系統(tǒng)級電磁兼容量化技術(shù)分析和介紹

1、系統(tǒng)級電磁兼容量化技術(shù)分析和介紹2提綱關(guān)于電磁兼容的一些認(rèn)識自頂向下電磁兼容量化技術(shù)3電磁兼容定義Joint Pub 1-02, DoD Dictionary Military And Associated Terms With JMTGM Changes, 23 MARCH 1994 defines EMC as: 所有使用電磁頻譜工作的系統(tǒng)、裝備和裝置的一種能力。這種能力保證它們在既定的工作條件下，不會因電磁發(fā)射或響應(yīng)而造成不能接受的或者未預(yù)知的性能降級。 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電磁兼容問題器件 電路 設(shè)備 分系統(tǒng)系統(tǒng) 電磁兼容3要素： 1) 敏感體 2) 干擾源 3) 耦合通道 其它系統(tǒng) 系統(tǒng)自身 外部環(huán)境 系統(tǒng)間 系統(tǒng)內(nèi) 系統(tǒng)與環(huán)境 5系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容問題日趨

3、復(fù)雜系統(tǒng)級問題是產(chǎn)品最關(guān)鍵的問題； 系統(tǒng)內(nèi)問題是最基礎(chǔ)、最根本的問題； 頂層設(shè)計是最核心的問題；頂層量化設(shè)計是最困難的問題；過程量化控制是最有效的手段； 頂層預(yù)設(shè)計、過程量化控制現(xiàn)代電磁兼容的兩大特征： 系統(tǒng)設(shè)計 + 全壽命周期 66系統(tǒng)設(shè)計特征量化設(shè)計與控制“系統(tǒng)電磁兼容需求分析”“電磁環(huán)境分析（新增）”“系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計”“應(yīng)用環(huán)境下抗干擾設(shè)計（新增）”“分系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計”“設(shè)備電磁兼容性設(shè)計”“設(shè)備電磁兼容性試驗”“設(shè)備電磁兼容性修正”“分系統(tǒng)電磁兼容性試驗”“分系統(tǒng)電磁兼容性修正”“系統(tǒng)電磁兼容性試驗”“系統(tǒng)電磁兼容性修正”“應(yīng)用環(huán)境下抗干擾試驗（新增）”“抗干擾性修正（新增）”

4、“應(yīng)用環(huán)境下抗干擾試驗（新增）”“系統(tǒng)電磁兼容性定型試驗”。77自由空間麥克斯韋方程組法拉第電磁感應(yīng)定律修正的安培環(huán)路定律電場高斯定律磁場高斯定律電荷守恒定律1234588場定律物理意義表示直接關(guān)系 表示時變關(guān)系 電荷 電場 電流 磁場 時變部分 電磁波 3式 2式右邊 第一項 2式右邊 第二項 1式 5式 99靜態(tài)場問題：頻率=0結(jié)論：電場與磁場之間不存在相互耦合 00電荷電場3式 電流磁場2式右邊 第一項 2式右邊 第二項1式5式 時變部分 電磁波 1010時變場問題：頻率00電場 2式右邊 第二項 1式 時變部分 電磁波 磁場 電荷 3式 電流 2式右邊 第一項 5式電磁場之間相互耦合電

5、磁波 11RV問題：電壓源V 的能量如何傳遞 到負(fù)載R 能流導(dǎo)線電阻電源只要有電磁場的地方，就有可能 形成電磁干擾的耦合通道！12提綱關(guān)于電磁兼容的一些認(rèn)識自頂向下電磁兼容量化技術(shù) 系統(tǒng)工程 頂層設(shè)計 量化控制13自頂向下電磁兼容量化設(shè)計頂層指標(biāo)： 1、電磁兼容度 2、兼容概率， 3、電磁穩(wěn)健性。可對全機(jī)如下13項指標(biāo)量化:1、頻率指配2、天線布局3、設(shè)備布局4、電纜布局5、發(fā)射功率6、發(fā)射帶外衰減7、接收靈敏度8、接收帶外抑制9、屏蔽性能10、電磁環(huán)境分布11、艙體諧振特性12、系統(tǒng)分系統(tǒng)及設(shè)備降級狀況13、設(shè)備安全性優(yōu)先級等技術(shù)指標(biāo)要求 量化評估全系統(tǒng)是否兼容 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)提出系統(tǒng)電磁兼容量化

6、指標(biāo)要求 通過/不通過不通過通過/不通過指標(biāo) 調(diào)整 優(yōu)化 通過系統(tǒng)聯(lián)試與試驗 量化指標(biāo)分配到分系統(tǒng)和設(shè)備 分系統(tǒng)設(shè)計 分系統(tǒng)研制及試驗 分系統(tǒng)與全系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計 分系統(tǒng)試驗結(jié)果與全系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計 通過/不通過不通過通過不通過通過定型 全過程量化控制，成功率高12345，67，8自頂向下量化控制方法 14 量化控制15電磁兼容尚需努力的方向良好電磁兼容性是設(shè)計出來！ 電磁兼容設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)目前主要是“把出口”！ 電磁兼容設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容指標(biāo)直接應(yīng)用于電子系統(tǒng)設(shè)計！ 電磁兼容設(shè)計指標(biāo)16電磁兼容量化設(shè)計流程（8個步驟）8個步驟效果1、制定頂層設(shè)計指標(biāo)系統(tǒng)性能可控2、分解頂層設(shè)計指標(biāo)分系統(tǒng)性能可控3、量化評估

