《電磁兼容技術(shù)及其應(yīng)用》課件第4章

第四章電磁兼容性分析與設(shè)計

4.1干擾預(yù)測方程與數(shù)學(xué)模型4.2電磁干擾預(yù)測的基本方法和范圍及程序4.3系統(tǒng)電磁兼容性分析程序4.4系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性分析程序4.5系統(tǒng)間電磁干擾預(yù)測分析程序4.6電磁環(huán)境/干擾預(yù)測模型4.7天線系統(tǒng)配置的預(yù)測分析4.8系統(tǒng)電磁干擾預(yù)測的實例4.9電磁兼容性設(shè)計

4.1干擾預(yù)測方程與數(shù)學(xué)模型

衡量單個干擾發(fā)射器和單個干擾接收器之間的潛在干擾程度，可通過將接收器輸入端的有效干擾功率值與敏感度門限相比較來確定。

在敏感設(shè)備處的有效干擾功率PI為

PI(f,t,d,p)=PT(f,t)-LP(f,t,d,p)

(4.1.1)式中，PI是頻率f、時間t、間距d和收發(fā)天線的相對方向p的函數(shù)，單位為dBm；PT是發(fā)射器輸出的干擾功率(dBm)；LP是發(fā)射器與接收器之間的傳輸損耗(dB)。敏感度門限PS與出現(xiàn)在關(guān)鍵測試點或信號線上的有效干擾功率PI之差定義為電磁干擾安全裕度IM，即

IM(f,t,d,p)=PS(f,t)-PI(f,t,d,p)

(4.1.2)

如果IM<0，即PI>PS，則表示存在潛在干擾，反之，IM>0，即PI<PS，則表示能兼容工作。IM=0時，表示處于臨界狀態(tài)。一般情況下，有

IM(f,t,d,p)=PS(fR,t)+CF(BT,BR,Δf)-PT(fT,t)

-GT(fT,t,d,p)+LP(fT,t,d,p)-GR(fT,t,d,p)(4.1.3)

式中：PS為接收器在響應(yīng)頻率fR的敏感度門限(dBm)；CF為計入發(fā)射機帶寬BR、接收機帶寬BR以及發(fā)射器發(fā)射與接收器接收響應(yīng)之間的頻率間隔Δf的校正系數(shù)(dB)；PT為頻率fT的發(fā)射功率(dBm)；GT為發(fā)射天線在頻率fT和接收天線方向上的增益(dB)，LP為傳輸損耗(dB)；GR為接收天線在頻率fT和發(fā)射天線方向上的增益(dB)。式(4.1.1)和式(4.1.2)稱為干擾預(yù)測方程。它們是等價的，適用于各類干擾預(yù)測問題。

無論是復(fù)雜或簡單的電子系統(tǒng)，從電磁干擾預(yù)測的角度考慮，都可歸結(jié)為干擾源(發(fā)射器)、傳輸函數(shù)(耦合模型)和敏感設(shè)備(接收器)三個基本要素。電磁干擾的計算機預(yù)測的基本思想是用數(shù)學(xué)定量關(guān)系式表達上述三要素，即根據(jù)理論和實驗建立它們的數(shù)學(xué)模型，然后將其干擾源模型、傳輸函數(shù)模型和敏感設(shè)備模型按一定要求組合后，借助計算機軟件模擬特定的電磁環(huán)境，并獲得各種潛在電磁干擾的計算結(jié)果，從而判斷干擾源發(fā)射的電磁能量是否會影響敏感設(shè)備，系統(tǒng)能否兼容地工作。所以實現(xiàn)電磁干擾的計算機預(yù)測的關(guān)鍵是如何正確建立干擾源、傳輸函數(shù)和敏感設(shè)備的數(shù)學(xué)模型。下面將重點討論干擾源傳輸函數(shù)和敏感設(shè)備模型的建立方法。

1.干擾源模型

干擾源模型又稱發(fā)射器模型。描述干擾源的參數(shù)既可以是干擾源的時域特性，也可以是干擾源的頻域特性。以時域或頻域特性描述的源模型分別稱為時域模型和頻域模型。顯然，頻域模型更為精確地描述了干擾的發(fā)射頻譜。按照干擾的傳輸特性，源模型可分為傳導(dǎo)源和輻射源兩類。傳導(dǎo)源模型是以電壓源或電流源模型表示的。電壓或電流源模型有單頻(連續(xù)波)電壓或電流與梯形脈沖序列電壓或電流、階躍電流或電壓、梯形單脈沖電壓或電流和以頻譜密度數(shù)據(jù)構(gòu)成的電壓或電流。上述各種電壓或電流源，均可用兩個或多個不同階段、不同截止頻率的濾波器的乘積來修正，這就使構(gòu)造不同的頻譜的源模型很靈活方便。輻射源模型是以電磁場源來表示的。建立輻射源模型較為復(fù)雜，除了最簡單的電偶極子和磁偶極子模型外，一般難以給出通用的模型形式。在無線電設(shè)備系統(tǒng)中，發(fā)射機的主要功能是產(chǎn)生規(guī)定頻段內(nèi)包含有所需信息的功率輻射。但發(fā)射機除了產(chǎn)生所希望的功率外，還產(chǎn)生若干雜散頻率上的發(fā)射。發(fā)射機產(chǎn)生的需要和不需要的發(fā)射功率都可能對接收機產(chǎn)生干擾。因此，發(fā)射機模型包括基波發(fā)射、諧波發(fā)射、非諧波(雜波)發(fā)射、發(fā)射機寬帶噪聲發(fā)射和互調(diào)干擾信號。這些可以用發(fā)射功率譜來表述。

2.傳輸函數(shù)模型

傳輸函數(shù)模型又稱為耦合模型。它主要描述導(dǎo)線與導(dǎo)線、天線與天線、機殼與機殼之間或者它們相互之間耦合的情況。干擾源模型輸出的電壓、電流或電場、磁場的干擾頻譜通過傳輸函數(shù)就轉(zhuǎn)換為敏感設(shè)備輸入端電壓頻譜。電磁干擾的耦合形式有傳導(dǎo)干擾耦合和輻射干擾耦合兩種。傳導(dǎo)干擾耦合大多發(fā)生在導(dǎo)線與導(dǎo)線、機殼與導(dǎo)線之間。輻射干擾是發(fā)生在天線與天線之間的耦合，但機殼上的縫隙和其他類型的不連續(xù)性均構(gòu)成縫隙天線，因而機殼與機殼之間、機殼與天線之間也會產(chǎn)生輻射干擾耦合。在涉及天線間的耦合模型中，既有電磁波在空間、平滑地面、丘陵、高山地區(qū)的傳播，也有沿飛機、導(dǎo)彈、艦船等表面的近場耦合，或天線附近的障礙物(如建筑物、飛機機身、導(dǎo)彈彈體、艦船上建筑等)散射影響的傳播等，建立傳輸函數(shù)模型涉及電磁場數(shù)值問題求解、電波傳播理論、電工理論等，比較復(fù)雜和困難。在建立了干擾源和敏感設(shè)備模型后，必須在全部頻率范圍內(nèi)考慮所有可能存在的傳輸函數(shù)模型所產(chǎn)生的效果，而這些效果是可以疊加的。

3.敏感設(shè)備模型

敏感設(shè)備模型又稱接收器模型。它主要描述敏感設(shè)備對輸入信號和干擾的頻率響應(yīng)，或者接收器的亂真、互調(diào)、鏡像和諧波響應(yīng)特征。由于干擾源模型和耦合模型通常都不考慮相位信息(時域參數(shù))，因此，通常要求接收器頻率模型的輸入應(yīng)是連續(xù)頻譜。例如，接收器接收到的電壓峰值為U，其數(shù)字模型可用下式表示：(4.1.4)式中，P(f)為頻率函數(shù)的靈敏度，U(f)為接收器接收到的電壓頻率譜密度。

在無線電設(shè)備系統(tǒng)中，接收機設(shè)計為在預(yù)定頻段內(nèi)響應(yīng)于所希望的信號，然而接收機對非希望信號也會產(chǎn)生響應(yīng)，因此接收機也是對發(fā)射機所有發(fā)射可能敏感的裝置。對接收機構(gòu)成潛在干擾的信號有四類：

(1)同頻道干擾。這是指頻率在接收機通帶內(nèi)的干擾信號。

(2)鄰近頻道干擾。這是指具有存在于或接近于接收機通帶內(nèi)頻率分量的干擾信號。

(3)帶外干擾。這是指大大超出接收機通帶頻率的干擾信號。

(4)互調(diào)干擾。這是指幾個信號經(jīng)非線性元件混合后，產(chǎn)生了新的頻率分量。當(dāng)該信號落在接收機通帶內(nèi)，就形成了互調(diào)干擾。產(chǎn)生互調(diào)干擾的條件是幾個信號須同時發(fā)射足夠大并符合特定的頻率無關(guān)，通常，三階互調(diào)最大。干擾源、敏感設(shè)備和傳輸函數(shù)模型必須反映不同的實際情況。但是，人們只能建立他們所了解和理解的事物模型。例如，為了建立由電磁泄漏形成的干擾源模型，應(yīng)該知道和了解在機殼、屏蔽體上由不良接縫、通風(fēng)孔道、機門密封不良等情況逸出的電磁能量。由于縫、孔的邊界形狀復(fù)雜，加上干擾又是隨機出現(xiàn)的。因此，用解析方法研究上述問題是十分困難的。這就要求在建立數(shù)學(xué)模型過程中，掌握大量數(shù)據(jù)和進行深入的研究。為此，所承擔(dān)的工作量常常是巨大的。另外，數(shù)學(xué)模型是編制計算機程序的基礎(chǔ)，所以又要求建立數(shù)學(xué)模型時考慮其實用性和可行性。經(jīng)驗說明，數(shù)學(xué)模型建立后必須通過實驗以驗證其正確性。

