CN113687276B - 一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法，包括以下步骤：S1.构建系统模型，并确定瞬态电磁进入系统的途径和影响系统的方式；S2.给定瞬态电磁场辐射敏感度指标；S3.基于给定的瞬态电磁场辐射敏感度指标，对系统模型内的敏感阈值进行计算；S4.根据计算的敏感阈值与系统模型中部件的设计指标，综合确定系统内的敏感阈值指标。本发明对设备互连线缆和接收天线的抗干扰指标进行设计，以保证其在瞬态电磁环境下的生存特性，有抵御给定的电磁环境干扰的能力，并有一定的安全余量。

Description

一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法

技术领域

本发明设计电磁敏感指标分解，特别是涉及一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法。

背景技术

电磁敏感度指的是在存在电磁骚扰的情况下，描述承受电磁干扰的一种性能，即它们在一定电磁环境下，按一定要求正常工作的性能。随着科技的不断发展，瞬态电磁环境的频谱越来越宽，强度越来越大，电子器件、设备和系统呈现出小型化、集成化、复杂化、高灵敏度、大功率、高速度和宽频带的趋势，伴随而来的问题是这些元器件抗干扰能力越来越差，受极易受瞬态电磁脉冲环境(如核电磁脉冲、雷电、高功率微波等)的影响，因此瞬态电磁环境下系统的电磁敏感性是越来越受到工程技术人员的关注。

瞬态电磁环境主要通过前门耦合(天线等射频端口)和后门耦合(孔缝、线缆等)两种途径进入系统，通过天线、孔缝耦合进入的场大多以辐射敏感的方式影响设备，通过线缆耦合进入的场大多以传导敏感的方式影响设备，为保证瞬态电磁环境不影响系统正常工作，亟需对系统进行电磁敏感性指标设计，使其满足适用于瞬态电磁环境的抗干扰性能限值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法，对设备互连线缆和接收机的敏感度进行设计，以保证其在瞬态电磁环境下的生存特性，有抵御给定的电磁环境干扰的能力，并有一定的安全余量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法，包括以下步骤：

S1.构建系统模型，并确定瞬态电磁进入系统的途径和影响系统的方式；

S2.给定瞬态电磁场辐射敏感度指标；

S3.基于给定的瞬态电磁场辐射敏感度指标，对系统模型内的敏感阈值进行计算；

S4.根据计算的敏感阈值与系统模型中部件的设计指标，综合确定系统内的敏感阈值指标。

优选地，所述系统模型包括带有孔缝的系统外壳，所述系统外壳上设置有天线，所述系统外壳内设置有多个设备；所述设备包括通过射频线与天线连接的接收机，以及通过线缆互连的接收设备，所述线缆包括信号线和控制线；

瞬态电磁环境通过前门耦合和后门耦合两种途径进入系统；所述前门耦合是指通过天线进入系统，并对与天线连接的接收机产生影响；所述后门耦合是指通过孔缝进入系统，在线缆上产生耦合效应，对通过线缆互连的接收设备产生影响。

优选地，所述瞬态电磁场辐射敏感度指标针对的是整个系统承受的瞬态电磁环境的能力，通过RS105试验获得或直接预先设定。

所述步骤S3中，在电磁场通过后门耦合的方式进入系统外壳内部时，估算出系统外壳内部的电磁环境辐射量值：

P_E内＝P_E.外-L

其中P_E内为系统内部电磁场环境指标，单位：dBV/m；P_E外为系统总体设计指标，单位：dBV/m；L为壳体屏蔽效能，单位：dB；

壳体内部电磁环境在线缆上产生耦合效应，通过线缆端口流入接收设备内部，并与线缆长度、布局以及离地高度密切相关，为分解该线缆电磁兼容指标，需要建立内部场与线缆共模耦合效应关系函数F(s)，以及内部场与线缆差模耦合效应关系函数H(s)，再据此计算出线缆共模电流和差模电压：

I_共模＝E_内·F(s)

U_差模＝E_内·H(s)

其中,E_内表示系统内部场环境场强，根据P_E内＝20lgE_内计算得到，单位V/m；将共模电流和差模电压的敏感阈值转换为dB的形式，并留6dB的设计余量，得到线缆共模电流和差模电压的敏感阈值：

