电磁兼容原理与技术（第4版）课件 第7、8章 电磁干扰预测、电磁兼容性测试技术

电磁干扰分析预测电磁兼容性设计电磁兼容性试验第7章第7章电磁干扰预测一、电磁干扰预测目的和作用

用理论计算的方法对电子设备或系统的电磁兼容特性进行分析，目的在于发现系统中不兼容环节，评价系统的安全裕度，为电磁兼容设计提供依据。二、电磁干扰预测建模1、电磁干扰预测的建模方法（1）函数描述法或函数拟合法例如：用函数描述天线的方向图二、电磁干扰预测建模1、电磁干扰预测的建模方法（2）折线拟合法f二、电磁干扰预测建模2、干扰余量IM=PI-PRPI干扰源的有效干扰功率，PR敏感设备的敏感度门限IM>0，存在潜在干扰IM<0，系统电磁兼容IM=0，系统处于临界状态例：手机狗电视对讲机静噪二、电磁干扰预测建模3、功能质量指标

具体到某一个设备，用反映其自身功能的某一重要指标作为质量指标Q。如：数字设备的误码率

雷达系统的检测概率

图像侦查系统的分辨率二、电磁干扰预测建模4、干扰源模型辐射干扰源模型传导干扰源模型通常用功率或场强表示通常用电流源模型和电压源模型表示例：发射机模型例：单频率电压源二、电磁干扰预测建模5、耦合通道模型传导型耦合模型辐射型耦合模型例：相距很近的两导线间电容耦合模型例：天线近场耦合模型二、电磁干扰预测建模6、接收器模型以接收无线电波为主要功能的接收机普通模拟或数字电路组成的电子设备三、电磁干扰发射机模型相对于基频的频率(f/fot)1、基波信号12222、基波的谐波3、本振信号344、本振的谐波5、非谐波信号56、噪声信号6例：节点探测三、电磁干扰发射机模型1、基波发射模型基波功率最大，是最严重的潜在干扰源（1）基波辐射幅度模型标准偏差用下式表达：在多台发射机的情况下，基波的平均功率为：例：基站、战车群三、电磁干扰发射机模型1、基波发射模型（2）基波辐射频率特性

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带内，由基带调制特性决定。无用发射例：OFDM正交频分复用浪费能量对相邻信道干扰调制包络函数表示：三、电磁干扰发射机模型2、谐波发射模型

使用简单的低通滤波器，可以将谐波幅度降到有用发射-60dB。但大功率发射机中，仍有必要加装调谐滤波器，以降低谐波幅度。谐波的幅度在所有发射机输出中是除基波外最大的。谐波发射的平均功率为谐波虽小，但在近距离有同数量级干扰。例：无人机图传三、电磁干扰发射机模型3、非谐波发射模型

除了基波及其谐波辐射以外，还含有非谐波信号和热噪声等干扰信号，且很难找到与基频的规律关系。

用特定频带区间B内辐射输出的概率表示，这种可能的概率可用下式表达：

抑制方法：在发射机的不同环节，注意布线，改善高低电平电路间的屏蔽。四、电磁干扰接收机模型1、接收机的选择性

接收的质量取决于信号--干扰比，通常用dB表示（任何实际的接收机都不是理想的通带，都具有接收带外信号的能力。干扰影响的程度取决于接收机的频率特性）f0f0+Δff0-Δf理想的选择曲线实际的选择曲线选择性用形状系数表示：四、电磁干扰接收机模型2、基本接收通道模型[同样可用函数拟合法和折线拟合法两种处理方法](除了主接收通道，都存在附加接收通道，如中频接收通道，镜频接收通道。)主通道选择性模型：表示接收机中频选择性表示选择性曲线斜率表示偏离调谐频率位置的选择性例：100MHz接收机，中频为20MHz，本振80MHz，镜频60MHz四、电磁干扰接收机模型3、乱真响应模型超外差接收机对带外信号的接收，产生乱真响应。单次变频超外差接收机能产生乱真响应的频率为：p为本振谐波次数，q为干扰信号谐波次数四、电磁干扰接收机模型4、接收机互调[带外几个干扰信号或谐波之间互相取和或取差，出现新的频率分量，落入带内，形成干扰威胁。]互调频率：中频带宽四、电磁干扰接收机模型5、接收机交调

