[信息与通信]系统级电磁兼容量化设计技术.ppt

系统级电磁兼容量化技术,报告人：苏东林（北京航空航天大学电磁兼容实验室） 联系方式01082317224 Email： 网址：,2,建议思考的问题,1. 产品论证时，有没有电磁兼容的论证指标？ 2. 将标准视为产品电磁兼容要求，是否有执行力？ 3. 研制要求中是否需要电磁兼容量化设计要求？ 4. 如何解决电磁兼容故障难于复现、难于定位？ 5. 如何解决线缆造成的弥散型干扰问题？ 6. 如何实现电磁兼容的过程控制？ 7. 如何对产品的电磁兼容性进行量化评估？,3,提纲,关于电磁兼容的一些认识 自顶向下电磁兼容量化技术,4,电磁兼容定义,Joint Pub 1-02, DoD Dictionary Military And Associated Terms With JMTGM Changes, 23 MARCH 1994 defines EMC as: 所有使用电磁频谱工作的系统、装备和装置的一种能力。这种能力保证它们在既定的工作条件下，不会因电磁发射或响应而造成不能接受的或者未预知的性能降级。 The ability of systems, equipment, and devices that utilize the electromagnetic spectrum to operate in their intended operational environments without suffering unacceptable degradation or causing unintentional degradation because of electromagnetic radiation or response.,5,电磁兼容问题,器件,电路,设备, 分系统,系统,电磁兼容3要素： 1) 敏感体 2) 干扰源 3) 耦合通道,6,系统内电磁兼容问题日趋复杂,系统级问题是产品最关键的问题； 系统内问题是最基础、最根本的问题； 顶层设计是最核心的问题； 顶层量化设计是最困难的问题； 过程量化控制是最有效的手段； 顶层预设计、过程量化控制,现代电磁兼容的两大特征： 系统设计 + 全寿命周期,7,系统设计特征量化设计与控制,“系统电磁兼容需求分析”“电磁环境分析（新增）” “系统电磁兼容性设计”“应用环境下抗干扰设计（新增）” “分系统电磁兼容性设计”“设备电磁兼容性设计” “设备电磁兼容性试验”“设备电磁兼容性修正” “分系统电磁兼容性试验”“分系统电磁兼容性修正” “系统电磁兼容性试验”“系统电磁兼容性修正” “应用环境下抗干扰试验（新增）”“抗干扰性修正（新增）” “应用环境下抗干扰试验（新增）”“系统电磁兼容性定型试验”。,电磁兼容三要素中： 敏感设备最易识别； 耦合通道最难检测。 下面通过电磁场理论认识耦合通道， 了解现代电磁兼容问题。,8,8,自由空间麦克斯韦方程组,法拉第电磁感应定律,修正的安培环路定律,电场高斯定律,磁场高斯定律,电荷守恒定律,9,9,场定律物理意义,10,10,静态场问题：频率=0,结论：电场与磁场之间不存在相互耦合,0,0,11,11,时变场问题：频率0,0,12,问题：电压源V 的能量如何传递 到负载R,能流,导线,电阻,电源,只要有电磁场的地方，就有可能 形成电磁干扰的耦合通道！,13,提纲,关于电磁兼容的一些认识 自顶向下电磁兼容量化技术 系统工程 顶层设计 量化控制,14,系统工程说明：虚拟屏蔽技术,15,系统级顶层设计方法,论证设 计初期,16,自顶向下 电磁兼容量化设计 顶层指标： 1、电磁兼容度 2、兼容概率， 3、电磁稳健性。 可对全机如下13项指标量化: 1、频率指配 2、天线布局 3、设备布局 4、电缆布局 5、发射功率 6、发射带外衰减 7、接收灵敏度 8、接收带外抑制 9、屏蔽性能 10、电磁环境分布 11、舱体谐振特性 12、系统分系统及设备降级状况 13、设备安全性优先级等,全过程量化控制，成功率高,1,2,3,4,5，6,7，8,自顶向下量化控制方法,17,量化控制,18,电磁兼容尚需努力的方向,良好电磁兼容性是设计出来！ 电磁兼容设计 标准目前主要是“把出口”！ 电磁兼容设计标准 电磁兼容指标直接应用于电子系统设计！ 电磁兼容设计指标,19,电磁兼容量化设计流程（8个步骤）,20,制定及分配顶层指标的三个核心技术,全平台频谱关系分析 全平台电磁干扰关联矩阵 全平台电磁兼容数字化模型,全平台频谱关系分析： 分析全平台全部用频电子设备之间频率 耦合关系。包括：带内、带外杂散，谐 波， 交互调。 目的：尽量消除频率冲突。,21,全平台频谱关系分析软件：BHEMCF,分系统3的频谱,分系统2的频谱,分系统1的频谱,系统频谱,22,系统电磁兼容设计软件：BHEMCD,功能：指标论证、预测、设计、分配,23,BHEMCD软件实例,发射机参数,24,BHEMCD软件实例,敏感设备,干扰设备,接收机,发射机,天线,耦合关系,指标分配设计与分配,25,设计检测评估平台,电磁兼容指标分配与评估,BHEMCS,模型建模和导入,BHEMCL,电磁兼容设计,BHEMCD,性能描述,平台名称,北航自主研制 飞机全机电磁兼容总体设计平台,干扰关系分析平台,频率优选平台,电磁兼容评估平台,综合显控平台,26,北航自主研发的 系统级电磁兼容设计检测评估平台 可对如下14项指标进行预测：电磁兼容度、 频率指配、天线布局、电缆布局、设备布局、 发射功率、发射带外衰减、接收灵敏度、接收带外抑制、 屏蔽性能、电磁环境分布、舱体谐振特性、 系统分系统及设备降级状况、设备安全性优先级等,可以完成,1、总体及分系统方案的电磁兼容性评估； 2、总体电磁兼容性量化指标的制定； 3、总体向分系统电磁兼容指标的分解； 4、整机电磁兼容隐患的预测，等。