EMC分析方法與計(jì)算模型

內(nèi)容概要

電磁兼容是一門(mén)既年長(zhǎng)又年輕的學(xué)科，說(shuō)它年長(zhǎng)是因?yàn)楫?dāng)100多年前第一次使用無(wú)線電通信時(shí)就提出了射頻干擾問(wèn)題。然而只是到了最近的20～25年間，由于數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家和工程師們才不僅能為電磁干擾現(xiàn)象進(jìn)行物理建模，而且還可以應(yīng)用物理模型針對(duì)這些電磁干擾物理現(xiàn)象給出更形象化的、更好的推斷，以及給出更有效地減小于擾影響的措施。    模型的發(fā)展和利用已經(jīng)成為人類(lèi)能動(dòng)性的、極其核心的內(nèi)容，下面引用Peter Johns（TLM模型的提出者）最近的演講來(lái)說(shuō)明時(shí)下建模分析的發(fā)展。    “縱觀歷史，人類(lèi)一直在為觀察到的物理現(xiàn)象進(jìn)行建模，從巖洞壁畫(huà)到超現(xiàn)實(shí)主義藝術(shù)，從原子模型到宇宙模型，都是在試圖努力于進(jìn)行具體的分析或者是與人們進(jìn)行思想交流上。作為工程師，針對(duì)具體的工程設(shè)計(jì)理念建立或選用數(shù)學(xué)模型，必須能夠特別精通。一個(gè)理想分析模型的特性看起來(lái)是明確的，例如加強(qiáng)需要的、相關(guān)內(nèi)容的分析，剔除不相關(guān)的內(nèi)容。然而，由于計(jì)算器或者計(jì)算機(jī)的普及使專業(yè)工程師唾手可得的計(jì)算能力大大加強(qiáng)。因此，建立分析模型的方法也變化了，這意味著我們過(guò)去已經(jīng)選用的分析模型對(duì)現(xiàn)在或者將來(lái)可能并不是最好的?！?   盡管數(shù)值模型對(duì)我們理解電氣現(xiàn)象很有用，但數(shù)值模型具有內(nèi)在的限制性不能預(yù)測(cè)所有我們希望的，如Johns指出的，有時(shí)為了建立模型需要引進(jìn)數(shù)學(xué)基本理論而進(jìn)行的基本假設(shè)就是對(duì)實(shí)際情況的近似，因此，基于這些近似假設(shè)的模型就限定了有效使用范圍。另一種建模面臨的情況（也就是“實(shí)際的”隋況）會(huì)很復(fù)雜，以至于精確的建模變得很困難，如果并非不可能，也很難執(zhí)行。這時(shí)，人們經(jīng)常設(shè)計(jì)測(cè)量或者實(shí)驗(yàn)來(lái)分析理解物理現(xiàn)象。

