電磁兼容原理課程設(shè)計(jì)

1、電磁兼容原理與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓名： 龐平 ；班級(jí)：2012029170 ；學(xué)號(hào)：2012029170017姓名：丁啟程 ；班級(jí)：2012029170 ；學(xué)號(hào)：2012029170009完成日期：2015年4月12日i、目標(biāo) 設(shè)計(jì)一個(gè)lc帶通濾波器，其通帶位于2.0,3.0ghz，通帶內(nèi)的回波損耗為-20db，在4.0ghz處的帶外抑制至少為20db。源電阻及負(fù)載皆為50歐姆。ii、設(shè)計(jì)原理、過(guò)程及結(jié)果對(duì)于本次的設(shè)計(jì)，我們組采用最平坦型低通濾波器來(lái)變換設(shè)計(jì)，其頻率衰減特性用巴特沃斯函數(shù)擬合：由微波網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，由帶通濾波器到低通原型濾波器的頻率變換公式1為： (1)其中，為帶通濾波器頻率；為低通原

2、型濾波器頻率；，為帶通濾波器截止頻率； 為帶通濾波器中心頻率； ：相對(duì)帶寬。（1）確定濾波器級(jí)數(shù) 為了保證在元件公差為5%是出現(xiàn)的截止頻率，所以選擇通帶范圍為1.9ghz3.2ghz。由設(shè)計(jì)參數(shù)的約束，首先考慮本次設(shè)計(jì)采用幾階的濾波器。本次設(shè)計(jì)從回波損耗和衰減來(lái)確定階數(shù)。有微波網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí)1，可以得到回波損耗和衰減的關(guān)系： (2)其中l(wèi)a為衰減，rl為回波損耗。巴特沃斯低通原型的衰減函數(shù)為： (3) 其中，n為濾波器階數(shù)。為了對(duì)任意頻率的濾波器都適用，可以采用歸一化頻率 (4)衰減函數(shù)改為 (5)令，可以得到是由通帶內(nèi)最大衰減決定 (6)階數(shù)n由帶外最小衰減決定 (7)（2）設(shè)計(jì)濾波器低通原型

3、有數(shù)據(jù)可以得到階數(shù)為8級(jí)濾波器，我們用電感輸入式的低通模型，其電路圖和元件參數(shù)如圖1圖1 低通原型電路及參數(shù)圖 （3）把濾波器由低通原型換算到帶通濾波器低通原型濾波器中串聯(lián)支路變換到帶通濾波器中為電感與電容相串聯(lián)形成的諧振電路，換算關(guān)系為： (8) 低通原型濾波器中并聯(lián)支路變換到帶通濾波器中為電感與電容相并聯(lián)形成的諧振電路，換算關(guān)系為： (8) 負(fù)載關(guān)系為： (9) 由以上關(guān)系式計(jì)算得到帶通濾波器的實(shí)際參數(shù)和實(shí)際電路如圖2：圖2 帶通濾波器實(shí)際電路及參數(shù)圖（4）帶入實(shí)際數(shù)據(jù)畫(huà)出散射矩陣的s11和s21的圖像濾波器的傳輸矩陣為 (10)由傳輸矩陣和散射矩陣的關(guān)系可得 (11) (12)畫(huà)出s11

4、和s21如圖3圖3 s11和s21圖像根據(jù)該模型計(jì)算得散射系數(shù)s11（2ghz）= -15.6，s11（3ghz）= -20.1，s11（4ghz）=-0.001；s21（2ghz）= -0.12，s21（3ghz）= -0.04，s21（4ghz）=-44.88；(5) 用專(zhuān)用軟件filtersolutions進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和已計(jì)算出的濾波器所需最低階數(shù)：中心頻率：f=2.5ghz；通帶帶寬取寬于設(shè)計(jì)要求：f=1.5ghz；所需最低階數(shù)n=8； 輸入輸出阻抗：rin=ro=50可以使用filtersolutions幫助進(jìn)行快速設(shè)計(jì)。使用以上參數(shù)設(shè)計(jì)的巴特沃茲帶通濾波器電路及參數(shù)如圖4：

