电磁兼容性技术与现代通信_二_.pdf
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1、专题讲座电磁兼容性技术与现代通信?二?朱洪波杜丽冰三、电磁干扰源 与电 磁干扰藕合!电磁干扰源!电磁干扰效应,#!干扰的辍合通道?祸合通道的基本形式祸 合通 道是将电磁干扰从干扰源传输到 敏感体的各种途径。韧合通道的基本形式与电磁能量传输的基本形式相同,即分为传导根合和辐射祸合两大类。这种分类就是按电磁干扰的传输状态划分的。传导藕 合通道是按电磁干扰的传输状态 划分的。传导藕合通道是指通 过金属导体、电阻、电感线圈以及导线间的分布参数 传输电磁干扰的通 路,它又可分为电路性祸合?或 电阻性藕合?、电感性藕 合和电容性祸合三种。辐射藕合通道是指以电磁场和波的形 式通 过 空间传输 电磁 干扰的途
2、径,其中系统间的辐射藕合主要 是 远场藕合,而系统内的祸 合主 要是近场祸 合。实际的干扰祸合效应往往是由传导和辐射藕合所形成 的复用干扰。?影响藕合通道的主 要 因素影响藕 合通 道的主 要 因素有%?频率分配?布线技术?!结构配置。频率分配涉及调制方式、电波特性、系统 设计目的、频谱利用与管理等专门问题。频率分配 问题主 要出现在通信系统中注意到“频率先决”特 点#。系统 间的频率分配,需要国内和 国际的专 门技术委员会制定 法规,统一安排。在大型信号发送系统中,为了尽量减小发送 设备输出信号频率的范 围以及与其他灵 敏接收机的频率范围重迭,在最初设计时就要考虑频率分酉幼刁题。布线技术涉及
3、 电源线、信号线、控制线、地线、高低电平线的平行、交叉、隔离及型式选择等问题。布线方式将直接影响藕合通道的特性,尤其 是 传导藕 合通 道的特性。结构配置与系统、子系统、部器件的放置位置、方向以及 上述 组成部分的屏蔽状况、孔缝开口等结构因素有关。结构布置方式同样将直接影响藕合通 道特性。#通信系统的特殊干扰祸合在通信系统中存在一种特殊的干扰藕合,引起三种模式的干扰%?互 调 干扰?交调千扰?!直接混频。这 三种干扰藕合是由于通信设备接收端电路的非线性作用,即非线性藕合通道造成的。在通信系统中,由于三个以上频率造成的高阶互调影响甚小,因此只要考虑 三个以下频率的情形。互调干扰藕合是在非线性输入
4、电路作现代电信科技&(年第本刊&(年第(期已作简述)期一(用下,两个带外干扰信号之 间或其谐波之间互相取 和或差,而形成新的频率分量。这些新的频 率分量只 要能落入设备的通带之内,就能和 有用信号 一起进入设备,形 成干扰威胁。交叉调制是一 个带外干扰信号 和接收设备的调谐信号?本机振 荡频率的各次谐波?在输入电路的非线性元件作用下,产生的混频作用。所产生的新的频率分量正好等于设备的中频,或正好落在其 中频的带宽 内,就可以与有用信号一样进入 设备,并被放大处理 而成为干扰。直接混频实际上就是一般超外差接收机中的混频过 程。所不同的是,正常接收机的混频作用是带内的弱输入信号和本地振荡信号混频&
5、而现在则是带外的强干扰信号?否 则 无 法 进 入接收 机?和本振信号混频。!干扰敏感体?敏感度及其相关因素电磁干扰(电磁兼容研究的一个重 要内容就是 干扰对敏感体的影响程度。这项研究是经 敏感度测量和分析来完成的。敏感度概念指除天线以外 的设备外壳、通外界的电线或电路受到电磁场或电磁 电压的作用,而使设备失灵或呈 现不希望有的响应的特性。任一系统或电路对干扰的敏感度是设计该系统或电路的一个重 要指标,它将按国家颁布的电磁兼容性标准规定的方法予以测定。即使在同一系统中,各子系统的敏感度也会有很大的差别。通常的情况为,高功率电平的系统?如继电控制系统?对干扰的敏感度低,而一 些低功率电平的系统?
