1、第第6 6講講 電磁兼容性電磁兼容性預(yù)測技術(shù)預(yù)測技術(shù)電磁兼容基礎(chǔ)電磁兼容基礎(chǔ)6.1 電磁兼容性預(yù)測概述電磁兼容性預(yù)測概述 6.2 電磁兼容性預(yù)測的數(shù)學(xué)模型電磁兼容性預(yù)測的數(shù)學(xué)模型 6.3 電磁兼容性預(yù)測算法電磁兼容性預(yù)測算法 6.4 電磁兼容性預(yù)測軟件介紹電磁兼容性預(yù)測軟件介紹 AgendaAgenda6.1 電磁兼容性預(yù)測概述電磁兼容性預(yù)測概述 基本原理基本原理基本方程基本方程數(shù)學(xué)方法數(shù)學(xué)方法電磁兼容性電磁兼容性預(yù)測預(yù)測解析法解析法近似法近似法數(shù)值法數(shù)值法6.1.1 電磁兼容性預(yù)測基本原理電磁兼容性預(yù)測基本原理 一、為什么要電磁兼容預(yù)測一、為什么要電磁兼容預(yù)測 1. 1. 事后問題解決法事后

2、問題解決法：徹底解決困難，可：徹底解決困難，可能重新設(shè)計(jì)，成本高、周期長、性能下降。能重新設(shè)計(jì)，成本高、周期長、性能下降。 2. 2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)法系統(tǒng)設(shè)計(jì)法：設(shè)計(jì)階段進(jìn)行干擾預(yù)測：設(shè)計(jì)階段進(jìn)行干擾預(yù)測和分析，成本低、可用技術(shù)多和分析，成本低、可用技術(shù)多時(shí)間時(shí)間技術(shù)、成本技術(shù)、成本設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)階段聯(lián)試階段聯(lián)試階段生產(chǎn)階段生產(chǎn)階段成本成本可用技術(shù)可用技術(shù)電磁兼容性預(yù)測電磁兼容性預(yù)測(Electromagnetic Compatibility Prediction)： 在設(shè)計(jì)階段通過理論計(jì)算的方法對電氣、在設(shè)計(jì)階段通過理論計(jì)算的方法對電氣、電子元件、設(shè)備乃至整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容特電子元件、設(shè)備乃至整個(gè)

3、系統(tǒng)的電磁兼容特性進(jìn)行分析、評估。性進(jìn)行分析、評估。二、定義：二、定義：u 應(yīng)用在方案設(shè)計(jì)階段和工程研制階段；應(yīng)用在方案設(shè)計(jì)階段和工程研制階段；u 分析不兼容的薄弱環(huán)節(jié)，評價(jià)系統(tǒng)或設(shè)分析不兼容的薄弱環(huán)節(jié)，評價(jià)系統(tǒng)或設(shè)備兼容的安全裕度，為方案修改、防護(hù)設(shè)計(jì)備兼容的安全裕度，為方案修改、防護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)；提供依據(jù)；u 在研制定型之前通過預(yù)先測知、發(fā)現(xiàn)干在研制定型之前通過預(yù)先測知、發(fā)現(xiàn)干擾問題，采取抑制和防護(hù)干擾的措施；擾問題，采取抑制和防護(hù)干擾的措施；u 事半功倍，具有很高經(jīng)濟(jì)效益。事半功倍，具有很高經(jīng)濟(jì)效益。三、特點(diǎn)：三、特點(diǎn)：四、方法：四、方法：計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真技術(shù)計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真技術(shù)用數(shù)學(xué)模型描

4、述各種電磁干擾特用數(shù)學(xué)模型描述各種電磁干擾特性、傳輸函數(shù)和敏感度特性性、傳輸函數(shù)和敏感度特性編制預(yù)測程序編制預(yù)測程序獲得潛在的電磁干擾計(jì)算結(jié)果獲得潛在的電磁干擾計(jì)算結(jié)果運(yùn)行預(yù)測程序運(yùn)行預(yù)測程序五、作用：五、作用：1. 1. 在已知設(shè)備電氣特性參數(shù)情況下，預(yù)測在已知設(shè)備電氣特性參數(shù)情況下，預(yù)測分析系統(tǒng)內(nèi)部所有設(shè)備的電磁兼容程度。分析系統(tǒng)內(nèi)部所有設(shè)備的電磁兼容程度。2. 2. 當(dāng)修改某個(gè)設(shè)備的特性參數(shù)時(shí)，分析電當(dāng)修改某個(gè)設(shè)備的特性參數(shù)時(shí)，分析電磁干擾的變化。磁干擾的變化。3. 3. 對各種電磁防護(hù)設(shè)計(jì)的評估計(jì)算。對各種電磁防護(hù)設(shè)計(jì)的評估計(jì)算。4. 4. 制定干擾極限和敏感度規(guī)范。制定干擾極限和敏感