5、圖4 巴特沃茲帶通濾波器電路及參數(shù)由filtersolutions仿真繪圖可得到該電路的頻率響應(yīng)（如圖5）和反射系數(shù)（如圖6）：圖5 濾波器的頻率響應(yīng)圖6 濾波器的反射系數(shù)由以上仿真圖像可得到：頻率響應(yīng) s21（2ghz）=-0.04，s21（3ghz）= -0.001，s21（4ghz）=-34.34；反射系數(shù) ref（2ghz）=-19.29, ref（3ghz）=-35.29, ref（4ghz）=-0.0016；回波損耗 s11（2ghz）=-38.58, s11（3ghz）= -70.58, s11（4ghz）=-0.0032；(6)模型的檢驗(yàn)與分析由于matlab庫(kù)函數(shù)有巴特沃斯模

6、型，我們就先用matlab庫(kù)函數(shù)的模型簡(jiǎn)單繪出波特圖，如圖7，與自己設(shè)計(jì)的參數(shù)圖像對(duì)比。圖7 matlab庫(kù)函數(shù)衰減圖根據(jù)該模型模型得到的降增益理論值：h（2）=-0.12；h（3）=-0.04；h（4）=-44.88；1. iii、結(jié)果討論1.對(duì)比matlab中的巴特沃茲模型的降增益和使用matlab計(jì)算參數(shù)所設(shè)計(jì)的濾波器的散射參數(shù)，結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致（降增益在小數(shù)點(diǎn)后四位才出現(xiàn)差別）。2.對(duì)比使用matlab計(jì)算參數(shù)所設(shè)計(jì)的濾波器與使用filtersolutions設(shè)計(jì)的濾波器，前者的通帶稍有偏移，而后者則完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。iv、備注%-程序1：求解所需濾波器的級(jí)數(shù)-f1=1.9; %通

7、帶截止頻率f2=3.2; %通帶截止頻率f3=4; %阻帶截止頻率rl=20; %通帶回波損耗as=20; %阻帶最小抑制%技術(shù)指標(biāo)fc=sqrt(f1*f2);w=(f2-f1)/fc;f11=1/w*(f1/fc-fc/f1);f22=1/w*(f2/fc-fc/f2);f33=1/w*(f3/fc-fc/f3); %頻率換算la=-10*log10(1-10(-rl/10); %求解衰減e=10(la/10)-1;n=ceil(log10(10(as/10)-1)/e)/(2*log10(f33/f22)/2)*2; %求解級(jí)數(shù)sprintf('所需濾波器的級(jí)數(shù)為:%dn'

8、;,n)；%-程序2：繪制s11和s21的圖像a=0.390 1.111 1.663 1.962 1.962 1.663 1.111 0.390 ; %低通原型的元件參數(shù)f1=1.9;f2=3.2;f3=4;%技術(shù)指標(biāo)fc=sqrt(f1*f2);w=(f2-f1)/fc;z0=50;l1=z0*a(1)/(w*2*pi*fc);c1=w/(2*pi*fc*z0*a(1);l2=z0*w/(2*pi*fc*a(2);c2=a(2)/(w*2*pi*z0*fc);l3=z0*a(3)/(w*2*pi*fc);c3=w/(2*pi*fc*z0*a(3);l4=z0*w/(2*pi*fc*a(4);

9、c4=a(4)/(w*2*pi*z0*fc);l5=z0*a(5)/(w*2*pi*fc);c5=w/(2*pi*fc*z0*a(5);l6=z0*w/(2*pi*fc*a(6);c6=a(6)/(w*2*pi*z0*fc);l7=z0*a(7)/(w*2*pi*fc);c7=w/(2*pi*fc*z0*a(7);l8=z0*w/(2*pi*fc*a(8);c8=a(8)/(w*2*pi*z0*fc); %換算帶通元件參數(shù)for p=1:6000 fff(p)=p/1000;a=zeros(2,2);g1=(2*pi)*fff(p)*l1-1/(2*pi)*fff(p)*c1); g2=(2*

10、pi)*fff(p)*c2-1/(2*pi)*fff(p)*l2);g3=(2*pi)*fff(p)*l3-1/(2*pi)*fff(p)*c3);g4=(2*pi)*fff(p)*c4-1/(2*pi)*fff(p)*l4);g5=(2*pi)*fff(p)*l5-1/(2*pi)*fff(p)*c5);g6=(2*pi)*fff(p)*c6-1/(2*pi)*fff(p)*l6);g7=(2*pi)*fff(p)*l7-1/(2*pi)*fff(p)*c7);g8=(2*pi)*fff(p)*c8-1/(2*pi)*fff(p)*l8);a=1,i*g1;0,1*1,0;i*g2,1*1,

