信息與通信系統(tǒng)級電磁兼容量化設計技術

1建議思考的問題1.產(chǎn)品論證時，有沒有電磁兼容的論證指標？2.將標準視為產(chǎn)品電磁兼容要求，是否有執(zhí)行力？3.研制要求中是否需要電磁兼容量化設計要求？4.如何解決電磁兼容故障難于復現(xiàn)、難于定位？5.如何解決線纜造成的彌散型干擾問題？6.如何實現(xiàn)電磁兼容的過程控制？7.如何對產(chǎn)品的電磁兼容性進行量化評估？2提綱關于電磁兼容的一些認識自頂向下電磁兼容量化技術3電磁兼容定義JointPub1-02,DoDDictionaryMilitaryAndAssociatedTermsWithJMTGMChanges,23MARCH1994definesEMCas:

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)射或響應而造成不能接受的或者未預知的性能降級。

Theabilityofsystems,equipment,anddevicesthatutilizetheelectromagneticspectrumtooperateintheirintendedoperationalenvironmentswithoutsufferingunacceptabledegradationorcausingunintentionaldegradationbecauseofelectromagneticradiationorresponse.4電磁兼容問題器件→電路→設備→

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)電磁兼容問題日趨復雜系統(tǒng)級問題是產(chǎn)品最關鍵的問題；系統(tǒng)內(nèi)問題是最基礎、最根本的問題；頂層設計是最核心的問題；頂層量化設計是最困難的問題；過程量化控制是最有效的手段；

頂層預設計、過程量化控制現(xiàn)代電磁兼容的兩大特征：

系統(tǒng)設計+全壽命周期66系統(tǒng)設計特征——量化設計與控制“系統(tǒng)電磁兼容需求分析”→“電磁環(huán)境分析（新增）”→“系統(tǒng)電磁兼容性設計”→“應用環(huán)境下抗干擾設計（新增）”→“分系統(tǒng)電磁兼容性設計”→“設備電磁兼容性設計”→“設備電磁兼容性試驗”→“設備電磁兼容性修正”→“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”→“應用環(huán)境下抗干擾試驗（新增）”→“抗干擾性修正（新增）”→“應用環(huán)境下抗干擾試驗（新增）”→“系統(tǒng)電磁兼容性定型試驗”。電磁兼容三要素中： 敏感設備最易識別； 耦合通道最難檢測。下面通過電磁場理論認識耦合通道，了解現(xiàn)代電磁兼容問題。77自由空間麥克斯韋方程組法拉第電磁感應定律修正的安培環(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系表示時變關系電荷電場電流

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磁波11RV問題：電壓源V的能量如何傳遞到負載R能流導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提綱關于電磁兼容的一些認識自頂向下電磁兼容量化技術

——系統(tǒng)工程

——頂層設計

——量化控制13系統(tǒng)工程說明：虛擬屏蔽技術虛擬電壁14系統(tǒng)級頂層設計方法分系統(tǒng)1分系統(tǒng)2分系統(tǒng)N……設備1設備1設備3設備2設備2設備K……電路板1電路板2電路板M……器件1器件2器件M……自頂向下綜合

事先預測主動方法論證設計初期15自頂向下電磁兼容量化設計頂層指標：

1、電磁兼容度

2、兼容概率，

3、電磁穩(wěn)健性。可對全機如下13項指標量化:1、頻率指配2、天線布局3、設備布局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)及設備降級狀況13、設備安全性優(yōu)先級等技術指標要求量化評估全系統(tǒng)是否兼容根據(jù)標準提出系統(tǒng)電磁兼容量化指標要求通過/不通過不通過通過/不通過指標調(diào)整優(yōu)化通過系統(tǒng)聯(lián)試與試驗量化指標分配到分系統(tǒng)和設備分系統(tǒng)設計分系統(tǒng)研制及試驗分系統(tǒng)與全系統(tǒng)協(xié)同設計分系統(tǒng)試驗結果與全系統(tǒng)協(xié)同設計通過/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16

量化控制17電磁兼容尚需努力的方向良好電磁兼容性是設計出來！電磁兼容設計標準目前主要是“把出口”！

電磁兼容設計標準電磁兼容指標直接應用于電子系統(tǒng)設計！電磁兼容設計指標18電磁兼容量化設計流程（8個步驟）8個步驟效果1、制定頂層設計指標系統(tǒng)性能可控2、分解頂層設計指標分系統(tǒng)性能可控3、量化評估分系統(tǒng)方案確保方案兼容4、檢測分系統(tǒng)指標符合性排查設計缺陷5、預測分系統(tǒng)性能對系統(tǒng)影響預測系統(tǒng)降級6、設計系統(tǒng)集成方案彌補分系統(tǒng)設計缺陷7、分系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗檢測分系統(tǒng)性能8、全機電磁兼容試驗檢測系統(tǒng)性能19制定及分配頂層指標的三個核心技術全平臺頻譜關系分析全平臺電磁干擾關聯(lián)矩陣全平臺電磁兼容數(shù)字化模型