6、如使用集成电路的系统?则对干扰的敏感度高。过去极少使用快速响应的高性能部件或系统,但 自)年代以后,电子技术的发展 要求有快速响 应、高性 能和高可靠性 的部件或系统,因此 出现 了干扰敏感度问题。电磁敏感度?+,?的定义是%对造成电子设备、子系统及 系统的性能恶化或不希望有的响应干扰 电平的一种度量。它在意义 上等同于干扰敏感度,简称为“敏感度”。与敏感度意义相反的一个概念是“抗扰度”!,“抗扰度”的定义是%接收机或任何其他电子 设 备、子 系统 及 系 统 抵抗电磁 干扰的能力。在 工 程 中一般采 用“提 高 抗抵度”的概念来取代“降低敏感度”!电磁敏感度还可进一步分为传导敏感度和辐射敏
7、感度。?电磁干扰对敏感体的影响电磁干扰进入系统通 过下列四种途径%?电源 引入线%信号引入线?!信号输 出线?+辐射。一个 系统对这四种途 径的干扰的敏感程度有所不 同。此外即使是 从同一途 径进入的干扰,其敏感程度与干扰的类型也有很大关系。例如对前三种途径传导藕合通道#,其共模干扰的敏感度不同?而对辐射途径辐射藕合通道#,其共模干扰的敏感度不 同?而对辐射途径辐射藕合通道#的敏感度则与电磁场的类型有关。四、通信系统的电磁兼容性,.#分析&/,.分析的墓本思想在 电子 系统的,.分析中,研究较早、发展较为成熟的是 通信系统的,0分析。然而由于现代通信系统的复杂性,这一(1一现代电信科技&(年第
8、)期方面的研究和 探讨还远未完成。随着 电了基础是建立 干 扰源、祸合途径和敏感 的 数技术的 发 展,通信系统越来越 趋向于宽带学模型,然 后在此基础 上进行计算机分析。化、个人化?包括 移动化?、多机化、密集化、模型是 电路和子 系统性能的一种数字多体制化和 大功率化、业 务及 功能的综合表 达式。用于+,.分 析 的数学模型一般化,整 个通信网大系统将变得 异常复杂。电分为源模型、传输函数模型?即藕合模型?磁兼容的内容已不仅是 系统或设备的电磁和接受器?即敏感体?模型三部分,其中源干扰?+,/问 题,而且将影 响到 通信网大模型描述的是信号发射机的输出性能以及系统的稳定性、可靠性和 安全
9、保密性,因此干扰源的输出&传输函数主要描述 二 导线在 开 始进 行通信系统 设计 时,必 须考虑 系之间、二机壳之间、二天线 之间或二 系统设统的+,.问题。备之 间的藕合情况&接受器模型则可以表通信系统+,.分析的主要内容是 系征接收的频率响应或接收机 的乱真、互调、统的电磁干扰预测。因此在大多数场合下,镜象和调谐响应特性。“电磁干扰预测”与“兼容性分析”在意义上电磁干扰预测的主要内容包括两个方是 一致的。现代通信系统+,.分析的主面%?系统间电磁干扰预测&?系统 内电要 方法就是“系统 法”,而 电磁干扰预测是磁干扰预测。除此以外,通信系统的+,.系 统法的核心。系统+,.分析的基本思分
10、析还有两 个辅助性的分析工作%?系统想是%电 磁 环境预 测&?天线系 统布置性能 预?分析设计好 系统内的主要干扰源、测。藕 合通道 和 敏感体,并分 别建立起数学模系 统 电 磁 环境预 测是 在 系 统 方案论型&证、初步 设 计、技术设计阶段,对 系统的电?选择一个敏感体&磁 环境进行 不同精度的估算。通 过 系统的?#?选择一个干扰源&电磁干扰预测,为系统找到合理的电磁 环?确定这个干扰源通过所有祸合途境,以保证与其他电子系统的兼容性条件径传输到 敏感体的能量&?不超 过+,.规 范的限值?,同时 也为电?的对每个 干扰源重复第?步&磁干扰预测提供计算参考数据!?0?对每个敏感体重复
