制定EMC控制计划选用和剪裁适用的标准确定试验要求、制定试验计划确定系统、分系统和设备的EMC要求EMC大纲是EMC设计的技术文件中最高级的管理文件。（1）规定系统的电磁兼容性要求，（2）选取的电磁兼容标准与规范，（3）说明为达到所提出的EMC技术要求而采用的总体途径、规划和设计准则，（4）制定电磁兼容控制计划及试验计划。EMC大纲的内容返回

a．频道的需要量；b．可用频道的数量；c．发射机的工作方式与覆盖范围、信号的调制方式与带宽；d．发射机功率、天线的覆盖范围及工作时间和地点；e．接收机的特性；f．最低限度的地理间隔。a．所指配的频率必须符合国际和国家的有关规定，并在规定的频段、规定的业务范围内指配频率；影响频率指配的因素频率指配的原则d．避免同频干扰、邻频道干扰、中频干扰、镜像干扰以及互调干扰，必须对所指配的频率进行电磁干扰分析预测，并根据要求确定干扰裕量及保护比；返回

c．注意避开有关保护频率以及常规无线电广播、电视等频率及其谐波的影响；b．不得对本频段同一种业务的其它台站造成干扰，不得对本频段的主要业务产生干扰；e．必须考虑发射功率、谐波与乱真电平、占有带宽、定向发射时天线方向图特性等。a．指导、执行承制单位的电磁兼容性大纲人员的职责和权力；b．系统电磁兼容性要求和电磁兼容性资源配置；c．确保分系统和设备均符合GJB151和GJB152的要求d．预计问题范围，对GJB151和GJB152尚不能解决的问题，提出解决的方法；e．系统天线产生的辐射特性，包含基波和杂散能量以及天线间的耦合；EMC控制计划是具体的技术文件，目的在于说明如何实现EMC指标要求。EMC控制计划包括以下内容：f．系统、分系统或设备必须的特殊要求、试验方法和限制；g．电磁兼容性要求的设计更改方法；h．进行设计审查和供、需双方进行协调的方法；i．在方案论证、设计和实施阶段应用的干扰控制规范和标准；j．建议给予电磁兼容性技术组的权限和工作细则；k．各分系统或设备的关键类别，降级准则和必要的安全系数；l．频谱利用方案规定措施，包括发射机频率控制、接收机带宽控制、谐波的带宽控制、边带、信号波形以及脉冲上升时间等。返回

a．指定选用的EMC标准和应执行的相关技术文件，系统工程中对选用标准进行适当剪裁的具体内容在技术文件中注明；b．设备和分系统级EMC测试验收要求；c．关键设备列表和无线收发设备列表；d．EMC测试保证条件；e．EMC测试目的、要求及具体内容；试验计划的内容包括试验场地、试验测试设备、被测试对象的状态、试验项目、试验方法与步骤、试验报告等。EMC试验大纲包含以下内容：f．测试设备配置要求，被测系统的布局和参试工作模式的确定；g．EMC测试过程中发生不正常响应的判别准则；h．EMC试验内容和方法；i．测试数据分析和测试报告要求。a．试验前的准备工作：包括试验场地、测试设备以及一些与EMC测试有关的辅助设备的硬件到位，与EMC测试有关的技术文件准备齐全，被测系统与其环境界面的事先确定等；b．测试系统的自校准：包括试验场地的背景噪声测试，辐射扰场强校准；c．试验项目；d．试验步骤；f．数据采集要求和测试数据处理；g．根据标准出具测试报告；EMC试验细则是具体的测试技术文件，内容包括：返回

3.研制阶段4.定型阶段实施EMC控制计划进行模拟试验、改进和完善EMC设计综合分析评估总体电磁兼容性进行总体EMC鉴定试验审核EMC文件的完备性、提交EMC综合评价报告对频谱利用进行全面审核EMC设计管理电磁环境分析标准与规范EMC文件对分系统、设备的EMC要求通过EMC设计要求EMC分析预测EMC性能评估干扰控制措施EMC设计要求否是电磁兼容性设计实施流程通过6.5影响电磁兼容性的发射特性1.影响电磁兼容性的发射参数电磁兼容性分析中，重点关注电磁干扰能量的时间分布、空间分布和频率分布时间分布取决于工作方式空间分布取决于发射天线的方向性频率分布影响因素较多基本辐射功能的参数：功率（电压），功率流密度（电场强度）、频移、占用带宽等；带外辐射、谐波辐射、分谐波辐射、寄生辐射和互调辐射等。式中：fot——基波频率；Pti——基波输出功率的各个测量值；——工作于不同调谐频率的发射机的基波功率平均值；M——取样总数。2.发射幅度特性输出功率的变化由正态分布的随机变量表征（1）基波幅度特性——标准偏差（N≥2）——基波频率；——第N次谐波的平均功率；A、B

