系统级电磁兼容量化设计技术ppt课件.ppt
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1、系统级电磁兼容量化技术系统级电磁兼容量化技术报告人:苏东林报告人:苏东林(北京航空航天大学电磁兼容实验室)(北京航空航天大学电磁兼容实验室)联系方式:联系方式:13911503998,01082317224Email:网址:网址:http:/2建议思考的问题建议思考的问题1.产品论证时,有没有电磁兼容的论证指标?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?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?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?如何解决电磁兼容故障难于复现、难
2、于定位?5.如何解决线缆造成的弥散型干扰问题?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?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?如何对产品的电磁兼容性进行量化评估?3提纲提纲1关于电磁兼容的一些认识关于电磁兼容的一些认识2自顶向下电磁兼容量化技术自顶向下电磁兼容量化技术4电磁兼容定义电磁兼容定义lJoint 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
3、装置的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。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 d
4、egradation or causing unintentional degradation because of electromagnetic radiation or response.5电磁兼容问题电磁兼容问题器件器件 电路电路 设备设备 分系统分系统 系统系统 电磁兼容电磁兼容3要素:要素:1)敏感体敏感体 2)干扰源干扰源 3)耦合通道耦合通道 其它系统其它系统 系统自身系统自身 外部环境外部环境 系统间系统间 系统内系统内 系统与环境系统与环境 6系统内电磁兼容问题日趋复杂系统内电磁兼容问题日趋复杂n系统级问题是产品最关键的问题;系统级问题是产品最关键的问题;n系统内问题是最基
5、础、最根本的问题;系统内问题是最基础、最根本的问题;n顶层设计是最核心的问题;顶层设计是最核心的问题;n顶层量化设计是最困难的问题;顶层量化设计是最困难的问题;n过程量化控制是最有效的手段;过程量化控制是最有效的手段;顶层预设计、过程量化控制顶层预设计、过程量化控制现代电磁兼容的两大特征:现代电磁兼容的两大特征:系统设计系统设计 +全寿命周期全寿命周期 7 7系统设计特征系统设计特征量化设计与控制量化设计与控制“系统电磁兼容需求分析系统电磁兼容需求分析”“电磁环境分析(新增)电磁环境分析(新增)”“系统电磁兼容性设计系统电磁兼容性设计”“应用环境下抗干扰设计(新增)应用环境下抗干扰设计(新增)
6、”“分系统电磁兼容性设计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设计”“设备电磁兼容性试验设备电磁兼容性试验”“设备电磁兼容性修正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试验”“分系统电磁兼容性修正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试验”“系统电磁兼容性修正系统电磁兼容性修正”“应用环境下抗干扰试验(新增)应用环境下抗干扰试验(新增)”“抗干扰性修正(新增)抗干扰性修正(新增)”“应用环境下抗干扰试验(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系统电磁兼容性定型试验”。电磁兼容三要素中:电磁兼容三要素中:敏感设备最易识别
7、;敏感设备最易识别;耦合通道最难检测。耦合通道最难检测。下面通过电磁场理论认识耦合通道,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。了解现代电磁兼容问题。8 8自由空间麦克斯韦方程组自由空间麦克斯韦方程组法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律修正的安培环路定律修正的安培环路定律电场高斯定律电场高斯定律磁场高斯定律磁场高斯定律电荷守恒定律电荷守恒定律123459 9场定律物理意义场定律物理意义表示直接关系表示直接关系 表示时变关系表示时变关系 电荷电荷 电场电场 电流电流 磁场磁场 时变部分时变部分 电磁波电磁波 3 3式式 2 2式右边式右边 第一项第一项 2 2式右边式右边 第二项第
8、二项 1 1式式 5 5式式 1010静态场问题:频率静态场问题:频率=0结论:电场与磁场之间不存在相互耦合结论:电场与磁场之间不存在相互耦合 00电荷电荷电场电场3 3式式 电流电流磁场磁场2 2式右边式右边 第一项第一项 2式右边式右边 第二项第二项1 1式式5式式 时变部分时变部分 电磁波电磁波 1111时变场问题:频率时变场问题:频率00电场电场 2式右边式右边 第二项第二项 1 1式式 时变部分时变部分 电磁波电磁波 磁场磁场 电荷电荷 3 3式式 电流电流 2 2式右边式右边 第一项第一项 5式式电磁场之间相互耦合电磁场之间相互耦合电磁波电磁波 12RV问题:电压源问题:电压源V
9、V 的能量如何传递的能量如何传递 到负载到负载R R 能流能流导线导线电阻电阻电源电源只要有电磁场的地方,就有可能只要有电磁场的地方,就有可能 形成电磁干扰的耦合通道!形成电磁干扰的耦合通道!13提纲提纲1关于电磁兼容的一些认识关于电磁兼容的一些认识2自顶向下电磁兼容量化技术自顶向下电磁兼容量化技术 系统工程系统工程 顶层设计顶层设计 量化控制量化控制14系统工程系统工程说明:虚拟屏蔽技术说明:虚拟屏蔽技术虚拟电壁虚拟电壁15系统级系统级顶层设计顶层设计方法方法 分系统分系统1 分系统分系统2 分系统分系统N 设备设备1 设备设备1 设备设备3 设备设备2 设备设备2 设备设备K 电路板电路板
