电磁技术（精选12篇）
电磁技术 篇1
随着汽车电子产品的不断增多, 越来越多的电子技术被用于提升汽车的经济性、安全性与舒适性等方方面面当中, 尤其是在微电子技术的高速发展之下, 通过将其与传统机械进行有机结合, 使得汽车电子产品也实现了全新发展。但与此同时, 在受到电磁干扰之下汽车及其零部件无法正常工作的问题也引起了人们的重视。
一、电磁兼容的基本要素分析
汽车产生的电磁兼容问题也就是电磁干扰问题, 通常需要同时具备干扰源、敏感源以及耦合路径这三个条件, 其中干扰源指的就是产生干扰的电路或者设备;而敏感源则指的是受到电磁干扰的电路或是设备, 耦合路径则指的是用于向敏感源传递干扰源产生的干扰能量的具体路径。一般情况下, 只需要消除其中一项要素便能够彻底解决电磁兼容的问题, 因此在汽车电磁兼容技术当中也主要是围绕这三大要素进行研究。
二、汽车电磁兼容技术的分析
(一) 模块化设计电路
所谓的模块化设计电路, 具体指的是依据汽车上电路所发挥的不同功能以及所在不同位置, 在设计电路板的过程当中选择分开设计执行器、传感器以及系统控制电路, 从而使其能够形成完全不同的电路模块。通过此种方式彻底分开不同模块当中的电源、搭铁线即金属车体, 进而大大减少不必要的耦合, 从而有效提升汽车的绝缘抗阻性。同时为了帮助汽车有效规避各种干扰, 需要率先向各个模块当中传输电源之后, 再分别完成整流、滤波、稳压、供电等工作。
(二) 可串入阻尼电阻
通过串入阻尼电阻也能够有效解决汽车电磁兼容的问题, 具体而言即为将阻尼电阻串入至汽车点火装置的高压电路, 也就是点火线圈端与火花塞接头端当中, 通过此种方式有效减少因点火产生的火花对于电磁波的干扰。而且当阻尼电阻的值越大时, 其对于抑制电磁波干扰的作用效果也就越明显。但值得注意的是, 阻尼电阻值并非越大越好, 当阻尼电阻值过大时容易使得火花塞电极之间产生的火花能量大大降低。一般情况下, 阻尼电阻由碳制材料制成, 并且电阻值控制在10到20k之间。
(三) 需加并联电容器
加并联电容器也是汽车用于提高其电磁兼容性能的一个至关重要的方法, 也就是将电容器并联在可能会产生火花的地方。比如说将0.2到0.8的电容器并联在汽车调节器“电池”接柱与金属车体之间, 同时也将该电容器并联在汽车发电机的“电枢”接柱与金属车体之间;再比方说将0.1到0.2的电容器并联在汽车水温表以及机油压力表的传感器触点之间, 从而有效增加电阻值, 优化其抗电磁波干扰的性能。
(四) 金属屏蔽技术
在汽车的发电机、发动机以及火花塞等各种设备之间产生的火花, 均能够产生电磁波, 因此使用金属屏蔽技术能够有效抑制此类电磁波的干扰。在选择对电场或者是磁场进行屏蔽的过程当中, 可以选择使用导电率比较高的材料作为屏蔽体, 比方说铜、铝、钢等材料。尤其是在主要对高频磁场进行屏蔽时应当选用钢、铝等导电率比较高的材料;而在对低频磁场进行屏蔽时则应当选用磁钢、铁等导磁率比较高的材料。为了能够充分发挥出屏蔽体的屏蔽作用, 还需要格外注意屏蔽体的搭铁, 用密织的金属网、金属导管等套住汽车电器中的导线实现搭铁, 从而有效使得金属屏蔽体内的寄生电流能够感应到电器因工作火花产生的电磁波, 进而产生焦耳热消散掉以实现防止电磁波的干扰。
(五) 合理布局布线
合理的布局与布线也能够在一定程度上影响系统的电磁兼容性, 通常情况下, 远场辐射并不会对电路布局造成较大影响, 反而是近场感应会对电路布局产生直接影响。而在布线的过程当中需要尽可能减小电路导线的闭合面积, 同时对大限度地隔开电路, 并按照正确的方向布设导线, 从而实现对电流频率及上升时间的有效控制。
(六) 使用滤波器