5、度規(guī)范。6.1.2 電磁兼容性預(yù)測基本方程電磁兼容性預(yù)測基本方程 n 干擾源產(chǎn)生的干擾信號(hào)干擾源產(chǎn)生的干擾信號(hào) ：),( ftGn 傳輸函數(shù)傳輸函數(shù) ：),(rftT n 傳播到傳播到r r處的干擾信號(hào)：（處的干擾信號(hào)：（dBWdBW）),(),(),(rftTftGrftP n 敏感設(shè)備的敏感度閾值：敏感設(shè)備的敏感度閾值： ),( ftS（dBWdBW）備注：以上單位均為備注：以上單位均為dBWdBW n 干擾裕度（干擾裕度（Interference Margin，IM）：）： ),(),(IM ftSrftP 電磁兼容性預(yù)測基本方程，預(yù)測的基礎(chǔ)電磁兼容性預(yù)測基本方程，預(yù)測的基礎(chǔ) IM 0，

6、發(fā)生干擾，干擾源和敏感設(shè)備不兼容，發(fā)生干擾，干擾源和敏感設(shè)備不兼容 0，兩者兼容，兩者兼容 IM 越大，干擾越嚴(yán)重，安全裕度越小；越大，干擾越嚴(yán)重，安全裕度越小； IM 越小，越小，干擾越輕微，安全裕度越大；干擾越輕微，安全裕度越大；電磁兼容預(yù)測的數(shù)學(xué)實(shí)質(zhì)：電磁兼容預(yù)測的數(shù)學(xué)實(shí)質(zhì)：6.1.3 電磁兼容性預(yù)測的數(shù)學(xué)方法電磁兼容性預(yù)測的數(shù)學(xué)方法 根據(jù)一定的邊界條件來求解根據(jù)一定的邊界條件來求解Maxwell微分方程或微分方程或Maxwell積分方程的確定解。積分方程的確定解。邊值問題求解三種方法：邊值問題求解三種方法：解析法；解析法；近似法；近似法；數(shù)值方法；數(shù)值方法； 一、解析法：一、解析法：n

7、 建立和求解嚴(yán)格的偏微分方程或積分方程；建立和求解嚴(yán)格的偏微分方程或積分方程； 微分方程：分離變量法微分方程：分離變量法 積分方程：變換數(shù)學(xué)法積分方程：變換數(shù)學(xué)法 n 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可將解表示為已知參數(shù)的函數(shù)，精確：可將解表示為已知參數(shù)的函數(shù)，精確的結(jié)果；作為近似法和數(shù)值法的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。的結(jié)果；作為近似法和數(shù)值法的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。n 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：僅能用于解決很少量的問題，只有少：僅能用于解決很少量的問題，只有少數(shù)坐標(biāo)系中能分離變量，而用積分法時(shí)往往又?jǐn)?shù)坐標(biāo)系中能分離變量，而用積分法時(shí)往往又求不出結(jié)果，致使分析過程既困難又復(fù)雜求不出結(jié)果，致使分析過程既困難又復(fù)雜 。二、近似法：二、近似法：n 近似法：近似法：

8、 1.1.逐步逼近法、微擾法、變分法、迭代變分法逐步逼近法、微擾法、變分法、迭代變分法 2.2.結(jié)果一般都表示為級數(shù)。結(jié)果一般都表示為級數(shù)。 3.3.可以求解一些用嚴(yán)格法不能解決的問題，簡便。可以求解一些用嚴(yán)格法不能解決的問題，簡便。 n 高頻近似技術(shù)：高頻近似技術(shù)： 幾何光學(xué)法（幾何光學(xué)法（Geometrical Optics，GO） 物理光學(xué)法（物理光學(xué)法（Physical Optics，PO） 幾何繞射法（幾何繞射法（GTD） 物理繞射法（物理繞射法（PTD）幾何繞射理論幾何繞射理論（Geometrical Theory of Diffraction, GTD） 繞射場沿繞射射線傳播，繞

9、射射線是從源點(diǎn)繞射場沿繞射射線傳播，繞射射線是從源點(diǎn)經(jīng)繞射點(diǎn)至場點(diǎn)的極短傳播路徑；經(jīng)繞射點(diǎn)至場點(diǎn)的極短傳播路徑； 繞射只取決于物體上繞射點(diǎn)鄰域內(nèi)的物理特繞射只取決于物體上繞射點(diǎn)鄰域內(nèi)的物理特性和幾何特性；性和幾何特性； 離開繞射點(diǎn)后，繞射射線沿直線傳播；離開繞射點(diǎn)后，繞射射線沿直線傳播； 在繞射射線管內(nèi)能量守恒；在繞射射線管內(nèi)能量守恒； 繞射場沿射線的相位延遲，等于媒質(zhì)的傳播繞射場沿射線的相位延遲，等于媒質(zhì)的傳播常數(shù)與傳播距離的乘積。常數(shù)與傳播距離的乘積。基本概念：基本概念：邊緣繞射邊緣繞射 尖頂繞射尖頂繞射 曲面繞射曲面繞射 n 輻射和散射問題的高頻近似解是輻射和散射問題的高頻近似解是直射場