全平臺頻譜關系分析：分析全平臺全部用頻電子設備之間頻率耦合關系。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。20全平臺頻譜關系分析軟件：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21系統(tǒng)電磁兼容設計軟件：BHEMCD

功能：指標論證、預測、設計、分配22BHEMCD軟件實例

發(fā)射機參數(shù)23BHEMCD軟件實例敏感設備干擾設備接收機發(fā)射機天線耦合關系指標分配設計與分配24設計檢測評估平臺

電磁兼容指標分配與評估BHEMCS

模型建模和導入BHEMCL

電磁兼容設計BHEMCD性能描述平臺名稱北航自主研制飛機全機電磁兼容總體設計平臺干擾關系分析平臺頻率優(yōu)選平臺電磁兼容評估平臺綜合顯控平臺25

北航自主研發(fā)的系統(tǒng)級電磁兼容設計檢測評估平臺可對如下14項指標進行預測：電磁兼容度、頻率指配、天線布局、電纜布局、設備布局、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)及設備降級狀況、設備安全性優(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的制定；3、總體向分系統(tǒng)電磁兼容指標的分解；4、整機電磁兼容隱患的預測，等。26制定及分配頂層指標的三個核心技術全平臺頻譜關系分析全平臺電磁干擾關聯(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)字飛機是進行全機電磁兼容性量化設計評估的關鍵，是開展預測評估的基礎平臺。數(shù)字飛機的功能是能夠在飛機整機系統(tǒng)層面分析全機各分系統(tǒng)間的干擾關聯(lián)關系，建立各分系統(tǒng)的特征分析模型。27電磁兼容設計方法的特殊性電磁兼容設計=（正常信號）設計+

（正常信號+非預期信號）設計將設計信號與非預期信號共同作為設計輸入，分析系統(tǒng)的響應，預測系統(tǒng)的降級，設計加固方案電磁兼容模型≠正常信號設計模型電磁兼容模型=正常設計信號模型+非預期信號模型28非預期信號：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；符合性應由試驗、分析或其組合來驗證。28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)和設備電磁干擾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29對復雜電磁環(huán)境要求的理解設計時：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、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）相應的正常操作程序2930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)射機功率預估，與系統(tǒng)接收機帶外抑制相關。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)境存在的發(fā)射機的諧波、雜波指標推算，由系統(tǒng)接收靈敏度指標預估。系統(tǒng)和環(huán)境的界面電磁場分布和頻譜應已知，這是大系統(tǒng)重要接口關系。31外部射頻電磁環(huán)境

系統(tǒng)應是與規(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)境應優(yōu)先采用經(jīng)訂購方同意的實測或預測分析的數(shù)據(jù)當無相應數(shù)據(jù)時可采用標準推薦數(shù)據(jù)

32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)射機主波束下工作時的外部電磁環(huán)境110100100010000陸軍直升機的外部電磁環(huán)境固定機翼飛機（不包括艦船上工作）的外部電磁環(huán)境11010010001000033對分系統(tǒng)性能的符合性檢測不同于標準規(guī)定的電磁兼容檢測方法制定與電磁兼容設計緊密相關的檢測指標34符合性檢測數(shù)據(jù)表——接收機通信設備名稱通信設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、通帶、阻帶）全機系統(tǒng)放大器的增益和噪聲系數(shù)全機系統(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35符合性檢測數(shù)據(jù)表——發(fā)射機通信設備名稱通信設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（已使用濾波器的類型、參數(shù)指標、通帶、阻帶、）帶外抑制，雜波，各次諧波衰減度等全機系統(tǒng)放大器的增益和噪聲系數(shù)全機系統(tǒng)混頻的增益和噪聲系數(shù)36其他要求及注意事項設備原理框圖、射頻輻射部分各子模塊的性能指標請在各子模塊旁標出動態(tài)、靜態(tài)性能指標，例如：功率、輸入/輸出阻抗；電源種類、電壓、頻率、濾波方式；電機的工作方式、轉速；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。37采用的電磁兼容設計、實驗情況目前發(fā)現(xiàn)的電磁兼容問題（請詳細說明干擾現(xiàn)象、設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、行業(yè)標準、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）內(nèi)容，測試單位，測試日期、時間，環(huán)境溫度、濕度RE102電場輻射發(fā)射(10kHz~18GHz)測試指標、測試條件、測試方法CE102電源線傳導發(fā)射（10kHz~10MHz）測試指標、測試條件、測試方法

電磁泄漏測試(10kHz~1GHz)測試指標、測試條件、測試方法相互干擾檢查測試指標、測試條件、測試方法38系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制軟件界面39系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制內(nèi)、外場測試功能40系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制12項系統(tǒng)級、18項設備/分系統(tǒng)級測試功能41系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制儀器設備加載/升級功能42系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制測試向導功能43系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制自動測試功能44系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制自動數(shù)據(jù)分析功能45系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制規(guī)范報告生成功能46系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制自動生成信息準確的測試報告功能47系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制自動生成信息準確的測試報告功能48系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制自動測試數(shù)據(jù)分析功能49系統(tǒng)級/設備級電磁兼容試驗系統(tǒng)

北京航空航天大學研制自動測試數(shù)據(jù)分析功能