4.2電磁干擾預(yù)測的基本方法和范圍及程序

系統(tǒng)電磁干擾預(yù)測包括系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間電磁干擾預(yù)測。系統(tǒng)內(nèi)的電磁兼容性問題是解決系統(tǒng)內(nèi)各分系統(tǒng)、設(shè)備和部件間的電磁兼容性。在這類問題中的電磁干擾是由近處的電源線上的噪聲通過磁場或電場耦合或由共地源阻抗耦合到低電平的靈敏電路中，也可能是通過導(dǎo)線—導(dǎo)線間耦合，產(chǎn)生干擾的串?dāng)_。此外，機柜—機柜、機柜—電纜間的近場感應(yīng)也是電磁干擾的原因。系統(tǒng)間的電磁兼容性問題是解決系統(tǒng)間的電磁兼容性。這類問題中的電磁干擾，主要是由一個系統(tǒng)的發(fā)射天線耦合到另一個系統(tǒng)的接收天線上。當(dāng)要求多個系統(tǒng)同時工作在一個有限的空間內(nèi)，例如飛機、船艦、車輛、軍事基地等，則系統(tǒng)間電磁干擾問題尤為嚴(yán)重。應(yīng)指出的是，系統(tǒng)電磁干擾的預(yù)測方法和單個設(shè)備電磁干擾的預(yù)測方法大不相同。確定單個設(shè)備的電磁干擾特性時，應(yīng)考慮組成該設(shè)備的元件和電路的具體特性。但在系統(tǒng)間的干擾預(yù)測中，著眼點是各個設(shè)備間的相互作用。因而只需確定干擾源的輸出特性和敏感設(shè)備的敏感度，不必知道設(shè)備的內(nèi)部詳細特性。那么，如何著手進行系統(tǒng)間的電磁干擾預(yù)測呢？無論在考慮系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)間干擾預(yù)測時，干擾源可能有許多個，敏感設(shè)備也可能有許多個。以通信系統(tǒng)為例，任何一個發(fā)射機除了基波外還輸出許多雜波，如諧波、非諧波、寬帶噪聲等。接收機也不會只響應(yīng)一個頻率，還存在雜波響應(yīng)。傳輸函數(shù)往往包括多種途徑。為此，在電磁干擾預(yù)測中，通常采用逐對考慮的方式，每次選一個發(fā)射源和一個敏感設(shè)備以及一種耦合方式，這稱為一對發(fā)射—響應(yīng)對。由于所需要考慮的發(fā)射—響應(yīng)對的數(shù)目往往非常大，若采用一種模型去預(yù)測，則不是精度不夠就是時間太長。為此，通常采用分級預(yù)測方法，即分幅度篩選、頻率篩選、詳細分析和性能分析四級篩選。在每級預(yù)測開始時，可利用輸入函數(shù)的最簡單表達式對整個問題作一快速“掃描”，將明顯不可能呈現(xiàn)電磁干擾的發(fā)射—響應(yīng)對剔除，每一級預(yù)測可以將無干擾情況的90%篩選，經(jīng)過四級篩選后保留的問題便是問題的預(yù)測結(jié)果，如圖4.2-1所示。

圖4.2-1電磁干擾預(yù)測的四級篩選

1.幅度篩選

幅度篩選是在待預(yù)測的發(fā)射—響應(yīng)對數(shù)目很大的情況下，進行電磁干擾預(yù)測的第一步。采用每個輸入函數(shù)的簡單、合理和保守的近似式，將大量弱干擾與相當(dāng)少的強干擾分離開來，這樣，明顯的非干擾情況將被剔除，不再作后面各級的預(yù)測，縮小了預(yù)測范圍。用于實現(xiàn)上述要求的基本方法是計算潛在的干擾余量。此時假定傳輸損耗最小以及發(fā)射輸出的頻率和敏感設(shè)備所感應(yīng)的頻率是一致的。這樣，敏感設(shè)備對潛在干擾提供的抑制也最小。在幅度篩選中，完成的具體運算可由式(4.1.3)說明。首先，考慮發(fā)射機基波和雜波的發(fā)射功率電平PT(fE)和接收機基波和雜波響應(yīng)的敏感度門限電平PS(fE)；其次，考慮天線方向性和傳輸損耗，但應(yīng)采用簡單、保守的近似式來顯示時間、距離、方向?qū)@些參數(shù)的影響。此時假設(shè)校正系數(shù)CF為零。如果最終的干擾安全裕度超過預(yù)測的剔除電平，則該發(fā)射—響應(yīng)組合保留到下一步更精細的預(yù)測級別。相反，如果干擾安全裕度小于預(yù)選的剔除電平，則該發(fā)射—響應(yīng)組合不再作進一步預(yù)測考慮。只要剔除電平選擇正確，則被剔除情況的干擾的概率是很小的。例如，對發(fā)射機和接收機之間的電磁干擾預(yù)測，幅度篩選主要考慮以下四種不同的發(fā)射—響應(yīng)對：

(1)基波干擾余量(FIM)。當(dāng)發(fā)射基波頻率輸出和接收機基波響應(yīng)的兩者頻率對準(zhǔn)時并以無抑制的方式存在的干擾電平。

(2)發(fā)射機干擾余量(TIM)。當(dāng)發(fā)射機基波發(fā)射與接收機雜波響應(yīng)的兩者頻率對準(zhǔn)時存在的干擾電平。

(3)接收機干擾余量(RIM)。當(dāng)接收機基波響應(yīng)與發(fā)射機雜波發(fā)射輸出的兩者頻率對準(zhǔn)時存在的干擾電平。

(4)雜波干擾余量(SIM)。當(dāng)發(fā)射機雜波輸出與接收機雜波響應(yīng)的兩者頻率對準(zhǔn)時存在的干擾電平。

預(yù)測步驟首先是計算基波干擾余量電平，如果此干擾余量小于剔除電平則不需要計算其他三種情況，相反，如果基波干擾電平的干擾余量超過剔除電平，就須繼續(xù)計算TIM和RIM，如果這兩者任一個產(chǎn)生的干擾余量超過剔除電平，還需要計算SIM。

2.頻率篩選

在頻率篩選階段，通過考慮發(fā)射機的帶寬和調(diào)制特性、接收機的響應(yīng)帶寬和選擇性、發(fā)射機發(fā)射和接收機響應(yīng)之間的頻率間隔等因素，對幅度篩選階段所得的干擾安全裕度進行修正，即通過式(4.1.3)中的校正系數(shù)CF(BT,BR,Δf)來修改幅度篩選的結(jié)果。如果合成干擾安全裕度仍超過剔除電平，則該發(fā)射—響應(yīng)對將保留到詳細預(yù)測階段中進一步預(yù)測。如果合成干擾安全裕度小于剔除電平，則該發(fā)射—響應(yīng)對可不再考慮。頻率篩選的基本概念是分析在特定發(fā)射—響應(yīng)對之間可能存在干擾的各種概率。首先考慮在同一中心頻率的發(fā)射和響應(yīng)，則存在兩種基本的同頻率概率：

(1)接收機帶寬等于或大于發(fā)射機帶寬(BR≥BT)，則發(fā)射機輸出有關(guān)的所有功率都被接收，不需要修正CF。

(2)接收機帶寬小于發(fā)射機帶寬(BR<BT)，則僅接收與發(fā)射頻率有關(guān)的部分功率，并須采用帶寬修正CF。

當(dāng)發(fā)射機和接收中心頻率偏高時，發(fā)射機功率可通過兩種其他可能途徑進入接收機。發(fā)射機發(fā)射調(diào)制邊帶可在接收機的主響應(yīng)頻率進入接收機。或者，在發(fā)射機輸出頻率的功率可進入接收機失諧響應(yīng)。此時，均需修正CF。

3.詳細分析

經(jīng)頻率篩選后保留的發(fā)射—響應(yīng)對存在很大的干擾可能性，為此，必須進一步預(yù)測。在詳細預(yù)測中，應(yīng)考慮那些依賴于時間、距離、方向等因素以及確定最終干擾安全裕度的概率分布，具體地講，考慮因素包括特定傳播方式、極化匹配、近場天線增益修正、多個干擾信號的綜合效應(yīng)、時間相關(guān)統(tǒng)計特性、干擾安全裕度的概率分布等。

在詳細預(yù)測中，重要的是確定與干擾安全裕度有關(guān)的概率分布。干擾安全裕度的概率分布與發(fā)射機功率、天線增益、傳輸損耗和接收機敏感度門限有關(guān)。在詳細預(yù)測中需要完成的具體步驟在很大程度上取決于所考慮的特定問題和所需求的結(jié)果。如果所有分布均為正態(tài)的，則干擾安全裕度的最終概率分布也呈對數(shù)正態(tài)分布。

4.性能分析

性能分析的主要問題是將預(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)性能惡化的定量表達式。這就需要建立系統(tǒng)性能惡化的定量表達式，為此，還需要建立系統(tǒng)性能的數(shù)學(xué)模型。由于系統(tǒng)有很多不同的性能判據(jù)，為此，必須決定性能分析應(yīng)采取哪些工作性能指標(biāo)，通常采用的基本性能度量包括清晰度記數(shù)、比特誤差率、分辨率、檢驗概率、虛警概率和方位角、經(jīng)緯度、高度等誤差。評定特定系統(tǒng)的性能有三種基本方法：

(1)工作性能的評定以工作性能門限的概念為依據(jù)。工作性能門限基于系統(tǒng)所特定的信干比(S/I)，此值表示了系統(tǒng)的可接受性能和不可接受性能之間的界限。這種方法是最簡單的，也是應(yīng)用最廣的。

(2)工作性能的評定取決于系統(tǒng)的基本性能，如清晰度記數(shù)、誤碼率、分辨率等的度量。該方法主要用于對具體信號和干擾狀態(tài)的分析。

(3)工作性能的評定是依據(jù)系統(tǒng)完成特定任務(wù)的能力，即系統(tǒng)的效果。

電磁干擾預(yù)測的范疇如圖4.2-2所示。圖4.2-2電磁干擾預(yù)測的范疇實施電磁干擾的計算機預(yù)測分析，必須建立完善而多功能的程序庫和數(shù)據(jù)庫。如果預(yù)測的對象不同，則所使用的預(yù)測程序也不同。