書(shū)籍目錄

第一部分  開(kāi)篇語(yǔ)　第1章  電磁兼容分析與建模概述  　1.1　建模的概念　  1.2　模型的可應(yīng)用性  　  1.2.1　實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目捎眯耘e例　    1.2.2　用非實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證模型的可用性　  1.3　電磁學(xué)分析建模  　1.4　EMC建模：歷史回顧　  1.5　EMC建模的考慮  　  1.5.1　EMC問(wèn)題分類(lèi)　    1.5.2　EMC模型中的信號(hào)類(lèi)型　    1.5.3　建模限制　  1.6　什么問(wèn)題該建模，建模對(duì)什么問(wèn)題有用　  參考文獻(xiàn)  　習(xí)題　第2章　EMC建模中的系統(tǒng)分解  　2.1　將建模分析方法應(yīng)用于EMC　    2.1.1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段　    2.1.2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段　    2.1.3　EMC驗(yàn)證階段　    2.1.4　模型分析應(yīng)用總結(jié)　  2.2　系統(tǒng)拓?fù)涿枋? 　  2.2.1　電磁拓?fù)洹?   2.2.2　系統(tǒng)間電磁影響　    2.2.3　基于電磁拓?fù)涞腅MC邏輯設(shè)計(jì)的一般原理　  2.3　建模精確度  　  2.3.1　分析中的固有誤差　    2.3.2　分析中的精度均衡  　參考文獻(xiàn)　  習(xí)題第二部分　低頻電路模型　第3章　集總參數(shù)電路模型  　3.1　概述　  3.2　電路中的傳導(dǎo)干擾  　  3.2.1　戴維南定理和諾頓定理　    3.2.2　無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)　    3.2.3　有源電路的二端口模型　    3.2.4　多端口網(wǎng)絡(luò)　    3.2.5  電力系統(tǒng)中的傳導(dǎo)干擾舉例　  3.3　電磁場(chǎng)在電路中引起的干擾　    3.3.1　磁場(chǎng)耦合　    3.3.2　電場(chǎng)耦合　    3.3.3　低頻電磁場(chǎng)耦合  　  3.3.4　減小低頻干擾耦合的一般方法　    3.3.5　減小電容耦合的具體方法  　  3.3.6　減小電感耦合的具體方法　  3.4　公共接地回路引起的干擾  　3.5　電路模型的高頻推廣　  參考文獻(xiàn)  　習(xí)題第三部分  高頻寬帶耦合模型　第4章　線天線的輻射模型  　4.1　概述　  4.2　時(shí)諧輻射電磁場(chǎng)  　  4.2.1　總論　    4.2.2　單元輻射　    4.2.3　分布源輻射  　  4.2.4　環(huán)境中存在其他物體時(shí)的偶極子輻射　    4.2.5　磁場(chǎng)分量的估算　　4.3　頻域電磁場(chǎng)的接收與散射    　4.3.1　一般出發(fā)點(diǎn)　    4.3.2　細(xì)導(dǎo)線近似解　　4.4　電場(chǎng)時(shí)域積分方程    　4.4.1　概述……第四部分　傳輸線模型　第五部分　屏蔽建模附錄

