第6讲电磁兼容预测技术02

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1、第第6 6讲讲 电磁兼容性电磁兼容性预测技术预测技术电磁兼容基础电磁兼容基础6.1 电磁兼容性预测概述电磁兼容性预测概述 6.2 电磁兼容性预测的数学模型电磁兼容性预测的数学模型 6.3 电磁兼容性预测算法电磁兼容性预测算法 6.4 电磁兼容性预测软件介绍电磁兼容性预测软件介绍 AgendaAgenda6.1 电磁兼容性预测概述电磁兼容性预测概述 基本原理基本原理基本方程基本方程数学方法数学方法电磁兼容性电磁兼容性预测预测解析法解析法近似法近似法数值法数值法6.1.1 电磁兼容性预测基本原理电磁兼容性预测基本原理 一、为什么要电磁兼容预测一、为什么要电磁兼容预测 1. 1. 事后问题解决法事后

2、问题解决法：彻底解决困难，可：彻底解决困难，可能重新设计，成本高、周期长、性能下降。能重新设计，成本高、周期长、性能下降。 2. 2. 系统设计法系统设计法：设计阶段进行干扰预测：设计阶段进行干扰预测和分析，成本低、可用技术多和分析，成本低、可用技术多时间时间技术、成本技术、成本设计阶段设计阶段联试阶段联试阶段生产阶段生产阶段成本成本可用技术可用技术电磁兼容性预测电磁兼容性预测(Electromagnetic Compatibility Prediction)： 在设计阶段通过理论计算的方法对电气、在设计阶段通过理论计算的方法对电气、电子元件、设备乃至整个系统的电磁兼容特电子元件、设备乃至整个

3、系统的电磁兼容特性进行分析、评估。性进行分析、评估。二、定义：二、定义：u 应用在方案设计阶段和工程研制阶段；应用在方案设计阶段和工程研制阶段；u 分析不兼容的薄弱环节，评价系统或设分析不兼容的薄弱环节，评价系统或设备兼容的安全裕度，为方案修改、防护设计备兼容的安全裕度，为方案修改、防护设计提供依据；提供依据；u 在研制定型之前通过预先测知、发现干在研制定型之前通过预先测知、发现干扰问题，采取抑制和防护干扰的措施；扰问题，采取抑制和防护干扰的措施；u 事半功倍，具有很高经济效益。事半功倍，具有很高经济效益。三、特点：三、特点：四、方法：四、方法：计算机数字仿真技术计算机数字仿真技术用数学模型描

4、述各种电磁干扰特用数学模型描述各种电磁干扰特性、传输函数和敏感度特性性、传输函数和敏感度特性编制预测程序编制预测程序获得潜在的电磁干扰计算结果获得潜在的电磁干扰计算结果运行预测程序运行预测程序五、作用：五、作用：1. 1. 在已知设备电气特性参数情况下，预测在已知设备电气特性参数情况下，预测分析系统内部所有设备的电磁兼容程度。分析系统内部所有设备的电磁兼容程度。2. 2. 当修改某个设备的特性参数时，分析电当修改某个设备的特性参数时，分析电磁干扰的变化。磁干扰的变化。3. 3. 对各种电磁防护设计的评估计算。对各种电磁防护设计的评估计算。4. 4. 制定干扰极限和敏感度规范。制定干扰极限和敏感

5、度规范。6.1.2 电磁兼容性预测基本方程电磁兼容性预测基本方程 n 干扰源产生的干扰信号干扰源产生的干扰信号 ：),( ftGn 传输函数传输函数 ：),(rftT n 传播到传播到r r处的干扰信号：（处的干扰信号：（dBWdBW）),(),(),(rftTftGrftP n 敏感设备的敏感度阈值：敏感设备的敏感度阈值： ),( ftS（dBWdBW）备注：以上单位均为备注：以上单位均为dBWdBW n 干扰裕度（干扰裕度（Interference Margin，IM）：）： ),(),(IM ftSrftP 电磁兼容性预测基本方程，预测的基础电磁兼容性预测基本方程，预测的基础 IM 0，

