车载天线系统的电磁兼容问题

第一篇：车载天线系统的电磁兼容问题

车载天线系统的电磁兼容问题

(摘要： 本文采用矩量法和微波网络理论相结台的方法分析了车载多天线系统的电磁兼容问题该方法先将天线系统等效为微波网络，然后采用矩量法求解该等效网络的导纳矩阵Y，利用该导纳矩阵就可求得天线问的耦台度文中也对发射功率较大的天线的近场分布进行了分析．

关键词： 电磁兼容；矩量法；网络；耦台度；近场

随着电子技术、通信技术的快速发展，越来越多的电子设备被集成在一个系统中，同时，一个电子系统可能需要几副甚至十几副工作在不同波段的天线来接收或发射电子信号，倒如一架飞机或一艘军舰上会装载各种各样的完成不同功能的电子设备丑其天线同一系统中不同天线的近场耦合很馒，严重干扰了各收发电台的正常工作，周此怎样预估及避免这种干扰，对于通信设备的正常工作关重要另外 当天线发射功率很大时，其周围的电子设备也会受到很强的干扰 而无法 正常工作．因此天线近场的预估也是电磁兼容的一十重要问题． 对于天线特别是线天线的分析计 算主要以矩量法(MOM)为主，文献[】，2]对矩量法做了十分详尽的论述．对于耦台度的求解 文献[3 采用近似公式法，得到较好结果，但只适合于半渡振子之间的耦台；另外还从矩量法求解天线时生成的导纳矩阵中取出两天线馈电段的自导纳和互导纳来计算天线问的耦台度，而两天线间的耦合不仅与导纳矩阵有关，还受天线的馈电方式以及匹配网络的影响因此这些方；击都存在一定的局限性．本文在前人工作的基础上 采用矩量法和微渡网络

理论相结合的方法，对一复杂车体上的多个天线问的耦合度进行了_十算，并得到大功率发射天线的近场分布，为多天线系统的电磁兼容问题的分析做了十分有意义的尝试 2 理论分析及矩量法建模

对于安装在车辆、飞机等上的线天线多涉及线面连接问题．常用的处理方法是将车体或飞机体用封闭的金属导体面近似，并在导体面上采用磁场积分方程来求解电流分布，在导线上采用电场积分方程来求解，而对于线面相连接的区域比较复杂，其积分域包括直线段和导体面，需要采用电场积分方程和磁场积分方程相结台来求解 ’采用矩量法进行求解时，首先将线天线分成若干段，将导体面剖分为若干个面元f矩形面元或三角形面元等)；然后选用合适的基函数，井将线上电流J¨)和面上电流，(rj分别展开成这些基函数的叠加在线上本文采用的的展开函数为正弦插值基幽数

If)=A + sinknl —)十 cosk0(f—f)If一‘l≤ ／2(1】

式中的f．为第i段的中心位置，△．为第i段的长度三个待定 参数 ．B． C 中的两个可通过线段两端的电流和电荷连续 性条件确定 另外一个参数通过矩量法求解．对于面元上的电流，为简化计算 采用脉冲基函数展开如下 土

= [J·，1，(rj)+(‘)](，)t2)式中 为第 个面元的中心位置．；．(0)和(01是面元上

处的两个相互正交的单位切向矢量，(，)为脉冲基函数，当，在第 个面元上时(，)=1，否则，(，)=0，参数JI 和J2y分别为第 个面元上在t 【)和t()方向上的表面电流密度，它们也通过矩量法求解 在天线和导体面相连接处的电流分布比较复杂，需要进行特殊处理．文献[5～7 中都对线面连接的问题进行r分析，图1 线面相连处的结构示意罔

其中文献[5]采用圆形连接段来处理此类问韪，但它要求圆面半径O．2^的条件．当天线架设位置离导体面边缘时很近时该条件往往无法满足，文献 6，7]中介绍的矩形连接段可以克服这一困难如图l示，取线面连接点周围的四个矩形面的区域进行单独处理为保证线面相连区域电流的连续性，ABCD面上电流须满足如下条件 v ’Js(，Y)=^(，)+『n(、y)(3)式中，)为二维 函数，v s为面散度，(，Y)是在ABCD区域上连续的函数，n是绒面连接处的电流．对式(3)的求解方法有很多，本文处理方法与文献E6]相类似．图2 发射大线和接收天线系统示意罔及其等效同络将上述电『癍展开并代人电场或磁场积分方程中，并采用点选配的方法进行检验，就得到了一个矩辟方程，求解该矩阵方程就可得到线上和面上的电流展开系数，进而可得到天线上和面上的电流、周围的近场、天线输^阻抗和远场方向图等参数．对于多天线同的耦合度可通过多端口微渡网络的方法来确定以三个天线为例．如图2示，假定天线I为发射天线，天线2和天线3为接收天线，可将三天线组成的系统等效为三端口微波网络；然后利用导纳矩阵元素求解方法 就可得到三端口网络的导纳矩阵已知三端口网络的导纳矩阵后，利用矩阵参数就可求得任意两个天线问的耦合度 例如天线I和天线2之间的耦台度为式中

．为天线1的输八功率； 2为天线2的接收功率； 2 为天线2的负载导纳；．为端口I的输^导纳，也就是图2所示的 线l的输人导纳 3 算法验证

本文算法主要涉及天线同的耦合度的计算问题，F面对本文算法进行验证表1分别给出 工作在300MHz的两个半波振子之间的耦台度以及工作在400NHz的两个半波对称振子之间的耦台度在不同间距上的计算值，同时给出利用文献l3：的近场耦合的近似公式求得的值计算中，取振子半径为Imrn，假定接收天线负载阻抗为50~hra由表中结果所示，本文计算值与近似公式的值吻合很好，而本文的结果为数值建模计算结果，具有更高的精确性同时，文献[3]公式只适合于计算半波振子天线，而且间距要大于等于一个波长，而本文算法适合于任意线天线间在任意间距上的耦合度计算，具有更广泛的适应眭通过这两个典型例子的计算和分析，充分说明了丰文算法是可行的，可以推广到分析实际工程的问韪中．表1 本文计算的天线耦台度与文献[3]计算结果的此较(单位：dB4 车载多天线间的耦台度及近场的计算结果和分析实际工程中天线相互同的电磁耦合干扰问韪往往是很复杂的 图3给出丁一个某通信车辆经过工程近似(忽略与波长相比很小的金属体，整个车体为封闭导体)后的示意图．车上放置多副HF天线、vHF天线和EHF天线，其中有接收天线也有发射天线，而且天线的工作频段相近，甚至部分频段相重合+由j一这么多的天线安装在车体这样相对很小的载体上，各天线之间的耦合干扰十分严重，必须对各天线同的耦合度进行分析按照前面所述的方法，对包括车体和天线在内的整个系统进行了建模计算计算中将整个车体划分为1735个矩形或三角形面元，离天线较近区域和车体边缘区域感应电流变化剧烈，其划分较细，离天线较远处例如车底平面划分较粗，并将所有天线总共划分为101段

