【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 感器 22隔離設(shè)計(jì) 23屏蔽設(shè)計(jì) 24布線設(shè)計(jì) 25微帶線 26轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì) 27差分走線 28蛇形走線 第六章：綜合案例1評(píng)估PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量 2單頻率點(diǎn)質(zhì)量評(píng)估 3大面積電流環(huán) 4電流回流經(jīng)過(guò)接插件 5電阻器引發(fā)失效 6射頻功率放大模塊 7車(chē)載 GPS 8車(chē)載攝像頭傳導(dǎo)發(fā)射整改 9通訊端口的EFT問(wèn)題 10關(guān)注源頭控制 11天線效應(yīng) 12地址總線引起的EMI輻射13主板輻射超標(biāo) 14掃描儀EMC設(shè)計(jì)整改案例 15電能表ESD 設(shè)計(jì) 16通信產(chǎn)品整改案例 17SDRAM電路EMI干擾 18某路由器產(chǎn)品 19SIEMENS GPS Interface 20車(chē)載導(dǎo)航產(chǎn)品輻射抗擾度整改師資介紹：周教授：英國(guó)Wayne kerr電子儀器公司技術(shù)顧問(wèn)、Emerson公司產(chǎn)品評(píng)審專(zhuān)家、美國(guó)Gerson Lehrman集團(tuán)專(zhuān)家、電子行業(yè)資深教授、大學(xué)博士；早年于西門(mén)子公司設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)7年，后一直從事電子設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、防腐蝕設(shè)計(jì)、防振設(shè)計(jì)、電子設(shè)備制造工藝設(shè)計(jì)、靜電防護(hù)體系建設(shè)、電子產(chǎn)品認(rèn)證等方面的研究，從業(yè)30余年經(jīng)驗(yàn)；出版專(zhuān)業(yè)著作8部，包括《電子設(shè)備結(jié)構(gòu)與工藝》、《電子設(shè)備防干擾原理與技術(shù)》、《現(xiàn)代傳感器技術(shù)》、《數(shù)控機(jī)床實(shí)用技術(shù)》、《現(xiàn)代電子設(shè)備設(shè)計(jì)制造手冊(cè)》、《電磁兼容基礎(chǔ)及工程應(yīng)用》、《家用電器實(shí)用技術(shù)》等，部分著作多次印刷發(fā)行；待出版的專(zhuān)業(yè)著作有《印制電路板設(shè)計(jì)制造技術(shù)》并應(yīng)一些單位的要求，編寫(xiě)了企業(yè)內(nèi)部規(guī)范等等；多次去國(guó)外進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)審并主持完成我國(guó)省部級(jí)科研課題多項(xiàng)，在中國(guó)工程院院刊等核心期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文40多篇，多篇被EI收錄。第三篇：機(jī)載天線電磁兼容分析姓名：周慧學(xué)號(hào)：2011201270專(zhuān)業(yè)：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)機(jī)載天線的電磁兼容性分析姓名：周慧學(xué)號(hào)：2011201270 摘 要：天線布局和電磁兼容是機(jī)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題。針對(duì)機(jī)載天線的特點(diǎn)，本文對(duì)機(jī)載天線的電磁兼容性的核心問(wèn)題和主要解決途徑進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，對(duì)常用的有限元法、物理光學(xué)、幾何光學(xué)等天線電磁兼容技術(shù)分析方法進(jìn)行了比較，結(jié)合機(jī)載天線的布局問(wèn)題綜合分析機(jī)載天線的電磁兼容技術(shù)。關(guān) 鍵 詞：機(jī)載天線 ；電磁兼容 ；天線布局一、引言隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，航空軍用電子設(shè)備已成為C3I 系統(tǒng)實(shí)施指揮和獲取情報(bào)的重要手段。