滤波器也是当前在解决汽车电磁兼容问题当中最为普遍的一种方法, 也是应用最为广泛的一种方法。滤波器主要是实现对直接通过电路通路产生的电磁波干扰的控制, 而依据信号与干扰信号之间的频率差别, 可以使用不同性能的滤波器以有效提高信噪比, 实现对干扰信号的抑制。
(七) 使用平衡技术
在汽车用于消除串音干扰的过程当中往往会选择使用平衡技术, 在汽车电路中输入或输出检测信号、控制信号, 尤其是在传输时序信号的过程当中, 利用双绞线作为平衡线, 完成串音干扰的消除。但在此过程中需要注意双绞线的螺距应当较小, 并且长度不宜过长。
三、结语
总而言之, 本文通过简单介绍了电磁兼容中干扰源、敏感源以及耦合路径这三大基本要素, 提出通过将电气产生的电磁辐射控制到最小的方式解决汽车对电磁敏感度过高的问题, 并简单介绍了几种能够提升汽车电子设备抗电磁干扰技术, 希望能够为日后汽车电磁兼容技术的发展提供必要的参考帮助。
参考文献
[1]迟秋玲, 刘贺, 赵雨.汽车电磁兼容技术分析[J].黑龙江工程学院学报, 2016, 03:38-40.
[2]蓝波, 孙谊, 张琦.汽车电磁兼容技术的研究发展现状[J].信息技术, 2015, 08:210-212+215.
[3]张玲, 董芸芸, 阮方鸣.电磁兼容技术在汽车嵌总线中的应用研究[J].微波学报, 2015, 02:305-307.
电磁技术 篇2
柴XX1
（1.理学院光信息科学与技术1002班）
摘 要：由电磁共振无线电力传输的基本原理出发，浅析了无线充电技术的应用前景及存在的问题，最后提出了一些发展策略。
关键词：电磁共振；无线充电；电力传输；电磁场；共振器前 言
由铜制线圈作为电磁共振器，一团线圈附在传送电力方，另一团在接受电力方。当传送方送出某特定频率的电磁波后，经过电磁场扩散到接受方，电力就实现了无线传导。这项被他们称为“无线电力”的技术经过多次试验，已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。目前这项技术的最远输电距离还只能达到2.7米，但研究者相信，电源已经可以在这范围内为电池充电。而且只需要安装一个电源，就可以为整个屋里的电器供电。
这一系统可以在未来得到广泛应用，例如针对电动汽车的充电区以及针对电脑芯片的电量传输。而采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。这项技术具有优良的能量传输特性，从而显现出独一无二的优势。在一个较远的距离上，摆脱电线的束缚，能量在空间中分布，而我们需要做的只是在任何一个地方利用它。
本文综述了无线充电技术，或者说无线能量传输技术在生活中的应用，并介绍了此技术在未来可能得到的应用，如太阳能外空间收集、地球能量网、实时定位，最后提出了在应用中待解决的问题。无线能量传输工作原理
2.1 基本原理
当振荡电路为非理想状态而有电阻时，电阻发热，成为阻尼振荡；当振荡电路中有外加的周期性电动势作用时，将成为受迫振荡；当外加电动势的频率与电路自由振荡的固有频率ω相同时，振幅达最大值，叫电磁共振。
电磁共振是目前正在研究的一种电力传输方式，是利用电流通过线圈产生同频率的磁场共振实现无线供电，磁场的强弱决定了它的传输距离和效率，它可以实现10m左右距离的室内供电。并且它们传递能量的强度不会受到周围事物的影响。但由于目前的实验所需要的线圈直径较大，还仅仅停留在实验阶段，而且，必须对其相应频率进行保护，防止相同频率的电磁波进行干扰，降低效率。2.2 装置原理图
图 1 电磁共振电力传输与传统方法的比较