频率不相同的无线电调制干扰同时作用下，接收机输出端信号频谱结构的变化叫交叉失真。被接收信号受到干扰调制频率的调制。

形成交调干扰频率要求不像互调那样严格，在邻近频道内任意频率的单一干扰信号都有可能产生交调。四、电磁干扰接收机模型6、接收机减敏

接收机邻近调谐频率有一个或多个强干扰信号作用，导致接收机前端信号增益下降。即灵敏度减弱。例：干扰CDMA阻塞干扰五、天线模型1、天线的方向性

天线的方向图是三维空间的图，一般用水平面和垂直面两个截面图来表示。主瓣部分叫有意辐射区，非主瓣部分叫非有意辐射区。

电磁兼容预测中，天线的方向性必须数值化后，才能用计算机进行处理，通常的数值化方法有两种，第一种是函数拟合法，第二种是折线拟合法。五、天线模型2、全向天线的方向性图

单根垂直辐射器（鞭状天线）指水平全向。简单垂直辐射器水平面方向性数学模型：

复杂广播天线或通信天线数学模型：

标准偏差2dB左右。

五、天线模型3、定向天线的方向性图

虽然在主波束占据的区域（有意辐射区），天线的方向性图可以精确地用函数表示，但为了数值计算，仍然用折线模拟法来迫近方向图。有意辐射区：

（平均功率增益与方向无关）

非有意辐射区：平均功率增益为-10dB（90%的功率分布在有意辐射区内）五、天线模型3、定向天线的方向性图有意辐射区：

非有意辐射区：平均功率增益为-10dB-10dB0dB五、天线模型4、发射天线-接收天线对的极化匹配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如无现成的数据，可按下表修正：五、天线模型5、近场天线模型电磁干扰问题往往发生于近场远场条件：近场增益（假设发射能量包含在一个圆柱内）（远场增益）A为天线口径面积或五、天线模型6、发射天线-接收天线对的配置

一般情况下，总是存在潜在的发射机—接收机对，或者说干扰源天线—干扰敏感体对，它们的配置，直接影响电磁兼容。例：舰船上的雷达与通讯接收天线五、天线模型7、天线扫描用概率表示有意辐射区对有意辐射区的概率为：六、电磁干扰预测方法1、电磁干扰预测的基本步骤干扰源1干扰源2通道1通道2敏感体1敏感体2六、电磁干扰预测方法1、电磁干扰预测的基本步骤（1）选择一个敏感器（2）选择一个干扰源（3）确定所有耦合途径（4）对所有耦合途径分析计算电磁干扰能量（5）对每个干扰源重复（3）（4）步（6）对每个敏感器重复（2）~（5）步（7）对输入的全部数据进行计算G1G2GiGnR1R2RjRm六、电磁干扰预测方法2、分级预测方法（1）幅度剔除预测（2）频率和带宽修正预测（3）详细分析预测（4）性能预测将明显的非干扰情况剔除，缩小预测范围。进一步剔除频率不一致、带宽不重叠的干扰源与敏感体。对剩下的发射响应对进一步预测，时间、距离、方向及概率分布。考虑调制特性，确定S/N，S/(I+N)，获得最终结果。七、系统间电磁干扰预测1、干扰预测方程（1）发射机对周围接收机的干扰效应（第一干扰预测方程）带宽修正因子失谐修正因子接收机输入端噪声功率传输路径损耗七、系统间电磁干扰预测1、干扰预测方程