干擾預(yù)測程序(IPP-1)是用于分析通信系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)電磁兼容性的一套計算機程序，可用來預(yù)測和分析擬設(shè)的或現(xiàn)有的發(fā)射機和接收機之間潛在的干擾情況，它為確定電磁兼容性問題的范圍、驗證可能解決的方法以及為工程決策提供基礎(chǔ)。如圖4.2-3所示給出了干擾預(yù)測程序的基本結(jié)構(gòu)，它由一個簡短的執(zhí)行程序控制的子程序包組成。主要的子程序分為兩類，即準(zhǔn)備子程序和分析子程序。準(zhǔn)備子程序包括問題輸入、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備目錄和數(shù)據(jù)綜合子程序，用于提供執(zhí)行分析任務(wù)所需要的數(shù)據(jù)；分析子程序包括其余所有子程序，用于執(zhí)行可能需要的分析任務(wù)。下面詳細介紹有關(guān)子程序的結(jié)構(gòu)。

(1)問題輸入程序(見圖4.2-4)的功能是提供需要的輸入?yún)?shù)，包括發(fā)射機和接收機的名稱和工作頻率、天線位置和方向性等。由計算機讀取輸入?yún)?shù)，并儲存在可隨意存取的數(shù)組中。圖4.2-3IPP-1程序結(jié)構(gòu)圖4.2-4問題輸入程序

(2)數(shù)據(jù)采集程序提供所需的設(shè)備性數(shù)據(jù)(見圖4.2-5)，它利用儲存在磁帶上的設(shè)備目錄并以設(shè)備特性生成需要數(shù)據(jù)綜合程序。設(shè)備目錄程序中包括設(shè)備數(shù)據(jù)，例如名稱、工作頻率范圍、發(fā)射機的輸出功率、發(fā)射類型和發(fā)射帶寬、接收機的靈敏度、帶寬以及中頻和本振頻率、天線的形式、增益、極化和波束寬度，此外，還包括發(fā)射機亂真輸出的干擾特性、接收機的選擇性、亂真響應(yīng)、互調(diào)的鄰近頻道信號干擾特性、天線的旁瓣和后瓣特性等。數(shù)據(jù)綜合程序利用設(shè)備名為數(shù)據(jù)產(chǎn)生設(shè)備目錄中未包含的發(fā)射機、接收機和天線的干擾數(shù)據(jù)，它產(chǎn)生的綜合數(shù)據(jù)使用戶能執(zhí)行復(fù)雜系統(tǒng)的干擾分析，該復(fù)雜系統(tǒng)包含有尚未得到具體干擾特性資料的設(shè)備。圖4.2-5數(shù)據(jù)采集程序

(3)傳輸損耗程序(見圖4.2-6)能夠計算某一特定情況下電波傳播衰減的量值，包括視距遠場、地面波、超視距和近場的傳播損耗、并能提供傳播損耗資料，供用戶在干擾預(yù)測程序的詳細分析部分使用。

(4)功率密度和場強程序提供從發(fā)射機天線到用戶指定距離處的功率密度和場強沿仰角分布的剖面圖，以及在用戶指定仰角上沿距離分布的剖面圖，或者按本程序指定的距離增量和仰角增量提供全部功率密度和場強等值線。用戶可以規(guī)定地形種類(即平滑地面或粗糙地面)或特定地形數(shù)據(jù)。在所有計算中都使用天線的相對增益。圖4.2-6傳輸損耗程序

(5)IPP-1采用了四級篩選進行干擾分析?？焖偬蕹绦?見圖4.2-7)對整個問題進行快速掃描，以便盡量剔除弱干擾狀態(tài)。同時，還規(guī)定未剔除狀態(tài)的頻率范圍和潛在干擾的大小，供下一步頻率剔除程序預(yù)測。

(6)頻率篩選程序(見圖4.2-8)是在快速剔除程序后，考慮剩余的潛在干擾發(fā)射—響應(yīng)對的頻帶寬度以及它們之間的頻率間隔。對于那些頻率間隔足夠大，以致干擾不大可能存在的發(fā)射和響應(yīng)，則不再進一步考慮。圖4.2-7快速剔除程序圖4.2-8頻率剔除程序

(7)詳細分析程序(見圖4.2-9)是在快速剔除和頻率剔除程序后，對剩余的潛在干擾設(shè)備進行嚴(yán)格的考查。例如，計算可能存在的傳播模式；發(fā)射機、天線、接收機和傳播函數(shù)的統(tǒng)計表示方法；以及天線旋轉(zhuǎn)造成的時間相關(guān)條件等。然后，以特定情況下的干擾概率給出分析結(jié)果。

(8)互調(diào)分析程序是在考慮頻率、或同時考慮頻率和功率的基礎(chǔ)上執(zhí)行的，可用于生成某個組合體內(nèi)部各個設(shè)備之間，所有可能存在的二階、三階、五階及七階互調(diào)干擾清單，也可用于生成特定設(shè)備和某個設(shè)備組合體之間的互調(diào)干擾清單。圖4.2-9詳細分析程序

(9)頻率分析程序是處理那些不能利用指定頻段，只能得到最低性能數(shù)據(jù)設(shè)備問題，此程序最適用于概念階段或設(shè)計階段的設(shè)備。雖然本程序調(diào)用快速剔除程序和詳細分析程序，但可使用更簡單的模型來描述設(shè)備特性。

(10)相鄰信號分析程序分析落在接收機射頻通帶內(nèi)或鄰近接收機射頻通帶的潛在干擾的影響。該程序計算的干擾影響包括靈敏度降低、交調(diào)、互調(diào)和邊帶發(fā)射，計算結(jié)果以信號干擾比和信號噪聲比表示。

(11)頻率/距離分割程序可用來計算相鄰信號影響、頻率、距離三者之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。

IPP-1是一個非常靈敏的程序，其執(zhí)行程序插入了許多用戶選擇項目。例如，用戶可以向設(shè)備目錄子程序存取信息，以便更新現(xiàn)有設(shè)備文件或從文件中讀取設(shè)備特性；用戶也可以只執(zhí)行指定的程序，或者獨立使用功率密度和場強程序；用戶可以執(zhí)行特定設(shè)備和設(shè)備組合體之間的互調(diào)干擾分析，或者根據(jù)頻帶而不是具體頻率執(zhí)行干擾分析等。在每個分析結(jié)束時，可以按幾種標(biāo)準(zhǔn)的格式打印結(jié)果。待所有分析結(jié)束后，便可得到全部結(jié)果，為適應(yīng)用戶的要求，還可以得到特殊格式的打印結(jié)果。

4.3系統(tǒng)電磁兼容性分析程序

系統(tǒng)電磁兼容性分析程序(SEMCAP)是一個綜合性大規(guī)模應(yīng)用計算機進行電磁兼容性分析的程序，其基本內(nèi)容：首先將有關(guān)干擾源、敏感設(shè)備、傳輸函數(shù)的數(shù)據(jù)存入計算機，并建立源模型庫；接著，計算機對干擾源的頻譜以及耦合到敏感設(shè)備的電磁能量進行運算。由于所接收的頻譜受敏感設(shè)備帶寬的限制，所以運算的結(jié)果只代表敏感設(shè)備所得到的電壓。然后，將這個電壓儲存起來。上述運算是對所有源模型依次進行的，這樣可以求出每個干擾源對同一敏感設(shè)備所產(chǎn)生的電壓，再把所有干擾源產(chǎn)生的干擾電壓疊加后，與敏感設(shè)備的敏感度門限進行比較，便能確定敏感設(shè)備是否與所有的干擾源兼容。由于干擾源至少被指定為一個源模型，后面都接有一個或兩個濾波器，這些濾波器可用來代替干擾源中的實際濾波器，或用來調(diào)整干擾源的頻譜函數(shù)。

每個敏感設(shè)備都被模擬為單一的終端，從源模型經(jīng)傳輸函數(shù)輸入的頻譜，依次經(jīng)過兩個濾波器和積分電路后，在電平比較器中與敏感度門限進行比較。

傳輸函數(shù)模型有共阻抗耦合型、互感耦合型、互容耦合型、電場耦合型和磁場耦合型五種基本形式。每種形式都由線路的幾何形狀、屏蔽效能和結(jié)構(gòu)來描述，還可以用天線輻射的形式來描述。預(yù)測和分析的結(jié)果以兩種格式打印輸出：一種是逐個列出敏感設(shè)備的詳細格式；另一種是概要的矩陣格式。前一種格式給出定量的細節(jié)，說明每個干擾源是如何干擾某個指定的敏感設(shè)備的，打印出的基本數(shù)據(jù)描述了來自每個干擾源經(jīng)過各種耦合途徑，由敏感設(shè)備所收到干擾允許值的百分?jǐn)?shù)和相應(yīng)的冗余儲備分貝數(shù)。其中，負的冗余儲備表示了干擾電平超過敏感設(shè)備敏感度門限的分貝數(shù)。據(jù)此，便能對可能出現(xiàn)的問題進行估算和分析解決。后一種格式概要說明每個干擾源和每個敏感設(shè)備之間的兼容性和冗余儲備。

4.4系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性分析程序

系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性分析程序(IEMCAP)是將通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和電磁兼容性的分析模型結(jié)合起來，有效地生成電磁兼容規(guī)范，有效估計系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性特性狀態(tài)，并指導(dǎo)EMC設(shè)計。該分析程序的功能：提供能連續(xù)保存和不斷更新的數(shù)據(jù)庫，以便適應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計的變化；產(chǎn)生適合于特定系統(tǒng)的規(guī)范極限值；估計對特定規(guī)范放寬要求的影響；審查系統(tǒng)的不兼容情況；估計更改設(shè)計對系統(tǒng)兼容性的影響；提供比較分析結(jié)果，作為電磁兼容性協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。典型的系統(tǒng)包含大量干擾源和敏感設(shè)備，在IEMCAP中定義了一個層次結(jié)構(gòu)，如圖4.4-1所示。這樣，就把數(shù)據(jù)組織成便于收集和利用的形式。系統(tǒng)被分成若干分系統(tǒng)，每個分系統(tǒng)又由幾個設(shè)備組成。電磁干擾能量可以由端口輸入或從設(shè)備輸出。端口包括天線、導(dǎo)線和機殼等。圖4.4-1IEMCAP的分析層次結(jié)構(gòu)所有有意識設(shè)置的端口必須發(fā)射和(或)接收某種類型的信號，以執(zhí)行某個預(yù)定的功能。有意產(chǎn)生并作對口耦合的信號或響應(yīng)均可稱為有用信號，為了不影響系統(tǒng)的工作，這種信號是不可以改變的。除了有用信號外，還可以存在不需要的信號或響應(yīng)，這稱為無用信號，無用信號既可能由不需要的信號產(chǎn)生，也可能由無意耦合到非預(yù)定端口的有用信號產(chǎn)生。當(dāng)一個或幾個干擾源端口的信號無意地耦合到敏感設(shè)備端口，并超過其敏感度門限時，則系統(tǒng)不兼容。因此，無用信號是亂真的，必須加以控制，或建立干擾允許值范圍。如果所有端口的無用信號的發(fā)射或敏感度均未超過所規(guī)定的允許值，則系統(tǒng)兼容。IEMCAP的一個重要任務(wù)就是制定一套適用于特定系統(tǒng)的干擾允許值規(guī)范。