所述步骤S3中，电磁场通过前门耦合的方式进入系统外壳内部时，辐射场在与天线连接的射频线上产生耦合效应，通过射频端口注入系统外壳内部的接收机，通过建立场环境与射频线的耦合效应关系函数H′(s)，得到端口感应电压：

U_差模＝E_外·H′(s)

E_外为瞬态电磁场辐射敏感度指标,表征系统外的瞬态电磁环境；

S303.令R为射频线端口等效负载，即端口负载的功率为：

其中，U_差模为感应负载电压，根据敏感阈值S_端口＝10lgP_端口，留有6dB的设计余量，由此推出天线接收机敏感阈值S：

其中，S_端口为天线端口功率，单位：dBm，f_down为接收天线的频率下限，f_up为接收天线的频率下限；f_else表示[f_down,f_up]之外的频带，φ_f表示设备在测试频带f_test抑制度。

所述步骤S4包括：

S401.对于连接系统外壳内接收设备的线缆，将步骤S3中计算得到的共模电流和差模电压的敏感阈值标记为C_i,i＝1,2，其中i＝1时，对应的C_i为P_I；i＝2时，对应的C_i为P_U；获取线缆本身的敏感阈值K_i，其中i＝1时，对应的K_i表示线缆本身的共模电流敏感阈值；i＝2时，对应的K_i表示线缆本身的差模电压敏感阈值；

将C_i与K_i进行对比，取较为严苛的指标为瞬态电磁环境下系统的敏感设计指标Q_i：

Q_i＝max(K_i，C_i)，i＝1,2

将敏感设计指标Q_i作为最终的线缆敏感阈值指标；

S402.对于通过射频线与天线连接的接收机，设接收机自身在工作频带内灵敏度为L_f,f∈[f_down,f_up]，其中，f_down与f_up分别表示设备工作频段的下限与上限；

给定接收机天线端子带外响应抑制R_f,f∈f_else，由L_f与R_f综合得到电子设备的接收机敏感阈值函数S′，如下式所示：

取S′和S较为严苛的指标max(S，S′)为接收机的敏感设计指标。

其中，所述步骤S401中，获取线缆本身的敏感阈值K_i的方式包括：

(1)对线缆进行试验，直接测试线缆共模电流和差模电压的敏感阈值；

(2)根据线缆参数，预先给定线缆共模电流和差模电压的敏感阈值。

本发明的有益效果是：本发明对设备互连线缆和接收机的敏感度进行设计，以保证其在瞬态电磁环境下的生存特性，有抵御给定的电磁环境干扰的能力，并有一定的安全余量。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为线缆辐射场关系图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法，包括以下步骤：

S1.构建系统模型，并确定瞬态电磁进入系统的途径和影响系统的方式；

S2.给定瞬态电磁场辐射敏感度指标；

S3.基于给定的瞬态电磁场辐射敏感度指标，对系统模型内的敏感阈值进行计算；

S4.根据计算的敏感阈值与系统模型中部件的设计指标，综合确定系统内的敏感阈值指标。

在本申请的实施例中，所述系统模型包括带有孔缝的系统外壳，所述系统外壳上设置有天线，所述系统外壳内设置有多个设备；所述设备包括通过射频线与天线连接的接收机，以及通过线缆互连的接收设备，所述线缆包括信号线和控制线；

瞬态电磁环境通过前门耦合和后门耦合两种途径进入系统；所述前门耦合是指通过天线进入系统，并对与天线连接的接收机产生影响；所述后门耦合是指通过孔缝进入系统，在线缆上产生耦合效应，对通过线缆互连的接收设备产生影响。

优选地，所述瞬态电磁场辐射敏感度指标针对的是整个系统承受的瞬态电磁环境的能力，通过RS105试验获得或直接预先设定。

所述步骤S3中，在电磁场通过后门耦合的方式进入系统外壳内部时，估算出系统外壳内部的电磁环境辐射量值：

P_E内＝P_E.外-L

其中P_E内为系统内部电磁场环境指标，单位：dBV/m；P_E外为系统总体设计指标，单位：dBV/m；L为壳体屏蔽效能，单位：dB；

壳体内部电磁环境在线缆上产生耦合效应，通过线缆端口流入接收设备内部，并与线缆长度、布局以及离地高度密切相关，为分解该线缆电磁兼容指标，需要建立内部场与线缆共模耦合效应关系函数F(s)，以及内部场与线缆差模耦合效应关系函数H(s)，F(s)、H(s)可以通过仿真或试验测试的方法获得，在实际应用过程中将其作为预先测定好的已知函数；再据此计算出线缆共模电流和差模电压：