传输路径损耗LP与收发天线无关的基本传输损耗A为衰减因子离开发射天线的距离为d（m）时，接收点场强：七、系统间电磁干扰预测1、干扰预测方程（2）接收机对发射源干扰信号的响应（第二干扰预测方程）或功能设计师研究的目标电磁兼容设计师的目标全面质量性能的度量标准七、系统间电磁干扰预测发射机基波输出发射机乱真输出接收机基波响应接收机乱真响应基波干扰余量发射机干扰余量乱真干扰余量接收机干扰余量七、系统间电磁干扰预测2、系统间干扰预测实施过程（1）幅度剔除预测

幅度剔除旨在将大量不产生干扰的信号与少数可能产生干扰的信号分离开来。七、系统间电磁干扰预测2、系统间干扰预测实施过程（1）幅度剔除预测（2）带宽与频率间隔修正

此过程中，通过考虑发射机带宽和调制特性、每一接收响应的带宽和选择性、以及发射与接收响应之间的频率间隔等因素，对幅度剔除阶段所得到的干扰余量进行修正。

修正后的干扰余量小于筛选电平，则进一步剔除。七、系统间电磁干扰预测2、系统间干扰预测实施过程（1）幅度剔除预测（2）带宽与频率间隔修正（3）详细分析预测

经过上两项筛选后，剩下的情况有很大的产生干扰可能性。因此，应进一步详细预测。①考虑依赖于时间、距离、方向的因素；②确定最终干扰余量的概率分布。七、系统间电磁干扰预测2、系统间干扰预测实施过程（1）幅度剔除预测（2）带宽与频率间隔修正（3）详细分析预测（4）性能预测

将预测的干扰电平与性能的量度联系起来，即将预测结果转换为描述系统性能恶化的定量表达式。例如：分辨率、虚警概率、测量高度的误差等八、系统间电磁干扰控制组织方法技术方法交通规则和交通管理修立交桥八、系统间电磁干扰控制1、频率管理限制发射机的频谱带宽限制接收机的响应带宽接收机产生互调的控制八、系统间电磁干扰控制1、频率管理（1）调制带宽限制（2）发射机谐波、杂波滤波（3）频段预选（4）接收机滤波（5）干扰对消

受调制脉冲的形状能影响所产生的边带幅度和数量。例如：余弦平方形和高斯形脉冲具有较窄的频谱。八、系统间电磁干扰控制1、频率管理（1）调制带宽限制（2）发射机谐波、杂波滤波（3）频段预选（4）接收机滤波（5）干扰对消八、系统间电磁干扰控制1、频率管理（1）调制带宽限制（2）发射机谐波、杂波滤波（3）频段预选（4）接收机滤波（5）干扰对消

用空腔谐振器制作预选器，可有效抑制进入接收机的干扰。但不适合快速调谐，瞬变频率和脉冲接收不适用。八、系统间电磁干扰控制1、频率管理（1）调制带宽限制（2）发射机谐波、杂波滤波（3）频段预选（4）接收机滤波（5）干扰对消中频滤波射频滤波基带滤波八、系统间电磁干扰控制1、频率管理（1）调制带宽限制（2）发射机谐波、杂波滤波（3）频段预选（4）接收机滤波（5）干扰对消八、系统间电磁干扰控制2、时间管理例如：机载雷达（封锁脉冲）并关闭报警装置电源（1）缩短辐射时间（2）时间分离（3）工作时间同步（4）时间/距离选通RFID的收发分时工作例如：多个雷达工作，将空间划分为区域，每区域划出一定的时间间隔。八、系统间电磁干扰控制3、空间管理（1）干扰协调区（2）频率-距离间隔（3）方位角利用准则与指定（4）扇形匿影（5）自然地形屏蔽（6）天线的极化去耦例：无线发送的电视频道分布八、系统间电磁干扰控制3、空间管理（1）干扰协调区（2）频率-距离间隔（3）方位角利用准则与指定（4）扇形匿影（5）自然地形屏蔽（6）天线的极化去耦例：机场导航可在雷达天线方向图主瓣照射到导航通信站方向是，中断雷达的辐射。八、系统间电磁干扰控制3、空间管理（1）干扰协调区（2）频率-距离间隔（3）方位角利用准则与指定（4）扇形匿影（5）自然地形屏蔽（6）天线的极化去耦例：气象卫星接收天线抗干扰八、系统间电磁干扰控制3、空间管理（1）干扰协调区（2）频率-距离间隔（3）方位角利用准则与指定（4）扇形匿影（5）自然地形屏蔽（6）天线的极化去耦使干扰源与接受器天线极化正交。九、系统内部电磁干扰预测1、系统内部电磁干扰预测流程

