复杂系统的电磁兼容问题

古莘

随着电子、电气、计算机及控制技术的迅速发展，复杂系统的电磁兼容问题也越来越多，以舰船为例，现代作战平台大功率设备产生的带内、带外电磁环境带来了电磁兼容问题突出的表现在：
(1)射频干扰幅度强，密度大，对敏感系统的危害严重舰上高频(HF)发射天线产生的电磁场对战术空军导航系统产生电磁危害。当场强值>300V／m时就会对各种雷达系统的伺服机构产生干扰，影响对飞机着舰的引导。
) I6 Z' d9 T; D& h(2)电子战系统辐射频谱宽，带来系统间的干扰问题目前普遍存在电子战系统与雷达系统、卫通、数字通信设备之间的电磁干扰。
& K6 _  y7 n+ e$ Q0 ~2 U$ G; x$ n(3)雷达之间存在波瓣耦合强，带来系统内的干扰问题尤其是频率相近的雷达，当两种雷达都以机械转动方式实现全方位搜索时会产生波瓣问耦合干扰会使导弹或飞机引导雷达性能的下降。
$ m( I+ t6 s( E% E( l3 C+ R: |(4)强射频的危害
现代雷达的辐射功率可在空间产生超过10000V／m的峰值场强，当武器装备穿过该场强区域时，会在结构件上感应高电压和大电流，而造成对人员、军械、燃油的损毁。
) A' ]4 M' r9 O' a(5)强磁场环境或低频大电流会对低频通信设备和电磁安全性构成威胁。复杂系统电磁兼容面临的挑战可以从需求和技术两种角度来进行解释。系统信息化程度高度集中，在同一系统内集中众多分系统；系统指标高度先进，一个系统能够完成以自订若干系统的功能；使用环境高度复杂，电子设备日益密集，种类增多，电磁信号的功率增大，频谱展宽，无论是民间还是军事上，各种电子系统承受的电磁环境也变得越来越复杂。因此，电磁兼容的需求也越来越迫切。
) b# ~9 t; f) ~& u# S/ P4 S; d    另外，材料进步会使某些传统电磁兼容技术无法再继续使用，比如因为对成本、尺寸、重量的要求，导致笨重的金属壳体逐渐被轻巧的非金属壳体所取代；工艺进步会极大地增加电磁兼容分析与设计的难度，比如超大规模集成电路的广泛应用，使得电子系统的集成化程度越来越高。因此，电磁兼容面临的技术难度也越来越大。
- Q* |, R6 b) O$ ^1 R  ~    从层次上，电磁兼容性分析可以分为系统级、器件级和电路板级三个层次(也有更为细致的分法，如分系统级、设备级、芯片级等等，但均能归类于这三个层次当中)，因为各层次对象的针对性较强，其分析方法也会有较为明显的区分。第一个层次是板级的电磁兼容预测。在工作在低速或低频时一般不会出现显著的电磁兼容问题。但当工作在高频时，电磁兼容问题就会变得十分突出，它直接影响到产品的质量，因此必须在电路板及芯片的设计时就考虑电磁兼容问题。目前，美国和其他一些西方国家的半导体芯片生产厂家把电磁兼容设计、预测作为生产的第一个主要过程。第二个层次是器件的电磁兼容预测，例如多芯线、驱动器等电子电气部件本身的电磁兼容预测，以及器件与器件之间的电磁兼容预测。第三个层次是系统级的电磁兼容预测。这一层次针对例如飞机、舰船、导弹、飞船等装有多种复杂电子电气设备的系统进行电磁兼容预测。从功能的角度上说，电路板级和器件级的分析最终会统一到系统级上来，所以本文关注的重点是复杂系统的系统级电磁兼容分析方法研究上。