10、直射場、反射場反射場和和繞射場繞射場的疊加；的疊加；n 射線尋跡射線尋跡：確定反射點(diǎn)和繞射點(diǎn)，并求出：確定反射點(diǎn)和繞射點(diǎn)，并求出源點(diǎn)經(jīng)反射點(diǎn)或繞射點(diǎn)的極值路徑，得到反源點(diǎn)經(jīng)反射點(diǎn)或繞射點(diǎn)的極值路徑，得到反射、繞射軌跡。射、繞射軌跡。n 在物體幾何形狀復(fù)雜或者有遮擋時(shí)比較復(fù)在物體幾何形狀復(fù)雜或者有遮擋時(shí)比較復(fù)雜，必須用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行射線尋跡。雜，必須用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行射線尋跡。n 找出了反射線和繞射線后，即可通過找出了反射線和繞射線后，即可通過疊加疊加方法方法求出場點(diǎn)處的總場。求出場點(diǎn)處的總場。 求解方法：求解方法：三、數(shù)值法：三、數(shù)值法：n 求解由于邊界復(fù)雜而不能解決的問題；求解由于邊界復(fù)雜

11、而不能解決的問題；n 通常用差分代替微分，用有限求和代替通常用差分代替微分，用有限求和代替積分；積分；n 使電磁場問題有可能通過計(jì)算機(jī)輔助分使電磁場問題有可能通過計(jì)算機(jī)輔助分析獲得高精度的離散解（數(shù)值解）。析獲得高精度的離散解（數(shù)值解）。頻域數(shù)值算法：頻域數(shù)值算法：p有限元法有限元法(Finite Element Method， FEM)p矩量法矩量法(Method Of Moment，MOM)p差分法差分法(Finite Difference Methods，F(xiàn)DM)p邊界元法邊界元法(Boundary Element Method，BEM)p傳輸線法傳輸線法(Transmission-Li

12、ne-matrix Method， TLM)p快速多極子算法快速多極子算法(Fast Multipole Algorithm，F(xiàn)MA)p常用的數(shù)值算法常用的數(shù)值算法時(shí)域數(shù)值算法：時(shí)域數(shù)值算法：p 時(shí)域有限差分法時(shí)域有限差分法 (Finite-Difference Time-Domain Method ，F(xiàn)DTD)p 有限積分法有限積分法 (Finite Integration Technology，F(xiàn)IT)，p 時(shí)域平面波算法時(shí)域平面波算法 (Plane-Wave Time-Domain Algorithm， PWTD)p 6.2 電磁兼容性預(yù)測的數(shù)學(xué)模型電磁兼容性預(yù)測的數(shù)學(xué)模型 數(shù)學(xué)模型：數(shù)

13、學(xué)模型：1 1、干擾源模型、干擾源模型2 2、耦合途徑模型、耦合途徑模型 3 3、敏感設(shè)備模型、敏感設(shè)備模型 有意輻射干擾源、無意輻射干擾源、傳導(dǎo)干擾模型有意輻射干擾源、無意輻射干擾源、傳導(dǎo)干擾模型 傳導(dǎo)耦合模型、輻射耦合模型傳導(dǎo)耦合模型、輻射耦合模型 接收機(jī)敏感模型、模擬數(shù)字電路敏感模型接收機(jī)敏感模型、模擬數(shù)字電路敏感模型 單頻連續(xù)波、脈沖序列、單脈沖、階躍（斜）波、單頻連續(xù)波、脈沖序列、單脈沖、階躍（斜）波、調(diào)制波、振蕩波、噪聲波調(diào)制波、振蕩波、噪聲波6.2.1 干擾源模型（無線發(fā)射機(jī)模型）干擾源模型（無線發(fā)射機(jī)模型） 輻射干擾的輻射干擾的時(shí)間分布時(shí)間分布： 取決于發(fā)射機(jī)的工作制式取決于發(fā)

14、射機(jī)的工作制式 輻射干擾的輻射干擾的空間分布空間分布： 取決于發(fā)射功率和發(fā)射天線的方向圖取決于發(fā)射功率和發(fā)射天線的方向圖 輻射干擾的輻射干擾的頻帶類型頻帶類型： 基波、諧波、非諧波及寬帶噪聲基波、諧波、非諧波及寬帶噪聲輻射干擾源模型：輻射干擾源模型：一、基波發(fā)射模型一、基波發(fā)射模型基帶調(diào)制包絡(luò)函數(shù)：基帶調(diào)制包絡(luò)函數(shù)： )lg()()(iiiffMfMfM )()(lg20OTTifPfP二、諧波發(fā)射模型二、諧波發(fā)射模型BNAfPfPORTNTT lg)()(通用諧波輻射模型通用諧波輻射模型 ：l N N為諧波次數(shù)，為諧波次數(shù)，N2 N2 l A A、B B、可由測量數(shù)據(jù)模型得到，可由測量數(shù)據(jù)模