IEMCAP基本流程如圖4.4-2所示，整個流程分為兩段。

第一段稱為輸入譯碼和初始處理程序(IDIPR)，分成三個基本程序，即輸入譯碼程序、初始處理程序和導(dǎo)線布局程序。輸入譯碼程序從輸入數(shù)據(jù)庫中讀取自由格式輸入數(shù)據(jù)、并進行譯碼，然后檢查數(shù)據(jù)是否有錯。如果發(fā)現(xiàn)一個錯誤，則連同存放該錯誤的數(shù)據(jù)一起打印出一個信息，而程序繼續(xù)執(zhí)行。如果在全部數(shù)據(jù)庫中的數(shù)處理完畢后，發(fā)現(xiàn)有錯，則本程序停止執(zhí)行。如果沒發(fā)現(xiàn)錯誤，本程序進入初始處理程序，執(zhí)行數(shù)據(jù)管理并與頻譜模型連接，同時產(chǎn)生工作文件。用于定義系統(tǒng)及其全部組件的數(shù)據(jù)存儲在系統(tǒng)內(nèi)文件(ISF)圖4.4-2IEMCAP基本流程圖的磁盤或內(nèi)存上。對于某次給定運行，待分析系統(tǒng)可以由數(shù)據(jù)庫來定義，也可以從以前產(chǎn)生的ISF，或從經(jīng)過更新的ISF來定義。初始處理程序還配置和匯編了準(zhǔn)備分析的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)寫入新的ISF供以后使用，同時還寫入工作文件供分析。然后，進入導(dǎo)線布局程序，產(chǎn)生互相對照的布局陣列。至此，IDIPR執(zhí)行終止。計算機可以根據(jù)作業(yè)安排或是停機或是進入第二段。

第二段稱為任務(wù)分析程序(TART)，它使用IDIPR匯編的數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)定的分析任務(wù)。此任務(wù)分為下述四個任務(wù)中的一個：

(1)規(guī)范生成。調(diào)整初始非工作必需信號的發(fā)射和頻譜，使系統(tǒng)達到兼容。調(diào)整后的值即為最大發(fā)射和最小敏感度規(guī)范。

(2)系統(tǒng)兼容性的初步審查。

(3)比較分析。將調(diào)整后的電磁兼容性與規(guī)范生成和初步審查時的電磁兼容性進行比較，并估計對天線、濾波器、頻譜參數(shù)和導(dǎo)線等修改后產(chǎn)生的影響。

(4)對放寬規(guī)范要求的分析。估計放寬規(guī)范要求后產(chǎn)生的后果。

輸入譯碼和初始處理程序(IDPR)是由輸入譯碼程序(IPDCOP)、初始處理程序(IPR)、頻譜模型程序(SPCMDL)和導(dǎo)線布局(WMR)四個子程序組成。

TART由兩個基本程序組成。其中，規(guī)范生成程序(SGR)執(zhí)行上述第一個任務(wù)，電磁兼容性比較分析程序(CEAR)執(zhí)行其余三個任務(wù)，其流程框圖如圖4.4-3所示。圖4.4-3任務(wù)分析程序(TART)程序流程框圖首先，TART讀入系統(tǒng)數(shù)據(jù)，運行由IDIPR產(chǎn)生的文件參數(shù)，然后啟動相應(yīng)的任務(wù)驅(qū)動程序。若任務(wù)是SGR，則調(diào)入規(guī)范生成子程序，否則，調(diào)入電磁兼容性比較分析程序。這兩個基本程序連接著工作文件，耦合路徑模型和分析程序用來完成所規(guī)定的任務(wù)。耦合路徑程序用來確

定發(fā)射—接收之間是否存在耦合路徑，并計算傳輸比。分析和頻譜調(diào)整程序利用發(fā)射器、接收器和傳輸比來計算面對發(fā)射端口—接收端口之間收到的信號和電磁干擾裕量以及所有發(fā)射器耦合到每一臺接收器中的信號。同時，這些子程序也用于運行SGR時對非需要頻譜進行調(diào)整。以下分別進行介紹。

(1)規(guī)范生成程序(SGR)。SGR用于調(diào)整由IPR生成的端口頻譜的非需要部分，使系統(tǒng)達到兼容。經(jīng)SGR調(diào)整的頻譜都是極限值。對發(fā)射器而言，其輸出不能超過非需要頻譜的極限電平；對接收器而言，其敏感度閾值不應(yīng)低于極限電平，否則，將會產(chǎn)生干擾。在對系統(tǒng)進行分析時，假設(shè)發(fā)射端口的輸出和接收端口的敏感度閾值均為極限值。對存在耦合途徑的每一對發(fā)射—接收端口，假設(shè)發(fā)射端以最大發(fā)射電平輸出，然后計算接收端所接收到的信號，并在整個頻率范圍內(nèi)與最小敏感度電平進行比較，若在發(fā)射器非需要頻譜范圍內(nèi)，接收器接收到的信號電平大于其敏感度電平，則發(fā)射器的發(fā)射電平要減少，使裕量等于用戶規(guī)定的調(diào)整安全裕量(asm)和調(diào)整極限電平中的最大值。當(dāng)完成了發(fā)射器頻譜調(diào)整之后，將對接收器的頻譜進行調(diào)整。此時，使用已調(diào)整的發(fā)射器頻譜來計算與每臺發(fā)射器有耦合通道的接收器的接收信號和所有發(fā)射器同時工作時接收器接收到的信號，并同接收器的敏感頻譜比較。若在非需要頻譜范圍內(nèi)，接收到的信號大于敏感電平，則需提高接收器的敏感度，使得裕量等于asm和調(diào)整極限電平中的最小值。

經(jīng)上述調(diào)整過程所產(chǎn)生的使系統(tǒng)能兼容工作的一系列端口頻譜將作為今后設(shè)備測試的EMC規(guī)范。當(dāng)然，也可能存在許多仍然不能兼容工作的端口對，這稱為尚未解決的干擾，它通常由需要的發(fā)射和響應(yīng)頻譜、已作極限調(diào)整的非需要頻譜以及原有設(shè)備的不能調(diào)整的頻譜所引起的。對于經(jīng)過發(fā)射端、接收端頻譜調(diào)整之后，仍然有干擾的端口對，SGR將再作一次調(diào)整，若仍然不兼容，則將由打印機輸出干擾情況。

(2)電磁兼容性比較分析程序(CEAR)。CEAR執(zhí)行電磁兼容性的初步審查、協(xié)調(diào)和規(guī)范放寬分析任務(wù)。在對系統(tǒng)電磁兼容性作初步審查時，分別計算存在耦合途徑的發(fā)射—接收機對間的電磁干擾裕量和耦合到每臺接收器中的全部接收信號和環(huán)境電磁場的干擾裕量。這些數(shù)據(jù)存在一個永久文件——原系統(tǒng)傳輸文件(BTF)中，供以后使用。對電磁兼容性協(xié)調(diào)和規(guī)范放寬分析而言，CEAR將計算增加和修改的端口間的電磁干擾裕量，并將其與存在BTF中的數(shù)據(jù)比較，最后，打印機將打印出原有系統(tǒng)和經(jīng)修改系統(tǒng)干擾裕量的變化值。比較分析程序提供實現(xiàn)下列功能：①增加端口；②改變原有端口頻譜、連接方式、位置、天線增益、導(dǎo)線屏蔽等；③改變系統(tǒng)，如增加天線間障礙物、改變飛機模型參數(shù)等；④端口頻譜的局部改變(規(guī)范放寬要求分析)。

IEMCAP的數(shù)學(xué)模型有發(fā)射器模型、敏感設(shè)備模型、傳輸函數(shù)模型和系統(tǒng)模型。發(fā)射器模型是將設(shè)備參數(shù)、發(fā)射機數(shù)據(jù)與發(fā)射機端口的功率譜密度聯(lián)系起來的數(shù)學(xué)表達式。敏感設(shè)備模型是將接收器端口處的功率譜與該功率譜產(chǎn)生的響應(yīng)聯(lián)系起來，同時輸入帶寬參數(shù)和帶內(nèi)敏感度數(shù)據(jù)形成所需頻譜內(nèi)的矩形敏感函數(shù)。傳輸函數(shù)模型包括了輻射傳輸，如天線與天線、天線與機殼、機殼與機殼、天線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與機殼的耦合模型，也包括傳導(dǎo)傳輸，如電路性耦合、電容性耦合、電感性耦合模型。利用這些模型可計算發(fā)射器端口的輸出電磁能量與接收端口的輸入電磁能量之比。系統(tǒng)模型用來構(gòu)造發(fā)射器模型、傳輸函數(shù)模型和敏感設(shè)備模型，以便計算全部設(shè)備同時工作時的情況，并識別系統(tǒng)中可能存在非預(yù)期耦合的全部端口。IEMCAP通過分析來確定進入敏感端口的一個或多個發(fā)射器信號是否干擾該設(shè)備的正常工作。電磁干擾尋址是通過計算各敏感設(shè)備端口的電磁干擾安全裕度來完成的。

