电磁兼容性设计与模拟研究

漫谈潜用雷达电磁兼容性设计

1 概述

潜用雷达工作时，既要面临舱内、外复杂的电磁环境，还要面临设备本身的噪声干扰。为了使装艇电子设备更好地满足电磁兼容性的设计要求，潜用雷达在按GJBl51A-1997、HJB34A-2007要求的基础上，根据总体电磁兼容性能要求进行剪裁和补充，其考核包括CE101、CE102、CS01.1、CS01.2、CS06、CS114、CS116、RE101、RE102、RS101、RS103共11个项目，在设备提交时需有总体认可的检测机构提供的合格的设备电磁兼容性测试报告。

设备设计完成后，一些电磁兼容性超标项目（如CE101、RE102等）解决困难、费用高，而且大多都是补救性的整改措施。因此在雷达的设计过程要考虑内、外两方面的电磁环境，尽可能地减小相互干扰，使雷达具有良好的电磁兼容性。本文在大量实践的基础上，从设计思路上提出了行之有效的电磁干扰抑制措施。

2 潜用雷达电磁兼容性设计目的与依据

电磁兼容性规范和标准不断的发展和完善，电磁兼容性设计已用预先分析、设计、预测代替原来的事后处理，因此雷达设计之初就应对产品的电磁兼容性进行充分的考虑。目的是使设备满足相关电磁兼容标准的规定；能在可预知的电磁环境中正常工作，且无故障或性能下降；减轻复杂电磁环境对人类健康产生的不良影响；产品各个模块之间可以共存，不致引起相互干扰。

电磁兼容设计的依据是电磁干扰三要素（干扰源、耦合途径及敏感部位），因此电磁兼容性设计就是要做好防护敏感设备被干扰、切断耦合路径、抑制干扰源等方面的设计。潜用雷达需要抑制的电磁干扰源有开关电源的开关回路、交流电机的运行噪声、雷达的射频前端、大功率磁控管等。需要切断的主要耦合途径有共阻抗耦合、传导耦合、感应耦合、辐射耦合等。

3 潜用雷达电磁兼容性设计内容与方法

潜用雷达电磁兼容设计以指标的分配、功能分块设计作为基本方法，将电磁兼容指标逐级分解到各功能模块（包括元件级、PCB级、模块级、分机级、整机级等）在不同级别上进行分级设计，采取相应的防护措施等。 线路原理设计时要考虑线路的合理性与参数的适当性，设计不当时很可能会使线路本身成为干扰源。对电路原理理解透彻，尽量用简洁的电路来实现设计要求。

第1篇

一、实验背景

随着科技的不断发展，电子设备在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。然而，随着电子设备数量的增加，电磁干扰问题也日益突出。为了确保电子设备在复杂电磁环境下能够正常工作，不对其他设备造成干扰，电磁兼容（EMC）技术应运而生。本实验旨在通过对电磁兼容性能的测试，了解电磁兼容技术在电子设备中的应用，并总结实验过程中遇到的问题及解决方案。

二、实验目的

1. 了解电磁兼容的基本概念和测试方法。

2. 掌握电磁兼容测试仪器的使用方法。

3. 分析电磁兼容测试结果，评估电子设备的电磁兼容性能。

4. 探讨提高电子设备电磁兼容性能的方法。

三、实验原理

电磁兼容性是指设备或系统在所处电磁环境中能够正常工作，且不对其他设备产生电磁干扰的能力。电磁兼容性测试主要包括以下内容：

1. 静电放电抗扰度测试（ESD）

2. 射频辐射抗扰度测试（RS）

3. 射频传导抗扰度测试（CS）

4. 工频磁场抗扰度测试（MF）

5. 电压暂降抗扰度测试（VDD）

6. 浪涌抗扰度测试（SURGE）

四、实验步骤

1. 准备实验设备：电磁兼容测试仪、被测设备、连接线等。

2. 连接被测设备与测试仪器，确保连接正确无误。

3. 设置测试参数，如频率、功率、测试时间等。 4. 启动测试程序，进行电磁兼容测试。

5. 记录测试结果，分析被测设备的电磁兼容性能。

6. 对比测试结果，评估提高电磁兼容性能的方法。

五、实验结果与分析

1. 静电放电抗扰度测试：被测设备在静电放电测试中表现出较好的抗干扰能力，未出现异常现象。

2. 射频辐射抗扰度测试：被测设备在射频辐射测试中，辐射强度低于国家标准限值，符合要求。

3. 射频传导抗扰度测试：被测设备在射频传导测试中，传导干扰强度低于国家标准限值，符合要求。

4. 工频磁场抗扰度测试：被测设备在工频磁场测试中，磁场强度低于国家标准限值，符合要求。

5. 电压暂降抗扰度测试：被测设备在电压暂降测试中，电压暂降对设备工作无影响，符合要求。

电磁兼容性设计与测试技术研究综述

电磁兼容性（EMC）是指电子设备在电磁环境中能够正常工作，而不会对周围设备或环境产生干扰的能力。随着电子设备的普及和电磁环境的复杂化，EMC设计和测试技术的研究变得尤为重要。本文将对EMC设计和测试技术的研究进展进行综述。

