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電磁兼容設計 系列(一)

隨著(zhù)電子產(chǎn)品向著(zhù)小型化、數字化、集成化、綜合化、高速化、高頻化以及網(wǎng)絡(luò )化的方向快速發(fā)展,電磁兼容問(wèn)題變得越來(lái)突出,已成為制約電子產(chǎn)品功能實(shí)現的重要原因。因此如何有效地進(jìn)行電磁兼容設計及整改已成為了當前研究的熱點(diǎn)。


        下面先從電磁兼容的概念進(jìn)行介紹。國家軍用標準GJB72-85:《電磁干擾和電磁兼容性名詞術(shù)語(yǔ)》中電磁兼容性的定義為:“設備(分系統、系統)在共同的電磁環(huán)境中能一起執行各自功能的共存狀態(tài)。即:該設備不會(huì )由于受到處于同一電磁環(huán)境中其它設備的電磁發(fā)射導致或遭受不允許的降級;它也不會(huì )使同一電磁環(huán)境中其它設備(分系統、系統)因受其電磁發(fā)射而導致或遭受不允許的降級”。


        因此,滿(mǎn)足電磁兼容性,不僅要求設備(分系統、系統)能按設計要求完成其功能,而且還要滿(mǎn)足不產(chǎn)生超過(guò)規定限度的電磁發(fā)射要求,同時(shí)還要有一定的抗干擾能力。其中電磁兼容中的“發(fā)射”既包含傳導發(fā)射,也包含輻射發(fā)射。輻射發(fā)射是指通過(guò)空間傳播的、有用的或不希望有的電磁能量[1];傳導發(fā)射是指沿電源線(xiàn)、控制線(xiàn)或信號線(xiàn)傳輸的電磁能量[1]。此外還涉及到與抗干擾能力相關(guān)的電磁兼容術(shù)語(yǔ)“電磁敏感性”,其是指當存在電磁騷擾的情況下,設備(分系統、系統)不能避免性能降低的能力。實(shí)際上,電磁敏感性反映的是設備(分系統、系統)抗干擾的能力,敏感性越高,則抗擾能力越低,設備(分系統、系統)在電磁騷擾下就越容易導致或遭受不允許的降級。


        按照電磁兼容研究對象可以分為:環(huán)境級、復雜系統級、設備(分系統級、系統)級、電路級、元器件級電磁兼容。需要注意的是“系統”與“分系統”的概念是相對的,因為在“系統”的定義中若排除操作人員,那么同一物理系統在某一環(huán)境中可能被認為是“分系統”,而在另一環(huán)境中也可能被認為是“系統”,例如車(chē)載通信系統可以被認為是電子戰系統的分系統,然而當其單獨執行通信任務(wù)時(shí)可以被認為是相對獨立的系統[1]。

基本概念了解之后,下面介紹電子系統的電磁兼容產(chǎn)生條件。一般地,電磁干擾源發(fā)出的電磁干擾能量,通過(guò)耦合通道傳輸至敏感系統,導致敏感系統出現響應,我們稱(chēng)這一作用過(guò)程及其效果稱(chēng)為電磁干擾效應。如果電磁干擾效應表現為敏感系統發(fā)生有限度的功能降級,就產(chǎn)生了電磁兼容性問(wèn)題。不論復雜系統還是簡(jiǎn)單電路,任何一個(gè)電磁兼容問(wèn)題的產(chǎn)生必須具備三個(gè)基本條件:首先應該具有電磁干擾源,即要有產(chǎn)生電磁能量的物體或現象,如有開(kāi)關(guān)動(dòng)作的繼電器、汽車(chē)的點(diǎn)火系統、大功率雷達、雷電放電等;其次還要有傳輸干擾能量的路徑或通道;第三有被干擾對象即敏感設備功能的有限度降級。對于任何電子系統,既可能是干擾源,又可能是敏感設備。因此,在電磁兼容性設計中,通常會(huì )對電子系統對外電磁發(fā)射和電磁敏感性提出具體的電磁兼容技術(shù)要求。


       為了衡量電子產(chǎn)品的電磁兼容性,各個(gè)國家及相關(guān)國際組織都出臺了大量的電磁兼容標準。即通過(guò)制定電子兼容技術(shù)標準來(lái)控制電氣電子產(chǎn)品無(wú)用電磁發(fā)射的限值及相應的測量方法,以及統一模擬來(lái)自自然界或工業(yè)中的電磁干擾源的試驗波形、參數來(lái)考核電氣電子產(chǎn)品的敏感性。但是如何有效控制電子產(chǎn)品的電磁兼容性,滿(mǎn)足電磁兼容標準就成為了現實(shí)需求。


       隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展,利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行電磁兼容設計及整改成為了可能。因此如何建立電子系統的電磁兼容等效模型用于電子系統的電磁兼容設計與整改就成了實(shí)現電磁兼容預測、評估以及量化設計的關(guān)鍵技術(shù),同時(shí)也是未來(lái)電磁兼容設計的發(fā)展趨勢!

[1] 路宏敏編著(zhù). 《工程電磁兼容》[M]西安電子科技大學(xué)出版社

135編輯器

張衛東:北京航空航天大學(xué)博士,主要研究方向電磁兼容建模技術(shù)和天線(xiàn)設計等。曾在上海某所從事總體論證工作。

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