4．1 天线间的耦台度分析

如图3所示，车体上有两副工作在2—30MHz的H}天线，分别发射和接收信号；两副 I作在30～88MHz的VHF天线，一副UHF天线由频带范围可 看出，HF发射天线的谐波会落到VHF接收无线的频带内而对其产生干扰；HF和VHF的谐波会落到UHF天线的频带内而对其产生于扰；另外还有其它形式的相互干扰因此 需要对各种干扰状况进行预估分析，主要是求解其相互间的耦台度 HF天线2(HF天线2被固定在车尾的后箱壁上，与车体不相连，中馈天线)和v吁天线I为例．分别考虑H}天线2的二次和三次谐渡对v吁天线I的干扰，经计算可得其耦台度表2 ttF天线2在二次谐波点上与VHI,天线1之间的耦台度表HF二次谐波(Ml)30 驺 36 39 42 45 48 51 57 60 耦台度(dB)一I4 7 —14 8 一I5 6 —18 6 —23，—30 0 —2]4 —26．0 —26 4 —26 6 —25 8 表3 HI,天线2在三次谐波点上与vHF天线1之间的耦台度表 HF三次谐波(MHz)30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 耦台度(dB)一14 7 —14．8 —15 6 —18 6 —23 7 —30 0 一l27 4 —26 0 —26 4 ～26 6 HF三次谐波(MHz)60 63 66 69 72 75 78 81 88 耦台度(dB)一25 8 —25 5 —23 5 —23．4 —21 0 —23 3 —25 5 —28 0 ～32 3 表2和表3分别给出厂HF天线2的二次和三次谐波点上HF天线2和VHF天线1之间的耦台度．由表可见，HF天线2二次谐渡对VHF天线1在60MHz 下形成于扰，HI"天线2的三次谐波对VHF天线I全波段于扰．耦台度最高选一14 7dB，最低也有一32 3dB、可见二者之问的耦台是相当强的当两天线同时工作13I、假设HF天线2为大功率发射天线而VHF天线1为接收天线．当VHF天线1工作频 刚好落在HF天线2谐波 附近时必将产生相当大的干扰，严重影响VHF天线1的接收性能，因此必须对此问题加 解决实际中首先要提高HF天线2的发射机抑制谐波的能力．使其谐波发射电平尽量小．另外也可 对两天线的工作频率等进行合理安排． 避免干扰．另外对其他天线之间的干扰及更高敞喈波的干扰情况电进行了计算分析．4．2 天线的近场分布图4和图5分别给出了HF天线2和Ⅵ 天线I在30MHz发射时，周围3O米范围内的 =0面h切向电场分布图计算中假定两无线在30MHz时的输八驻波比为3 0．天线系统辐射效率为80％，HF天线2发射功率为125W．VHF天线1发射功率为65w 罔3 车体及天线系统的 意罔巨4 HF犬线2住30MHz时 =0 暗l上切向场分布【刳从场强分布圈可清楚的看出车体t天线)附近的电场较大．离车体越远，电场越小；中同黑色K方形即为车体模型底平面，其上的切向电场为零：HF天线2位于车尾左删(图中右下方)．与车不相连．受车后平面遮挡 则天线附近<0．y<0处电场应较大．计算结果也证明了这一点；同理vHF天线1位于图中车顶平面上侧．受车体影响．其上侧电场应大于下侧电场，与计算结果相符；同时由图可看出 由于'~TIF天线1放在车顶有限地面上．其电场H面近场等值钱分布不再足同心圆．而ttF天线2受车后平面影响．其H面电场等值线分布也变化较大．由图可见发射天线周围的电场很大．发射天线周围蚓5 YHr天线I在31)MHz时 =0靠卜印向场分布图空间中的其他电子设备如通信设备、电子控制设备等要安装在合适的位置． 减少所受影响：对于较脆弱的设备和元件应该采用加屏蔽等措施进行保护．以免因电场较强烧坏元件而导致意外事故，另外对I作人员也应采取适当的保护措施． 5 结论

对r车载，舰船和 机等大型多天线系统．其电磁现象复杂．相互同的干扰严重．但由于模型复杂．其精确模拟相当复杂．而且受软件硬件的约束也很大国外对于这种大型系统的电磁兼容的计算分析已经很成熟．国内的研究相对较少本文第4 期 纪奕才：车载金天线系统的电磁兼容问题分析以一个复杂的车载多天线系统为例，采用矩量法与厨络理论相结合的方法，对天线间的耦合度进行了分析，并求出了大功率发射天线周围的场分布，以便预估天线间的相互干扰和对周围电子设备的潜在干扰．本文采用的模型复杂．电磁干扰现象严重，这样的模型更接近于实际工程中的问题．因此，本文的方法和实践对于实际工程中通信系统的电磁兼容问题的有效计算和预估有着十分重要的意义．

第二篇：手机电磁兼容问题与解决

手机电磁兼容问题与解决

本文针对手机电磁兼容测试中经常出现的问题，包括静电放电抗扰度试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、辐射骚扰及传导骚扰性能测试中经常发现的问题进行了分析，并提出了相应的改善手机电磁兼容性能的建议。

静电放电抗扰度试验

1.1静电放电抗扰度试验常见问题

静电放电抗扰度测试中出现的问题主要表现在以下几个方面。

(1)手机通话中断。

(2)静电放电导致手机部分功能失效，但静电放电过程结束后或者重新启动手机之后失效的功能可以恢复。这些现象可能为：

屏幕显示异常，如屏幕显示呈白色、出现条纹、显示出现乱码、显示模糊等等;