IEMCAP及其擴充模型又是系統(tǒng)內(nèi)析程序(IAP)的組成部分。IAP是一個大規(guī)模電磁兼容性分析程序，由上百個發(fā)射器、敏感設(shè)備(主要是接收機)和傳輸函數(shù)等組成，其功能是估計系統(tǒng)兼容性薄弱環(huán)節(jié)、修改規(guī)范的極限值、分析設(shè)計折中方案的兼容性、棄權(quán)分析、預(yù)測電磁兼容性控制的效果等。IEMCAP的輸出提供了整個系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性分析的總記錄，擴充模型使IAP的分析能力超出了IEMCAP的范圍。

下面以美國空軍對宇宙飛船上的航空電子系統(tǒng)的子系統(tǒng)的電磁干擾預(yù)測程序為例，簡單地說明預(yù)測分析過程。

(1)天線到天線的兼容性分析程序(ATACAP)用來分析發(fā)射機和接收機之間通過天線耦合所構(gòu)成的電磁干擾。

(2)線到線的兼容性分析程序(WTWCAP)用來分析線束內(nèi)由交叉耦合所產(chǎn)生的電磁干擾。

(3)場到線的兼容性分析程序(FTWCAP)用來分析由機上天線輻射穿過飛機表面小孔滲入機艙內(nèi)，在線束上感應(yīng)產(chǎn)生的電磁干擾。

(4)機殼到機殼的兼容性分析程序(BTBCAP)用來分析由低頻磁場耦合到設(shè)備機殼內(nèi)的敏感變壓器和電子束器件而產(chǎn)生的電磁干擾。在進行電磁干擾預(yù)測時，這四個程序可以一起運行，也可以按需要獨立運行。應(yīng)指出的是，系統(tǒng)內(nèi)的電磁干擾耦合途徑應(yīng)包括場到機殼、線到機殼之間的耦合，但是建立這兩類耦合的數(shù)學(xué)模型極為復(fù)雜，至今尚在研究之中。除此，還必須考慮通過電源的公共阻抗的耦合，以及由一個回路耦合至另一個回路的地電流耦合。

圖4.4-4所示是該預(yù)測程序的流程圖。圖中，方框2“電磁環(huán)境”包括各種傳導(dǎo)和輻射干擾環(huán)境中的電場、磁場和電流參數(shù)。如果對環(huán)境參數(shù)難以預(yù)料，則可按經(jīng)驗預(yù)置某些參數(shù)或?qū)⒁?guī)范規(guī)定的極限值輸入。方框5～11是各種主要耦合通道和機制(尚未全部列出)。接著由方框12求出各種干擾在受干擾接收器輸入端口的和。然后，方框14算出干擾輸出和受干擾接收器內(nèi)部噪聲之比I／N，再由方程16將I／N與電磁干擾安全裕度或用戶要求的計算基準(zhǔn)x(dB)進行比較。如果I／N≤x(dB)，則說明已達到電磁兼容性要求并打印出結(jié)果。否則，應(yīng)采取必要的電磁兼容性技術(shù)措施或與用戶商量降低要求，并重新分析在新條件下的電磁兼容性，直到滿意為止。主框19是程序庫，儲存了各種類型的干擾預(yù)測程序。因為對于不同的干擾源、傳輸函數(shù)和敏感設(shè)備的組合，需要使用不同的程序分析。圖4.4-4航空電子系統(tǒng)的分系統(tǒng)間電磁干擾預(yù)測程序流程圖

4.5系統(tǒng)間電磁干擾預(yù)測分析程序

在系統(tǒng)間的電磁兼容性問題中，關(guān)心的是獨立系統(tǒng)間的潛在干擾，尢為重視與本系統(tǒng)工作于同一頻段的其他系統(tǒng)。系統(tǒng)間與系統(tǒng)內(nèi)的電磁干擾預(yù)測分析的方法及過程大致相同，但基本規(guī)律不同，原因在于控制和修改他人的系統(tǒng)是十分困難甚至是不可能的，所以對系統(tǒng)間的電磁干擾常常難以控制。另外，雖然在系統(tǒng)間可能會出現(xiàn)一些傳導(dǎo)干擾，但是基本形式還是輻射干擾，也就是通過兩天線之間的輻射近區(qū)場或遠區(qū)場的耦合。系統(tǒng)間電磁干擾預(yù)測的最終目的是估計發(fā)射機對與其鄰近的接收機所產(chǎn)生的干擾效應(yīng)，以及確定接收機對發(fā)射機干擾信號所產(chǎn)生的響應(yīng)。

發(fā)射機對鄰近接收機的干擾效應(yīng)可由接收機在調(diào)諧時輸入端的干擾噪聲比(I/N)來表述，參照式(4.1-3)，I/N可寫成如下形成：(4.5-1)式中，PT為發(fā)射機輸出的干擾功率(dBW)，GT與GR為發(fā)射天線與接收天線的增益(dB)，LP為電波由發(fā)射天線到接收天線的傳輸損耗(dB)，PN為接收機輸入端的噪聲功率即有效熱噪聲功率(dBW)，φ(β)為帶寬修正因子(dB)，φ(Δf)為失諧修正因子(dB)。式(4.5-1)反映了接收機輸入端的干擾電平與系統(tǒng)噪聲之間的關(guān)系。

這里，對φ(β)和φ(Δf)作一介紹。當(dāng)干擾信號出現(xiàn)在接收機輸入端時，如果干擾信號帶寬大于接收機帶寬時，則接收機上會接收干擾的一部分，這可減弱干擾信號的影響。為此引入了帶寬修正因子φ(β)，有(4.5-2)式中，βR與βT分別為接收機和發(fā)射機干擾信號的帶寬。顯然，如果干擾信號帶寬等于或小于接收機帶寬，則干擾將全部進入接收機，此時φ(β)=0dB。另外，當(dāng)干擾頻率與接收頻率相對失諧時，由于接收機通常與干擾信號頻譜的重疊部分變小，則進入接收機的干擾也相對減小，失諧修正因子φ(Δf)定義為干擾發(fā)射機與接收機之間失諧為Δf時的干擾功率與共信道時(Δf)的干擾功率之比，即

式中，f0為調(diào)諧頻率。(4.5-3)在確定了發(fā)射機對鄰近接收機的干擾效應(yīng)，即求出了接收機輸入端的干擾信號電平后，接收機是否對此干擾產(chǎn)生響應(yīng)，可由第二個干擾預(yù)測方程確定，該方程為

式中，S/N為接收機輸入端信號與噪聲比(dB)，S/I為接收機輸入端的信號與干擾比(dB)，I/N為接收機輸入端的干擾與噪聲比(dB)(由式(3.7-1)給出)。由式(4.5-4)可見，如果接收機輸入的有用信號電平足夠高，則即使干擾電平較高，也不會構(gòu)成電磁危害。(4.5-4)接收機對發(fā)射機干擾信號的響應(yīng)還可以通過干擾安全裕度IM來描述。由式(4.1-1)和式(4.1-2)可見，如果IM<0，則將不兼容。

系統(tǒng)間電磁干擾預(yù)測，也是從分析最簡單的“發(fā)射—響應(yīng)”對著手的，但往往“發(fā)射—響應(yīng)”對數(shù)目很大，因此計算大量的“發(fā)射—響應(yīng)”對的干擾響應(yīng)，必須借助計算機，而且計算機預(yù)測程度所考慮的數(shù)學(xué)模型也較復(fù)雜。例如，傳輸函數(shù)模型由天線模型和傳輸模型組成。天線模型包括近場增益修正、極化修正、掃描修正等；傳輸模型包括計及地形影響和鄰近障礙體、基地平臺(如艦船甲板、飛機機身)等影響的電波傳播、對流層的散射傳播等。程序的結(jié)果輸出包括兩部分：合成的干擾安全裕度大小和干擾對系統(tǒng)性能影響的定量估計。

4.6電磁環(huán)境/干擾預(yù)測模型

美國陸軍在試驗場的電磁環(huán)境測試試驗室研制了一套自動干擾測試設(shè)施，將其與一個干擾預(yù)測模型聯(lián)合使用，就可提供在典型的戰(zhàn)術(shù)環(huán)境中電子設(shè)備的正常工作概率和系統(tǒng)效率。

該預(yù)測模型由一些相互關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型組成，這些模型從數(shù)學(xué)上模擬了系統(tǒng)態(tài)勢的電磁環(huán)境和通信電子裝備的作戰(zhàn)特性，并預(yù)測通信電子裝備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)的性能。

預(yù)測程序由數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和干擾預(yù)測兩個主要部分組成，這兩部分均包含了很多獨立的適應(yīng)特定任務(wù)的計算機程序和子程序。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備部分有兩個主要功能：①產(chǎn)生并保存主要數(shù)據(jù)庫；②抽取并建立任務(wù)測試臺。主要數(shù)據(jù)庫的建立基于在一假想戰(zhàn)斗機內(nèi)使用的通信電子裝備的技術(shù)數(shù)據(jù)、部署或用途數(shù)據(jù)以及有關(guān)裝備正常工作與否的比分參數(shù)。任務(wù)測試臺是按特定任務(wù)的要求，從主數(shù)據(jù)庫選出的有關(guān)數(shù)據(jù)組成的。

干擾預(yù)測部分由四個模塊組成，即鏈路選擇、干擾識別、比分評定和輸出。鏈路選擇模塊接收從任務(wù)測試臺送來的數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)測計劃建立的判據(jù)選出需進行分析的鏈路。由于一個問題中牽涉的裝備數(shù)目太大，為此擬采用統(tǒng)計取樣的辦法，以減少部署的通信電子設(shè)備構(gòu)成的鏈路數(shù)目，以便能進行實際評定。取樣數(shù)的多少取決于所要求分析的精度。另外，對抽樣加權(quán)，以保證對執(zhí)行既定戰(zhàn)術(shù)任務(wù)有最重要作用的裝備選入。鏈路選擇模塊的輸出作為干擾識別模塊的輸入。在干擾識別模塊中，主要是計算被評定鏈路的接收機輸入終端處有用信號和干擾信號電平的統(tǒng)計值。這些電平是下述因素的函數(shù)：發(fā)射機輸出功率、發(fā)射機天線與接收天線的增益、傳輸損耗。干擾識別部分根據(jù)發(fā)射機的功率電平、發(fā)射機占空因素(發(fā)射機實際輻射的時間百分比)和接收機特性，可辨出在鏈路中哪些發(fā)射機可能產(chǎn)生干擾。干擾識別模塊的輸出作為比分評定模塊的輸入。在比分評定模塊中，設(shè)有用于計算被評定裝備或系統(tǒng)正常工作概率的程序。比分評定模塊的輸出作為輸出模塊的輸入。輸出模塊主要是計算系統(tǒng)效率(SE)，以判定其完成軍事任務(wù)的效果，其輸出可以提供一種定量性量度，用以預(yù)測通信電子裝置或系統(tǒng)執(zhí)行其既定功能的好壞程度，以及它們能否在擬定的作戰(zhàn)環(huán)境中正常工作。