15、型得到，或采用統(tǒng)計(jì)綜合諧波幅度模型。或采用統(tǒng)計(jì)綜合諧波幅度模型。 發(fā)射機(jī)諧波模型的常數(shù)發(fā)射機(jī)諧波模型的常數(shù) 注：由現(xiàn)成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)綜合模型得到注：由現(xiàn)成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)綜合模型得到諧波平均發(fā)射電平的綜合諧波平均發(fā)射電平的綜合 非諧波頻率：非諧波頻率： 用一定頻率區(qū)間可能出現(xiàn)的概率來描述。用一定頻率區(qū)間可能出現(xiàn)的概率來描述。 三、非諧波及寬帶噪聲模型三、非諧波及寬帶噪聲模型 OTBPWf6.2.2 敏感設(shè)備模型（無線接收機(jī)模型）敏感設(shè)備模型（無線接收機(jī)模型） 接收機(jī)的選擇性曲線：接收機(jī)的選擇性曲線： 潛在干潛在干擾信號(hào)擾信號(hào) 同頻道干擾同頻道干擾鄰近頻道干擾鄰近頻道干擾帶外干擾帶外干擾 互調(diào)、交調(diào)干擾互調(diào)、

16、交調(diào)干擾 同頻干擾：同頻干擾： 存在于最窄的檢波前通道（超外差接收機(jī)為中頻帶存在于最窄的檢波前通道（超外差接收機(jī)為中頻帶寬）內(nèi)的干擾；寬）內(nèi)的干擾； 使接收機(jī)減敏或淹沒希望信號(hào)，或產(chǎn)生嚴(yán)重失真。使接收機(jī)減敏或淹沒希望信號(hào)，或產(chǎn)生嚴(yán)重失真。 鄰頻干擾：鄰頻干擾： 存在于或接近于最寬的接收機(jī)通帶內(nèi)的干擾；存在于或接近于最寬的接收機(jī)通帶內(nèi)的干擾； 在接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生減敏、交調(diào)、互調(diào)等作用。在接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生減敏、交調(diào)、互調(diào)等作用。 帶外干擾：帶外干擾： 頻帶大大高于接收機(jī)帶寬（射頻帶寬）的干擾；頻帶大大高于接收機(jī)帶寬（射頻帶寬）的干擾； 產(chǎn)生接收機(jī)內(nèi)的亂真響應(yīng)。產(chǎn)生接收機(jī)內(nèi)的亂真響應(yīng)。 一、同頻道敏感度閾值

17、模型一、同頻道敏感度閾值模型接收機(jī)噪聲電平：接收機(jī)噪聲電平： DFKTfPBrR D D為識(shí)別系數(shù)，即接收機(jī)輸出端所允許的最小信噪比為識(shí)別系數(shù)，即接收機(jī)輸出端所允許的最小信噪比 二、鄰近頻道敏感度閾值模型二、鄰近頻道敏感度閾值模型中頻選擇性的分段線形化函數(shù)：中頻選擇性的分段線形化函數(shù)： )lg()()(iiiBfABSfS 鄰近頻道敏感特性鄰近頻道敏感特性 三、帶外敏感度閾值模型三、帶外敏感度閾值模型JffIfPfPR )lg()()(00頻率的連續(xù)函數(shù)：頻率的連續(xù)函數(shù)： 四、互調(diào)模型四、互調(diào)模型 互調(diào)互調(diào)：多個(gè)信號(hào)由于器件非線性效應(yīng)而產(chǎn)生新的：多個(gè)信號(hào)由于器件非線性效應(yīng)而產(chǎn)生新的頻率的過程，

18、可分為頻率的過程，可分為有源互調(diào)有源互調(diào)和和無源互調(diào)無源互調(diào)； 有源互調(diào)分為有源互調(diào)分為發(fā)射機(jī)互調(diào)發(fā)射機(jī)互調(diào)和和接收機(jī)互調(diào)接收機(jī)互調(diào)。 接收機(jī)互調(diào)（最嚴(yán)重）：兩個(gè)或兩個(gè)以上信號(hào)同接收機(jī)互調(diào)（最嚴(yán)重）：兩個(gè)或兩個(gè)以上信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)，由于接收機(jī)內(nèi)部器件的非線性（放大時(shí)進(jìn)入接收機(jī)，由于接收機(jī)內(nèi)部器件的非線性（放大器、混頻器等）而產(chǎn)生的互調(diào)。器、混頻器等）而產(chǎn)生的互調(diào)。 超外差接收機(jī)中，若兩個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)混頻產(chǎn)超外差接收機(jī)中，若兩個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)混頻產(chǎn)生的新頻率足夠靠近接收機(jī)調(diào)諧頻率，它們可能被放生的新頻率足夠靠近接收機(jī)調(diào)諧頻率，它們可能被放大和檢波，對設(shè)備產(chǎn)生干擾。大和檢波，對設(shè)備產(chǎn)生干擾。