預(yù)警機(jī)是情報(bào)、通訊、指揮和控制中心，要實(shí)現(xiàn)這些戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，就必然要在飛機(jī)這么一個(gè)有限的空間里布置大量的電子電氣設(shè)備。飛機(jī)作為一個(gè)指揮控制單元，其工作頻譜覆蓋范圍從甚低頻（VLF）到超高頻（UHF），在大功率高頻（HF）和超高頻（UHF）設(shè)備產(chǎn)生并通過(guò)天線輻射的電磁環(huán)境中，保證機(jī)載設(shè)備的兼容性是相當(dāng)重要而復(fù)雜的問(wèn)題。在飛機(jī)系統(tǒng)的研制、生產(chǎn)和安裝過(guò)程中有必要研究其變化后的電磁環(huán)境，對(duì)其兼容性狀態(tài)進(jìn)行分析，從而保證機(jī)載系統(tǒng)的正常工作。機(jī)載通信系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)中無(wú)線通信設(shè)備比較多，而且還要綜合考慮飛機(jī)的飛行性能，安放天線的位置就受到一定的局限，因此系統(tǒng)中EMC 的問(wèn)題尤為突出，在無(wú)法擺脫自身設(shè)備EMC的前提下，要降低這種干擾只能通過(guò)天線布局的方法，通過(guò)降低各天線對(duì)間的耦合度達(dá)到減小干擾的目的。研究飛機(jī)天線系統(tǒng)的電磁兼容性的關(guān)鍵就是確定機(jī)載天線的輻射特性，得到其輻射方向圖。確定機(jī)載天線的輻射特性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法，如利用暗室和飛機(jī)模型測(cè)試數(shù)據(jù)，但是這樣會(huì)浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，因此研制機(jī)載天線系統(tǒng)電磁兼容預(yù)測(cè)分析軟件己成為當(dāng)務(wù)之急。EMC預(yù)測(cè)分析的目標(biāo)是評(píng)估全機(jī)的電磁兼容性狀態(tài)，分析是否存在電磁干擾，以便于總體采取措施排除，盡量減少干擾問(wèn)題的出現(xiàn)，確定關(guān)鍵性區(qū)域和關(guān)鍵性設(shè)備，確定干擾測(cè)試的重點(diǎn)，并為今后系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)計(jì)和系統(tǒng)使用提供數(shù)據(jù)。二、機(jī)載天線電磁兼容的基本理論天線的電磁兼容，指天線或天線系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中，其自身性能既不下降又不影響其它天線性能的一種共存狀態(tài)。即某一設(shè)備上的天線既不會(huì)由于受/ 6姓名：周慧學(xué)號(hào)：2011201270專(zhuān)業(yè)：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)到處于同一電磁環(huán)境中的天線布局、載體、鄰近散射體和其它天線的影響而遭受不允許的性能降低，也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其它天線性能遭受不允許的性能降低。值得指出的是，電磁環(huán)境除了包括安裝天線的平臺(tái)、平臺(tái)上的其它天線、遮擋物、突出金屬物以外，在這里還特別增加了一項(xiàng)“鄰近散射體”。這里所說(shuō)的鄰近散射體，包括了鄰近載體、地形地物和海面等。從廣義上講，機(jī)載天線的電磁兼容性包含有兩個(gè)基本概念，輻射限制和抗擾度限制。輻射限制是指在不需要的空間和不需要的頻段上其輻射量的控制?？箶_度限制是指天線自身對(duì)惡意發(fā)射與難以避免的反射、散射、漏射、繞射、雜亂漫射、傳導(dǎo)等電磁能量的響應(yīng)能力。三、機(jī)載天線電磁兼容的技術(shù)重點(diǎn)機(jī)載天線對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容性能影響非常明顯。這主要是因?yàn)樘炀€具有如下兩個(gè)特點(diǎn)：天線的功能是完成電磁能量從“場(chǎng)”到“路”的雙向轉(zhuǎn)換，即將空間中的電磁場(chǎng)能量接收至傳輸線內(nèi)成為導(dǎo)波，或?qū)鬏斁€內(nèi)的導(dǎo)波輻射至空間形成電磁波。多數(shù)天線輻射能量大、接收靈敏度高。相對(duì)于導(dǎo)線、設(shè)備、孔縫等無(wú)意輻射源，天線輻射能量要大若干個(gè)數(shù)量級(jí)。