与常规电力传输方法不同的是，对于无线传输，接收线圈和发射线圈可以相距很远，其传输距离和效率受制于磁场的强弱。发射线圈与电源相连，向外发射一定频率的磁场，远处的接收线圈在磁场中发生谐振，接收空间中的能量，在将能量用于设备运转。于是能量便从电源，穿过空间实现了传输。广泛的应用领域及现状
无线电力传输技术在医疗器械、便携通信、航空航天、交通运输、水下探测等领域有着广泛的应用前景，涉及军事、工业、医疗、运输、电力、航空航天、空间站、卫星、军舰、航母、节能环保、便携式通信设备等行业1。随着材料学、电力电子件、功率变换和控制技术的发展和WPT技术的逐步成熟以及特殊场合下无线电力传输需求的增长，WPT应用逐步成为现实。无线电力传输应用产品包括低功率低能耗电子通信产品、家具产品、办公产品、治疗仪器、交通工具，如：手机、MP3、电动牙刷、电子遥控门锁、梦幻彩灯、掌上电脑、笔记本电脑、吸尘器、电话、净水器、冰箱、微波炉、体温表、助听器、心脏起搏器、心脏调节器、心脏除颤器、电动汽车、动车组、矿井电车等目前WPT技术大多处在研究阶段，产品应用的主要是lCPT和RFPT技术。ICPT技术主要应用于电动汽车、机车的充电轨道、矿井和水下探测，RFPT主要应用于医疗器械和便携式电子产品。
在医疗器械领域，WPT技术发展改变了医疗植入式电子系统的供电方式，RFPT技术在医疗电子行业得到了长足发展，如心脏起搏器的核电池充电，耳蜗植入装置供等，其充电方式一般采用ICPT和RFPT等进行体外能量传输。医疗植入式装置无线电能传输系统的基本工作原理是采用E类放大器作为RFPT系统的发射极，通过体外与体内两个线圈之间的电磁耦合输送电能，产生的耦合电磁波经穿透人体后，通过谐振回路将电磁波转化为电能，再经过整流、滤波、稳压等辅助电路而得到所需的工作电压。采用RFPT技术，主要有经皮能量传输和直接能量传输，可以减小人体受感染的风险，同时又解决了电池寿命有限的问题。在便携通信领域，WPT近年日渐风靡，已有不少高科技公司涉及这一领域。在充电座和手机中安装发射和接收电能的线圈，手机便可实现无接点充电。在充电插座和牙刷中各有一个线圈，当牙刷放在充电座上时就有磁耦合作用，利用电磁感应的原理来传送电力，感应电压整流后就可对牙刷内部的充电电池充电。笔记本电脑或手机放在装有能传输电能的“电磁桌”上能“吸取”电能而工作。
在航空航天领域，空间太阳能电站发出的电能可通过微波向卫星和地面传输电能，MPT技术发展推动了空间太阳能发电和卫星技术的革新，发射、反射和接收技术等得到了很大的发展，微波电能传输在航空航天和电力领域得到应用。太空太阳能电站是利用卫星技术，在太空把太阳能转化成电能，然后以微波和激光等方式传回地球供人类使用的系统。
在交通运输领域采用的是ICPT技术，主要应用于轨道机车和电动汽车的充电装置。水下探测是WPT系统的一个重要应用领域，水下电能传输可用于深海潜水、深海油田与深海采矿水下电能的获取还能增强非核动力船只的续航能力。无线电力传输面临的问题及发展对策
无线电力传输的主要障碍是无线电力传输的效率和距离，无线电波的弥散、吸收与衰减是无线输电的难点。电磁波在自由空间传输能量的过程中会向四面八方散发、不易集中、定向性差，能量在无线传输过程中，空气作为耦合介质，电力载体的磁力线会有极大损耗，特别是微波，漫射在空间，能量衰竭更快。因此无线电力传输功率低，整体效率差，难以输送大量的能量，电力难以进行大功率远距离的无线传输。对于无线充电，充电器与被充电设备之间以磁场形式连接，各种各样的干扰会造成能量传输的损耗，电磁感应方式传送能量较小、传送范围较小等问题也制约着电动汽车的无线充电发展。