首先，EMC设计技术是保证电子设备正常工作的关键。在电子设备的设计过程中，需要考虑到电磁兼容性，以避免设备之间的相互干扰。其中一个重要的设计原则是合理布局电路板和线路，以减小电磁辐射和敏感度。此外，还需要采用屏蔽技术，如金属壳体和屏蔽罩，来阻挡电磁波的传播。此外，还可以采用滤波器和抑制器等技术来消除电磁噪声。

其次，EMC测试技术是验证电子设备是否符合EMC要求的重要手段。常见的EMC测试包括辐射测试和传导测试。辐射测试是测量设备辐射出的电磁波功率和频谱分布，以评估其对周围设备的干扰程度。传导测试是测量设备对外界电磁干扰的敏感度，以评估其对干扰源的抗干扰能力。为了进行这些测试，需要使用专业的测试设备，如EMI接收机和功率谱仪，并遵循相应的测试标准，如CISPR和IEC。

近年来，随着无线通信技术的发展，EMC设计和测试技术也面临着新的挑战。一方面，无线通信设备的频率越来越高，导致电磁辐射和敏感度的问题更加突出。另一方面，无线通信设备的小型化和集成化使得EMC设计和测试更加复杂。为了应对这些挑战，研究人员提出了许多新的EMC设计和测试技术。

例如，近年来，有学者提出了基于仿真和优化的EMC设计方法。这种方法利用电磁场仿真软件，对电子设备的电磁辐射和敏感度进行模拟和优化，以提高设备的EMC性能。另外，还有学者提出了基于人工智能的EMC设计方法。这种方法利用机器学习和深度学习等技术，对大量的EMC测试数据进行分析和预测，以辅助设计人员进行EMC设计。 此外，还有学者提出了基于无线通信技术的EMC测试方法。这种方法利用无线通信技术，实现对电子设备的远程监测和测试，以提高测试效率和减少测试成本。另外，还有学者提出了基于虚拟现实技术的EMC测试方法。这种方法利用虚拟现实技术，实现对电子设备的仿真测试，以提高测试的可靠性和可重复性。

1 设计早期对电磁兼容性(EMC)问题的考虑 随着产品复杂性和密集度的提高以及设计周期的不断缩短，在设计周期的后期解决电磁兼容性（EMC）问题变得越来越不切合实际。在较高的频率下，你通常用来计算EMC的经验法则不再适用，而且你还可能容易误用这些经验法则。结果，70%～90%的新设计都没有通过第一次EMC测试，从而使后期重设计成本很高，如果制造商延误产品发货日期，损失的销售费用就更大。为了以低得多的成本确定并解决问题，设计师应该考虑在设计过程中及早采用协作式的、基于概念分析的EMC仿真。 较高的时钟速率会加大满足电磁兼容性需求的难度。在千兆赫兹领域，机壳谐振次数增加会增强电磁辐射，使得孔径和缝隙都成了问题；专用集成电路（ASIC）散热片也会加大电磁辐射。此外，管理机构正在制定规章来保证越来越高的频率下的顺应性。再则，当工程师打算把辐射器设计到系统中时，对集成无线功能（如Wi-Fi、蓝牙、WiMax、UWB）这一趋势提出了进一步的挑战。 传统的电磁兼容设计方法 正常情况下，电气硬件设计人员和机械设计人员在考虑电磁兼容问题时各自为政，彼此之间根本不沟通或很少沟通。他们在设计期间经常使用经验法则，希望这些法则足以满足其设计的器件要求。在设计达到较高频率从而在测试中导致失败时，这些电磁兼容设计规则有不少变得陈旧过时。 在设计阶段之后，设计师制造原型并对其进行电磁兼容性测试。当设计中考虑电磁兼容性太晚时，这一过程往往会出现种种EMC问题。

2 对设计进行昂贵的修复通常是唯一可行的选择。当设计从系统概念设计转入具体设计再到验证阶段时，设计修改常常会增加一个数量级以上。所以，对设计作出一次修改，在概念设计阶段只耗费100美元，到了测试阶段可能要耗费几十万美元以上，更不用提对面市时间的负面影响了。 电磁兼容仿真的挑战 为了在实验室中一次通过电磁兼容性测试并保证在预算内按时交货，把电磁兼容设计作为产品生产周期不可分割的一部分是非常必要的。设计师可借助麦克斯韦（Maxwell）方程的3D解法就能达到这一目的。麦克斯韦方程是对电磁相互作用的简明数学表达。但是，电磁兼容仿真是计算电磁学的其它领域中并不常见的难题。 典型的EMC问题与机壳有关，而机壳对EMC影响要比对EMC性能十分重要的插槽、孔和缆线等要大。精确建模要求模型包含大大小小的细节。这一要求导致很大的纵横比（最大特征尺寸与最小特征尺寸之比），从而又要求用精细栅格来解析最精细的细节。压缩模型技术可使您在仿真中包含大大小小的结构，而无需过多的仿真次数。 另一个难题是你必须在一个很宽的频率范围内完成EMC的特性化。在每一采样频率下计算电磁场所需的时间可能是令人望而却步的。诸如传输线方法（TLM）等的时域方法可在时域内采用宽带激励来计算电磁场，从而能在一个仿真过程中得出整个频段的数据。空间被划分为在正交传输线交点处建模的单元。电压脉冲是在每一单元被发射和散射。你可以每隔一定的时间，根据传输线上的电压和电流计算出电场和磁场。