19、tBtAuba coscos 產(chǎn)生的新頻率組合為：產(chǎn)生的新頻率組合為： iibaitBtAau)coscos( )(imnmnba 各個(gè)高次諧波的頻率組合為：各個(gè)高次諧波的頻率組合為： 偶數(shù)階（偶數(shù)階（n=2，4，6，）的組合頻）的組合頻率失真項(xiàng)難以形成互調(diào)干擾；率失真項(xiàng)難以形成互調(diào)干擾； 三階互調(diào)干擾危害最大；三階互調(diào)干擾危害最大； ,2ba ,2ba ,2ba ab 2 五階以上互調(diào)干擾的系數(shù)小，危害小；五階以上互調(diào)干擾的系數(shù)小，危害小； 可忽略可忽略危害大危害大五、交調(diào)模型五、交調(diào)模型 交調(diào)干擾：不希望信號(hào)對希望信號(hào)進(jìn)行了調(diào)制；交調(diào)干擾：不希望信號(hào)對希望信號(hào)進(jìn)行了調(diào)制； 一般由在接收機(jī)鄰

20、近頻道區(qū)中的強(qiáng)信號(hào)產(chǎn)生；一般由在接收機(jī)鄰近頻道區(qū)中的強(qiáng)信號(hào)產(chǎn)生； 產(chǎn)生于接收機(jī)的非線性效應(yīng)，并要求干擾源具有產(chǎn)生于接收機(jī)的非線性效應(yīng)，并要求干擾源具有幅度變化，即調(diào)幅；幅度變化，即調(diào)幅； 在鄰近頻道區(qū)內(nèi)任意頻率的單一干擾信號(hào)可能產(chǎn)在鄰近頻道區(qū)內(nèi)任意頻率的單一干擾信號(hào)可能產(chǎn)生交調(diào)，但希望信號(hào)對交調(diào)產(chǎn)物幅度的影響可能抑生交調(diào)，但希望信號(hào)對交調(diào)產(chǎn)物幅度的影響可能抑制信噪比，使交調(diào)不如互調(diào)那樣嚴(yán)重。制信噪比，使交調(diào)不如互調(diào)那樣嚴(yán)重。由調(diào)幅雙邊帶干擾產(chǎn)生的交調(diào)可表示為：由調(diào)幅雙邊帶干擾產(chǎn)生的交調(diào)可表示為：CMPISA 2/6.2.3 耦合途徑模型耦合途徑模型（天線與天線間的輻射耦合）（天線與天線間的輻射

21、耦合）一、天線模型一、天線模型(1) (1) 遠(yuǎn)場天線模型遠(yuǎn)場天線模型鑰匙型平面方向圖鑰匙型平面方向圖 主波束截面叫主波束截面叫主瓣主瓣；副波束截面叫副波束截面叫旁瓣旁瓣；主瓣區(qū)域?yàn)橹靼陞^(qū)域?yàn)橛幸廨椛鋮^(qū)有意輻射區(qū)，非，非主瓣區(qū)域?yàn)橹靼陞^(qū)域?yàn)榉怯幸廨椛鋮^(qū)非有意輻射區(qū)。假設(shè)非有意輻射是假設(shè)非有意輻射是各向同性的各向同性的。高增益天線主瓣很窄可忽略，認(rèn)高增益天線主瓣很窄可忽略，認(rèn)為非有意輻射在整個(gè)球面均勻分布。為非有意輻射在整個(gè)球面均勻分布。(2) (2) 近場天線模型近場天線模型 近場不能由單一方向圖表示，它是近場不能由單一方向圖表示，它是角位置和天線距離的函數(shù)；角位置和天線距離的函數(shù)； 過渡距離

22、：過渡距離： 近場增益的瞄準(zhǔn)波瓣近似：近場增益的瞄準(zhǔn)波瓣近似：22lR 3RARGdBlg10lg201103cos21GG(3) (3) 天線區(qū)域的確定天線區(qū)域的確定干擾源對干擾敏感體的影響程度主要取決于干擾源對干擾敏感體的影響程度主要取決于方向圖寬度，旁瓣電平，主波束相互取向，掃方向圖寬度，旁瓣電平，主波束相互取向，掃描方式和掃描扇形區(qū)范圍描方式和掃描扇形區(qū)范圍；若干擾敏感體配置在干擾源天線的主瓣內(nèi)若干擾敏感體配置在干擾源天線的主瓣內(nèi)（有意輻射區(qū)），且兩者的主瓣相互對準(zhǔn)，干（有意輻射區(qū)），且兩者的主瓣相互對準(zhǔn)，干擾源對干擾敏感體的影響將是最大的。擾源對干擾敏感體的影響將是最大的。發(fā)射區(qū)：發(fā)

23、射區(qū)： 2TTRT 2TTRT 方位角：方位角：高低角：高低角：接收區(qū)：接收區(qū)： 2RRTR 2RRTR 2180RRTR 2RRTR 方位角：方位角：高低角：高低角：方位角：方位角：高低角：高低角：或或二、耦合算法二、耦合算法電磁場的數(shù)值算法：電磁場的數(shù)值算法： 矩量法矩量法(MOM)-(MOM)-一致性幾何繞射法一致性幾何繞射法(UTD) (UTD) 6.3 電磁兼容性預(yù)測算電磁兼容性預(yù)測算法法每個(gè)發(fā)射端口都可能與一個(gè)或多個(gè)接收端口有耦合每個(gè)發(fā)射端口都可能與一個(gè)或多個(gè)接收端口有耦合路徑；路徑；耦合路徑既考慮空間輻射，也詳細(xì)考慮載體的繞射。耦合路徑既考慮空間輻射，也詳細(xì)考慮載體的繞射。假設(shè)端

