CN113687168A - 一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法 - Google Patents

一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种10kHz‑18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法,包括以下子步骤：S1.构建***结构模型，并确定***电场辐射发射的构成；S2.确定***的总体设计指标；S3.明确传输路径损耗L，根据总体设计指标，留6dB的设计余量，估算出***内部电磁环境辐射量值；S4.对***内部电磁环境辐射量值进行分解。本发明根据***的电磁发射特性，对各分***以及分***间互连线缆的电磁发射及抗干扰性能分配适应实际应用条件的电磁兼容性（EMC）指标，可以达到如下效果：（1）有抵御给定的电磁干扰的能力，并有一定的安全余量；（2）分***对环境不能产生超过规定限度的电磁干扰。

Description

一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解 方法
技术领域
本发明涉及电磁兼容性设计，一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法。
背景技术
电磁兼容性(EMC)指的是描述电子、电气设备或***自身电磁发射和承受电磁干扰的一种性能，即它们在一定电磁环境下，按一定要求正常工作的性能。随着电子器件、设备和***则越来越向着小型化、集成化、复杂化、高灵敏度、大功率、高速度和宽频带的方向发展，电子***平台上安装的电子设备安装密集度也大幅增加，导致各电子设备相互之间的电磁干扰(EMI)问题越来越突出，这就使电子设备和***的电磁干扰问题变得更为严重，因此电磁兼容性是各种电子、电气设备或***的一项重要指标，也是工程技术人员历来极为关心的问题。
***进行电磁兼容设计时需要满足一定的电磁发射及抗干扰性能限值，保证其***内部设备工作时不会对其他分***设备造成较大干扰。***的电磁发射是由各个设备的自身电磁辐射、***内部电源波动辐射、设备间互连线缆(电源线、信号线)上的感应电流辐射等多种电磁环境组成，由于设备种类、线缆布局不同，其电场辐射量值也会不同。对设备统一采用GJB 151B-2013的电磁兼容要求来制定的限值，极容易出现电磁兼容(EMC)过设计的问题，若采用这种方法制定的限值比实际应用过于严苛，会增加研制成本，甚至会延误产品研制进度，造成不必要的浪费。因此，亟需根据***内部设备的工作状况，来分配适应于实际应用条件的电磁兼容性(EMC)指标。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法，使得***存在抵御给定的电磁干扰的能力，并有一定的安全余量，并且各个对环境不能产生超过规定限度的电磁干扰。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法，包括以下子步骤：
S1.构建***结构模型，并确定***电场辐射发射的构成；
S2.确定***的总体设计指标；
S3.明确传输路径损耗L，根据总体设计指标，留6dB的设计余量，估算出***内部电磁环境辐射量值；
S4.对***内部电磁环境辐射量值进行分解。
优选地，所述***结构模型包括***外壳，所述***外壳内设置有线缆和多个设备，所述线缆包括电源线和信号线；其中电源线用于实现各个设备的供电，信号线用于实现各个设备之间的信号传输；
***电场辐射发射包括线缆的电场辐射发射与每一个设备的电场辐射发射，其中线缆的电场辐射发射包含电源线的电场辐射发射与信号线的电场辐射发射。
优选地，所述步骤S2中确定***的总体设计指标的方式包括以下任一种：
第一、通过天线在距离***1m处测试，得到***10kHz-18GHz电场辐射发射场，作为总体设计指标；
第二、直接规定***的总体设计指标。
进一步地，所述***内部电磁环境辐射量值为：
P内＝P外+L-6
其中P内为***内部电磁场环境指标，单位：dBV/m；P外为***总体设计指标，单位：dBV/m；L为总体指标分解的传输路径损耗，单位：dB，6为设计余量，单位dB。
进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.所述***外壳内部电磁环境是由设备和线缆电流的辐射场组成：
Figure BDA0003236584840000021
其中E设备n为设备n的辐射场，单位V/m；E线缆n为线缆n的辐射场，单位V/m；E设备总为壳体内设备辐射场总和，单位：V/m，E线缆总为壳体内线缆辐射场总和，单位：V/m；
令壳体内设备1的辐射场为E设备1，假设其他设备与设备1的辐射发射差值为DP，因此其他设备的辐射场值为
Figure BDA0003236584840000024
，壳体内所有设备辐射场总和为：
Figure BDA0003236584840000022
其中DP表示设备p与设备1的辐射发射差值，单位：dB；
S402.线缆辐射场一部分是由信号线感应电流产生,为分解信号线电磁兼容指标，需要建立分设备辐射场与信号线感应电流关系函数F(s)，以及信号辐射场与信号线感应电流关系函数H(s),信号线辐射场与设备辐射场的传递关系如下所示：
Figure BDA0003236584840000023
其中E设备n表示设备n的辐射场大小，单位V/m；
Figure BDA0003236584840000031
表示设备n在信号线m上产生的感应电流的关系函数；H信号线m(s)表示信号线m感应电流与辐射场的关系函数；
