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1、电磁兼容性设计方法及其在多天线系统设计中的应用陈林辉(中国电子科技集团第三十八研究所安徽合肥230088)摘要:机载任务电子系统中,往往在狭小空间中集成大量电子设备,且天线林立,因此电磁兼容性问题异常突出。相比以往设计后期的电磁兼容整改,在总体方案初期进行电磁兼容设计具有经济高效的优点。本文介绍了机载电子设备中电磁兼容性分析方法,运用自顶向下电磁兼容预测方法,对机载多天线系统进行电磁兼容性分析,提出总体设计方案。关键词:电磁兼容性分析总体设计方法电磁干扰隔离度中图分类号:TN820;TN820文献标识码:A文章编号:1007-9416(2014)12-0150-02电路的辐射源
2、、传导路径及易感电路。在电子设备电磁兼容性设计实践中采用的电磁干扰控制技术有:滤波、吸收与旁路、屏蔽、接地、布局布线、工艺控制、天线配置、频率管理等,其中屏蔽、接地、滤波、布局布线是最为常用的干扰抑制手段[2]。完整的电磁兼容设计流程闭环图如图1所示,对于复杂的电磁兼容问题可能还需要多次这样反复的过程[1]。2机载多天线系统电磁兼容影响分析机载任务电子系统往往天线众多,且相互间空间隔离有限。电磁环境的复杂性体现在:在空域上纵横交错、在时域上持续不断、在频域上密集交叠、在效能上随机多变。这些可能存在的电磁干扰,轻则可能影响到任务电子系统性能参数;重则可能产生误动作或功能失效,造成
3、装备毁伤。有效控制和消除电磁干扰,可将各设备本身产生的电磁噪声限制在一定的水平,使各试验设备或任务电子系统能够在共存的环境中互不发生干涉,充分发挥各自的最大效能。2.1外部干扰电磁干扰按传播途径可以分为传导干扰和辐射干扰两大类。传导干扰沿着导体传播,包括传输线间的相互耦合、接地传导干扰和电源传导干扰等。辐射干扰是通过电子设备发射天线的辐射外场和其他设备的天线、电缆及机箱孔缝之间的耦合等造成的干扰。预测分析方程是电磁兼容度预测定量预测的理论基础,电磁干扰裕度(M)表征了接收机接收到来自外部干扰信号功率PR后能否正常工作,其大小反应外界电磁辐射干扰影响大小[3],其中:M=P-SR
4、R在机载任务电子系统中往往在狭小空间里面集成大量电子信息设备,其中不乏各种探测、侦察、干扰、通信及导航等功能的电子设备,不仅天线众多且工作频率相互交迭、发射功率大且接收机灵敏度高,使得电磁兼容问题异常棘手,各种内外电磁干扰引起的设备失效故障常有发生。在设备设计初期及早鉴别电磁干扰隐患,采取电磁兼容性设计措施规避电磁兼容风险,可以大大节省全周期开发成本。关于电磁兼容性理论和方法探讨的文章很多,但多数是一些准则或者理论讨论方面的文章,本文尝试在实践中运用“自顶而下”的思想,基于电磁兼容性预评估,提出了行之有效的机载多天线系统电磁兼容性总体设计方案。1电磁兼容性分析方法在进行电子设备
5、电磁兼容分析时首先需对电磁兼容问题进行一定的预测,即依据产品中各设备布局、数量、功能设计建立干扰源模型、传输模型和易感器件模型,通过数值计算等手段对产品的电磁兼容性进行预评估,根据评估结果对产品的功能指标、布局等进行重新量化和分配,多次调整后得到良好的电磁兼容状态,解决电子设备之间的收发隔离问题,并最终解决各电子设备之间的相互干扰问题[1]。在分析设备间电磁干扰时,首先要考虑设备所在空域有无外来辐射干扰;其次再分析设备之间的相互干扰,在机载多天线系统中最大的相互干扰来自于天线发射时电磁波辐射,另外在设备间有无公用电源、有无公共接地平面及是否通过设备壳体构成接地环路也是要考量的因
6、素;最后再进一步考虑设备内部的干扰,即分析内部P=P+T-S-CRTRSF其中,P为外部干扰发射机功率,S为易感器件敏感度阈值,TTRRS为由干扰发射机到受干扰接受机之间的电磁波传播因子,S为非照F明区的阴影系数,C为发射及接收设备内部的损耗总和。机载任务电子系统在有限的装载空间内集中搭载了诸如雷达、通信、电子侦察等多种设备,在特定时间段内分时、同时或集中使天线频段图1电磁兼容性设计流程图图2各天线频段划分示意图收稿日期:2014-12-23作者简介:陈林辉(1983—),男,福建南平人,光学工程研究生学历,现为中电38所系统部工程师。150天线1天线2天线3天线4天线5电磁兼
7、容指标分配电磁兼容试验天线耦合分析电磁传输模型设备关联关系电磁兼容设计方案机体屏蔽性能设备屏蔽性能电磁环境天线布局设备布局天线布局电磁兼容几何模型工程设计几何尺寸用。从频段划分和工作时段两个方面,根据电子任务系统的功能和工作模式,对这些设备构成的系统复杂的电磁环境空间进行分析如图2、表1所示。具体来说,机载多天线任务系统本系统存在的外界辐射干扰主要来自同频段同时工作的天线之间耦合干扰,以及发射天线对同时工作接收天线的谐波干扰。例如,不仅是工作频段有重叠的天线2和天线1、天线3、天线5之间存在