I_共模＝E_内·F(s)

U_差模＝E_内·H(s)

其中,E_内表示系统内部场环境场强，根据P_E内＝20lgE_内计算得到，单位V/m；将共模电流和差模电压的敏感阈值转换为dB的形式，并留6dB的设计余量，得到线缆共模电流和差模电压的敏感阈值：

所述步骤S3中，电磁场通过前门耦合的方式进入系统外壳内部时，辐射场在与天线连接的射频线上产生耦合效应，通过射频端口注入系统外壳内部的接收机，通过建立场环境与射频线的耦合效应关系函数H′(s)，H′(s)通过仿真或试验测试的方法获得，在实际应用过程中将其作为预先测定好的已知函数，计算得到端口感应电压：

U_差模＝E_外·H′(s)

E_外为瞬态电磁场辐射敏感度指标,表征系统外的瞬态电磁环境；

S303.令R为射频线端口等效负载，即端口负载的功率为：

其中，U_差模为感应负载电压，根据敏感阈值S_端口＝10lgP_端口，留有6dB的设计余量，由此推出天线接收机敏感阈值S：

其中，S_端口为天线端口功率，单位：dBm，f_down为接收天线的频率下限，f_up为接收天线的频率下限；f_else表示[f_down,f_up]之外的频带，φ_f表示设备在测试频带f_test抑制度，可以直接给定，也可通过天线端子敏感项CS103、CS104、CS105测试获取。

所述步骤S4包括：

S401.对于连接系统外壳内接收设备的线缆，将步骤S3中计算得到的共模电流和差模电压的敏感阈值标记为C_i,i＝1,2，其中i＝1时，对应的C_i为P_I；i＝2时，对应的C_i为P_U；获取线缆本身的敏感阈值K_i，其中i＝1时，对应的K_i表示线缆本身的共模电流敏感阈值；i＝2时，对应的K_i表示线缆本身的差模电压敏感阈值；

获取线缆本身的敏感阈值K_i的方式包括：

(1)对线缆进行试验，直接测试线缆共模电流和差模电压的敏感阈值；若需要进行测试时，差模电压的敏感阈值可以通过CS101或CS106测试进行获取；共模电流敏感阈值可以通过CS114、CS115或CS116试验进行获取；

(2)根据线缆情况，预先给定线缆共模电流和差模电压的敏感阈值。

将C_i与K_i进行对比，取较为严苛的指标为瞬态电磁环境下系统的敏感设计指标Q_i：

Q_i＝max(K_i，C_i)，i＝1,2

将敏感设计指标Q_i作为最终的线缆敏感阈值指标；

对于通过射频线与天线连接的接收机，设接收机自身在工作频带内灵敏度为L_f,f∈[f_down,f_up]，其中，f_down与f_up分别表示设备工作频段的下限与上限；

给定接收机天线端子带外响应抑制R_f,f∈f_else,(R_f＝φ_f)，由L_f与R_f综合得到电子设备的接收机敏感阈值函数S′，如下式所示：

取S′和S较为严苛的指标max(S，S′)为接收机的敏感设计指标。

本发明对设备互连线缆和接收机的抗干扰指标进行设计，以保证其在瞬态电磁环境下的生存特性，有抵御给定的电磁环境干扰的能力，并有一定的安全余量。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.构建系统模型，并确定瞬态电磁进入系统的途径和影响系统的方式；

S2.给定瞬态电磁场辐射敏感度指标；

S3.基于给定的瞬态电磁场辐射敏感度指标，对系统模型内的敏感阈值进行计算；

S4.根据计算的敏感阈值与系统模型中部件的设计指标，综合确定系统内的敏感阈值指标；

所述步骤S4包括：

S401.对于连接系统外壳内接收设备的线缆，将步骤S3中计算得到的共模电流和差模电压的敏感阈值标记为C_i,i＝1,2，其中i＝1时，对应的C_i为P_I；i＝2时，对应的C_i为P_U；获取线缆本身的敏感阈值K_i，其中i＝1时，对应的K_i表示线缆本身的共模电流敏感阈值；i＝2时，对应的K_i表示线缆本身的差模电压敏感阈值；