該預(yù)測模塊的計算過程分為如下幾步：

(1)接收機特性。在給定環(huán)境中選出一部接收機，將其地點、所分配的頻率與選擇性、雜波響應(yīng)的靈敏度、互調(diào)特性、天線類型與方位等數(shù)據(jù)存入計算機存儲器，以供其后確定在某些頻率下干擾些接收機所需的信號功率電平。

(2)發(fā)射機特性。在給定環(huán)境中選出一部發(fā)射機，將其地點、所分配頻率與頻譜特性、天線類型與方位等數(shù)據(jù)存入計算機存儲器。發(fā)射機在每一頻率電平可看做是由一單頻發(fā)射機產(chǎn)生的。然后將各單頻發(fā)射機的頻率與接收機的雜波響應(yīng)相比較。如果兩者不一致，此發(fā)射機就被排除，并從給定環(huán)境中另選一發(fā)射機，重復(fù)上述計算；如果兩者一致，就有可能產(chǎn)生干擾信號，須作進一步的計算。

(3)天線失配與天線電纜損耗。發(fā)射機的功率輸出應(yīng)考慮阻抗失配與電纜損耗，并用適當(dāng)?shù)膿p耗因素修正。

(4)天線方向圖損耗。計算收發(fā)天線的方向圖中最大輻射與接收方向不對準(zhǔn)時所引入的功率損耗。

(5)傳輸損耗。計算電波在傳播途徑中產(chǎn)生的損耗。由第(3)～(5)步的計算來修正發(fā)射機的輸出功率，以盡量正確地估計發(fā)射機對接收機處電磁環(huán)境的影響。

(6)接收機功能檢查、比分評定與輸出。至此，可將接收機輸入端的干擾信號與其敏感度門限比較。如果前者大于后者，則干擾信號的頻率與功率電平被存入計算機存儲器中，以供比分評定模塊用；反之，該干擾可排除，并選取另一個發(fā)射機，重復(fù)整個計算過程。

4.7天線系統(tǒng)配置的預(yù)測分析

復(fù)雜電子系統(tǒng)如艦船、飛機、軍事基地、通信工程車、衛(wèi)星等往往需在一個有限空間里安裝許多副天線，此時，如何預(yù)測天線系統(tǒng)的干擾性能是實現(xiàn)和設(shè)計系統(tǒng)間電磁兼容性的關(guān)鍵之一。

這里以飛機為例，飛機天線系統(tǒng)的設(shè)計包括單個天線設(shè)計和天線系統(tǒng)配置兩方面的內(nèi)容。實踐已證明，飛機天線系統(tǒng)的配置設(shè)計對整個飛機的技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)性能有著重大影響。如果在飛機設(shè)計階段不進行天線系統(tǒng)的性能預(yù)測，僅憑經(jīng)驗去安裝幾十副天線，則可能出現(xiàn)飛機上不同設(shè)備或系統(tǒng)的發(fā)射機與接收機之間相互干擾，甚至接收機前級被燒毀，而發(fā)射天線之間的互相干擾則可能產(chǎn)生功率倒灌，致使發(fā)射機失諧和失配，系統(tǒng)效率下降。天線受其他天線和附近金屬物的影響，又會引起天線性能的改變，如天線輸入阻抗的變化和天線損耗的增加會造成天線失配和效率下降。天線上電流分布的變化和附近金屬物上感應(yīng)電流的二次輻射和遮擋效應(yīng)又會使天線方向圖發(fā)生畸變，從而形成通信盲區(qū)。近場輻射會影響人和武器裝備的安全，這在艦船、軍事基地上尤為嚴(yán)重。這一切最終將導(dǎo)致飛機的技術(shù)和戰(zhàn)斗性能下降。

天線系統(tǒng)設(shè)計的目的是按電磁兼容性的要求，合理設(shè)計各天線和性能及其位置，以獲得最佳配置方案。天線系統(tǒng)配置的判據(jù)為天線輸入阻抗和方向圖、天線耦合度、近場分布等參數(shù)。

天線系統(tǒng)性能預(yù)測的一種主要手段是模型測試法。近年又發(fā)展了另一種利用數(shù)學(xué)模型預(yù)測的新方法。借助數(shù)學(xué)模型和計算機技術(shù)進行預(yù)測，無需昂貴的精細模型和測試系統(tǒng)與場地，預(yù)測周期短，而且還能預(yù)測模型法不能測試的一些參數(shù)如近場、高頻電流分布等，尤其在系統(tǒng)論證和設(shè)計階段更顯其優(yōu)越性。

當(dāng)飛機的幾何尺寸小于工作波長時，以矩量法(MM)為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型具有很大的實用意義。矩量法是將有關(guān)輻射和散射問題的積分方程化成可供計算機處理的矩陣方程。在高頻段(2～30MHz)，飛機的數(shù)學(xué)模型可由兩種方式構(gòu)成：線柵模型(WiregridModel)和面片模型(Surface-PatchModel)。圖4.7-1所示是美國F4型戰(zhàn)斗機的線柵模型，圖中用線柵網(wǎng)絡(luò)模擬飛機的真實導(dǎo)電表面，并給出10MHz時的飛機電尺寸。收音機模型的線段是這樣安排的，機身為三維結(jié)構(gòu)，而機翼和尾翼則是平面的。其中每條直線又可分為若干線段。在飛機的兩翼與機身上各置一小環(huán)天線，天線基部為激勵源。利用矩量法可求出天線和線柵模型上各線段的電流分布，為此則可直接計算天線的電性能參數(shù)。圖4.7-2所示為計算所得的方向圖。如果把機翼和機身看做是十字交叉的偶極子，則由圖4.7-2可見，只激勵機翼，則會產(chǎn)生前后方輻射特性越來越好。圖4.7-1F4戰(zhàn)斗機的線柵模型圖4.7-2以90°相位調(diào)相時F4飛機的方向圖在線柵模型法中，計算所得的線柵網(wǎng)絡(luò)上的電流僅是真實電流的近似，可用來計算天線的遠區(qū)場，但不能用來計算近區(qū)場。這是因為在導(dǎo)線近旁具有電抗性場，而連續(xù)的金屬表面是不具有這種性質(zhì)的。飛機的另一種矩量法數(shù)學(xué)模型是面片模型，即用矩形或三角形的板塊來模擬飛機的真實導(dǎo)電表面。用矩量法可算出每塊面片上的電流分布，然后便可設(shè)計天線的遠區(qū)場和近區(qū)場的有關(guān)電參數(shù)。三角形面片模型的計算比矩形面片復(fù)雜，但可以模擬任何形狀的金屬或介質(zhì)體(包括有耗介質(zhì))表面，因此，它正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。矩量法也可用于計算天線的近區(qū)場分布和天線的耦合度。在微波波段，飛機的電尺寸遠大于工作波長，應(yīng)使用以幾何繞射理論(GTD)為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型。以美軍F16型戰(zhàn)斗機為例(見圖4.7-3)，圖4.7-4所示是該飛機的數(shù)學(xué)模型，其中，飛機機身模型是由兩段具有不同軸長的橢圓球體拼接而成的復(fù)合橢球體(見圖4.7-5)，這兩段橢球體的長短軸分別為AX、BX和CX、DX。飛機機翼、尾翼模型是由有限長平板構(gòu)成。對于置于飛機機身的λ/4單極天線，天線在遠區(qū)給定場點的輻射場是由下述GTD場分量疊加而成：①直射場；②復(fù)合橢球體表面的繞射場；③有限長平板的反射場；④板邊緣的繞射場；⑤橢球體與平板交接處曲面接口邊緣的繞射場；⑥平板邊緣頂角的繞射場。此外，還包括由某一結(jié)構(gòu)反射或繞射至另一結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的各類GTD高階場分量，如二次反射、反射—繞射、繞射—反射和二次繞射場等。對置于飛機頂部的λ/4單極天線的方位角圓錐面方向圖進行計算與測試，兩者是相當(dāng)吻合的。

雷達天線系統(tǒng)配置的預(yù)測，通常是借助于雷達方程來討論收發(fā)天線之間的能量耦合問題，進而可分析雷達天線的電磁兼容性。圖4.7-3F16戰(zhàn)斗機圖4.7-4F16戰(zhàn)斗機的數(shù)學(xué)模型圖4.7-5機身的數(shù)學(xué)模型

4.8系統(tǒng)電磁干擾預(yù)測的實例

本節(jié)以小容量的無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)為例，介紹電磁干擾預(yù)測的具體要求與方法。小容量無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是一種戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)。衡量傳輸質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是傳輸速率和誤碼率，電磁干擾的危害主要表現(xiàn)在對誤碼率的影響。一般要求在白噪聲干擾條件下，數(shù)據(jù)通信的硬件接口處的誤碼率為10-5量級，若再考慮隨機干擾和瞬態(tài)干擾，則必須通過糾錯碼措施來維持10-5量級。在數(shù)據(jù)鏈路控制級，可通過智能終端的糾錯碼功能，進一步將誤碼率降低到10-9量級。因此，在設(shè)計無線信道時，應(yīng)根據(jù)在Rayleigh衰落情況下所規(guī)定的誤碼率指標(biāo)和所選用的調(diào)制方式，算出歸一化的信噪比要求，并留有電磁干擾的安全裕度，然后在信道上予以保證。為此，必須通過電磁干擾預(yù)測和分析，找出各項干擾以及它們的總和，從而求出數(shù)據(jù)誤碼率的定量值。