本質(zhì)上講，機(jī)載天線的電磁兼容的核心問(wèn)題就是輻射限制和抗擾度限制。因此解決天線的電磁兼容應(yīng)從以下三個(gè)方面著手：電磁兼容實(shí)現(xiàn)手段、電磁兼容效果計(jì)算分析和天線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)。電磁兼容實(shí)現(xiàn)手段目前實(shí)現(xiàn)天線之間電磁兼容的主要手段，是通過(guò)增加天線之間的隔離度削弱天線間的相互影響，而衡量天線之間相互影響強(qiáng)度的指標(biāo)即天線的隔離度，機(jī)載天線之間的隔離度是描述天線之間耦合的一種方式，它充分反應(yīng)了天線的方向性、增益、極化狀態(tài)、帶內(nèi)帶外特性和天線之間的空間對(duì)收發(fā)天線間能量耦合的貢獻(xiàn)。為準(zhǔn)確表達(dá)天線間的隔離程度，將發(fā)射天線的發(fā)射功率Pta與接收天線所接收的功率Pra的比值定義為天線隔離度（Pra為Pta經(jīng)過(guò)各種衰減后被接收天線所接收的功率值），通常在工程應(yīng)用中，以dB 為單位表示，即：L(dB)=10lgPta（1）Pra當(dāng)2個(gè)天線均處于彼此遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的情況下，其能量耦合主要通過(guò)輻射場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。設(shè)發(fā)射天線發(fā)射功率為P ta，增益為Gt，接收天線的接收功率為Pra，增益/ 6姓名：周慧學(xué)號(hào)：2011201270專(zhuān)業(yè)：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)為Gr。接收天線與發(fā)射天線間的距離為D，一般情況下，收發(fā)天線直視時(shí)的天線隔離度可由公式（1）所表達(dá)的物理意義求解。當(dāng)收發(fā)天線外形尺寸與D 相比較小時(shí)，收發(fā)天線均可近似被認(rèn)為是具有一定方向性的點(diǎn)源，則發(fā)射天線發(fā)出的電磁波可被近似為球面波，且在接收天線處可視作平面波，此時(shí)天線隔離度可表示為：L(dB)=LGG（2）dtr4pD式中，L=20lg為收發(fā)天線直視情況下的空間隔離，Ld由收發(fā)天線間的距dl離D和分析波長(zhǎng)λ等因素決定，Gt為發(fā)射天線在接收方向的天線增益，應(yīng)根據(jù)收發(fā)天線的相對(duì)位置從機(jī)載發(fā)射天線增益方向圖中讀??；Gr為機(jī)載接收天線在發(fā)射方向的天線增益，應(yīng)根據(jù)收發(fā)天線的相對(duì)位置從天線增益方向圖中讀取。當(dāng)收發(fā)天線之間的極化不完全匹配時(shí)，還要考慮極化失配帶來(lái)的隔離度LP這一項(xiàng)，即總的天線隔離度為：L(dB)=LGG+L（3）dtrp如果天線不能同時(shí)滿(mǎn)足位于彼此的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，則2天線之間的相互干擾主要不是通過(guò)輻射場(chǎng)進(jìn)行的，而是通過(guò)近區(qū)束縛場(chǎng)或近區(qū)感應(yīng)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。工程上圓極化對(duì)垂直極化或水平極化的損耗為3dB左右，垂直極化和水平極化間的失配損耗為2035dB，由于機(jī)身表面天線的安裝方位比較復(fù)雜，極化失配損耗要比以上2個(gè)值要小。電磁兼容效果計(jì)算分析機(jī)載天線的電磁兼容實(shí)施過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，就是以計(jì)算機(jī)為工具，利用電磁場(chǎng)理論和計(jì)算電磁學(xué)的相關(guān)知識(shí)，對(duì)天線電磁兼容性的效果進(jìn)行仿真計(jì)算和分析。通常情況下，對(duì)單個(gè)天線結(jié)構(gòu)的阻抗特性和輻射特性的分析往往采用數(shù)值方法，而對(duì)于天線之間耦合特性（隔離度）的分析（該文中僅指遠(yuǎn)場(chǎng)情況下），往往采用高頻方法。隨著計(jì)算機(jī)性能的快速提高，電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算技術(shù)日益成為應(yīng)用電磁學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。