電磁兼容性設(shè)計方法及其在多天線系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

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1、電磁兼容性設(shè)計方法及其在多天線系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用陳林輝(中國電子科技集團第三十八研究所安徽合肥230088)摘要:機載任務(wù)電子系統(tǒng)中,往往在狹小空間中集成大量電子設(shè)備,且天線林立,因此電磁兼容性問題異常突出。相比以往設(shè)計后期的電磁兼容整改,在總體方案初期進行電磁兼容設(shè)計具有經(jīng)濟高效的優(yōu)點。本文介紹了機載電子設(shè)備中電磁兼容性分析方法,運用自頂向下電磁兼容預測方法,對機載多天線系統(tǒng)進行電磁兼容性分析,提出總體設(shè)計方案。關(guān)鍵詞:電磁兼容性分析總體設(shè)計方法電磁干擾隔離度中圖分類號:TN820;TN820文獻標識碼:A文章編號:1007-9416(2014)12-0150-02電路的輻射源

2、、傳導路徑及易感電路。在電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計實踐中采用的電磁干擾控制技術(shù)有:濾波、吸收與旁路、屏蔽、接地、布局布線、工藝控制、天線配置、頻率管理等,其中屏蔽、接地、濾波、布局布線是最為常用的干擾抑制手段[2]。完整的電磁兼容設(shè)計流程閉環(huán)圖如圖1所示,對于復雜的電磁兼容問題可能還需要多次這樣反復的過程[1]。2機載多天線系統(tǒng)電磁兼容影響分析機載任務(wù)電子系統(tǒng)往往天線眾多,且相互間空間隔離有限。電磁環(huán)境的復雜性體現(xiàn)在:在空域上縱橫交錯、在時域上持續(xù)不斷、在頻域上密集交疊、在效能上隨機多變。這些可能存在的電磁干擾,輕則可能影響到任務(wù)電子系統(tǒng)性能參數(shù);重則可能產(chǎn)生誤動作或功能失效,造成

3、裝備毀傷。有效控制和消除電磁干擾,可將各設(shè)備本身產(chǎn)生的電磁噪聲限制在一定的水平,使各試驗設(shè)備或任務(wù)電子系統(tǒng)能夠在共存的環(huán)境中互不發(fā)生干涉,充分發(fā)揮各自的最大效能。2.1外部干擾電磁干擾按傳播途徑可以分為傳導干擾和輻射干擾兩大類。傳導干擾沿著導體傳播,包括傳輸線間的相互耦合、接地傳導干擾和電源傳導干擾等。輻射干擾是通過電子設(shè)備發(fā)射天線的輻射外場和其他設(shè)備的天線、電纜及機箱孔縫之間的耦合等造成的干擾。預測分析方程是電磁兼容度預測定量預測的理論基礎(chǔ),電磁干擾裕度(M)表征了接收機接收到來自外部干擾信號功率PR后能否正常工作,其大小反應(yīng)外界電磁輻射干擾影響大小[3],其中:M=P-SR

4、R在機載任務(wù)電子系統(tǒng)中往往在狹小空間里面集成大量電子信息設(shè)備,其中不乏各種探測、偵察、干擾、通信及導航等功能的電子設(shè)備,不僅天線眾多且工作頻率相互交迭、發(fā)射功率大且接收機靈敏度高,使得電磁兼容問題異常棘手,各種內(nèi)外電磁干擾引起的設(shè)備失效故障常有發(fā)生。在設(shè)備設(shè)計初期及早鑒別電磁干擾隱患,采取電磁兼容性設(shè)計措施規(guī)避電磁兼容風險,可以大大節(jié)省全周期開發(fā)成本。關(guān)于電磁兼容性理論和方法探討的文章很多,但多數(shù)是一些準則或者理論討論方面的文章,本文嘗試在實踐中運用“自頂而下”的思想,基于電磁兼容性預評估,提出了行之有效的機載多天線系統(tǒng)電磁兼容性總體設(shè)計方案。1電磁兼容性分析方法在進行電子設(shè)備

5、電磁兼容分析時首先需對電磁兼容問題進行一定的預測,即依據(jù)產(chǎn)品中各設(shè)備布局、數(shù)量、功能設(shè)計建立干擾源模型、傳輸模型和易感器件模型,通過數(shù)值計算等手段對產(chǎn)品的電磁兼容性進行預評估,根據(jù)評估結(jié)果對產(chǎn)品的功能指標、布局等進行重新量化和分配,多次調(diào)整后得到良好的電磁兼容狀態(tài),解決電子設(shè)備之間的收發(fā)隔離問題,并最終解決各電子設(shè)備之間的相互干擾問題[1]。在分析設(shè)備間電磁干擾時,首先要考慮設(shè)備所在空域有無外來輻射干擾;其次再分析設(shè)備之間的相互干擾,在機載多天線系統(tǒng)中最大的相互干擾來自于天線發(fā)射時電磁波輻射,另外在設(shè)備間有無公用電源、有無公共接地平面及是否通過設(shè)備殼體構(gòu)成接地環(huán)路也是要考量的因

6、素;最后再進一步考慮設(shè)備內(nèi)部的干擾,即分析內(nèi)部P=P+T-S-CRTRSF其中,P為外部干擾發(fā)射機功率,S為易感器件敏感度閾值,TTRRS為由干擾發(fā)射機到受干擾接受機之間的電磁波傳播因子,S為非照F明區(qū)的陰影系數(shù),C為發(fā)射及接收設(shè)備內(nèi)部的損耗總和。機載任務(wù)電子系統(tǒng)在有限的裝載空間內(nèi)集中搭載了諸如雷達、通信、電子偵察等多種設(shè)備,在特定時間段內(nèi)分時、同時或集中使天線頻段圖1電磁兼容性設(shè)計流程圖圖2各天線頻段劃分示意圖收稿日期:2014-12-23作者簡介:陳林輝(1983—),男,福建南平人,光學工程研究生學歷,現(xiàn)為中電38所系統(tǒng)部工程師。150天線1天線2天線3天線4天線5電磁兼

7、容指標分配電磁兼容試驗天線耦合分析電磁傳輸模型設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系電磁兼容設(shè)計方案機體屏蔽性能設(shè)備屏蔽性能電磁環(huán)境天線布局設(shè)備布局天線布局電磁兼容幾何模型工程設(shè)計幾何尺寸用。從頻段劃分和工作時段兩個方面,根據(jù)電子任務(wù)系統(tǒng)的功能和工作模式,對這些設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)復雜的電磁環(huán)境空間進行分析如圖2、表1所示。具體來說,機載多天線任務(wù)系統(tǒng)本系統(tǒng)存在的外界輻射干擾主要來自同頻段同時工作的天線之間耦合干擾,以及發(fā)射天線對同時工作接收天線的諧波干擾。例如,不僅是工作頻段有重疊的天線2和天線1、天線3、天線5之間存在