Figure BDA0003236584840000032
表示信号线m的辐射场大小，单位V/m；
S403.线缆辐射场的另一部分是由电源线本身的共模电流产生，为分解电源线电磁兼容指标，需要建立电源线辐射场与共模电流关系函数H'(s)，电源线共模电流与其辐射场的传递关系如下所示：
E电源线n＝I电源线n·H'电源线n(s)
其中E电源线n为电源线n共模电流辐射场；H'电源线n(s)为电源线n共模电流与辐射场的关系函数；I电源线n为电源线n共模电流；
S404.壳体内线缆的辐射场公式如下：
Figure BDA0003236584840000033
根据P＝20lgE，建立设备1辐射场、信号线感应电流辐射场、电源线共模电流辐射场与总体设计指标的关系：
Figure BDA0003236584840000034
S405.通过上式求出设备1的辐射指标，进而推导出信号线感应电流辐射场、电源线共模电流辐射场以及其他设备的辐射场设计指标，从而完成指标分解工作。
本发明的有益效果是：本发明根据***的电磁发射特性(即GJB151B-2013测试得到的RE102或者***总体设计规定的RE102)，对各分***以及分***间互连线缆的电磁发射及抗干扰性能分配适应实际应用条件的电磁兼容性(EMC)指标，可以达到如下效果：
(1)有抵御给定的电磁干扰的能力，并有一定的安全余量；
(2)分***对环境不能产生超过规定限度的电磁干扰。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为设备辐射场与线缆辐射场关系图；
图3为电源线共模电流与其辐射场关系图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
本发明为提高指标分解的准确性，需要明确各级指标分解的传输路径损耗、辐射场与线缆耦合的传递函数，加强各部分的分析预测及积累测试数据，便于在设计过程中对其进行逐步控制，如进行部分设备的RE测试，同时对壳体的屏蔽效能进行测试获得一手数据，从而调整指标分配，保证其合理性：
如图1所示，一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法，包括以下子步骤：
S1.构建***结构模型，并确定***电场辐射发射的构成；
S2.确定***的总体设计指标；
S3.上述指标是***内电磁环境经***外壳、大气、测量***等传输路径后得到，传输过程中涉及传输路径损耗L(总体指标分解的传输路径损耗，以外壳屏蔽为主)，故明确传输路径损耗L，根据总体设计指标，留6dB的设计余量，估算出***内部电磁环境辐射量值；
S4.对***内部电磁环境辐射量值进行分解。
在本申请的实施例中，所述***结构模型包括***外壳，所述***外壳内设置有线缆和多个设备，所述线缆包括电源线和信号线；其中电源线用于实现各个设备的供电，信号线用于实现各个设备之间的信号传输；
***电场辐射发射包括线缆的电场辐射发射与每一个设备的电场辐射发射，其中线缆的电场辐射发射包含电源线的电场辐射发射与信号线的电场辐射发射。
在本申请的实施例中，总体设计指标即10kHz-18GHz电场辐射发射指标，也就是RE102指标,所述步骤S2中确定***总体设计指标的方式包括以下任一种：
第一、通过天线在距离***1m处测试，得到***10kHz-18GHz电场辐射发射场，作为总体设计指标；
第二、直接规定***的总体设计指标。
进一步地，所述***内部电磁环境辐射量值为：
P内＝P外+L-6
其中P内为***内部电磁场环境指标，单位：dBV/m；P外为***总体设计指标，单位：dBV/m；L为总体指标分解的传输路径损耗，单位：dB。
进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.所述***外壳内部电磁环境是由设备和线缆电流的辐射场组成：
Figure BDA0003236584840000051
其中E设备n为设备n的辐射场，单位V/m；E线缆n为线缆n的辐射场，单位V/m；E设备总为壳体内设备辐射场总和，单位：V/m，E线缆总为壳体内线缆辐射场总和，单位：V/m；
令壳体内设备1的辐射场为E设备1，假设其他设备与设备1的辐射发射差值为DP，因此其他设备的辐射场值为
Figure BDA0003236584840000056
，壳体内所有设备辐射场总和为：
Figure BDA0003236584840000052
其中DP表示设备P与设备1的辐射发射差值，单位：dB；
S402.线缆辐射场一部分是由信号线感应电流产生,(未考虑辐射场二次作用于线缆改变线缆感应电流的情形)，该感应电流为电磁环境作用信号线产生，与此相关的电磁兼容指标为CS114、CS115、CS116、CS101、CS106，其中CS114为连续电磁波环境对线缆的耦合效应，CS115为非连续电磁波(如开关动作)环境对线缆的耦合效应，CS116为雷电环境对线缆的耦合效应，CS101为连续电磁波环境下线缆差模耦合效应，CS106为浪涌电磁环境下的线缆差模耦合效应。为分解信号线电磁兼容指标，需要建立分设备辐射场与信号线感应电流关系函数F(s)和信号线辐射场与信号线感应电流关系函数H(s),F(s)、H(s)可以通过仿真或试验测试的方法获得,在实际应用过程中将其作为预先测定好的已知函数。信号线辐射场与设备辐射场的传递关系如图2所示，且：
Figure BDA0003236584840000053
其中E设备n表示设备n的辐射场大小，单位V/m；
Figure BDA0003236584840000054
表示设备n在信号线m上产生的感应电流的关系函数；H信号线m(s)表示信号线m感应电流与辐射场的关系函数；