将C_i与K_i进行对比，取较为严苛的指标为瞬态电磁环境下系统的敏感设计指标Q_i：

Q_i＝max(K_i，C_i)，i＝1,2

将敏感设计指标Q_i作为最终的线缆敏感阈值指标；

S402.对于通过射频线与天线连接的接收机，设接收机自身在工作频带内灵敏度为L_f,f∈[f_down,f_up]，其中，f_down与f_up分别表示设备工作频段的下限与上限；

给定接收机天线端子带外响应抑制R_f,f∈f_else，由L_f与R_f综合得到电子设备的接收机敏感阈值函数S′，如下式所示：

取S′和S较为严苛的指标max(S，S′)为接收机的敏感设计指标。

2.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法，其特征在于：所述系统模型包括带有孔缝的系统外壳，所述系统外壳上设置有天线，所述系统外壳内设置有多个设备；所述设备包括通过射频线与天线连接的接收机，以及通过线缆互连的接收设备，所述线缆包括信号线和控制线；

瞬态电磁环境通过前门耦合和后门耦合两种途径进入系统；所述前门耦合是指通过天线进入系统，并对与天线连接的接收机产生影响；所述后门耦合是指通过孔缝进入系统，在线缆上产生耦合效应，对通过线缆互连的接收设备产生影响。

3.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法，其特征在于：所述瞬态电磁场辐射敏感度指标针对的是整个系统承受的瞬态电磁环境的能力，通过RS105试验获得或直接预先设定。

4.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法，其特征在于：所述步骤S3中，在电磁场通过后门耦合的方式进入系统外壳内部时，估算出系统外壳内部的电磁环境辐射量值：

P_E内＝P_E.外-L

其中P_E内为系统内部电磁场环境指标，单位：dBV/m；P_E外为系统总体设计指标，单位：dBV/m；L为壳体屏蔽效能，单位：dB；

壳体内部电磁环境在线缆上产生耦合效应，通过线缆端口流入接收设备内部，并与线缆长度、布局以及离地高度密切相关，为分解该线缆电磁兼容指标，需要建立内部场与线缆共模耦合效应关系函数F(s)，以及内部场与线缆差模耦合效应关系函数H(s)，再据此计算出线缆共模电流和差模电压：

I_共模＝E_内·F(s)

U_差模＝E_内·H(s)

其中,E_内表示系统内部场环境场强，根据P_E内＝20lgE_内计算得到，单位V/m；将共模电流和差模电压的敏感阈值转换为dB的形式，并留6dB的设计余量，得到线缆共模电流和差模电压的敏感阈值：

5.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法，其特征在于：所述步骤S3中，电磁场通过前门耦合的方式进入系统外壳内部时，辐射场在与天线连接的射频线上产生耦合效应，通过射频端口注入系统外壳内部的接收机，通过建立场环境与射频线的耦合效应关系函数H′(s)，得到端口感应电压：

U_差模＝E_外·H′(s)

E_外为瞬态电磁场辐射敏感度指标,表征系统外的瞬态电磁环境；

S303.令R为射频线端口等效负载，即端口负载的功率为：

其中，U_差模为感应负载电压，根据敏感阈值S_端口＝10lg P_端口，留有6dB的设计余量，由此推出天线接收机敏感阈值S：

其中，S_端口为天线端口功率，单位：dBm，f_down为接收天线的频率下限，f_up为接收天线的频率下限；f_else表示[f_down,f_up]之外的频带，φ_f表示设备在测试频带f_test抑制度。

6.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电磁环境的设备敏感指标设计方法，其特征在于：所述步骤S401中，获取线缆本身的敏感阈值K_i的方式包括：

(1)对线缆进行试验，直接测试线缆共模电流和差模电压的敏感阈值；

(2)根据线缆情况，预先给定线缆共模电流和差模电压的敏感阈值。

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