1.數(shù)學(xué)模型

小容量無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的電磁干擾有四種類型：天線的耦合干擾、傳導(dǎo)干擾、輻射干擾和機殼泄漏干擾。其中，輻射干擾由于涉及電磁環(huán)境、非同頻干擾、同頻干擾、鄰道干擾、互調(diào)干擾及阻塞干擾等，因此情況相當(dāng)復(fù)雜。對其他三項干擾，則可通過干擾防護措施的設(shè)計原則加以解決。對于恒參信道，輻射干擾的數(shù)學(xué)模型可表示為

PI=PT+GM-LP

(4.8-1)

式中，PI為干擾功率接收電平；PT為干擾功率發(fā)射電平；GM為天線的互增益，它等于發(fā)射天線增益Gts和接收天線增益Grs之和；LP為傳輸損耗(dB)，它包括自由空間的傳輸損耗、一階Fresnel區(qū)阻擋損耗、繞射損耗、饋線損耗以及失配損耗等。干擾功率PIi包含了各種干擾，即線性干擾與非線性干擾之和。線性干擾對接收機的作用與信號一樣，僅是干擾不含有用信息而已。若在式(4.8-1)中，對PI引入GM，φ(β),φ(Δf)三項修正，即可得到線性干擾功率。這里，除收發(fā)天線的主波束對準(zhǔn)的情況外，GM均不再等于收發(fā)天線的增益之和?？紤]到天線方向圖的復(fù)雜性，為此根據(jù)主波束增益把天線方向圖分成許多層，這些層所占據(jù)的角度大小是天線水平波束寬度的函數(shù)。天線的互增益等于兩天線對應(yīng)層次的增益之和。φ(β)為帶寬修正因子，φ(Δf)為失諧修正因子。對于非線性干擾，在作一定的分段近似處理后，也可采用線性干擾的數(shù)學(xué)模型。

載噪比可表示為

式中，PR為發(fā)射功率電平。

歸一化信噪比可表示為(4.8-2)(4.8-3)式中，BW為接收機帶寬(Hz)，rs為傳輸速率(bit/s)。誤碼率BER與調(diào)制方式有關(guān)，表4.8.1列出了幾種調(diào)制方式的誤碼率，其中erf(x)為誤差函數(shù)。表4.8.1幾種調(diào)制方式的誤碼率

2.電磁干擾預(yù)測程序

電磁干擾預(yù)測程序如圖4.8-1所示。輸入?yún)?shù)有電臺樣品數(shù)、信號頻率、發(fā)射功率、收發(fā)信號機位置坐標(biāo)，并打印出電臺分布圖和CNR、S/N和PR的計算值，列出表格，如表4.8.2所示。通過電磁干擾預(yù)測和分析，可以知道各種干擾源對接收機載信噪比降低和誤碼率惡化的影響，從而制定干擾源發(fā)射頻率、功率、距離、方位的極限值和規(guī)范，并不斷修改，直至誤碼率符合要求為止。最后，將整個系統(tǒng)的極限值轉(zhuǎn)化為對單個干擾源及信號發(fā)射機的技術(shù)要求。圖4.8-1數(shù)據(jù)傳輸通信網(wǎng)的電磁干擾預(yù)測表4.8.2小容量無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的電磁干擾預(yù)測

4.9電磁兼容性設(shè)計

4.9.1電磁兼容性設(shè)計基本原則

由于電子產(chǎn)品和線路在完成其功能的同時，也產(chǎn)生了大量的功能性騷擾及其他騷擾，甚至不能滿足敏感度要求。因此在進行電子產(chǎn)品設(shè)計和電子線路設(shè)計時，必須將功能和電磁兼容性綜合考慮。對產(chǎn)品做電磁兼容性設(shè)計可以從電路設(shè)計(包括器件選擇)、軟件設(shè)計、線路板設(shè)計、屏蔽結(jié)構(gòu)、信號線／電源線濾波、電路的接地方式設(shè)計等方面考慮。

1)器件選擇原則

在大多數(shù)情況下，電路的基本元件滿足電磁特性的程度將決定著功能單元和最后的設(shè)備滿足電磁兼容性的程度。選擇合適的電磁元件的主要準(zhǔn)則包括帶外特性和電路裝配技術(shù)。因為是否能實現(xiàn)電磁兼容性往往是由遠離基頻的元件響應(yīng)特性來決定的。而在許多情況下，電路裝配又決定著帶外響應(yīng)(例如引線長度)和不同電路元件之間互相耦合的程度。具體規(guī)則是：

(1)在高頻時，和引線型電容器相比，應(yīng)優(yōu)先使用引線電感小的穿心電容器或支座電容器來濾波。

(2)在必須使用引線式電容時，應(yīng)考慮引線電感對濾波效率的影響。

(3)鋁電解電容器可能發(fā)生幾微秒的暫時性介質(zhì)擊穿，因而在紋波很大或有瞬變電壓的電路里，應(yīng)該使用固體電容器。

(4)使用寄生電感和電容量小的電阻器。片狀電阻器可用于超高頻段。

(5)大電感寄生電容大，為了提高低頻部分的插損，不要使用單節(jié)濾波器，而應(yīng)該使用若干小電感組成的多節(jié)濾波器。

(6)使用磁芯電感要注意飽和特性，特別要注意高電平脈沖會降低磁芯電感的電感量和在濾波器電路中的插損。

(7)盡量使用屏蔽的繼電器并使屏蔽殼體接地。

(8)選用能夠有效的屏蔽和隔離的輸入變壓器。

(9)用于敏感電路的電源變壓器應(yīng)該有靜電屏蔽，屏蔽殼體和變壓器殼體都應(yīng)接地。

(10)設(shè)備內(nèi)部的互聯(lián)信號線必須使用屏蔽線，以防它們之間的騷擾和耦合。

(11)為使每個屏蔽體都與各自的插針相連，應(yīng)選用插針足夠多的插頭座。

2)電磁兼容性設(shè)計原則

目前電子器材用于各類電子設(shè)備和系統(tǒng)仍然以印制電路板為主要裝配方式。實踐證明，即便電路原理圖設(shè)計正確，但印制電路板設(shè)計不當(dāng)，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細平行線靠得很近，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此，在設(shè)計印制電路板的時候，應(yīng)注意采用正確的方法。

(1)地線設(shè)計。在電子設(shè)備中，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，可解決大部分干擾問題。電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機殼地(屏蔽地)、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點：①正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點接地。當(dāng)信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗會變得很大，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，采用就近多點接地。當(dāng)工作頻率在1MHz～10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應(yīng)超過波長的1／20，否則應(yīng)采用多點接地法。

②將數(shù)字電路與模擬電路分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。③盡量加粗接地線。若接地線很細，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此應(yīng)將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3mm。

④將接地線構(gòu)成閉環(huán)路。設(shè)計只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時，將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力，其原因在于：印制電路板上有很多集成電路組件，尤其遇到耗電多的組件時，因受接地線粗細的限制，會在地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，若將接地結(jié)構(gòu)成環(huán)路，則會縮小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。

(2)電磁兼容性設(shè)計。電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時又能減少電子設(shè)備本身對其他電子設(shè)備的電磁干擾。

①選擇合理的導(dǎo)線寬度。由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線的電感成分造成的，因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線的電感量。印制導(dǎo)線的電感量與其長度成正比，與其寬度成反比，因而短而粗的導(dǎo)線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、行驅(qū)動器或總線驅(qū)動器的信號線常常載有大的瞬變電流，印制導(dǎo)線要盡可能地短。對于分立組件電路，印制導(dǎo)線寬度在1.5mm左右時，即可完全滿足要求；對于集成電路，印制導(dǎo)線寬度可在0.2mm～1.0mm之間選擇。②采用正確的布線策略。采用平等走線可以減少導(dǎo)線電感，但導(dǎo)線之間的互感和分布電容增加，如果布局允許，最好采用井字形網(wǎng)狀布線結(jié)構(gòu)，具體做法是印制板的一面橫向布線，另一面縱向布線，然后在交叉孔處用金屬過孔相連。為了抑制印制板導(dǎo)線之間的串?dāng)_，在設(shè)計布線時應(yīng)盡量避免長距離的平行走線。

(3)去耦電容配置。在直流電源回路中，負載的變化會引起電源噪聲。例如在數(shù)字電路中，當(dāng)電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時，就會在電源線上產(chǎn)生一個很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲，是印制電路板的可靠性設(shè)計的一種常規(guī)做法，配置原則如下:

①電源輸入端跨接一個10μF～100μF的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用100μF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。②為每個集成電路芯片配置一個0.01μF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時，可每4～10個芯片配置一個1μF～10μF鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz～20MHz范圍內(nèi)阻抗小于1Ω，而且漏電流很小(0.5μA以下)。

③對于噪聲能力弱、關(guān)斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應(yīng)在芯片的電源線(VCC)和地線(GND)間直接接入去耦電容。

④去耦電容的引線不能過長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。

(4)印制電路板的尺寸與器件的布置。印制電路板大小要適中，過大，印制線條長，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降，成本也高；過小，則散熱不好，同時易受臨近線條干擾。在器件布置方面與其他邏輯電路一樣，應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠離邏輯電路，如有可能，應(yīng)另做電路板，這一點十分重要。

(5)散熱設(shè)計。從有利于散熱的角度出發(fā)，印制版最好是直立安裝，板與板之間的距離一般不應(yīng)小于2cm，而且器件在印制版上的排列方式應(yīng)遵循一定的規(guī)則：

①對于采用自由對流空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路(或其他器件)按縱長方式排列：更于采用強制空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路(或其他器件)按橫長方式排。

②同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上方(人口處)，發(fā)熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等)放在冷卻氣流最下方。③在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時對其他器件溫度的影響。

④對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區(qū)域(如設(shè)備的底面)，千萬不要將它放在發(fā)熱器件的正上方，多個器件最好是在水平面上交錯布局。

⑤設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動，所以在設(shè)計時要研究空氣流動路徑，合理配置器件或印制電路板。空氣流動時總是趨向于阻力小的地方流動，所以在印制電路板上配置器件時，要避免在某個區(qū)域留有較大的空域。4.9.2電磁兼容性設(shè)計方法