,27,制定及分配顶层指标的三个核心技术,全平台频谱关系分析 全平台电磁干扰关联矩阵 全平台电磁兼容数字化模型,全平台电磁兼容数字化模型 数字飞机是进行全机电磁兼容性量化 设计评估的关键，是开展预测评估的基础 平台。 数字飞机的功能是能够在飞机整机系 统层面分析全机各分系统间的干扰关联关 系，建立各分系统的特征分析模型。,28,电磁兼容设计方法的特殊性,电磁兼容设计=（正常信号）设计+ （正常信号+非预期信号）设计 将设计信号与非预期信号共同作为设计输入，分析系统的响应，预测系统的降级，设计加固方案 电磁兼容模型正常信号设计模型 电磁兼容模型=正常设计信号模型+非预期信号模型,29,非预期信号：电磁环境,系统电磁兼容性的要求 规定了系统电磁兼容性的总要求，包括14项目内容； 符合性应由试验、分析或其组合来验证。,29,30,对复杂电磁环境要求的理解,设计时：确保系统内是电磁兼容的，并在使用之前证明它与外部环境是电磁兼容的 应考虑系统全寿命期的所有状态或阶段，包括正常的工作、检查、贮存、运输、搬运、包装、维护、加载、卸载和发射等，还要考虑实现上述各种状态（或阶段）相应的正常操作程序,30,31,系统对环境要求,首先要约定电磁环境界面。 在这个界面上，系统允许环境的有意发射不超过规定值，具体数值与由环境存在的发射机功率预估，与系统接收机带外抑制相关。 系统允许环境的无意发射不超过规定值。 具体数值由环境存在的发射机的谐波、杂波指标推算，由系统接收灵敏度指标预估。 系统和环境的界面电磁场分布和频谱应已知，这是大系统重要接口关系。,32,外部射频电磁环境,系统应是与规定的外部射频电磁环境电磁兼容的，以满足系统的工作性能要求 外部射频电磁环境应优先采用经订购方同意的实测或预测分析的数据 当无相应数据时可采用标准推荐数据,33,典型外部射频电磁环境要求,舰船甲板上工作的外部电磁环境,在舰船上发射机主波束下工作时的外部电磁环境,陆军直升机的外部电磁环境,固定机翼飞机（不包括舰船上工作） 的外部电磁环境,34,对分系统性能的符合性检测,不同于标准规定的电磁兼容检测方法 制定与电磁兼容设计紧密相关的检测指标,35,符合性检测数据表接收机,36,符合性检测数据表发射机,37,其他要求及注意事项,设备原理框图、射频辐射部分各子模块的性能指标 请在各子模块旁标出动态、静态性能指标，例如： 功率、输入/输出阻抗； 电源种类、电压、频率、滤波方式； 电机的工作方式、转速； 晶振频率、是否分频或倍频、稳频方式、带外抑制、杂波，各次谐波衰减度等； 模拟信号类型、幅度、波形、带宽、是否调制、调制特征，传导方式，谐波特征； 数字信号波形、幅度、脉宽、频率、带宽、占空比、重复频率； 采取的常用电磁兼容手段：接地方式、方法；屏蔽方式、材料；搭接方法；滤波器类型、位置、方法； 画出原理框图，描述工作原理、可能出现辐射的原因。,38,采用的电磁兼容设计、实验情况,39,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,软件界面,40,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,内、外场测试功能,41,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,12项系统级、18项设备/分系统级 测试功能,42,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,仪器设备加载/升级功能,43,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,测试向导功能,44,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,自动测试功能,45,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,自动数据分析功能,46,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,规范报告生成功能,47,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,自动生成信息准确的测试报告功能,48,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,自动生成信息准确的测试报告功能,49,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,自动测试数据分析功能,50,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,自动测试数据分析功能,51,测试间 221610.5米 =6米10T转台,测试间大门滑轨 大门：6米4米,控制间,数据处理间,复杂电磁环境馈入窗,电磁兼容实验室测试间,电磁兼容实验室控制间,系统级/设备级电磁兼容试验系统 北京航空航天大学研制,52,EMI/EME/EMS电磁兼容测试车,A图 B图 C图 D图 软件界面 主界面 试验模版图 CE106试验界面 北航自主研发的系统级电磁兼容测控评估软件,电磁兼容测试开阔试验场 3472平方米,系统级/设备级电磁兼