24、口、耦合媒質(zhì)為線形的，且每個(gè)發(fā)射端口的假設(shè)端口、耦合媒質(zhì)為線形的，且每個(gè)發(fā)射端口的發(fā)射是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，進(jìn)入某接收端口的一個(gè)或多個(gè)發(fā)發(fā)射是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，進(jìn)入某接收端口的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射信號(hào)可以按均方根或功率組合起來。射信號(hào)可以按均方根或功率組合起來。計(jì)算接收端口的干擾余量，從而確定設(shè)備的電磁兼計(jì)算接收端口的干擾余量，從而確定設(shè)備的電磁兼容性。容性。電磁兼容性預(yù)測的思路：電磁兼容性預(yù)測的思路：耦合路徑耦合路徑11耦合耦合路徑路徑22耦合耦合路徑路徑j(luò)k耦合耦合路徑路徑2 k發(fā)射發(fā)射源源1發(fā)射源發(fā)射源2發(fā)射發(fā)射源源j敏感設(shè)備敏感設(shè)備1敏感設(shè)備敏感設(shè)備2敏感設(shè)備敏感設(shè)備k干擾值干擾值11干擾值干擾值22干擾

25、值干擾值 jk干擾值干擾值 2kl 預(yù)測時(shí)通常采用逐對考慮的方式，每次選一個(gè)預(yù)測時(shí)通常采用逐對考慮的方式，每次選一個(gè)發(fā)射源和一個(gè)敏感設(shè)備以及一種耦合方式，這稱為發(fā)射源和一個(gè)敏感設(shè)備以及一種耦合方式，這稱為一個(gè)一個(gè)“發(fā)射發(fā)射- -響應(yīng)對響應(yīng)對”。 為減少需考慮的發(fā)射為減少需考慮的發(fā)射- -響應(yīng)對數(shù)目，響應(yīng)對數(shù)目，通常采用通常采用四級預(yù)測四級預(yù)測方法，即：方法，即：四級篩選方法：四級篩選方法：幅度篩選幅度篩選頻率篩選頻率篩選詳細(xì)分析詳細(xì)分析性能分析性能分析 每級預(yù)測對整個(gè)問題作快速每級預(yù)測對整個(gè)問題作快速“掃描掃描”，剔除明顯不可能呈現(xiàn)，剔除明顯不可能呈現(xiàn)干擾的發(fā)射干擾的發(fā)射- -響應(yīng)對，保留可能

26、響應(yīng)對，保留可能存在干擾的發(fā)射存在干擾的發(fā)射- -響應(yīng)對。響應(yīng)對。四級篩選流程圖：四級篩選流程圖：6.3.1 幅度篩選幅度篩選( (以通過天線耦合的電磁干擾為例以通過天線耦合的電磁干擾為例) ) u 分離分離大量弱干擾大量弱干擾與與少數(shù)強(qiáng)干擾少數(shù)強(qiáng)干擾，剔除明顯的非干，剔除明顯的非干擾情況，縮小預(yù)測范圍。擾情況，縮小預(yù)測范圍。u 分離的依據(jù)分離的依據(jù)：計(jì)算得到的潛在干擾余量；：計(jì)算得到的潛在干擾余量；u 假定假定：（：（1 1）傳輸損耗最小，（傳輸損耗最小，（2 2）發(fā)射輸出的頻）發(fā)射輸出的頻率和敏感設(shè)備所感應(yīng)的頻率一致。率和敏感設(shè)備所感應(yīng)的頻率一致。原理：原理：u 考慮考慮：發(fā)射機(jī)基波、雜波

27、功率電平和接收機(jī)基波、發(fā)射機(jī)基波、雜波功率電平和接收機(jī)基波、雜波響應(yīng)敏感度門限電平；天線方向性和傳輸損耗雜波響應(yīng)敏感度門限電平；天線方向性和傳輸損耗u 干擾裕度超過剔除電平，則保留該發(fā)射響應(yīng)對；干擾裕度超過剔除電平，則保留該發(fā)射響應(yīng)對；否則，剔除。否則，剔除。u 應(yīng)正確選擇剔除電平。應(yīng)正確選擇剔除電平。主要考慮四種情況：主要考慮四種情況：(1) (1) 基波干擾余量（基波干擾余量（FIMFIM）：基波發(fā)射和基波響應(yīng)的頻：基波發(fā)射和基波響應(yīng)的頻率對準(zhǔn)，并以無抑制的方式存在時(shí)的干擾電平。率對準(zhǔn)，并以無抑制的方式存在時(shí)的干擾電平。(2) (2) 發(fā)射機(jī)干擾余量發(fā)射機(jī)干擾余量(TIM)(TIM)：基波