章節(jié)摘錄

　　在確定S1之后，需要在S1上尋找電磁能量異常的區(qū)域：如透人、孔縫、天線、電纜等，再由這些能量導(dǎo)管深入到內(nèi)層并確定內(nèi)層電磁能量關(guān)系（區(qū)域關(guān)系及聯(lián)接關(guān)系），如此，像剝離玉米的皮一樣進(jìn)行層層分析，直到系統(tǒng)中要分析的部位。　　之后，再對(duì)每一個(gè)點(diǎn)和面的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程進(jìn)行分析，要對(duì)每一個(gè)區(qū)域的能量分布關(guān)系進(jìn)行理論或數(shù)值建模?！　≡趯?shí)際情形中，屏蔽表面或電磁屏障總不可能完美無(wú)缺，系統(tǒng)需要供電、送出數(shù)據(jù)、通風(fēng)、機(jī)械開(kāi)口和裝配，不完美的屏蔽特性就形成許多EM能量透入點(diǎn)，如同在氣球或車(chē)輪內(nèi)胎上刺孔，會(huì)產(chǎn)生漏氣點(diǎn)一樣。一般都是經(jīng)導(dǎo)線、孔縫和屏蔽透人。通?？偸亲鲂┖?jiǎn)化的模型，針對(duì)典型的簡(jiǎn)單模型進(jìn)行樣板分析（模型分析），然后，再應(yīng)用這些樣板分析和結(jié)果去分析屏蔽內(nèi)部的情況?！　∵@種屏蔽拓?fù)涞母拍詈头椒梢詰?yīng)用到許許多多系統(tǒng)中去。對(duì)不同系統(tǒng)有一個(gè)很重要的問(wèn)題是系統(tǒng)的尺寸，一般地說(shuō)，EMC響應(yīng)的頻譜反比于系統(tǒng)的尺寸。因此，如果系統(tǒng)尺寸減小100倍，則EMC頻率響應(yīng)范圍會(huì)增大100倍。這是應(yīng)用于不同系統(tǒng)時(shí)要注意的。實(shí)際上，采用電磁拓?fù)浞椒ǚ治鲆粋€(gè)系統(tǒng)的主要思想就是要把一個(gè)大的復(fù)雜的系統(tǒng)分割為數(shù)個(gè)子單元，而每個(gè)子單元是可以采用理論樣板研究單獨(dú)進(jìn)行分析的，進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)通?？梢灾苯右美碚摻Y(jié)果?！　±?，考慮位于電站附近的一個(gè)接地的通信設(shè)備。電站的電閘動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生干擾并沿電線進(jìn)入通信機(jī)房，同時(shí)，電閘火花輻射會(huì)經(jīng)機(jī)房天線和電線系統(tǒng)耦合進(jìn)入通信設(shè)備。在這種情況下，主要的能量透入點(diǎn)是經(jīng)電線渠道，其他的還有經(jīng)門(mén)窗（孔縫）進(jìn)入，經(jīng)水管、氣管（傳導(dǎo)途徑）進(jìn)入，或經(jīng)通信機(jī)房墻壁透入，這些都可能存在。但是它們并非直接進(jìn)入通信機(jī)房的通信設(shè)備的，只是間接影響，所以只是次要原因。找到主要原因和主要渠道是非常重要的事，理論結(jié)合實(shí)際的能力需要相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)和技巧的積累，以及細(xì)致入微的觀察測(cè)試實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然如果發(fā)現(xiàn)頻率很高的干擾，并且處于遠(yuǎn)區(qū)頻段，那就一定是輻射影響，那么主要能量饋人點(diǎn)就應(yīng)當(dāng)為孔縫或線間串音。　　3.EMC設(shè)計(jì)　　一旦系統(tǒng)防護(hù)EMI的電磁屏障或屏蔽表面清晰地確定之后，防護(hù)設(shè)計(jì)思想就確定了：將電磁屏蔽上的所有重要的能量進(jìn)入點(diǎn)（POE）都配置一定類(lèi)型的防護(hù)器件，限制EMI經(jīng)由這些POE進(jìn)入系統(tǒng)。防護(hù)器件可以是濾波器、限流二極管、各種開(kāi)關(guān)、屏蔽網(wǎng)、EMI密封圈等。一個(gè)POE可能會(huì)有多個(gè)防護(hù)設(shè)計(jì)選擇，取決于對(duì)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的選擇。　　但實(shí)際情況往往很復(fù)雜，沒(méi)有辦法劃分為各自可以獨(dú)立進(jìn)行分析的子系統(tǒng)。系統(tǒng)的大多數(shù)組成部分以復(fù)雜的方式交互連在一起，導(dǎo)致必須要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。在復(fù)雜系統(tǒng)中有一種較為簡(jiǎn)單的方法是可以采用互耦合順序圖來(lái)進(jìn)行分析。誤差估計(jì)非常重要，必須有測(cè)試配合。這個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部分相互之間錯(cuò)綜復(fù)雜，相互關(guān)聯(lián)，如何切分為部分，要考慮切斷點(diǎn)處能量交換關(guān)系，因此必須進(jìn)行分析。要分析能量流動(dòng)的渠道和順序，同時(shí)還要分析時(shí)間和作用的疊加關(guān)系，如果系統(tǒng)很復(fù)雜，采用上述分析方法時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，能產(chǎn)生很大的偏差或誤差，而且很難構(gòu)造電磁拓?fù)潢P(guān)系，不僅沒(méi)有一個(gè)清晰的思路或方向進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，而且也沒(méi)有一個(gè)方法去驗(yàn)證或推證整個(gè)系統(tǒng)的EMC程度。但是，不管系統(tǒng)多么復(fù)雜，如果心中清楚地有一個(gè)電磁屏蔽拓?fù)?，就有可能采用部分測(cè)試的方法，而不必對(duì)整個(gè)系統(tǒng)分析或測(cè)試，去檢查每一個(gè)透入點(diǎn)和相關(guān)的防護(hù)器件解決電磁兼容設(shè)計(jì)問(wèn)題。

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