通话效果出现问题，如啸叫声或者声音消失;

按键功能或者触摸屏功能丧失;

软件出现误告警，如在并没有出现插拔充电器的情况下频繁提示“充电已连接、充电器已移除”。

(3)手机自动关机或者重新启动现象。这个问题既可能发生在通话过程中，也可能发生在待机过程中。

(4)静电放电导致手机失效或损坏。

由于部分器件损坏，手机的一些功能在重新启动后仍无法恢复，如摄像头功能;

自动关机后无法再次开机的情况;

与充电器相连接的情况下进行测试时，充电器也可能出现失效、损坏甚至爆炸等问题。

1.2静电放电问题的具体分析

(1)通话中断：造成通话中断的主要原因是静电放电对手机内部的射频电路和/或基带电路造成影响，造成了通信信噪比的下降，信号同步出现问题，从而造成通话中断。

结构设计不合理也可能导致通话中断。静电放电试验中需要使用较大面积的金属材质的水平耦合板，手机与水平耦合板之间仅放置一个厚度为0.5 mm的绝缘垫。当天线或者大面积的金属部件距离这个水平耦合板距离过近时，可能产生相互耦合，导致移动电话机实际能达到的灵敏度大大下降，进行静电试验时通话更容易中断，严重时即使不施加静电干扰移动电话机都无法保持通话。

(2)自动关机或重启：基带电路的复位电路受到静电的干扰导致手机误关机或重启。

(3)手机失效或损坏：静电放电过程中高电压和高电流导致器件的热失效或者绝缘击穿。也可能受到静电放电过程中的强电磁场影响导致器件暂时失效。

(4)软件故障：静电干扰信号被当作有用信号被处理，导致操作系统误响应。

1.3静电放电问题的改进建议

(1)在设计方案上考虑静电放电问题

尽量选择静电敏感度等级高的器件;

器件与静电源隔离;

减少回路面积(面积越大，所包含的场流量越大，其感应电流越大)。具体的措施可能包括：走线越短越好;电源与地越接近越好;存在多组电源和地时，以格子方式连接;太长的信号线或电源线必须与地线交错布置;信号线越靠近地线越好;所有的组件越近越好;同一特性器件越近越好;

接地平面设计：尽量在PCB上使用完整的地平面;PCB接地面积越大越好;不要有大的缺口;

PCB的接地线需要低阻抗且要有良好的隔离;

电源、地布局在板中间比在四周好;

在电源和地之间放置高频旁路电容;

保护静电敏感的元器件。

(2)出现静电问题后的整改建议针对上述静电放电问题，需要采取以下步骤进行整改。

a)尝试直接放电和间接放电、空气放电和接触放电，确认耦合路径;

b)从不同方向放电，观察现象有何不同，确定所有的放电点和放电路径;

c)从低到高，在不同电压下进行试验，确定手机在哪个电压范围内出现不合格现象;

d)多试验几台样机，分析共性，确认失效原因;

e)根据耦合路径、不合格现象、放电路径，判断相关的敏感器件;

f)针对敏感器件制订解决方案;

g)通过试验验证、修正解决方案。整改中具体可采用以下措施。

对于机壳缝隙、按键、FPCB的问题可用介质隔离的方式来处理;

对于摄像头、麦克风、听筒等问题可以通过介质隔离、加强接地等方式来处理;

具有屏蔽壳的芯片可以通过加强屏蔽效果、屏蔽壳加强接地的方式来处理;

对于接口电路、关键芯片的引脚，要通过使用保护器件(如TVS管，ESD防护器件)来加以保护;·对于软件的故障，可以通过增加一些逻辑判断来正确检测和处理告警信息的方式来改善。电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

2.1电快速瞬变脉冲群抗扰度试验概述

电快速瞬变脉冲群产生的原理如下：当电感性负载(如继电器、接触器等)在断开时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在断开处产生的瞬态骚扰。当电感性负载多次重复开关，则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现。这种瞬态骚扰能量较小，一般不会引起设备的损坏，但由于其频谱分布较宽，所以会对移动电话机的可靠工作产生影响。

该试验是一种将由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群耦合到移动电话机的电源端口的试验。试验脉冲的特点是：瞬变脉冲上升时间短、重复出现、能量低。该试验的目的就是为了检验手机在遭受这类暂态骚扰影响时的性能。一般认为电快速瞬变脉冲群之所以会造成手机的误动作，是因为脉冲群对线路中半导体结电容充电，当结电容上的能量累积到一定程度，便会引起手机的误操作。具体表现为在测试过程中移动电话机通信中断、死机、软件告警、控制及存储功能丧失等。

2.2电快速瞬变脉冲群抗扰度试验常见问题分析

电快速瞬变脉冲波形通过充电器直接传导进手机，导致主板电路上有过大的噪声电压。当单独对火线或零线注入时，尽管是采取的对地的共模方式注入，但在火线和零线之间存在差模干扰，这种差模电压会出现在充电器的直流输出端。当同时对火线和零线注入时，存在着共模干扰，但对充电器的输出影响并不大。造成手机在测试过程中出现问题的原因是复杂的，具体表现为以下几方面。

前期设计时未考虑电快速瞬变脉冲群抑制功能，没有添加相关的滤波元器件，PCB设计综合布线时也没有注意线缆的隔离，主板接地设计也不符合规范，另外关键元器件的也没有采取屏蔽保护措施等;

生产厂在元器件供应商的选择上没有选用性能可靠的关键器件，导致测试过程中器件老化或者器件失效，从而容易受到电快速瞬变脉冲的干扰;

在整机生产组装过程中，加工工艺及组装水平出现的问题可能会导致产品一致性不好，个别送检手机存在质量问题;

检测过程中由于其他测试项出现问题导致整改，可能由于整改方案的选择会影响到电快速瞬变脉冲群测试不合格。

2.3电快速瞬变脉冲群抗扰度试验相关问题的改进建议

针对电快速脉冲群干扰试验出现的问题，主要可以采取滤波及吸收的办法来实现对电快速瞬变脉冲的抑制。

(1)在手机设计初期就应重点考虑抑制电快速瞬变脉冲群干扰设计。

在PCB层电源输入位置要做好滤波，通常采用的是大小电容组合，根据实际情况可以酌情再添加一级磁珠来滤除高频信号，尽量采用表面封装;