系统内部的电磁干扰预测有时比系统间的电磁干扰预测更为复杂。

主要关心自身干扰所引起的性能恶化。

还需要考虑其他的潜在问题。①与外部产生的传导和辐射发射有关的敏感度问题。②给定系统所产生的传导和辐射发射对邻近系统的有害影响。电磁干扰分析预测电磁兼容性设计电磁兼容性试验第8章第8章电磁兼容性测试技术一、电磁兼容性测试项目传导

C辐射

R发射测试

E敏感度测试

SCECSRERS一、电磁兼容性测试项目GJB152A-97

《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》GB4343-2009《家用或类似用途电动、电热器具、电动工具及类似电器无线电干扰特性测量方法和允许值》一、电磁兼容性测试项目CE10210kHz~10MHz电源线传导发射测量CS11410kHz~400MHz电缆束注入传导敏感度测量RE10210kHz~18GHz壳体和所有电缆的辐射发射测量二、电磁兼容测试场地1、开阔测试场地主要用于30~1000MHz较大型的EUT测试要求椭圆场地内无反射物二、电磁兼容测试场地1、开阔测试场地地面铺金属板，大于1m开阔场地的环境噪声，低于极限值至少6dB二、电磁兼容测试场地2、屏蔽室1m法辐射发射测试二、电磁兼容测试场地2、屏蔽室1m法辐射敏感度测试屏蔽室有反射问题，谐振问题，需避开谐振频率。二、电磁兼容测试场地3、电波暗室

屏蔽室内壁安装吸波材料，消除反射。二、电磁兼容测试场地3、电波暗室

特定产品EMC测试，可以把功能性测试和EMC测试结合起来。例：手机辐射敏感度测试二、电磁兼容测试场地3、电波暗室二、电磁兼容测试场地4、混波室

获得极化方向随机变化，各向同性的场。二、电磁兼容测试场地5、平行板线

具有宽带阻抗匹配特性的锥形平滑过渡结构，获得敏感度试验要求的均匀横电磁波的测量环境。

缺点：只适宜小型设备，对周围辐射严重。优点：宽频带，电磁能量利用率高二、电磁兼容测试场地6、横电磁波传输室

将同轴线外导体渐变扩展为箱体，内导体渐变为扁平芯板。缺点：受试设备尺寸与工作频率上限有矛盾。优点：宽带，屏蔽无泄漏，无色散，不用频繁更换天线。二、电磁兼容测试场地7、吉赫兹横电磁波传输室

克服了TEM传输室的缺点，工作频率范围宽，工作空间大。

远端由吸波材料构成分布式匹配负载。三、常用测试仪器与设备1、电磁干扰测量仪/电磁干扰接收机（1）系统组成按照专门要求设计的接收机特点：有校准，无AGC，多种接收带宽，多种检波三、常用测试仪器与设备1、电磁干扰测量仪/电磁干扰接收机（2）检波器峰值检波准峰值检波均方根检波平均值检波三、常用测试仪器与设备2、频谱分析仪普通频谱分析仪采用峰值检波方式，满足国军标，不满足民标。三、常用测试仪器与设备2、频谱分析仪普通频谱分析仪采用峰值检波方式，满足国军标，不满足民标。加射频预选器，防强信号致混频器饱和