28、發(fā)射與雜波響應(yīng)的頻：基波發(fā)射與雜波響應(yīng)的頻率對準(zhǔn)時(shí)的干擾電平。率對準(zhǔn)時(shí)的干擾電平。(3) (3) 接收機(jī)干擾余量接收機(jī)干擾余量(RIM)(RIM)：基波響應(yīng)與雜波發(fā)射的頻：基波響應(yīng)與雜波發(fā)射的頻率對準(zhǔn)時(shí)的干擾電平。率對準(zhǔn)時(shí)的干擾電平。(4) (4) 雜波干擾余量雜波干擾余量(SIM)(SIM)：雜波發(fā)射與雜波響應(yīng)的頻率：雜波發(fā)射與雜波響應(yīng)的頻率對準(zhǔn)時(shí)的干擾電平。對準(zhǔn)時(shí)的干擾電平。 先計(jì)算先計(jì)算FIM FIM ，如果它小于剔除電平則不需計(jì)算其它，如果它小于剔除電平則不需計(jì)算其它情況，否則需計(jì)算情況，否則需計(jì)算TIMTIM和和RIMRIM，如果其中任一個(gè)超過剔，如果其中任一個(gè)超過剔除電平，還需計(jì)算

29、除電平，還需計(jì)算SIMSIM。6.3.2 頻率篩選頻率篩選u 考慮考慮：發(fā)射機(jī)帶寬和調(diào)制特性、接收機(jī)：發(fā)射機(jī)帶寬和調(diào)制特性、接收機(jī)響應(yīng)帶寬和選擇性、發(fā)射機(jī)發(fā)射和接收機(jī)響應(yīng)帶寬和選擇性、發(fā)射機(jī)發(fā)射和接收機(jī)響應(yīng)之間的頻率間隔等因素，修正幅度篩響應(yīng)之間的頻率間隔等因素，修正幅度篩選階段所得的干擾裕度。選階段所得的干擾裕度。u 若干擾裕度仍超過剔除電平，則保留該若干擾裕度仍超過剔除電平，則保留該發(fā)射響應(yīng)對。否則，剔除。發(fā)射響應(yīng)對。否則，剔除。原理：原理：u基本概念基本概念：分析在特定發(fā)射響應(yīng)對之間的：分析在特定發(fā)射響應(yīng)對之間的可能存在干擾的各種概率；可能存在干擾的各種概率；u兩種基本同頻概率兩種基本同

30、頻概率： 1)1)接收機(jī)帶寬等于或大于發(fā)射機(jī)帶寬，與發(fā)射機(jī)輸接收機(jī)帶寬等于或大于發(fā)射機(jī)帶寬，與發(fā)射機(jī)輸出有關(guān)的功率都被接收出有關(guān)的功率都被接收; ;2)2)接收機(jī)帶寬小于發(fā)射機(jī)帶寬，則僅接收與發(fā)射頻接收機(jī)帶寬小于發(fā)射機(jī)帶寬，則僅接收與發(fā)射頻譜有關(guān)的部分功率。譜有關(guān)的部分功率。6.3.3 詳細(xì)分析詳細(xì)分析u 考慮：考慮：特定傳播方式、極化匹配、近場天特定傳播方式、極化匹配、近場天線增益修正、多個(gè)干擾信號(hào)的綜合效應(yīng)、時(shí)線增益修正、多個(gè)干擾信號(hào)的綜合效應(yīng)、時(shí)間相關(guān)統(tǒng)計(jì)特性、干擾裕度的概率分布等。間相關(guān)統(tǒng)計(jì)特性、干擾裕度的概率分布等。u 干擾裕度的概率分布干擾裕度的概率分布與發(fā)射機(jī)功率、天線與發(fā)射機(jī)功

31、率、天線增益、傳輸損耗和接收機(jī)敏感度門限有關(guān)。增益、傳輸損耗和接收機(jī)敏感度門限有關(guān)。u 如果所有分布均為正態(tài)的，則干擾裕度的如果所有分布均為正態(tài)的，則干擾裕度的最終概率分布也呈正態(tài)分布。最終概率分布也呈正態(tài)分布。u 互調(diào)預(yù)測互調(diào)預(yù)測比較重要；比較重要；6.3.4 性能分析性能分析u 主要問題主要問題：將預(yù)測的干擾電平與性能的量度：將預(yù)測的干擾電平與性能的量度聯(lián)系起來，即：將預(yù)測結(jié)果轉(zhuǎn)換為描述系統(tǒng)性聯(lián)系起來，即：將預(yù)測結(jié)果轉(zhuǎn)換為描述系統(tǒng)性能惡化的定量表達(dá)式。能惡化的定量表達(dá)式。u 需要建立系統(tǒng)性能的需要建立系統(tǒng)性能的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型。u 系統(tǒng)性能分析采取的系統(tǒng)性能分析采取的工作性能指標(biāo)工作性能指