7、分系統(tǒng)方案確保方案兼容4、檢測分系統(tǒng)指標(biāo)符合性排查設(shè)計缺陷5、預(yù)測分系統(tǒng)性能對系統(tǒng)影響預(yù)測系統(tǒng)降級6、設(shè)計系統(tǒng)集成方案彌補(bǔ)分系統(tǒng)設(shè)計缺陷7、分系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗檢測分系統(tǒng)性能8、全機(jī)電磁兼容試驗檢測系統(tǒng)性能17制定及分配頂層指標(biāo)的三個核心技術(shù)全平臺頻譜關(guān)系分析全平臺電磁干擾關(guān)聯(lián)矩陣全平臺電磁兼容數(shù)字化模型 全平臺頻譜關(guān)系分析： 分析全平臺全部用頻電子設(shè)備之間頻率 耦合關(guān)系。包括：帶內(nèi)、帶外雜散，諧 波， 交互調(diào)。目的：盡量消除頻率沖突。18全平臺頻譜關(guān)系分析軟件：BHEMCF分系統(tǒng)3的頻譜 分系統(tǒng)2的頻譜 分系統(tǒng)1的頻譜 系統(tǒng)頻譜 19系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計軟件：BHEMCD 功能：指標(biāo)論證、預(yù)測、設(shè)計、

8、分配 20 北航自主研發(fā)的系統(tǒng)級電磁兼容設(shè)計檢測評估平臺可對如下14項指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測：電磁兼容度、頻率指配、天線布局、電纜布局、設(shè)備布局、 發(fā)射功率、發(fā)射帶外衰減、接收靈敏度、接收帶外抑制、 屏蔽性能、電磁環(huán)境分布、艙體諧振特性、 系統(tǒng)分系統(tǒng)及設(shè)備降級狀況、設(shè)備安全性優(yōu)先級等 可以完成 1、總體及分系統(tǒng)方案的電磁兼容性評估；2、總體電磁兼容性量化指標(biāo)的制定；3、總體向分系統(tǒng)電磁兼容指標(biāo)的分解；4、整機(jī)電磁兼容隱患的預(yù)測，等。21制定及分配頂層指標(biāo)的三個核心技術(shù)全平臺頻譜關(guān)系分析全平臺電磁干擾關(guān)聯(lián)矩陣全平臺電磁兼容數(shù)字化模型全平臺電磁兼容數(shù)字化模型 數(shù)字飛機(jī)是進(jìn)行全機(jī)電磁兼容性量化 設(shè)計評估的關(guān)鍵

9、，是開展預(yù)測評估的基礎(chǔ) 平臺。 數(shù)字飛機(jī)的功能是能夠在飛機(jī)整機(jī)系 統(tǒng)層面分析全機(jī)各分系統(tǒng)間的干擾關(guān)聯(lián)關(guān) 系，建立各分系統(tǒng)的特征分析模型。22電磁兼容設(shè)計方法的特殊性電磁兼容設(shè)計=（正常信號）設(shè)計+ （正常信號+非預(yù)期信號）設(shè)計將設(shè)計信號與非預(yù)期信號共同作為設(shè)計輸入，分析系統(tǒng)的響應(yīng)，預(yù)測系統(tǒng)的降級，設(shè)計加固方案電磁兼容模型正常信號設(shè)計模型電磁兼容模型=正常設(shè)計信號模型+非預(yù)期信號模型23非預(yù)期信號：電磁環(huán)境系統(tǒng)電磁兼容性的要求規(guī)定了系統(tǒng)電磁兼容性的總要求，包括14項目內(nèi)容；符合性應(yīng)由試驗、分析或其組合來驗證。23序號要求項目1安全裕度2系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性3外部射頻電磁環(huán)境4雷電5電磁脈沖6分系統(tǒng)和

10、設(shè)備電磁干擾7靜電電荷控制8電磁輻射危害9全壽命期電磁環(huán)境效益控制10電搭接11外部接地12防信息泄漏13發(fā)射控制14頻譜兼容性管理24對復(fù)雜電磁環(huán)境要求的理解設(shè)計時：確保系統(tǒng)內(nèi)是電磁兼容的，并在使用之前證明它與外部環(huán)境是電磁兼容的應(yīng)考慮系統(tǒng)全壽命期的所有狀態(tài)或階段，包括正常的工作、檢查、貯存、運輸、搬運、包裝、維護(hù)、加載、卸載和發(fā)射等，還要考慮實現(xiàn)上述各種狀態(tài)（或階段）相應(yīng)的正常操作程序2425系統(tǒng)對環(huán)境要求首先要約定電磁環(huán)境界面，在這個界面上，系統(tǒng)允許環(huán)境的有意發(fā)射不超過規(guī)定值，具體數(shù)值與由環(huán)境存在的發(fā)射機(jī)功率預(yù)估，與系統(tǒng)接收機(jī)帶外抑制相關(guān)。系統(tǒng)允許環(huán)境的無意發(fā)射不超過規(guī)定值，具體數(shù)值由環(huán)