由于數(shù)值計(jì)算方法直接以數(shù)值的形式代替解析表達(dá)式描述和求解電磁場(chǎng)問(wèn)題，故在理論上只要計(jì)算機(jī)配置足夠高，等待足夠的時(shí)間，就可以得到以任意精度逼近準(zhǔn)確值的幾乎所有電磁場(chǎng)問(wèn)題的解答。常用的數(shù)值計(jì)算技術(shù)包括有限元方法（FEM）、時(shí)域有限差分方法（FDTD）和矩量法（MOM）等。有限元法是非常具有代表性、應(yīng)用范圍廣泛的頻域數(shù)值方法。該方法以變分原理和剖分插值為基礎(chǔ)，能處理任意形狀的場(chǎng)域、多介質(zhì)和復(fù)雜交界面等情況。其所形成的代數(shù)方程系數(shù)矩陣具有對(duì)稱(chēng)、正定和稀疏性的特征，因而收斂性好，3 / 6姓名：周慧學(xué)號(hào)：2011201270專(zhuān)業(yè)：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)容易求解。由于具有這些優(yōu)點(diǎn)，有限元法成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的一個(gè)研究熱點(diǎn)。但是有限元法雖然是一種靈活性強(qiáng)的數(shù)值計(jì)算方法，但它只適合于最大尺寸約為幾個(gè)波長(zhǎng)以下的物體。所以使用范圍也受到一定的局限。機(jī)載天線工作頻率一般很高，而飛機(jī)一般有十幾米到幾十米長(zhǎng)，因此機(jī)載天線系統(tǒng)是電大尺寸系統(tǒng)，對(duì)此系統(tǒng)的分析需要應(yīng)用高頻近似技術(shù)。高頻近似技術(shù)是在相當(dāng)嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)上發(fā)展的一系列近似方法和漸進(jìn)的高頻解析方法，一般可歸納作2 類(lèi)：一類(lèi)基于射線光學(xué)，包括幾何光學(xué)（GO）、幾何繞射理論（GTD）以及在基礎(chǔ)上發(fā)展的一致性繞射理論（UTD）等；另一類(lèi)基于波前光學(xué)，包括物理光學(xué)（PO）、物理繞射理論（PTD）、等效電磁流方法（ECM）以及增量長(zhǎng)度繞射系數(shù)法（ILDC）等。物理光學(xué)法是通過(guò)對(duì)表面感應(yīng)場(chǎng)的近似和積分來(lái)求解散射場(chǎng)的，它克服了平表面和單彎曲表面所出現(xiàn)的無(wú)限大的問(wèn)題。由于感應(yīng)場(chǎng)保持有限，散射場(chǎng)也就同樣有限。幾何光學(xué)是研究射線傳播的一種理論，它是適用于計(jì)算電磁場(chǎng)零波長(zhǎng)近似的高頻方法。但是幾何光學(xué)只研究直射、反射和折射問(wèn)題，它無(wú)法解釋繞射現(xiàn)象。當(dāng)幾何光學(xué)射線遇到任意一種表面不連續(xù)的情況，例如邊緣、尖頂，或者在向曲面掠入射時(shí)，它將不能進(jìn)入到陰影區(qū)。按幾何光學(xué)理論，陰影區(qū)的場(chǎng)應(yīng)等于零，但實(shí)際上陰影區(qū)的場(chǎng)并不等于零。為了解除幾何光學(xué)場(chǎng)的不連續(xù)性問(wèn)題，并對(duì)幾何光學(xué)場(chǎng)計(jì)為零的場(chǎng)區(qū)中作出適當(dāng)修正，引入了一種新的射線—繞射線，其對(duì)應(yīng)的理論即幾何繞射理論。幾何繞射理論的基本概念可以歸結(jié)為以下3 點(diǎn)：1繞射場(chǎng)是沿繞射射線傳播的，這種射線的軌跡可以用廣義費(fèi)馬原理確定?！?場(chǎng)的局部性原理：在高頻極限情況下，反射和繞射這一類(lèi)現(xiàn)象只取決于○反射點(diǎn)和繞射點(diǎn)臨近域的電磁特性和幾何特性。3離開(kāi)繞射點(diǎn)后的繞射射線仍遵循幾何光學(xué)的定律?！鹛炀€布局優(yōu)化設(shè)計(jì)布局設(shè)計(jì)首先是天線自身的仿真與設(shè)計(jì)，其性能指標(biāo)以能否滿(mǎn)足應(yīng)用要求為先決條件，但這往往還不夠。實(shí)際中常會(huì)遇到這樣的情況，單獨(dú)看這個(gè)天線，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均合格，一旦配置到載體上，其主要參數(shù)幅度方向圖和相位特性將有程度不等