尽量减小PCB的地线公共阻抗值;

PCB布局尽量使干扰源远离敏感电路;

PCB的各类走线要尽量短;

减小环路面积;

在综合布线时要注意强弱电的布线隔离、信号线与功率线的隔离。综合布线是系统很重要的一个设计组成部分，一个糟糕的综合布线格局很可能断送一个设计精良的PCB的稳定性;

关键敏感芯片需要屏蔽;

软件上应正确检测和处理告警信息，及时恢复产品的状态。

(2)元器件的选择上应使用质量可靠的芯片，最好做过芯片级的电磁兼容仿真试验，质量可靠的充电器、数据线及电池的选用可提升对电快速瞬变脉冲信号的抑制能力;

(3)厂家在组装生产环节中应严把质量关，做好生产工艺流程控制，尽量保证产品质量的一致性，减少因个别手机质量问题带来的测试不合格现象;

(4)EFT测试过程中如出现问题，可采用在充电器增加磁环或者电快速瞬变脉冲群滤波器的方法进行整改，选用磁珠的内径越小、外径越大、长度越长越好。采用加TVS管的整改方法作用有限;

(5)根据最新GB/T 17626.4-2008标准要求，重复频率将增加100 kHz选项，将会比5 kHz更为严酷，厂家应及早重视进行相关的电快速瞬变脉冲群测试防护工作。

3辐射骚扰及传导骚扰

3.1辐射骚扰、传导骚扰相关问题的具体情况

辐射骚扰测试主要在30 MHz-100 MHz和200 MHz-900 MHz频率范围内容易不合格，传导骚扰则体现在5 MHz-30 MHz频段范围内容易不合格。

3.2辐射骚扰传导骚扰相关问题分析

辐射骚扰与传导骚扰测试，是在使用充电器为手机充电，同时手机保持通信状态以及最大发射功率情况下，进行的电磁兼容测试。测试的结果是手机与充电器联合工作的情况下的测试结果。不合格的原因可能是充电器造成的，也可能是手机本身造成的，也可能是手机与充电器联合工作时兼容性不好而不合格。

产生问题的原因可能有以下几个方面。

充电器和手机在最初的设计阶段没有充分的考虑电磁兼容性能;

在设计时，没有针对辐射骚扰和传导骚扰的电磁兼容性进行设计并采取相应的对策;

充电器和手机选用的元器件的电磁兼容性不好或质量达不到要求;

手机在选用充电器时，没有充分考虑手机和充电器间的电磁兼容性及手机和充电器的匹配性，手机是非线性负载，在振铃及通话时，如果电池电量不足而进行充电时，耗费的能量很大，会有很大的冲击电流，这样如果选用的充电器不匹配或输出电流过小，测试过程中会造成充电器满负荷工作或超负荷工作而产生电磁兼容问题，更严重甚至会产生安全问题。另外如果充电不正常，也会造成手机器件不正常工作而产生电磁兼容问题。充电器和手机间的相互干扰也会造成测试结果超标;

在进行测试前，手机和充电器没有配合进行电磁兼容预测试，充电器有可能单独使用负载做了电磁兼容测试，测试的结果不能反应与手机共同测试的结果。3.3辐射骚扰传导骚扰相关问题的改进建议

(1)在设计阶段要充分考虑电磁兼容特性，合理考虑电路板的接地设计，应保持接地环路尽量小，使用网格接地，信号线或电源线尽量与地线靠近。设计过程中，对充电器和手机的充电端口采取滤波措施，对辐射发射敏感元器件采取屏蔽措施，增加屏蔽罩。

(2)选择质量好，电磁兼容特性好的元器件。

(3)优化器件的位置、布局和布线。器件布局一直按照功能和器件类型来对元器件进行分组，例如，对既存在模拟电路、又存在数字器件的电路板，可将器件按工作电压、频率进行分组布局;对给定的产品系列或电源电压，可按功能对器件进行分组。器件分组布局完毕后，必须根据元器件组电源电压的差别，将电源层布置在各器件组的下方。如果有多层地，那么就必须把数字地层紧贴数字电源层，模拟地紧贴模拟电源层，模拟地和数字地要有一个共地点。通常，电路中存在A/D 或D/A器件，这些转换器件同时由模拟和数字电源供电，因此要将转换器放置在模拟电源和数字电源之间。如果数字地和模拟地是分开的，它们将在转换器汇合。当电路板按照器件系列和电源电压分组时，组内信号的传送不能跨越另外的器件组，如果信号跨过界限，就不能与其回流路径紧密耦合，这样会增大电路的环路面积，从而使电感增加，电容减小，进而导致共模和差模干扰的增加。电路板设计过程中要避免出现各种隔离带。虽然相距很近的一排通孔并不违反设计规则，但是，在电源层和地层上过多的通孔有时相当于开出一条隔离带，要避免在该区域内布线，例如，一个3 ns的信号回路如果偏离其信号源路径0.40英寸，则过冲/欠冲和感生串扰会大增，足以使电路工作出现异常，并同时增加差模和共模干扰。

(4)充分考虑充电器与手机的兼容性和匹配性。充电器的输出电流应大于手机的峰值电流。在选择匹配的充电器前，应使用相应的充电器配合手机进行辐射骚扰和传导骚扰预测试，验证两者间的电磁兼容特性，选择电磁兼容特性好的充电器。

(5)后期整改措施

对测试结果进行分析，听取电磁兼容测试工程师的建议。对于辐射骚扰测试，通过试验确认是充电器对测试结果的影响大还是手机的影响大。一般如果是低频超出限值，则是充电器的影响大些，如果是高频则可能手机的影响大;传导骚扰测试也要确认哪个影响是主要因素。

如果充电器的影响为主要因素，首先确认充电器的各个器件是否正常工作;如果是某个器件有问题，先更换相应的器件后再进行测试。增加滤波电容或改进相应的滤波电路，对辐射骚扰和传导骚扰都会有改进。

如果确认是手机的问题，确定超出频率的来源，对相应的器件进行屏蔽处理：加强屏蔽特性;改进屏蔽的接地;增加相应的滤波电容或对滤波电路进行调整;改进相应的匹配电路减少谐波或混频干扰;加强手机的充电电路的滤波和接地，等等。