无线电力传输工程规模巨大，无线电力传输系统要解决电力生产和输送两大问题。另外，对于无线充电产品，无线充电设备必须经过相关机构的认证，同时需要找到一种相对成熟的商业模式来打开市场缺口。此外，还要对无线充电的技术进行改良和完善，需要形成一个国际通行的标准，使收发设备之间具备广泛的兼容性。参考文献
电磁小动物工艺品的制作技术 篇3
一、制作方法：
1.制作底板和面板：锯一块长130毫米，宽50毫米的木板做底板。再锯一块长150毫米，宽110毫米的木板做面板。面板用万能胶粘在底板上。用彩色纸剪一些花草贴在面板上，以营造出蝴蝶在鲜花丛中飞舞的景象。
2.制作线圈：用图画纸卷在铅笔上做一个长30毫米的纸筒，在它上面用直径0.5毫米的漆包线平整地绕六层线圈，各层之间要加衬绝缘纸。
3.制作线圈支架：用薄铜片做线圈支架。把绕好的线圈装到支架上，并用小钉子把它固定在底板右边。
4.制作杠杆和杠杆支架：用130毫米、宽8毫米、厚5毫米的木条作杠杆。再用铜片做一个杠杆支架。支架上头用小钉子钉在杠杆的中部，下头用小钉子固定在底板上。
5.制作铁芯：用钢锯锯一段3毫米粗的铁钉做铁芯。铁芯顶端用焊锡焊在一块铁片上。把这块铁片钉在杠杆的右端，铁芯的三分之一插进线圈内，注意不能使铁芯碰到线圈纸筒。
6.制作触片和弹簧片：用铜片做一个触片和一个弹簧片，把弹簧片钉在杠杆的在端，把触片钉在底板上。
7.制作蝴蝶：在两张40毫米见方的薄纸上，画两只美丽的蝴蝶，用剪刀剪下后涂上美丽的颜色，找一根细铜丝绕成螺旋弹簧，截两段130毫米的螺旋弹簧，分别固定在杠杆的两端，在弹簧的顶端贴上纸蝴蝶。
8.连接电路：用导线把杠杆支架和弹簧片连接起来，把触片和线圈一端连接起来，这个装置用四节1号电池做电源，也可用交流电通过市售的整流电源供电。
二、调整方法：
调整杠杆支架、弹簧片、触片，使整个装置处于良好状态。在没有接电源的情况下，触片应该轻轻碰在一起。用手指按杠杆的右端，用很小的力就能够按下，而且不会碰到线圈纸筒，手放开后，有弹性的杠杆支架又使触片和弹簧片碰在一起。
三、原理说明：
水厂雷电电磁防护技术研究 篇4
随着科学技术的发展, 目前天津市水厂自动控制普遍采用计算机或可编程控器组成的集数据采集、过程控制和信息传送于一体的监控网络。由于这些微电子设备本身存在着绝缘程度低, 过压耐受能力差的致命弱点, 一旦受到雷电电磁脉冲的危害, 轻则造成系统运行失灵, 重则造成永久性损坏。所以对自动控制系统采取有效的防雷保护措施是保证水厂在雷雨季节能够正常工作不可缺少的重要环节。通过对水厂自动监控设备的实地考察, 设计并建成了天津通用水务公司雷电电磁防护系统。从而把雷击造成的经济损失降到了最低点。
2 设备遭雷击受损的形式
直接遭受雷击而损坏;雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入, 使设备受损;设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位“反击”而损坏;设备安装的方法或安装位置不当, 受雷电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。
3 适用于水厂自动化监控设备防雷系统的解决方案
3.1 指导思想
根据目前系统现状, 进行防雷系统工程的实施, 确保系统设备能够正常工作, 保障人员及设备的安全是十分必要的。因此我们的设计方案以国家标准、行业标准作为依据, 结合天津市通用水务有限公司自动化信息系统的具体情况, 充分体现了“高质量”及“低成本”的设计理念。
3.2 执行标准
GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》;GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》;GB 50174-1993《电子计算机机房设计规范》