6、发生干扰，干扰源和敏感设备不兼容，发生干扰，干扰源和敏感设备不兼容 0，两者兼容，两者兼容 IM 越大，干扰越严重，安全裕度越小；越大，干扰越严重，安全裕度越小； IM 越小，越小，干扰越轻微，安全裕度越大；干扰越轻微，安全裕度越大；电磁兼容预测的数学实质：电磁兼容预测的数学实质：6.1.3 电磁兼容性预测的数学方法电磁兼容性预测的数学方法 根据一定的边界条件来求解根据一定的边界条件来求解Maxwell微分方程或微分方程或Maxwell积分方程的确定解。积分方程的确定解。边值问题求解三种方法：边值问题求解三种方法：解析法；解析法；近似法；近似法；数值方法；数值方法； 一、解析法：一、解析法：n

7、 建立和求解严格的偏微分方程或积分方程；建立和求解严格的偏微分方程或积分方程； 微分方程：分离变量法微分方程：分离变量法 积分方程：变换数学法积分方程：变换数学法 n 优点优点：可将解表示为已知参数的函数，精确：可将解表示为已知参数的函数，精确的结果；作为近似法和数值法的检验标准。的结果；作为近似法和数值法的检验标准。n 缺点缺点：仅能用于解决很少量的问题，只有少：仅能用于解决很少量的问题，只有少数坐标系中能分离变量，而用积分法时往往又数坐标系中能分离变量，而用积分法时往往又求不出结果，致使分析过程既困难又复杂求不出结果，致使分析过程既困难又复杂 。二、近似法：二、近似法：n 近似法：近似法：

8、 1.1.逐步逼近法、微扰法、变分法、迭代变分法逐步逼近法、微扰法、变分法、迭代变分法 2.2.结果一般都表示为级数。结果一般都表示为级数。 3.3.可以求解一些用严格法不能解决的问题，简便。可以求解一些用严格法不能解决的问题，简便。 n 高频近似技术：高频近似技术： 几何光学法（几何光学法（Geometrical Optics，GO） 物理光学法（物理光学法（Physical Optics，PO） 几何绕射法（几何绕射法（GTD） 物理绕射法（物理绕射法（PTD）几何绕射理论几何绕射理论（Geometrical Theory of Diffraction, GTD） 绕射场沿绕射射线传播，绕

9、射射线是从源点绕射场沿绕射射线传播，绕射射线是从源点经绕射点至场点的极短传播路径；经绕射点至场点的极短传播路径； 绕射只取决于物体上绕射点邻域内的物理特绕射只取决于物体上绕射点邻域内的物理特性和几何特性；性和几何特性； 离开绕射点后，绕射射线沿直线传播；离开绕射点后，绕射射线沿直线传播； 在绕射射线管内能量守恒；在绕射射线管内能量守恒； 绕射场沿射线的相位延迟，等于媒质的传播绕射场沿射线的相位延迟，等于媒质的传播常数与传播距离的乘积。常数与传播距离的乘积。基本概念：基本概念：边缘绕射边缘绕射 尖顶绕射尖顶绕射 曲面绕射曲面绕射 n 辐射和散射问题的高频近似解是辐射和散射问题的高频近似解是直射场

10、直射场、反射场反射场和和绕射场绕射场的叠加；的叠加；n 射线寻迹射线寻迹：确定反射点和绕射点，并求出：确定反射点和绕射点，并求出源点经反射点或绕射点的极值路径，得到反源点经反射点或绕射点的极值路径，得到反射、绕射轨迹。射、绕射轨迹。n 在物体几何形状复杂或者有遮挡时比较复在物体几何形状复杂或者有遮挡时比较复杂，必须用数值计算方法进行射线寻迹。杂，必须用数值计算方法进行射线寻迹。n 找出了反射线和绕射线后，即可通过找出了反射线和绕射线后，即可通过叠加叠加方法方法求出场点处的总场。求出场点处的总场。 求解方法：求解方法：三、数值法：三、数值法：n 求解由于边界复杂而不能解决的问题；求解由于边界复杂

11、而不能解决的问题；n 通常用差分代替微分，用有限求和代替通常用差分代替微分，用有限求和代替积分；积分；n 使电磁场问题有可能通过计算机辅助分使电磁场问题有可能通过计算机辅助分析获得高精度的离散解（数值解）。析获得高精度的离散解（数值解）。频域数值算法：频域数值算法：p有限元法有限元法(Finite Element Method， FEM)p矩量法矩量法(Method Of Moment，MOM)p差分法差分法(Finite Difference Methods，FDM)p边界元法边界元法(Boundary Element Method，BEM)p传输线法传输线法(Transmission-Li