使用好的充电线缆，建议使用两端都能接地的屏蔽线缆。

在手机侧或充电器侧加铁氧体磁环，对于辐射骚扰可能会有一定的改进，对于传导骚扰有时影响不大，要根据测试的频率，选择磁环的相应频率。

综上所述，对于辐射骚扰和传导骚扰，应把握以下原则：

a)注重设计阶段的电磁兼容设计;

b)注重充电器和手机的匹配;

c)选择优良的元器件。

结论

手机的电磁兼容性能直接关系到手机的各个性能，保证手机的电磁兼容性能是保证手机质量的一个重要环节，因此手机的电磁兼容测试及设计不容忽视。

第三篇：机载天线电磁兼容分析

姓名：周慧

学号：2011201270

专业：电磁场与微波技术

机载天线的电磁兼容性分析

姓名：周慧

学号：2011201270 摘 要：天线布局和电磁兼容是机载系统设计的关键性问题。针对机载天线的特点，本文对机载天线的电磁兼容性的核心问题和主要解决途径进行了简要介绍，对常用的有限元法、物理光学、几何光学等天线电磁兼容技术分析方法进行了比较，结合机载天线的布局问题综合分析机载天线的电磁兼容技术。关 键 词：机载天线 ；电磁兼容 ；天线布局

一、引言

随着当今科学技术的不断进步，航空军用电子设备已成为C3I 系统实施指挥和获取情报的重要手段。预警机是情报、通讯、指挥和控制中心，要实现这些战术指标，就必然要在飞机这么一个有限的空间里布置大量的电子电气设备。飞机作为一个指挥控制单元，其工作频谱覆盖范围从甚低频（VLF）到超高频（UHF），在大功率高频（HF）和超高频（UHF）设备产生并通过天线辐射的电磁环境中，保证机载设备的兼容性是相当重要而复杂的问题。在飞机系统的研制、生产和安装过程中有必要研究其变化后的电磁环境，对其兼容性状态进行分析，从而保证机载系统的正常工作。

机载通信系统中，由于系统中无线通信设备比较多，而且还要综合考虑飞机的飞行性能，安放天线的位置就受到一定的局限，因此系统中EMC 的问题尤为突出，在无法摆脱自身设备EMC的前提下，要降低这种干扰只能通过天线布局的方法，通过降低各天线对间的耦合度达到减小干扰的目的。

研究飞机天线系统的电磁兼容性的关键就是确定机载天线的辐射特性，得到其辐射方向图。确定机载天线的辐射特性可以通过实验的方法，如利用暗室和飞机模型测试数据，但是这样会浪费大量的人力、物力和财力，因此研制机载天线系统电磁兼容预测分析软件己成为当务之急。EMC预测分析的目标是评估全机的电磁兼容性状态，分析是否存在电磁干扰，以便于总体采取措施排除，尽量减少干扰问题的出现，确定关键性区域和关键性设备，确定干扰测试的重点，并为今后系统及设备设计和系统使用提供数据。

二、机载天线电磁兼容的基本理论

天线的电磁兼容，指天线或天线系统在共同的电磁环境中，其自身性能既不下降又不影响其它天线性能的一种共存状态。即某一设备上的天线既不会由于受

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姓名：周慧

学号：2011201270

专业：电磁场与微波技术

到处于同一电磁环境中的天线布局、载体、邻近散射体和其它天线的影响而遭受不允许的性能降低，也不会使同一电磁环境中其它天线性能遭受不允许的性能降低。值得指出的是，电磁环境除了包括安装天线的平台、平台上的其它天线、遮挡物、突出金属物以外，在这里还特别增加了一项“邻近散射体”。这里所说的邻近散射体，包括了邻近载体、地形地物和海面等。

从广义上讲，机载天线的电磁兼容性包含有两个基本概念，辐射限制和抗扰度限制。辐射限制是指在不需要的空间和不需要的频段上其辐射量的控制。抗扰度限制是指天线自身对恶意发射与难以避免的反射、散射、漏射、绕射、杂乱漫射、传导等电磁能量的响应能力。

三、机载天线电磁兼容的技术重点

机载天线对整个系统的电磁兼容性能影响非常明显。这主要是因为天线具有如下两个特点：

1、天线的功能是完成电磁能量从“场”到“路”的双向转换，即将空间中的电磁场能量接收至传输线内成为导波，或将传输线内的导波辐射至空间形成电磁波。

2、多数天线辐射能量大、接收灵敏度高。相对于导线、设备、孔缝等无意辐射源，天线辐射能量要大若干个数量级。

本质上讲，机载天线的电磁兼容的核心问题就是辐射限制和抗扰度限制。因此解决天线的电磁兼容应从以下三个方面着手：电磁兼容实现手段、电磁兼容效果计算分析和天线布局优化设计。

1、电磁兼容实现手段

目前实现天线之间电磁兼容的主要手段，是通过增加天线之间的隔离度削弱天线间的相互影响，而衡量天线之间相互影响强度的指标即天线的隔离度，机载天线之间的隔离度是描述天线之间耦合的一种方式，它充分反应了天线的方向性、增益、极化状态、带内带外特性和天线之间的空间对收发天线间能量耦合的贡献。为准确表达天线间的隔离程度，将发射天线的发射功率Pta与接收天线所接收的功率Pra的比值定义为天线隔离度（Pra为Pta经过各种衰减后被接收天线所接收的功率值），通常在工程应用中，以dB 为单位表示，即：

L(dB)10lgPta

（1）Pra当2个天线均处于彼此远区场的情况下，其能量耦合主要通过辐射场实现。

设发射天线发射功率为P ta，增益为Gt，接收天线的接收功率为Pra，增益

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专业：电磁场与微波技术

为Gr。接收天线与发射天线间的距离为D，一般情况下，收发天线直视时的天线隔离度可由公式（1）所表达的物理意义求解。当收发天线外形尺寸与D 相比较小时，收发天线均可近似被认为是具有一定方向性的点源，则发射天线发出的电磁波可被近似为球面波，且在接收天线处可视作平面波，此时天线隔离度可表示为：

L(dB)LGG

（2）

dtr4D式中，L20lg为收发天线直视情况下的空间隔离，Ld由收发天线间的距d离D和分析波长λ等因素决定，Gt为发射天线在接收方向的天线增益，应根据收发天线的相对位置从机载发射天线增益方向图中读取；Gr为机载接收天线在发射方向的天线增益，应根据收发天线的相对位置从天线增益方向图中读取。