Figure BDA0003236584840000055
表示信号线m的辐射场大小，单位V/m；
S403.线缆辐射场另一部分是由电源线本身的共模电流产生(属于设备固有属性，不发生变化)，与此相关的线缆电磁兼容指标为CE102、CE107，为分解该线缆电磁兼容指标，需要建立电源线辐射场与共模电流关系函数H'(s)，可以通过仿真或试验测试的方法获得,在实际应用过程中将其作为预先测定好的已知函数，电源线共模电流与其辐射场的传递关系如图3所示，且：
E电源线n＝I电源线n·H'电源线n(s)
其中E电源线n为电源线n共模电流辐射场；H'电源线n(s)为电源线n共模电流与辐射场的关系函数；I电源线n为电源线n共模电流；
S404.壳体内线缆的辐射场公式如下：
Figure BDA0003236584840000061
根据P＝20lgE，建立设备1辐射场、信号线感应电流辐射场、电源线共模电流辐射场与总体设计指标的关系：
Figure BDA0003236584840000062
S405.通过上式求出设备1的辐射指标，进而推导出信号线感应电流辐射场、电源线共模电流辐射场以及其他设备的辐射场设计指标，从而完成指标分解工作。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法，其特征在于：包括以下子步骤：
S1.构建***结构模型，并确定***电场辐射发射的构成；
S2.确定***的总体设计指标；
S3.明确传输路径损耗L，根据总体设计指标，留6dB的设计余量，估算出***内部电磁环境辐射量值；
S4.对***内部电磁环境辐射量值进行分解。
2.根据权利要求1所述的一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法，其特征在于：所述***结构模型包括***外壳，所述***外壳内设置有线缆和多个设备，所述线缆包括电源线和信号线；其中电源线用于实现各个设备的供电，信号线用于实现各个设备之间的信号传输；
***电场辐射发射包括线缆的电场辐射发射与每一个设备的电场辐射发射，其中线缆的电场辐射发射包含电源线的电场辐射发射与信号线的电场辐射发射。
3.根据权利要求1所述的一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法，其特征在于：所述步骤S2中确定***的总体设计指标的方式包括以下任一种：
第一、通过天线在距离***1m处测试，得到***10kHz-18GHz电场辐射发射场，作为总体设计指标；
第二、直接规定***的总体设计指标。
4.根据权利要求1所述的一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法，其特征在于:所述***内部电磁环境辐射量值为：
P内＝P外+L-6
其中P内为***内部电磁场环境指标，单位：dBV/m；P外为***总体设计指标，单位：dBV/m；L为总体指标分解的传输路径损耗，单位：dB；6为设计余量，单位dB。
5.根据权利要求1所述的一种10kHz-18GHz电场辐射发射的***电磁兼容性指标分解方法，其特征在于:所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.所述***外壳内部电磁环境是由设备和线缆电流的辐射场组成：
Figure FDA0003236584830000011
其中E设备n为设备n的辐射场，单位V/m；E线缆n为线缆n的辐射场，单位V/m；E设备总为壳体内设备辐射场总和，单位：V/m，E线缆总为壳体内线缆辐射场总和，单位：V/m；
令壳体内设备1的辐射场为E设备1，假设其他设备与设备1的辐射发射差值为DP，因此其他设备的辐射场值为
Figure FDA0003236584830000021
壳体内所有设备辐射场总和为：
Figure FDA0003236584830000022
其中DP表示设备p与设备1的辐射发射差值，单位：dB；
S402.线缆辐射场一部分是由信号线感应电流产生,为分解信号线电磁兼容指标，需要建立分设备辐射场与信号线感应电流关系函数F(s)，以及信号辐射场与信号线感应电流关系函数H(s),信号线辐射场与设备辐射场的传递关系如下所示：
Figure FDA0003236584830000023
其中E设备n表示设备n的辐射场大小，单位V/m；
Figure FDA0003236584830000024
表示设备n在信号线m上产生的感应电流的关系函数；H信号线m(s)表示信号线m感应电流与辐射场的关系函数；
Figure FDA0003236584830000025
表示信号线m的辐射场大小，单位V/m；
S403.线缆辐射场的另一部分是由电源线本身的共模电流产生，为分解电源线电磁兼容指标，需要建立电源线辐射场与共模电流关系函数H'(s)，电源线共模电流与其辐射场的传递关系如下所示：
E电源线n＝I电源线n·H'电源线n(s)
其中E电源线n为电源线n共模电流辐射场；H'电源线n(s)为电源线n共模电流与辐射场的关系函数；I电源线n为电源线n共模电流；
S404.壳体内线缆的辐射场公式如下：
Figure FDA0003236584830000026
根据P＝20lgE，建立设备1辐射场、信号线感应电流辐射场、电源线共模电流辐射场与总体设计指标的关系：
Figure FDA0003236584830000027
S405.通过上式求出设备1的辐射指标，进而推导出信号线感应电流辐射场、电源线共模电流辐射场以及其他设备的辐射场设计指标，从而完成指标分解工作。
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