信息与通信系统级电磁兼容量化设计技术.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1,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？,2,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,3,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.,4,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,其它系统,系统自身,外部环境,系统间,系统内,系统与环境,5,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,6,6,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。,7,7,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,1,2,3,4,5,8,8,场定律物理意义,表示直接关系,表示时变关系,电荷,电场,电流,磁场,时变部分,电磁波,3,式,2,式右边,第一项,2,式右边,第二项,1,式,5,式,9,9,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,电荷,电场,3,式,电流,磁场,2,式右边,第一项,2,式右边,第二项,1,式,5,式,时变部分,电磁波,10,10,时变场问题：频率,0,0,电场,2,式右边,第二项,1,式,时变部分,电磁波,磁场,电荷,3,式,电流,2,式右边,第一项,5,式,电磁场之间相互耦合,电磁波,11,R,V,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！,12,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,13,系统工程,说明：虚拟屏蔽技术,虚拟电壁,14,系统级,顶层设计,方法,分系统,1,分系统,2,分系统,N,设备,1,设备,1,设备,3,设备,2,设备,2,设备,K,电路板,1,电路板,2,电路板,M,器件,1,器件,2,器件,M,自顶向下综合,事先预测,主动方法,论证设 计初期,15,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,技术指标要求,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,通过,/,不通过,不通过,通过,/,不通过,指标,调整,优化,通过,系统联试与试验,量化指标分配到分系统和设备,分系统设计,分系统研制及试验,分系统与全系统协同设计,分系统试验结果与全系统协同设计,通过,/,不通过,不通过,通过,不通过,通过,定型,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,16,量化控制,17,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,18,电磁兼容量化设计流程（,8,个步骤）,8,个步骤,效果,1,、制定顶层设计指标,系统性能可控,2,、分解顶层设计指标,分系统性能可控,3,、量化评估分系统方案,确保方案兼容,4,、检测分系统指标符合性,排查设计缺陷,5,、预测分系统性能对系统影响,预测系统降级,6,、设计系统集成方案,弥补分系统设计缺陷,7,、分系统联调试验,检测分系统性能,8,、全机电磁兼容试验,检测系统性能,19,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。,20,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,21,系统电磁兼容设计软件：,BHEMCD,功能：指标论证、预测、设计、分配,22,BHEMCD,软件实例,发射机参数,23,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,24,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,25,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。,26,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。,27,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,28,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。,28,序号,要求项目,1,安全裕度,2,系统内电磁兼容性,3,外部射频电磁环境,4,雷电,5,电磁脉冲,6,分系统和设备电磁干扰,7,静电电荷控制,8,电磁辐射危害,9,全寿命期电磁环境效益控制,10,电搭接,11,外部接地,12,防信息泄漏,13,发射控制,14,频谱兼容性管理,29,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,29,30,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。,31,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,32,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,1,10,100,1000,10000,1,10,100,1000,10000,在舰船上发射机主波束下工作时的外部电磁环境,1,10,100,1000,10000,陆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,1,10,100,1000,10000,33,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,34,符合性检测数据表,接收机,通信设备名称,通信设备代号,第一本振频率,第一本振带宽,第二本振频率,第二本振带宽,第一中频频率,第一中频带宽,第二中频频率,第二中频带宽,工作方式,选择性（已使用滤波器的类型、参数指标、通带、阻带）,全机系统放大器的增益和噪声系数,全机系统混频的增益和噪声系数,本振晶体频率,接收灵敏度,解调方式,隔离度，带外抑制，杂波，谐波等,35,符合性检测数据表,发射机,通信设备名称,通信设备代号,第一本振频率,第一本振带宽,第二本振频率,第二本振带宽,第一中频频率,第一中频带宽,第二中频频率,第二中频带宽,谐波频点及抑制比,选择性（已使用滤波器的类型、参数指标、通带、阻带、）,带外抑制，杂波，各次谐波衰减度等,全机系统放大器的增益和噪声系数,全机系统混频的增益和噪声系数,36,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。,37,采用的电磁兼容设计、实验情况,目前发现的电磁兼容问题（请详细说明干扰现象、设备受干扰时的工作性能等）,目前采用的常用电磁兼容措施（屏蔽、搭接、滤波、接地、工作频率优化等）、实施位置、方法和解决问题的效果,已经通过的电磁兼容试验测试项目（注明国军标、行业标准、经验），或者基本测试（,EMI,、,EMS,、静电放电、搭接电阻、接地电阻、敏感部位、电源特性的简单测试、电磁辐射危害测量、辐射安全裕度测量、传导安全裕度测量、天线隔离度测试、环境电平测试、相互干扰检查等系统级试验）内容，测试单位，测试日期、时间，环境温度、湿度,RE102,电场辐射发射,(10kHz18GHz),测试指标、测试条件、测试方法,CE102,电源线传导发射（,10kHz10MHz,）测试指标、测试条件、测试方法,电磁泄漏测试,(10kHz1GHz),测试指标、测试条件、测试方法,相互干扰检查 测试指标、测试条件、测试方法,38,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,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,内、外场测试功能,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,12,项系统级、,18,项设备,/,分系统级,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,仪器设备加载,/,升级功能,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,测试向导功能,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,自动测试功能,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,自动数据分析功能,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,规范报告生成功能,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,自动生成信息准确的测试报告功能,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,自动测试数据分析功能,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,北航电磁兼容实验室,十米法电磁兼容实验室,测试间,22,1610.5,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,51,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,/,设备级电磁兼容试验系统,北京航空航天大学研制,52,故障诊断排故、健康诊断系统,原始数据,出现故障后的数据,快检系统,现场排故数十次，快速解决飞机停飞等重大问题！,53,应用与效果,初步实现,新研产品,（,EMC,概念设计到详细设计）,产品改装,（,EMC,模块设计）,产品加固,（快速诊断、精确定位、有效修复）,54,结束语,电磁兼容是有规律可循的,重视电磁兼容的顶层设计,重视电磁兼容的全过程量化控制,电磁兼容重在把好入口关,电磁兼容设计可以实现一次性成功,55,谢谢，请提出批评指正！,