32、標(biāo)：清晰度：清晰度記數(shù)、比特誤差率、分辨率、檢驗(yàn)概率、虛警記數(shù)、比特誤差率、分辨率、檢驗(yàn)概率、虛警概率、方位角、距離、經(jīng)緯度、高度等誤差。概率、方位角、距離、經(jīng)緯度、高度等誤差。接收機(jī)性能預(yù)測的方法和因素接收機(jī)性能預(yù)測的方法和因素 ：評定系統(tǒng)性能的三種基本方法：評定系統(tǒng)性能的三種基本方法：(1)(1)依據(jù)依據(jù)工作性能門限工作性能門限：工作性能門限基于系統(tǒng)所特：工作性能門限基于系統(tǒng)所特定的信噪比（定的信噪比（S/NS/N），此比值為可接受性能和不可接），此比值為可接受性能和不可接受性能間的界限。此方法最為簡單，應(yīng)用最廣。受性能間的界限。此方法最為簡單，應(yīng)用最廣。(2)(2)依據(jù)依據(jù)系統(tǒng)的基本性能

33、系統(tǒng)的基本性能：如清晰度記數(shù)、誤差率、：如清晰度記數(shù)、誤差率、分辨率等的度量。這方法主要用于分析具體信號(hào)和干分辨率等的度量。這方法主要用于分析具體信號(hào)和干擾狀態(tài)。擾狀態(tài)。(3)(3)依據(jù)依據(jù)系統(tǒng)的效果系統(tǒng)的效果。6.4 電磁兼容性預(yù)測軟件介紹電磁兼容性預(yù)測軟件介紹6.4.1 國外國外EMC預(yù)測軟件預(yù)測軟件(1)(1) 美美，羅姆航空發(fā)展中心研制，電磁干擾預(yù)測程序，羅姆航空發(fā)展中心研制，電磁干擾預(yù)測程序IPP-1IPP-1（Interference Prediction Process OneInterference Prediction Process One），），用于分析和預(yù)測發(fā)射機(jī)和接收

34、機(jī)之間的潛在干擾。用于分析和預(yù)測發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的潛在干擾。 (2)(2) 俄羅斯俄羅斯，國家系統(tǒng)科學(xué)研究院，航空機(jī)載設(shè)備電磁，國家系統(tǒng)科學(xué)研究院，航空機(jī)載設(shè)備電磁兼容性評估計(jì)算軟件，用于分析計(jì)算和評估航空機(jī)載兼容性評估計(jì)算軟件，用于分析計(jì)算和評估航空機(jī)載設(shè)備在外部電磁干擾作用下的電磁兼容性和可靠性。設(shè)備在外部電磁干擾作用下的電磁兼容性和可靠性。(3) (3) 歐洲歐洲，航天局，航天局，TDAS-EMCTDAS-EMC（Test Data Analysis Test Data Analysis System for Electromagnetic CompatibilitySystem fo

35、r Electromagnetic Compatibility）(4) (4) 美美，Defense Advanced Research Projects Defense Advanced Research Projects AgencyAgency，Airborne Communication Node(ACN)Airborne Communication Node(ACN)，用于，用于飛行器通信系統(tǒng)的飛行器通信系統(tǒng)的EMCEMC仿真分析；仿真分析；(5) (5) 其他其他軟件：軟件：Antenna-to-Antenna Plus Graphics (AAPG)Antenna-to-Ante

36、nna Plus Graphics (AAPG)， General EM Model for the Analysis of Complex General EM Model for the Analysis of Complex Systems (GEMACS)Systems (GEMACS)，Transmitter and Receiver Equipment Development Transmitter and Receiver Equipment Development (TRED)(TRED)，Specifications and EMC Analysis Program Spec

37、ifications and EMC Analysis Program (SEMCAP)(SEMCAP)，Intrasystem EMC Analysis Program (IEMCAP)Intrasystem EMC Analysis Program (IEMCAP)。（6 6）商業(yè)化軟件商業(yè)化軟件： 美國美國ANSOFTANSOFT公司公司HFSSHFSS、 AgilentAgilent公司公司ADSADS、 Applied Simulation TechnologyApplied Simulation Technology公司的公司的ApsimApsim， 南非南非EMSSEMSS公司公

38、司FEKO(Feldberechnung bei Korpern FEKO(Feldberechnung bei Korpern mit beliebier Oberflachemit beliebier Oberflache，任意形狀電磁場計(jì)算，任意形狀電磁場計(jì)算) ) 大多基于某幾種數(shù)值算法的混合，比如矩量法大多基于某幾種數(shù)值算法的混合，比如矩量法（MOMMOM）、有限元法（）、有限元法（FEMFEM）、物理光學(xué)法（）、物理光學(xué)法（POPO）等。）等。它們的優(yōu)點(diǎn)是通用性強(qiáng)，精度高，界面友好。它們的優(yōu)點(diǎn)是通用性強(qiáng)，精度高，界面友好。 6.4.2 國內(nèi)國內(nèi)EMC預(yù)測軟件預(yù)測軟件航空航天部門；航空航天部門；艦船設(shè)計(jì)部門；艦船設(shè)計(jì)部門；