11、i*g3;0,1*1,0;i*g4,1*1,i*g5;0,1*1,0;i*g6,1*1,i*g7;0,1*1,0;i*g8,1;%求解a矩陣a11(p)=a(1,1);a12(p)=a(1,2);a21(p)=a(2,1);a22(p)=a(2,2);ends21=20*log10(abs(2./(a11+a12/z0+z0*a21+a22);s11=20*log10(abs(a11+a12/z0-z0*a21-a22)./(a11+a12/z0+z0*a21+a22);%求解s11和s21figure(1)plot(fff(950:100:6000),s11(950:100:6000),&#

12、39;r',fff(950:100:6000),s21(950:100:6000),'b');title('s11和s21的圖像');xlabel('頻率f(ghz)');ylabel('幅值（db）');legend('s11','s21');%-程序3：用matlab庫(kù)函數(shù)看波特圖-z,p,k=buttap(n); %用巴特沃斯模型ff=zeros(1,6000);f=zeros(1,6000);for n=1:6000 ff(n)=n/1000; f(n)=1/w*(ff(n)/fc-

13、fc/ff(n); hs1(n)=k; for m=1:nhs1(n)=hs1(n)/(i*f(n)-p(m); endhs2(n)=10*log10(abs(hs1(n)2); %求解增益endfigure(2)plot(ff(1000:6000),hs2(1000:6000); %繪出波特圖title('matlab庫(kù)函數(shù)得到的波特圖');xlabel('頻率f(ghz)');ylabel('增益（db）');關(guān)于filtersolutions的使用，如圖8設(shè)置：圖8 filtersolutions的使用v、電磁兼容應(yīng)用實(shí)例介紹1、變電站的接

14、地應(yīng)用變電站，尤其是超高壓變電站內(nèi)的電磁環(huán)境很惡劣。因此，一些變電站內(nèi)的二次設(shè)備，特別是其中的電子微電子設(shè)備，例如微機(jī)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控和繼電保護(hù)裝置，常常受到各種電磁干擾而誤動(dòng)、拒動(dòng)、甚至損壞。近年來(lái)隨著新型電子元件和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的普遍開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用，二次電子設(shè)備日趨高速化、寬帶域化和高密度化，其信號(hào)電平越來(lái)越低，對(duì)電磁干擾更加敏感，對(duì)外界電磁環(huán)境的要求更加苛刻。因此，研究如何提高變電站二次電子設(shè)備的抗干擾水平，對(duì)于保證現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，加速新型電子和微電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用，促進(jìn)超高壓變電站的現(xiàn)代化、自動(dòng)化和智能化進(jìn)程，都有著重要的意義。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（

15、）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，甚至使二次電子設(shè)備無(wú)法正常工作。電子設(shè)備中的許多地方需要接地，不同的接地有不同的目的和特點(diǎn)，不同類(lèi)型的二次設(shè)備對(duì)接地有不同的要求。電子設(shè)備中的“地”通常有兩種含義：一種是指“大地”，另一種是指“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”。二次電子設(shè)備接地的目的通常有兩個(gè)，其一是為了安全，即保護(hù)操作人員免于觸電；其二則是為了抑制干擾。接地之所以能抑制干擾，其根本原因在于地電位的相對(duì)穩(wěn)定性。一旦接地點(diǎn)選取不當(dāng)或接地回路選取和設(shè)計(jì)欠佳時(shí)，接地系統(tǒng)各接地點(diǎn)之間就會(huì)因相對(duì)電位差的形成而產(chǎn)生差模干擾。2、電路儀器機(jī)柜

16、的屏蔽應(yīng)用某系統(tǒng)為機(jī)柜、機(jī)箱式結(jié)構(gòu)，其中控制部分為機(jī)箱結(jié)構(gòu)，子板總線板結(jié)構(gòu)，子板均安裝面板。做靜電試驗(yàn)時(shí)，接觸放電5.5kv時(shí)，對(duì)主板面板及左右相鄰的面板進(jìn)行靜電試驗(yàn)時(shí)，控制板重啟或死機(jī)，后來(lái)在控制板附近的面板之間安裝指形簧片，系統(tǒng)在接觸放電±6.6kv時(shí)運(yùn)行正?！，F(xiàn)在很多系統(tǒng)都是機(jī)箱結(jié)構(gòu)，即控制板、采集板、驅(qū)動(dòng)板等都安裝在同一機(jī)箱中，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與控制。安裝完成后各電路板會(huì)有一定的縫隙，靜電脈沖通過(guò)面板縫隙，分布電容向主板耦合，使電源失真或控制發(fā)生故障系統(tǒng)重啟、死機(jī)。在面板之間安裝指形簧片，使機(jī)箱成為一個(gè)良好的屏蔽體，由于電荷的“趨膚效應(yīng)”，當(dāng)有靜電干擾時(shí)，靜電會(huì)沿著表面泄放至大地