保證設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容性是一項復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)，對解決這個任務(wù)不存在萬能的方法。由于問題的綜合性質(zhì)，只有在各個階段(包括設(shè)計階段到使用階段在內(nèi))，利用不同性質(zhì)的措施才能有效地全部解決這個問題。

一般來說，保證設(shè)備或系統(tǒng)電磁兼容性的方法可以大致分為組織方法和技術(shù)方法兩類。技術(shù)方法是系統(tǒng)工程方法、電路技術(shù)方法、設(shè)計和工藝方法的總和，其目的是改善無線電設(shè)備、電子設(shè)備、電氣設(shè)備的性能。采用這些方法是為了降低所有的干擾電平，增加干擾在傳播或傳輸途徑上的衰減，降低感受器(敏感體)對非有意干擾的敏感程度，依靠信息的傳輸和處理方法來減小非有意電磁干擾的作用等。

組織方法是在各類型的無線電電子設(shè)備之間劃分頻帶，選擇電子設(shè)備分布的空間信號，無線電發(fā)射機功率電平值等。同時，這類方法也包括制定和采用某些限制性規(guī)章及一些其他方法，為研制和生產(chǎn)無線電電子設(shè)備、電氣設(shè)備等規(guī)定了方向和途徑。這兩種方法不是截然分開的，它們的界限都是相對的，它們的具體內(nèi)容既相互聯(lián)系又相互制約。例如技術(shù)方法中減少發(fā)射機的非有意輻射和提高接收機的選擇性，是很有效的電路技術(shù)方法，同時也提供了組織實施方法，即將設(shè)備間的容許頻率間隔減小到最小程度。

在具體對電磁兼容性分析時，又可采用兩種方法：①確定法。電磁兼容性的未知參數(shù)用確定數(shù)量和函數(shù)來描述；②概率法。電磁兼容性的未知數(shù)用隨機值和函數(shù)來描述。

以具體設(shè)備為例，簡要介紹這兩種方法。

1)確定法

本方法基于采用能量準(zhǔn)則，對電子設(shè)備或系統(tǒng)進行電磁兼容性的成對評估、成組評估或綜合評估。所謂成對評估，是考慮由兩組設(shè)備中的每一個產(chǎn)生的干擾作用。組內(nèi)的每一個設(shè)備都是一對一地作用在另一個上。成組評估，是規(guī)定干擾源組的全部設(shè)備的所有敏感體影響。綜合評估以利用成組評估為基礎(chǔ)，成組評估以利用成對評估為基礎(chǔ)。但是，無論是成組評估，還是綜合評估，一般情況都不是某些成對評估的數(shù)量的簡單疊加。確定法對電磁兼容性分析時，為評價其工作質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)對具體電子設(shè)備選擇確定的具體模型。具體模型的選擇應(yīng)視分析的目的、對精度的要求、原始數(shù)據(jù)的詳細情況及可靠性來確定。一般說來，開始總是選擇最簡單的模型，以便用較少的時間和在較小的范圍內(nèi)作初始信息分析，得出初步的評價，當(dāng)然，其可靠性也較差。如果確定的模型比較完善，初始數(shù)據(jù)比較詳細，那么其可靠性可進一步提高，但問題也明顯復(fù)雜得多。為判別電磁兼容性存在與否，對于任何具體的干擾形式，需要規(guī)定“信號功率與干擾噪聲功率總和之比”即(PS／(P1+PN))0，當(dāng)超過此比值時，不出現(xiàn)電子設(shè)備不容許的性能降低，該值稱為監(jiān)界(容許)的“信號—干擾加噪聲之比”。如果下式成立：

則敏感體的電磁兼容性得到保證。(4.9.1)同理利用此準(zhǔn)則，可引入一個保護比系數(shù)K；

設(shè)信號功率為PS(或信號場強為ES)、干擾功率為P1(或干擾場強E1)，則PS/P1必須高出K倍，K稱為保護比，則

一般,K>>1，通?？捎捎脩艋蚣夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件給出。(4.9.2)

2)概率法

概率法可用隨機函數(shù)來描述。它與影響電磁兼容性的一系列因素有關(guān)。這些因素包括：

(1)各種參數(shù)離散量：如不希望的輻射電平，信號和干擾的衰減；一些具體無線電接收機的電磁兼容參數(shù)等，以及這些數(shù)值的不確定性。

(2)與電波傳播有關(guān)的信號和干擾的起伏，元件的老化，氣候條件的變化和其他類似的原因而引起的被接收的干擾功率隨時間改變的情況。

(3)在所分析的設(shè)備中，輻射和接收工作頻率可能發(fā)生的變化等。

(4)對移動目標(biāo)而言，相互方位改變的影響下，可移動設(shè)備中發(fā)生信號和干擾電平的變化。

按照概率法，干擾頻率和接收通道的數(shù)值，描述設(shè)備的空間配置和相互方法，設(shè)備工作時間及信號和干擾電平特性的參數(shù)都是隨機的，滿足電磁兼容性條件也是隨機的，并用破壞電磁兼容性的概率PZ來描述。

破壞電磁兼容性概率，按使用的模型不同可分為三種情況：被研究的干擾源和感受器(敏感體)(成對評價)、干擾源和感受器組(成組評價)或干擾源組同感受器組(綜合評價)。電磁兼容概率分析的目的是找出這個數(shù)值?？紤]到解決所提供的一般形式的課題的復(fù)雜性，在評價電磁兼容性時，通常用數(shù)列簡化方法。為此，用離散狀態(tài)的組合代替參數(shù)序列值的連續(xù)集合，例如，做這樣的假定，即干擾頻率和接收通道有重疊或者沒有重疊，這樣，無線電電子設(shè)備的工作條件(相互位置和方位，干擾頻率和接收通道間的關(guān)系，以及電子設(shè)備的工作時間等)具有概率Pμ。用有限數(shù)M來描述，其中μ=1,2,…,M，則(4.9.3)每一種情況在實現(xiàn)時，電子設(shè)備的相互配置、方位、頻率和工作時間由固定的參數(shù)來確定，而只有信號和干擾電平，以及描述其結(jié)構(gòu)的量是隨機的。對于這些條件，能夠確定電磁兼容性破壞的概率(P1,f,T,r)(求出這些概率是統(tǒng)計無線電工程的任務(wù))。破壞電磁兼容性的總概率為

如果考慮影響電磁兼容性的每一種因素，在使用即使是不很大的序號時，它們綜合的總數(shù)量也是很大的，因而問題顯得很復(fù)雜。(4.9.4)4.9.3電磁兼容性設(shè)計要點

電磁兼容問題可以分為兩類。一類是電子電路、設(shè)備、系統(tǒng)在工作時由于相互干擾或受到外界的干擾，使其達不到預(yù)期技術(shù)指標(biāo)，如裝于機柜內(nèi)的由微處理器構(gòu)成的控制電路

受到裝在同一個機柜內(nèi)的馬達的干擾的問題。另一類電磁兼容問題，設(shè)備雖然沒有直接受到干擾的影響，但仍達不到規(guī)定的功能性指標(biāo)，因此也不能通過國家的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，如計算機設(shè)備產(chǎn)生超過電磁發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值，或在電磁敏感度、靜電敏感度等方面達不到要求。電子、電氣產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計的目的，是使產(chǎn)品在預(yù)期的電磁環(huán)境中能正常工作、無性能降低或故障，并具有對電磁環(huán)境中的任何事物不構(gòu)成電磁干擾的能力。電磁兼容性設(shè)計的基本方法是指標(biāo)分配和功能分塊設(shè)計。也就是說，首先要根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，把整個產(chǎn)品的電磁兼容性指標(biāo)要求，細分成產(chǎn)品級的、模塊級的、電路級的、元器件級的指標(biāo)要求；然后，按照各級要實現(xiàn)的功能要求和電磁兼容性指標(biāo)要求，逐級進行設(shè)計，及采取一定的防護措施等。做好產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計應(yīng)注意以下一些問題。

1.盡早進行電磁兼容性設(shè)計

經(jīng)驗證明，如果在產(chǎn)品開發(fā)階段解決兼容性問題所需費用為1，那么，等到定型后再想辦法解決，費用將增加10倍；若到批量生產(chǎn)后再解決，費用將增加100倍；若到用戶發(fā)現(xiàn)問題后才解決，費用可能到達1000倍。這就是說,如果在產(chǎn)品開發(fā)階段的同時進行電磁兼容性設(shè)計，就可以把80％～90％的電磁兼容性問題解決在產(chǎn)品定型之前。那種不顧電磁兼容性，只按常規(guī)進行產(chǎn)品設(shè)計，然后對樣品進行電磁兼容性技術(shù)測試，發(fā)現(xiàn)問題再進行補救的做法，非但在技術(shù)上會造成很大問題，還會造成人力、財力的極大浪費，所以，對于任何一種產(chǎn)品，盡早進行電磁兼容性設(shè)計都是非常必要的。

2.有源器件的選擇與電子電路分析

在完成產(chǎn)品的電路功能設(shè)計后，應(yīng)對各有源器件和電子電路進行仔細分析，應(yīng)特別注意分析那些容易產(chǎn)生干擾或容易受到干擾的器件和電路。一般來說，高速邏輯電路、高速時鐘電路、視頻電路和一些含有電接點的電器等，都是潛在的電磁干擾源，這些電路以及微處理器、低電平模擬電路等也很容易被干擾而產(chǎn)生誤動作；組合邏輯電路、線性電源及功率放大器等，則不易受到干擾的影響。模擬電路具有一定的接收頻帶寬度，如果電磁干擾的有效頻帶全部或部分地落在模擬電路的接收帶寬內(nèi)，則干擾就被接收并迭加在有用信號上，與之一起進入模擬電路，當(dāng)干擾與有用信號相比足夠大時，就會影響設(shè)備的正常工作。一些頻帶寬度達幾兆赫的視頻電路通常還同時成為干擾源；模擬電路的高頻振蕩也將成為干擾源，因此要正確選擇相位和反饋，以避免振蕩。數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài)，其高頻分量可延伸到數(shù)百兆赫以上。此外，外來干擾脈沖很容易使數(shù)字電路誤觸發(fā)。所以，數(shù)字電路既是干擾