加准峰值检波器，适应民标。（国际无线电干扰特别委员会

CISPR）三、常用测试仪器与设备3、线路阻抗稳定网络（LISN）也称人工电源网络，为受试设备提供稳定的高频阻抗。三、常用测试仪器与设备4、赫姆霍兹线圈

两线圈产生的轴向磁场同向叠加，在中心点附近产生均匀的磁场。三、常用测试仪器与设备5、电流探头

将流过导线的电流成比例地转换为电压的耦合装置。三、常用测试仪器与设备5、电流探头

也可制成表面电流探头或钳形电流探头三、常用测试仪器与设备6、功率吸收钳用来测量设备通过电源线或引线发射的干扰能量。三、常用测试仪器与设备7、信号发生器（1）连续波信号发生器三、常用测试仪器与设备7、信号发生器（1）连续波信号发生器（2）尖峰信号发生器三、常用测试仪器与设备7、信号发生器（1）连续波信号发生器（2）尖峰信号发生器（3）静电放电信号发生器三、常用测试仪器与设备7、信号发生器（1）连续波信号发生器（2）尖峰信号发生器（3）静电放电信号发生器（4）电快速瞬变脉冲群信号发生器三、常用测试仪器与设备7、信号发生器（1）连续波信号发生器（2）尖峰信号发生器（3）静电放电信号发生器（4）电快速瞬变脉冲群信号发生器（5）浪涌信号发生器三、常用测试仪器与设备8、功率放大器电磁兼容中敏感度测量采用宽带大功率放大器四、电磁兼容试验常用天线1、EMC常用天线的特点（1）广泛使用宽带天线；（2）天线的增益低，方向性弱；（3）天线常工作于近场区，距离敏感；（4）场强测量动态范围宽，根据测量对象选天线；（5）收发天线不一定互易。四、电磁兼容试验常用天线2、EMC常用天线简介（1）杆状天线；14kHz~30MHz辐射发射测试带耦合匹配器的1m无源杆状天线带前置放大器的1m有源杆状天线四、电磁兼容试验常用天线2、EMC常用天线简介（2）环形天线；30MHz以下的磁场辐射发射和敏感度测试。四、电磁兼容试验常用天线2、EMC常用天线简介（3）对称振子天线；

窄带特性限制了自动测试系统应用。四、电磁兼容试验常用天线2、EMC常用天线简介（4）双锥天线；20~200MHz频段使用，适合自动测试系统应用。四、电磁兼容试验常用天线2、EMC常用天线简介（5）对数周期天线；四、电磁兼容试验常用天线2、EMC常用天线简介（5）对数周期天线；

安装在天线杆上，可以通过自动控制升降，旋转极化，以测得最大场强。四、电磁兼容试验常用天线2、EMC常用天线简介（5）对数周期天线；四、电磁兼容试验常用天线2、EMC常用天线简介（6）圆锥螺旋天线和背腔平面螺旋天线；覆盖频率0.2~12GHz四、电磁兼容试验常用天线2、EMC常用天线简介（7）微波天线五、电磁发射和电磁敏感度测量1、一般要求（1）测量容差距离：±5%频率：±2%幅度：±2dB（测量接收机）时间（波形）：±5%五、电磁发射和电磁敏感度测量1、一般要求（2）电磁环境电平辐射：EUT断电，和所有辅助设备通电时测得的电磁环境电平应至少低于规定的极限值6dB。电源线传导在此情况下测量环境电平：EUT断开，连接一个电阻负载，该电阻负载应流过与EUT相同的额定电流。五、电磁发射和电磁敏感度测量1、一般要求（3）EUT测试配置EUT放在80~90cm高的实验台上，使用导电台面或非导电台面。便携式设备用非导电台面，船舱设备使用导电台面。

被测电源线通过LISN接到外界电网。五、电磁发射和电磁敏感度测量1、一般要求（4）发射测试带宽和测量时间P170表8-46dB带宽选择驻留时间规定五