11、境存在的發(fā)射機(jī)的諧波、雜波指標(biāo)推算，由系統(tǒng)接收靈敏度指標(biāo)預(yù)估。系統(tǒng)和環(huán)境的界面電磁場分布和頻譜應(yīng)已知，這是大系統(tǒng)重要接口關(guān)系。26外部射頻電磁環(huán)境 系統(tǒng)應(yīng)是與規(guī)定的外部射頻電磁環(huán)境電磁兼容的，以滿足系統(tǒng)的工作性能要求外部射頻電磁環(huán)境應(yīng)優(yōu)先采用經(jīng)訂購方同意的實測或預(yù)測分析的數(shù)據(jù)當(dāng)無相應(yīng)數(shù)據(jù)時可采用標(biāo)準(zhǔn)推薦數(shù)據(jù) 27典型外部射頻電磁環(huán)境要求 艦船甲板上工作的外部電磁環(huán)境 110100100010000110100100010000在艦船上發(fā)射機(jī)主波束下工作時的外部電磁環(huán)境 110100100010000陸軍直升機(jī)的外部電磁環(huán)境 固定機(jī)翼飛機(jī)（不包括艦船上工作）的外部電磁環(huán)境 11010010001

12、000028對分系統(tǒng)性能的符合性檢測不同于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁兼容檢測方法制定與電磁兼容設(shè)計緊密相關(guān)的檢測指標(biāo)29符合性檢測數(shù)據(jù)表接收機(jī)通信設(shè)備名稱通信設(shè)備代號第一本振頻率第一本振帶寬 第二本振頻率第二本振帶寬第一中頻頻率第一中頻帶寬第二中頻頻率第二中頻帶寬工作方式選擇性（已使用濾波器的類型、參數(shù)指標(biāo)、通帶、阻帶）全機(jī)系統(tǒng)放大器的增益和噪聲系數(shù)全機(jī)系統(tǒng)混頻的增益和噪聲系數(shù)本振晶體頻率接收靈敏度解調(diào)方式隔離度，帶外抑制，雜波，諧波等30符合性檢測數(shù)據(jù)表發(fā)射機(jī)通信設(shè)備名稱通信設(shè)備代號第一本振頻率第一本振帶寬第二本振頻率第二本振帶寬第一中頻頻率第一中頻帶寬第二中頻頻率第二中頻帶寬諧波頻點及抑制比選擇性（已

13、使用濾波器的類型、參數(shù)指標(biāo)、通帶、阻帶、）帶外抑制，雜波，各次諧波衰減度等全機(jī)系統(tǒng)放大器的增益和噪聲系數(shù)全機(jī)系統(tǒng)混頻的增益和噪聲系數(shù)31其他要求及注意事項設(shè)備原理框圖、射頻輻射部分各子模塊的性能指標(biāo) 請在各子模塊旁標(biāo)出動態(tài)、靜態(tài)性能指標(biāo)，例如：功率、輸入/輸出阻抗；電源種類、電壓、頻率、濾波方式；電機(jī)的工作方式、轉(zhuǎn)速；晶振頻率、是否分頻或倍頻、穩(wěn)頻方式、帶外抑制、雜波，各次諧波衰減度等；模擬信號類型、幅度、波形、帶寬、是否調(diào)制、調(diào)制特征，傳導(dǎo)方式，諧波特征；數(shù)字信號波形、幅度、脈寬、頻率、帶寬、占空比、重復(fù)頻率；采取的常用電磁兼容手段：接地方式、方法；屏蔽方式、材料；搭接方法；濾波器類型、位置、方法；畫出原理框圖，描述工作原理、可能出現(xiàn)輻射的原因。32采用的電磁兼容設(shè)計、實驗情況目前發(fā)現(xiàn)的電磁兼容問題（請詳細(xì)說明干擾現(xiàn)象、設(shè)備受干擾時的工作性能等）目前采用的常用電磁兼容措施（屏蔽、搭接、濾波、接地、工作頻率優(yōu)化等）、實施位置、方法和解決問題的效果已經(jīng)通過的電磁兼容試驗測試項目（注明國軍標(biāo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗），或者基本測試（EMI、EMS、靜電放電、搭接電阻、接地電阻、敏感部位、電源特性的簡單測試、電磁輻射危害測量、輻射安全裕度測量、傳導(dǎo)安全裕度測量、天線隔離度測試、環(huán)境電平測試、相互干擾檢查等系統(tǒng)級試驗）