17、，對(duì)內(nèi)部電路的影響減小或者消失。 屏蔽機(jī)柜對(duì)機(jī)柜的縫隙和門(mén)都進(jìn)行了處理，縫隙處安裝導(dǎo)電簧片，門(mén)與機(jī)柜接觸位置安裝導(dǎo)電布襯墊，提高機(jī)柜的屏蔽效能，提高機(jī)柜整體的抗干擾性，群脈沖干擾的實(shí)質(zhì)是對(duì)線路分布電容能量的積累效應(yīng)，當(dāng)能量積累到一定程度時(shí)就可能引起線路（乃至設(shè)備）工作出錯(cuò)。通常測(cè)試設(shè)備一旦出錯(cuò)，就會(huì)連續(xù)不斷的出錯(cuò)，即使把脈沖電壓稍稍降低，出錯(cuò)情況依然不斷的現(xiàn)象加以解釋。脈沖成群出現(xiàn)，脈沖重復(fù)頻率較高，波形上升時(shí)間短暫，能量較小，一般不會(huì)造成設(shè)備故障，使設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作的情況多見(jiàn)。3.信號(hào)電纜抗干擾接地及多媒體系統(tǒng)集成中接地電磁兼容性( emc) 是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境中按照設(shè)計(jì)要求而工作的

18、能力。包括電子系統(tǒng)與周?chē)渌娮酉到y(tǒng)之間在電磁環(huán)境中互相兼顧而相容的能力以及在自然環(huán)境中按照設(shè)計(jì)要求而工作的能力。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電子系統(tǒng)組成越來(lái)越龐大,各種小信號(hào)、大信號(hào);高頻、低頻;模擬、數(shù)字信號(hào)并存，電子設(shè)備工作的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，電磁兼容性問(wèn)題已成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中不容忽視的問(wèn)題。為了提高電子設(shè)備的電磁兼容性能 ,通常采取去耦、濾波、整形、屏蔽、接地、選材、布局等各種技術(shù)手段以達(dá)到消除或抑制電磁干擾的目的，其中，正確的接地是emc設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。在多媒體應(yīng)用環(huán)境中，各種電路布線錯(cuò)綜復(fù)雜，而這些電路之間經(jīng)常會(huì)相互影響。接地不僅可以解決多媒體應(yīng)用環(huán)境系統(tǒng)集成中系統(tǒng)的安全問(wèn)題

19、外，還對(duì)噪聲抑制與衰減有很大的影響。vi、參考文獻(xiàn)1徐敏銳，王錫良等.2010.微波網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用.北京.科學(xué)出版社2趙顯升，楊顯清等.2012.電磁兼容原理與技術(shù).北京.電子工業(yè)出版社and special tools for emergency response equipment and facilities. emergency preparedness and response plan 1) emergency response (1) if a major accident occurs, the project should set up emergency response t

20、eams, chaired by the project manager, head of production and safety coordinators, professional foreman for the crew, primarily responsible for the orderly rescue when an emergency occurs or processing, outsourcing, team manager and support staff, assisting the deputy project manager for related auxi

21、liary work. (2) after the accident, the project manager is responsible for field commander, advance the establishment of emergency response team personnel, accountability, seriously injured officers sent out rescue, have procedures to deal with accidents, incidents, maximum reduction in casualties a

22、nd property loss. (3) if an accident occurs, press division in advance for emergency personnel cleared, concentrate manpower and material and financial resources to rescue the injured, decrease of the maximum loss. (4) after the accident processing work (5) identified the cause of the accident and the person responsible. (6) the written report to the supervisor in writing, including the time and place of the accident, injury (death) person's name, sex, age, trades, injuries, injuries. (7) the development of effective preventive measures to prevent such accidents from happening again. (8)