——由特定发射机所决定的常数。式中：N——谐波次数，通常N≤10；（2）谐波幅度特性两个假设：①发射机的谐波发射的平均电平随谐波数的增加而减少；②每个谐波辐射功率是按正态律分布的，标准偏差与谐波次数无关。谐波辐射的平均功率为发射机谐波幅度模型中参数A、B、的统计综合数据按基波频率划分的发射机类别A[dB/10倍频]B[高于基频的dB][dB]低于30MHZ-70-201030～300MHZ-80-3015大于300MHZ-60-4020平均值MHZ-70-3015国军标151A—97规定，除二次和三次谐波以外，所有谐波发射至少应比基波电平低80dB；二次和三次谐波应抑制50＋10logP（P基波峰值输出功率）或80dB，取抑制要求最小者。

——寄生辐射平均功率；f——寄生辐射频率；、——可由发射机说明书中查询的常数。式中：（3）寄生辐射特性——实际频率与基带中心频率之间的差值——频带边缘上的带外辐射功率相对于0dB的下降值——第i频带范围内频谱包络函数之斜率间隔数值取决于近似法要求的准确度。3.发射频率特性（1）基波发射频率特性基波辐射频率特性的调制包络函数采用折线拟合法，由分段线性函数（频率轴用对数坐标）来近似，可表示为 ——第i区的频带,P——辐射输出概率B

——距fot有一特定频率间隔Δf的特定频率区间式中：H——取决于发射机种类的常数（2）谐波发射频率特性（N≥2）（3）非谐波寄生发射频率特性低增益天线（G<l0dB）中增益天线（10dBG25dB）高增益天线（G>25dB）6.6影响电磁兼容性的天线特性辐射功率是方向、极化、频率等的函数1.概述天线参数天线的方向图宽度、增益、旁瓣电平、主波束相互取向、扫描方式、扫描范围及极化匹配等。天线的划分

天线方向性数值化：函数拟合法；折线拟合法2.有意辐射区和无意辐射区有意辐射区：天线辐射方向图中的主瓣部分无意辐射区：天线辐射方向图中除主瓣外的其余部分有意辐射区无意辐射区（1）有意辐射区平均功率增益：——有意辐射区垂直面的宽度；——有意辐射区水平面的宽度；——最大功率增益。其中：设计频率和设计极化平均功率增益与频率的关系——设计频率f0处功率增益平均值；——其余频率f上的功率增益平均值；

——增益均方差；——频带到内均方差值；C、D

——给定天线型号的常系数。式中：非设计频率和设计极化在非设计极化状态时，增益比设计要低，波束比设计极化变宽

——非设计极化增益平均值；——

设计极化增益平均值；

——增益极化修正系数式中：非设计极化修正：非设计极化有意辐射区的通用定向天线模式天线类型工作条件区的宽度平均增益[dB]GCDG频率极化HV[dB][dB/十倍频][dB][dB]高增益Gmax>25dB设计设计非设计设计正交任意H010H04H0V010V04V023300000-130-200中增益（10dBGmax25dB）谐振非谐振设计设计非设计非设计设计正交任意任意H010H03H0H0V010V03V0V02333000000-1000-2000低增益Gmax<10dB设计设计非设计设计正交任意H06H03600V0V018000122000000-160

频率、极化的影响趋于随机，不显著。特别是高增益天线，90％以上的功率是指向有意辐射区，其余部分的平均增益为－10dB。（2）无意辐射区无意辐射区的定向天线模式参数天线类型工作条件平均增益[dB]标准偏差[dB]频率极化高增益Gmax>25dB设计设计非设计设计正交任意-10-10-10141414中增益10dBGmax25dB设计设计非设计设计正交任意-10-10-10111310低增益Gmax<10dB设计设计非设计设计正交任意0-13-3680收发天线的极化匹配修正当发射天线与接收天线的极化不匹配时，应进行极化修正发射接收水平极化垂直极化圆极化G＜10dBG≥10dBG＜10dBG≥10dB水平极化G＜10dB00－16－16－3G≥10dB00－16－20－3垂直极化G＜10dB－16－1600－3G≥10dB－16－2000－3圆极化－3－3－3－30决定天线应用区的发射机—接收机配置示意图3.收—发天线的配置正视图俯视图、——所希望发射的方位角和高低角中心；、——由干扰发射机到接收机的方向角；、——发射天线的方位角和高低角波束宽度。（1）发射天线区满足如下条件：方位角：高低角：是设计频率和极化的10dB波束宽度（有意辐射区波束宽度）接收机处于发射机天线有意辐射区内、——所希望接收的方位角和高低角中心；、——由接收机到干扰发射机的方向角；、——接收天线的方位角和高低角波束宽度。（2）接收天线区满足如下条件：方位角：高低角：是设计频率和极化的10dB波束宽度（有意接收区波束宽度）发射机处于接收机天线有意接收区内