当收发天线之间的极化不完全匹配时，还要考虑极化失配带来的隔离度LP这一项，即总的天线隔离度为：

L(dB)LGGL

（3）

dtrp如果天线不能同时满足位于彼此的远区场，则2天线之间的相互干扰主要不是通过辐射场进行的，而是通过近区束缚场或近区感应场实现。

工程上圆极化对垂直极化或水平极化的损耗为3dB左右，垂直极化和水平极化间的失配损耗为20-35dB，由于机身表面天线的安装方位比较复杂，极化失配损耗要比以上2个值要小。

2、电磁兼容效果计算分析

机载天线的电磁兼容实施过程中一个重要的环节，就是以计算机为工具，利用电磁场理论和计算电磁学的相关知识，对天线电磁兼容性的效果进行仿真计算和分析。通常情况下，对单个天线结构的阻抗特性和辐射特性的分析往往采用数值方法，而对于天线之间耦合特性（隔离度）的分析（该文中仅指远场情况下），往往采用高频方法。

随着计算机性能的快速提高，电磁场数值计算技术日益成为应用电磁学领域内的一个研究热点。由于数值计算方法直接以数值的形式代替解析表达式描述和求解电磁场问题，故在理论上只要计算机配置足够高，等待足够的时间，就可以得到以任意精度逼近准确值的几乎所有电磁场问题的解答。常用的数值计算技术包括有限元方法（FEM）、时域有限差分方法（FDTD）和矩量法（MOM）等。

有限元法是非常具有代表性、应用范围广泛的频域数值方法。该方法以变分原理和剖分插值为基础，能处理任意形状的场域、多介质和复杂交界面等情况。其所形成的代数方程系数矩阵具有对称、正定和稀疏性的特征，因而收敛性好，3 / 6

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容易求解。由于具有这些优点，有限元法成为国内外学者的一个研究热点。但是有限元法虽然是一种灵活性强的数值计算方法，但它只适合于最大尺寸约为几个波长以下的物体。所以使用范围也受到一定的局限。

机载天线工作频率一般很高，而飞机一般有十几米到几十米长，因此机载天线系统是电大尺寸系统，对此系统的分析需要应用高频近似技术。高频近似技术是在相当严格的理论基础上发展的一系列近似方法和渐进的高频解析方法，一般可归纳作2 类：一类基于射线光学，包括几何光学（GO）、几何绕射理论（GTD）以及在基础上发展的一致性绕射理论（UTD）等；另一类基于波前光学，包括物理光学（PO）、物理绕射理论（PTD）、等效电磁流方法（ECM）以及增量长度绕射系数法（ILDC）等。

物理光学法是通过对表面感应场的近似和积分来求解散射场的，它克服了平表面和单弯曲表面所出现的无限大的问题。由于感应场保持有限，散射场也就同样有限。

几何光学是研究射线传播的一种理论，它是适用于计算电磁场零波长近似的高频方法。但是几何光学只研究直射、反射和折射问题，它无法解释绕射现象。当几何光学射线遇到任意一种表面不连续的情况，例如边缘、尖顶，或者在向曲面掠入射时，它将不能进入到阴影区。按几何光学理论，阴影区的场应等于零，但实际上阴影区的场并不等于零。为了解除几何光学场的不连续性问题，并对几何光学场计为零的场区中作出适当修正，引入了一种新的射线—绕射线，其对应的理论即几何绕射理论。

几何绕射理论的基本概念可以归结为以下3 点：

1绕射场是沿绕射射线传播的，这种射线的轨迹可以用广义费马原理确定。○2场的局部性原理：在高频极限情况下，反射和绕射这一类现象只取决于○反射点和绕射点临近域的电磁特性和几何特性。

3离开绕射点后的绕射射线仍遵循几何光学的定律。○

3、天线布局优化设计

布局设计首先是天线自身的仿真与设计，其性能指标以能否满足应用要求为先决条件，但这往往还不够。实际中常会遇到这样的情况，单独看这个天线，其各项性能指标均合格，一旦配置到载体上，其主要参数幅度方向图和相位特性将有程度不等的劣化，此时必须对天线进行必要的修改，有时甚至需要重新进行方案论证与选择。

机载天线的布置应遵循如下的4个原则：

1飞机电子系统中各分系统的天线布置应充分发挥各分系统的战技性能，○完成各自所担负的任务。

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2分系统天线间辐射干扰影响尽量小，即尽量减少辐射耦合。○3要充分利用载体的遮档。○4实际天线布局设计是一个综合性的反复调整过程。○下面以一个实际的飞机来综合考虑分析其各天线的布置情况

图 1 某飞机的机载天线布局

1探测雷达天线布置 ○考虑飞机气动力学影响，可采用共形相控阵天线型式，并将天线置于机身两侧和前后。

2GPS天线布置 ○GPS 接收天线，它用于接收卫星信号，因此要安装在机身上方，且尽量远离探测雷达。

3ESM天线布置 ○无源探测（以ESM 为例）频带宽，接收灵敏度高，因此ESM 天线要远离那些落于其工作频带的发射源，故ESM 天线应安装于机身前后位置。

4JTIDS天线布置 ○对JTIDS天线布置考虑应空对空、空对地通信，因此将它安装于机身上下方。5通信天线尤其是V/UHF 天线数量多，频段宽，要考虑减少相互影响，合○理布局。

在初步确定了天线在载体上的布局后，就可进行机载天线耦合干扰及天线方向图的计算机预测与分析，通过不断的调整天线的位置，最终找到最佳的天线布局方案。

四、国内外机载天线布局和EMC的发展动态

西方发达国家早在二战后就对飞机的EMC做了大量的研究工作，特别是美

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国在六七十年代中期对电磁兼容性研究所做的工作，比较全面和系统地考察了航空、航天、航海领域中的电磁兼容机理，并进行了研究和分析，获得了大量的资料和经验，取得了较好的效果。如美军先后研究出F-4，F-15系列飞机EMC分析方法和数学模型，并将其应用于飞机的设计、研制和维修中，取得了许多技术成果和显著的经济效益。海湾战争、科索沃战争及近期的反恐战争等，使各国对美国等西方各种武器的先进性有了更直观的认识，而战争中美国飞机的卓越性能都体现了研究飞机天线系统EMC的价值。

