基于仿真的系统EMC设计流程

古莘

       本文基于Ansoft仿真软件进行分析，系统EMC的设计流程如图1所示。 可先根据系统EMC测试的结果做出适当的工程判断，并结合仿真软件对于超标项进行问题定位。在此阶段，可先不考虑单板及器件的具体结构，而是根据测试结果采用适当的等效源分析手段。然后，在设备级的设计中采用对单板和机箱的并行设计来改善设备的电磁兼容性。
       以下通过一个实际的系统EMC工程问题说明这种“自顶向下”的设计流程[10]。图2所示为一个由四辆车构成的复杂电磁兼容系统，每辆车上各装有多幅天线及电子设备。完整的系统电磁兼容设计既需要评估复杂的系统电磁环境，也需要关注具体电子设备的电磁兼容性。我们从模拟B、C、D三辆车的短波电台在工作时，对于A车内的电子设备的电磁干扰情况入手，由系统级到设备级，最终到器件级进行电磁兼容分析。

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                                                                  系统级EMC设计实例——对复杂系统进行电磁环境评估实例
" i) Z( h$ P: I       图3所示为四车系统中的电磁场分布仿真结果。由于复杂电磁兼容系统中的干扰源往往包含较多结构细节，比如车载电台与装甲车作为整个系统的噪声源结构就很复杂，采用 “场到场链接”（Data Link）的方法可有效的将电磁兼容系统中噪声源与传播空间分解.
, Y- i" {& q* K; m" _7 ^/ k1 q+ I: ]      如图3所示，右侧的装甲车连同车载的电台天线可先整体在一个设计（HFSS design）中仿真，然后将该设计作为场源动态的链接到由多车辆系统及其周围环境构成的空间中。同时，进一步利用场链接得到系统内子系统的电磁场分布，如图4所示。
5 \* F7 M& g- Q9 Y       接下来，我们对单部装甲车系统的天线布局进行研究。天线布局方面的设计关注点主要有：天线隔离度、带运载平台后的天线方向图畸变、发射天线对车内电子设备的电磁干扰。改善天线隔离度的方法主要有：距离隔离、极化隔离和方向性隔离。通过拉远天线间距离以增大隔离度的方法被限制在车顶上有限的空间内，因此合理的天线及线缆线束布局才是改善整车天线布局和电磁兼容性的关键。图5中显示了一辆装甲车及安装在车顶的四副天线的位置及结构。图6分别为天线1和天线2在其工作频段下的考虑装甲车和地面影响后的辐射方向图。
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       本文还对天线布局优化进行了一系列研究。采用HFSS对天线3的位置坐标进行参数化扫描，即得到图7中显示的天线3与天线4之间的隔离度随频率变化的一组曲线，通过考察敏感频点下的隔离度，即可直观的确定在满足与天线4良好隔离情况下的天线3的最优位置。在实际工程中，往往涉及到多幅天线的布局，必须兼顾多幅天线间的隔离度，综合考虑多个指标，此处如结合设计经验会更高效。
      发射天线在工作时，经过大功率射频电缆的电磁能量耦合到临近的设备电缆上，对车内不同位置处的六个电子设备产生了不同程度的干扰，如图8所示。仿真结果显示，经过设备1,2,6的干扰电流较大，在后续工作中，设计者可以对连接这些设备的电缆在Q3D和HFSS中进行布局分析，从而得到最优的布局方案。

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