xt、yt、zt——发射机坐标（m）；xr、yr、zr——接收机坐标（m）（3）角度确定方位角高低角如果发射机和接收机的位置是在直角坐标内规定的，各个角度可按下式来确定：传输损耗：6.7影响电磁兼容性的传输特性1.自由空间传输损耗其中：E0—自由空间接收场强；A

—路径的衰减因子。平均能流密度d

—电波传播距离；λ

—波长；接收点场强的有效值接收功率Gt、Gr—发射、接收天线增益令Gt＝Gr＝0，得基本传输损耗衰减因子收发之间的传输损耗为:自由空间的传输损耗由于E

<

E0，所以A为负值。但习惯上，令主要传播损耗模型：自由空间传传播损耗模型；表面波传播损耗模型；视距途径反射损耗模型；球面地超视距途径损耗模型；楔形单峰绕射损耗模型；楔形多峰绕射损耗模型；非楔形障碍物绕射损耗模型；对流层散射损耗模型。接收特性用以表征接收机的响应特性。6.8影响电磁兼容性的接收特性接收响应包括：主接收通道响应附加接收通道响应互调、交调及减敏效应U2Δfff0传输频带

接收机理想选择曲线f0+Δff0-ΔfUf接收机实际选择曲线f0f0+Δf1U1U0a.描述主接收通道功能的参数：灵敏度、噪声、通带等；b．描述附加接收通道参数：中频谐波、象频谐波、调谐频率谐波的敏感度电平、频率等；c．描述接收机阻塞频率选择性参数：阻塞敏感度电平、阻塞系数、阻塞动态范围；d．描述接收机交调频率选择性参数：交调敏感度电平、交调系数、交调动态范围；e．描述接收机互调频率选择性参数：互调敏感度电平、互调系数、互调动态范围；接收机的电磁兼容性参数影响接收机电磁兼容性的参数包括：主接收通道频率选择性

——接收机中频选择性(dB)；——可用区选择性曲线斜率(dB)；——可用区带宽(Hz)；——接收机可用区带宽选择性(dB)。用几段折线拟合近似，表示为：——附加接收通道响应（dBm)；——主接收通道响应(dBm)；I、J

——对每一接收机型号确定的常数；附加接收通道响应附加接收通道响应中参数按基波频率划分的发射机类别I[dB/10倍频]J[高于基频的dB][dB]低于30MHZ25851530～300MHZ358515大于300MHZ406015平均值MHZ357515——本振谐波次数；——干扰信号谐波次数；——本振频率——杂波响应频率——中频接收机乱真响应频率或其中——接收机调谐频率——接收机中频带宽、——整数接收机互调互调频率:、——产生互调的两个干扰信号的频率两个干扰信号导致潜在的严重互调的频率准则三阶互调：五阶互调：七阶互调：——离

最近的干扰发射频率——离最远的干扰发射频率二阶互调：——接收机整个60dB中频带宽式中：m——对应于离for最近的发射频率的谐波次数；n——对应于离for最远的发射频率的谐波次数；PF——频率

fF的干扰信号产生的接收机输入功率IMF——互调系数。

式中：互调幅度互调幅度模型利用等效输入功率电平来表示PN——频率

fN的干扰信号产生的接收机输入功率接收机邻近频道区中的强干扰信号可能产生大的交调干扰接收机交调由调幅双边带干扰产生的交调可表示为式中：——有效干扰信号功率——交调参数，如图所示——输出信干比高频甚高频特高频频率间隔交调参数接收机减敏当接收机经受在邻近调谐频率的频道内的一个或多个强干扰信号时，导致接收机前端信号的增益下降，称为减敏效应。减敏信噪比：式中：——减敏信噪比(dB)Po——希望信号电平——基准信号电平——基准信号电平信噪比(dB)PSAT——接收机输入端的干扰信号功率(dBm)PA——接收机前端饱和电平(dBm)R——减敏率，见图减敏率饱和基准电平若接收机输入端出现多于一个的不希望信号，则

PEQ

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