我国在这方面研究起步很晚，与国外相比水平还远远落后，直到70年代后才开始着手研究，而且发展速度缓慢，导致我国与发达国家拉下很大距离。目前，我国已经有一些部门和单位开始重视并从事这方面的工作，实现技术的跨越式发展，可望在不远的未来赶上先进发达国家的水平，从而能够利用EMC控制，使系统和设备与环境相融合，完成对电子设备的一体化设计。

参考文献

[1] 汤仕平,杨景发.飞机天线间兼容性分析及工程应用[J].电磁干扰抑制技术.[2] 王良刚,陈龙.机载C3I 系统电磁兼容技术研究[J].电讯技术,1997,37(2).[3] 邱扬,俞智敏,袁军,田锦.机载通信系统EMC设计中天线布局优化设计[J].舰船电子工程,2004.[4] 路志勇,宋长宏.机载系统天线布局及电磁兼容性分析[J].微波学报,2010.[5] 林泽祥,兰强.天线的电磁兼容技术[J].电波科学学报,2007,22(1).[6] 袁旭猛,王浩.机载天线电磁兼容技术分析[J].无线电通信技术,2011,37(4).[7] 陈晨.机载天线辐射特性及耦合研究[D].西安:西北工业大学,2006.6 / 6

第四篇：变电站内的电磁干扰及电磁兼容问题要点

变电站内的电磁干扰及电磁兼容问题 黄 海1, 张 辉2, 华 栋3(1.海口威特电气有限公司, 海口市,570311;2.广东工业大学, 广州市,510090;3.华南理工大学, 广州市,510641 [摘 要] 变电站是一二次设备最集中的场所, 系统运行方式的改变, 开关的动作, 雷电流的出现以及二次电缆间 的电磁耦合都会对二次回路产生干扰, 特别是引进微机监控和保护设备后, 电磁干扰问题更不容忽视。海南省几个变电站改造, 采用在互感器原、副绕组间装设屏蔽层, 加装浪涌吸收器, 采用多层电缆并将电缆外皮多点接地, 以及对控制室信号线和计算机室进行屏蔽等抗电磁干扰措施后, 收到了良好的效果。

[关键词] 变电站 电磁干扰 电磁兼容性

中图分类号:TM15 文献标识码:B 文章编号:1000-7229(2002 02-0032-02 Problems of Electromagnetic Interference and Compatibility Substations Huang Hai 1 , Zhang Hui 2 , Hua Dong 3(1.Haikou Weite Electrical Co.Ltd., Haikou , 570311;2., 510090;3.South China University of Science and , , [Abstract] The substation is the place and is concentrated mostly.So change of oper 2ation mode of the system , action of thunder current and electromagnetic coupling

between the sec 2ondary cables will on circuit , especially after introduction of the microcomputer control and protection the the interference can not be ignored.For retrofitting several substations in Hainan province the shielding is placed between the primary and secondary windings of the mutual inductor ,the surge absorber is equipped , multiple layer cable is adopted with multiple ground points outside the cable sheath ,the interference.The above mea 2sures have obtained achievement.[K eyw ords] substation;electromagnetic interference;electromagnetic compatibi 1ity

电磁干扰是环境污染的一种形式, 为了改善我

们周围的环境, 就需要对电磁干扰作深入研究, 确定电磁干扰的来源、研究电磁干扰的规律, 从而有效的防止或减小电磁干扰的影响。

变电站在电力系统中, 是一次设备和二次设备最集中的场所。系统运行方式的变化, 开关的动作, 雷电流的出现以及二次回路电缆间的电磁耦合都会对二次回路产生干扰。因此, 变电站是电力系统电磁干扰和电磁兼容性问题的主要研究对象。

目前, 海南省南石、洋水、屯昌等变电站正进行改造, 引进了多台微机监控和保护设备, 为实现变电站的综合自动化, 提供了自动化和智能化的手段。然而, 伴随着二次系统向数字化、集成化和高速化方向发展的同时, 其工作电压已降为0～5V , 信号电压小, 工作频带宽, 且与一次系统干扰源同频段, 使

其对外界干扰的敏感度远大于传统的控制设备。同时, 微机监控系统、微机保护和自动化装置, 经通信线及各种电缆与一次电气系统和其他变电站相连, 使它们极易受到干扰。因此, 在变电站设计中, 应采用合理的措施避免、减少和抑制电磁干扰。变电站中的主要电磁干扰源

变电站中一次回路的任何暂态过程都会通过不同的耦合途径传入二次回路形成电磁干扰, 二次回路本身也会产生干扰。二次回路中的设备, 主要包括继电保护、控制、信号、通信和监测等仪器仪表, 它们都属于弱电装置, 耐压能力与抗干扰能力较弱。因此, 不加防范就会干扰二次设备的正常工作, 严重时会造成二次设备绝缘击穿损坏, 形成永久性故障。下面主要论述变电站中的电磁干扰源及其特性。

收稿日期:2001-09-11 ・

23・第23卷 第2期

2002年2月 电 力 建 设

V ol.23 N o.2Feb ,200

21.1 谐波的干扰

电力系统是由电感、电阻和电容组成的网络, 在一定的参数配合下可能对某些频率产生谐振, 出现过电压和过电流。由于变压器铁芯的非线性, 高次谐波电流会使电源电压波形畸变, 电源的高次谐波电压通过电容耦合, 会在二次设备上产生高次谐波感应电压和感应电流。当此电压和电流值超过某一数值时, 就会造成二次设备误动或毁坏。1.2 开关操作引起的干扰

开关操作引起的干扰是变电站微机综合自动化系统所受到的最主要的电磁干扰。当线路或变压器发生短路故障时, 开关(断路器 要做出跳闸动作, 此时, 在开关

动、静触头间将发生开断、电弧重燃的反复过程, 在此过程中将感应出很高的脉冲电压和高频振荡电流。当振荡电流和脉冲电压与微机监控系统中要处理的开关量和脉冲量同频段时, 将使监控和保护等二次系统受到影响, 尤其对高速运行和传递数字逻辑信号的微机、计算机干扰更为严重。1.3 雷击干扰