11、第?#?、?、?1?步&天线系统 布置性能预测是对 夭线方向?)?对输入的全部数据进行计算&图、夭线藕合度、输入阻 抗及驻波比进行预?2?系统总体设计人员根据计算结果测。通 过对夭线配置特性的预测,可以为通对有关部位进行方案修改,并重新进行分信系统中的夭线提出合理的配置方案。这析 预测,直至找 出最 佳设计 方案。对在有 限空间中配 置大量 天线的复杂夭线有 了这个基本思想,就可以拟 定 系统系统尤其具有意义。+,.分析预 测 方案及计算机 程序流 程方!系统间电磁 干扰预测程序框图。通过+,3预测,将大大提高系统设通 过 系 统的+,.分析,通常要把系计效益,避 免 由于设 计 考虑不周带来
12、的硬统内部 兼容性和系统 之间兼容性区分开件修改或返 工。实现 这个基本思想的重要来,即构成两类不 同的预测 程序。在系统之现代电信科技 44年第1期一 4一间的+,.问题 中,关心的是 独 立 系统之响等。实用的程序输 出结果 可能包 括两部间的 潜在干扰,并尤其重视与本 系统工作分%合成干扰余量和 对设备性能影响的定于同一频 段的其他 系统。例 如,当飞机的无量描述。线电接收机?2一#1,56?经过附近的#!系统内部电磁干扰预测程序调 频 广播电 台 天 线?227 2,56?时,或由于系统 内部的“发射一接收”对更者当电波传播发生异常而从远处传来的信多,而且藕合传输模型更难建立,所以通常
13、号正好落在野战指挥系统?859或:5 9?系统内的电磁干扰预测比系统间的电磁干频带内时,就会产生系统之间的干扰。系统扰预 测更复杂。系统 内电磁千扰既包 括辐之 间的电磁干扰常常是难以控制的,因为射形式?天线与夭 线、夭线与机壳、天线与很难甚 至 不可能去控制或修改他人的系导线、导线与机壳?,也包 括传导形式?电容统。虽然 在系统之间会出现 电源干扰或其性藕合、电感性藕合、电阻性藕合或 电路性他形 式的传导干扰,但是典型的系统之间祸合?。尤其是传导形式的干扰藕合,这是的干扰涉及到计算距离足够远的两个天线一般通信系统间不常有的千扰形式。在系之间的辐射场藕合,例如移动通信系统的统内部,由这样多藕合
14、途径连接起来的“发基站之间,以及与其他电子设备之间的影射一接收”对将远 远超出系统之间的“发射响。因此,分析往往从经 过 空间辐射辆合的一接收”对数目。由于现代通信系统的复杂电磁波着手。性,因而必须对许多子 系统列 出大篇幅 的系统 之 间的 电磁干扰预测可以从 最简频谱数据 表格。在这样的情形 下,要 想在合单的“发 射一接收”对入 手,分两 个 步 骤进理的时间内得到 有意 义的系统内部干扰分行。一 是估计发射机对周围给定接收机的析的结果,唯 一现实的办 法就是采用计算干扰效应,二 是 确定接收机 是 否对 发射机机。干扰信号产生响应。现代通信系统中的“发系统内部电磁干扰的主要藕合途径是射
15、一接收”对往 往 多达数十或数百个,要对电缆之间、设备机壳之间以及电缆与机壳这 些“发射一接收”对逐一 运用干扰系统方之间的藕合途径。另外还要考虑同一电源程 计算其 干扰响应?预测?,必 须借助计算总线的公共阻抗影响,以及从一个回路藕机并通 过程序编排实现。这个程序就是 系合到 另 一个回路的地电流?电路性干扰的统之间的干扰预测 程序。情形?。当系统内部存在夭线藕合时,还 要实用的系统之间干扰预测程序所考虑讨论 对电缆、近处的机壳以及 近处的天线的数学模型更复杂!例如,发射机模型包括的辐射影响。基 波发射、谐波 发射和非谐波发射&接收机系统内部电磁干扰预测 一般要 用到 下模型包 括 同频 道
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- 电磁 兼容性 技术 现代 通信
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