10、1 电路板电路板2 电路板电路板M 器件器件1 器件器件2 器件器件M 自自顶顶向向下下综综合合 事先预测事先预测 主动方法主动方法 论证设论证设 计初期计初期 16自顶向下自顶向下电磁兼容量化设计电磁兼容量化设计顶层指标:顶层指标:1、电磁兼容度、电磁兼容度 2、兼容概率,、兼容概率,3、电磁稳健性。、电磁稳健性。可对全机如下可对全机如下13项指标量化项指标量化:1、频率指配、频率指配2、天线布局、天线布局3、设备布局、设备布局4、电缆布局、电缆布局5、发射功率、发射功率6、发射带外衰减、发射带外衰减7、接收灵敏度、接收灵敏度8、接收带外抑制、接收带外抑制9、屏蔽性能、屏蔽性能10、电磁环境
11、分布、电磁环境分布11、舱体谐振特性、舱体谐振特性12、系统分系统及设备降级状况、系统分系统及设备降级状况13、设备安全性优先级等、设备安全性优先级等技术指标要求技术指标要求 量化评估全系统是否兼容量化评估全系统是否兼容 根据标准提出系统电磁兼容量化指标要求根据标准提出系统电磁兼容量化指标要求 通过通过/不通过不通过不通过不通过通过通过/不通过不通过指标指标 调整调整 优化优化 通过通过系统联试与试验系统联试与试验 量化指标分配到分系统和设备量化指标分配到分系统和设备 分系统设计分系统设计 分系统研制及试验分系统研制及试验 分系统与全系统协同设计分系统与全系统协同设计 分系统试验结果与全系统协
12、同设计分系统试验结果与全系统协同设计 通过通过/不通过不通过不通过不通过通过通过不通过不通过通过通过定型定型 全全过过程程量量化化控控制,制,成成功功率率高高12345,67,8自顶向下自顶向下量化控制量化控制方法方法 17 量化控制量化控制18电磁兼容尚需努力的方向电磁兼容尚需努力的方向n良好电磁兼容性是设计出来!良好电磁兼容性是设计出来!l 电磁兼容设计电磁兼容设计n标准目前主要是标准目前主要是“把出口把出口”!l 电磁兼容设计标准电磁兼容设计标准n电磁兼容指标直接应用于电子系统设计!电磁兼容指标直接应用于电子系统设计!l 电磁兼容设计指标电磁兼容设计指标19电磁兼容量化设计流程(电磁兼容
13、量化设计流程(8个步骤)个步骤)8个步骤个步骤效果效果1、制定顶层设计指标、制定顶层设计指标系统性能可控系统性能可控2、分解顶层设计指标、分解顶层设计指标分系统性能可控分系统性能可控3、量化评估分系统方案、量化评估分系统方案确保方案兼容确保方案兼容4、检测分系统指标符合性、检测分系统指标符合性排查设计缺陷排查设计缺陷5、预测分系统性能对系统影响、预测分系统性能对系统影响预测系统降级预测系统降级6、设计系统集成方案、设计系统集成方案弥补分系统设计缺陷弥补分系统设计缺陷7、分系统联调试验、分系统联调试验检测分系统性能检测分系统性能8、全机电磁兼容试验、全机电磁兼容试验检测系统性能检测系统性能20制
14、定及分配顶层指标的三个核心技术制定及分配顶层指标的三个核心技术n全平台频谱关系分析全平台频谱关系分析n全平台电磁干扰关联矩阵全平台电磁干扰关联矩阵n全平台电磁兼容数字化模型全平台电磁兼容数字化模型 全平台频谱关系分析: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,谐耦合关系。包括:带内、带外杂散,谐 波,波,交互调。交互调。目的:尽量消除频率冲突。目的:尽量消除频率冲突。21全平台频谱关系分析软件:全平台频谱关系分析软件:BHEMCF分系统分系统3的频谱的频谱 分系统分系统2的频谱的频谱 分系统分系统1的频谱的频谱 系
15、统频谱系统频谱 22系统电磁兼容设计软件:系统电磁兼容设计软件:BHEMCD 功能:指标论证、预测、设计、分配功能:指标论证、预测、设计、分配 23BHEMCD软件实例软件实例 发射机参数发射机参数 24BHEMCD软件实例软件实例敏感设备敏感设备 干扰设备干扰设备 接收机接收机 发射机发射机 天线天线 耦合关系耦合关系 指标分配设计与分配指标分配设计与分配 25设计检测评估平台设计检测评估平台 电磁兼容指标分配与评估电磁兼容指标分配与评估 BHEMCS 模型建模和导入模型建模和导入 BHEMCL 电磁兼容设计电磁兼容设计 BHEMCD性能描述性能描述平台名称平台名称北航自主研制北航自主研制飞
16、机全机电磁兼容总体设计平台飞机全机电磁兼容总体设计平台干扰关系分析平台干扰关系分析平台频率优选平台频率优选平台电磁兼容评估平台电磁兼容评估平台综合显控平台综合显控平台26 北航自主研发的北航自主研发的系统级电磁兼容设计检测评估平台系统级电磁兼容设计检测评估平台可对如下可对如下1414项指标进行预测:电磁兼容度、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、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、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、屏蔽性能、电磁环境分布、舱体谐振特性、系统
17、分系统及设备降级状况、设备安全性优先级等系统分系统及设备降级状况、设备安全性优先级等 可以完成可以完成 1、总体及分系统方案的电磁兼容性评估;、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;、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;、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。、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制定及分配顶层指标的三个核心技术n全平台频谱关系分析全平台频谱关系分析n全平台电磁干扰关联矩阵全平台电磁干扰关联矩阵n全平台电磁兼容数字化模型全平台电磁兼容数字化模型全平台电磁兼容数字化模
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