当雷电击中变电站后, 入地网, 使接地点电位大大升高电位将随之升高, , 形成过电压,。对于二次电缆来说, 由于电缆外皮两端与接地网相连, 当有雷电流流过地网时, 会在电缆两端产生电位差, 电流将流过二次电缆的外皮, 在二次电缆的芯线上感应出感应电势, 叠加在信号上造成干扰。综合自动化变电站中有大量的数字集成电路装置, 如远动RT U 装置、微机保护装置和微机故障录波装置等。这些装置的电源工作电压一般为±5V , 对雷击干扰尤为敏感。如RT U 装置, 它是由微机处理器和计算机接口电路等构成, 当雷电流通过电力电缆、户外二次电缆、交流工作电源等进入RT U 主机时, 会在RT U 的外壳与大地之间产生一个瞬时达到几kV 的高电压, 该高电压将直接危害着RT U 装置的运行安全, 甚至会导致设备损坏。1.4 二次回路自身的干扰二次回路自身的干扰主要是通过电磁感应而产生的。到目前为止, 我国变电站综合自动化设备的数字集成电路装置, 很多是采用单片机系统来实现的, 单片机系统中的印刷电路板(PC B 上的器件均是由直流电源供电。而直流回路中有许多大电感线圈, 在直流回路进行开关操作时, 线圈两端将出现过

电压, 它会在二次回路设备上感应出不利于二次设

备正常工作的感应电压和感应电流, 对PC B 上的器件造成干扰, 从而干扰单片机系统的正常工作。变电站中的电磁兼容性问题 2.l 抑制二次干扰的措施

变电站中存在如此多的电磁干扰源, 且对二次回路有诸多的不利影响, 因此, 在变电站设计中, 应采取有效措施防止和减少电磁干扰, 即考虑变电站的电磁兼容性。

对变电站二次干扰的主要防护措施有以下3个方面:隔离、滤波和屏蔽。2.1.1 隔离措施在变电站中, 二次设备的交流回路通常与互感器相连, 共模干扰电压通过互感器原、副绕组间的耦合电容进入二次设备,。若在互感器的原、, 且屏蔽层与铁芯, , 防止或减少了对二次设, 采取隔离措施后可降低干扰%～45%。2.1.2 滤波措施

所谓滤波措施即是将滤波电容器与非线性的电阻元件并联组成浪涌吸收器, 以抑制共模和差模干扰。不同的非线性元件具有不同的特性, 设计时可根据具体需要选用。2.1.3 屏蔽措施

对于静电屏蔽, 可采用尽量减小外皮的接地阻抗, 外皮接地点尽量靠近被保护的二次设备, 适当增加电缆接地点, 减小高压母线与电缆之间的静电耦合。对于低频干扰, 可将电缆的屏蔽层两端接地, 且接地越良好, 屏蔽效果越明显。对于高频干扰, 应采用多层屏蔽电缆, 通过屏蔽层与介质分界面上的折反射及在屏蔽层中形成的涡流来减弱干扰能量，从而有效地抑制高频干扰的侵入。2.2 计算机等弱电设备的抗干扰措施 变电站内计算机等弱电设备属于敏感设备, 开关、刀闸、变压器、静止无功补偿设备、调相机、母线等干扰源都可通过PT、CT 干扰计算机等设备。采取的主要措施是对控制室的信号线和计算机室进行屏蔽。其次是将计算机等弱电设备接地, 将部分干扰信号, 如雷电流、短路电流和瞬态噪声等泄入大地, 达到保护设备的目的。

(责任编辑:李连成 ・

33・第2期变电站内的电磁干扰及电磁兼容问题

第五篇：第八章 电磁能量辐射与天线概要

第八章 电磁能量辐射与天线

习题8.1

一长为20m的发射天线，在频率f1MHz时，可视为单元偶极子天线，设天线上电流振幅的有效值为2.5A，求天线的辐射电阻Rrad和辐射功率P。如频率变为f100kHz，其他参数不变时，辐射电阻和辐射功率又为多少?

题意分析：

单元偶极子天线辐射电阻和辐射功率是天线特性的重要参数，必须掌握。解：

当f1MHz时

自由空间中电磁波的传播速度为光速c

所以，电磁波的波长：

c3108

300（m）6f110天线的辐射电阻：

Rrad802(天线的辐射功率：

PI2Rrad(2.5106)23.52.191011（W）

当f100kHz时：

电磁波的波长：

c3108

（m）

300 03f10010l)2802(202)3.5（）300天线的辐射电阻：

Rrad802(天线的辐射功率：

PI2Rrad(2.5106)23.51022.191013l)2802(202)3.5102（）3000（W）

从本题的分析可以看出：当激励电流和单元偶极子天线尺寸不变时，信号的频率越高，辐射功率越大。辐射电阻Rrad表征了单元偶极子天线辐射电磁能量的能力，Rrad越大，辐射能力越强。

习题8.2

一单元偶极子天线位于坐标原点，离天线较远处测得天线激发的电磁波的场强为：

sinθrE(r,t)E0sinω(t-rc)eθV/m 式中c为真空中的光速。求天线辐射的平均功率。

题意分析：

由题意，测量点距天线距离较远，本问题研究的是单元偶极子天线的远区场问题。远区场是横电磁波（TEM波），电场强度和磁场强度在空间相互垂直，且与传播方向垂直，三者满足右手螺旋定律。在研究远区场时，天线的尺寸相对于源点到场点的距离很小，可以忽略天线尺寸的影响，因此建立如图所示球坐标系。

zPereeSEHoyx

图8.2.1 场点P处电场强度，磁场强度以及坡印廷矢量方向关系

解：

根据场量与波阻抗的关系，可得磁场强度为：

EEsinr

H(r,t)Hee0sinω(t-)e（A/m）

Z0Z0rc相位系数的定义式：

表达式中ω(t-22f fcr)项可以写成ωt-r，这样就与标准表达式统一起来了。c电场强度的相量形式：

1sinθjr

E(。E0e)e（V/m）

r2磁场强度的相量形式：

1E0sinθjr

H(。e)e（A/m）

2Z0r坡印廷矢量平均值：



SavReEH*

1sinθjr1E0sinθjrRe(E0e)(e)(ee)

r2Z0r2

2E02sinθer（W/m2）22Z0r

平均功率，即将坡印廷矢量平均值Sav在球坐标系中进行闭合面积分：

22E2sin22EPSavdS0rsindd0（W）2S002Z0r90