3.3 防雷系统的设计思路
建筑物的防雷措施主要有:
(1) 直击雷防护。依据建筑物的高度、结构等采取直击雷防护措施, 包括接闪装置、引下线和接地装置三大部分。
(2) 弱电防护。由于雷击发生时至少有50%的雷电流将沿着进出建筑物的管线泄放, 因此主要防护措施:电涌保护器安装和等电位连接。主要分为以下步骤: (1) 电源系统电涌保护器安装; (2) 通信线路电涌保护器安装; (3) 屏蔽、等电位连接、接地和综合布线
3.4 水厂雷电电磁防护系统的一般性架构
3.4.1 电源防雷
根据机房建设的要求, 配电系统电源防雷应采用三级防护。由于避雷器生产厂家的设计思想各不相同, 相应其避雷器的性能特点也不尽一致。
3.4.2 信号系统防雷
与电源防雷一样, 通讯网络的防雷主要采用通讯避雷器防雷。目前, 计算机远程用联网常采的方式有电话线、专线、X.25、DDN和帧中继等, 通讯网络设备主要为MODEM、DTU、路由器和远程中断控制器等。
3.4.3 等电位连接
等电位连接的目的, 在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差, 防止雷电反击。
3.4.4 金属屏蔽及重复接地
在做好以上措施的基础上, 还应采用有效屏蔽、重复接地等办法, 避免由架空导线直接进入建筑物楼内和机房设备, 尽可能由埋地缆进入, 并用金属导管屏蔽, 屏蔽金属管在进入建筑物或机房前重复接地, 最大限度衰减从各种导线上引入雷电高电压。
3.5 解决方案
3.5.1 天津通用水务公司安装雷电防护系统前的状况
供电配电系统无防护措施;仪表及控制系统无防护措施;无等电位连接。依据GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》确定天津通用水务有限公司自动化信息系统雷电防护等级为C级防护标准。
3.5.2 供电系统防雷措施
当雷击输电线或雷闪放电在输电线附近时, 将在输电线路上形成雷电冲击波, 其能量主要集中在工频至几百赫兹的低端, 容易与工频回路耦合。雷电冲击波从配电线路进入供电系统造成瞬态过电压使设备损坏。因此根据GB50343-2004《建筑物电子信息系统技术规范》、GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》的要求, 我们对水厂供电系统采取三级防雷保护措施。
第一级在水厂变电室低压侧输入端, 采用通过Ⅰ级分类测试实验的TPS-B50/3+N型防雷器, 主要泄放外线等产生的过电压, 其通流量大泄放波形为10/350μs。由于水厂面积较大各个部门相距较远, 地埋缆线线路长, 因此在变电室低压侧的输出端, 采用TPS-B100/3+N防雷器泄放波形为8/20μs。最大放电电流可达100kA。
第二级在各个部门配电箱柜进线端, 采用三相压敏电阻型防雷器TPS-B100/3+N。该防雷器电路由具备性能良好的非线性特性 (α>30) 的氧化锌压敏电阻组成。这使得该防雷器即使在高能量的过电压冲击下, 也能够最大限度地降低线路感应过电压和雷电残压, 它具有良好的限压特性。
第三级在单个设备前端安装TPS-C40/3+N防雷器主要泄放前面的残压, 完全可达到箝位输出, 其残压低, 响应时间快。
3.5.3 信号系统防雷措施
天津通用水务公司自动化系统信号采集是采用屏蔽电缆埋地完成的, 通信接口为485方式。液位计10台分布于各个部门, 传输信号4~20mA。监控线路是由各个监控点汇聚到传达室, 这使得信号线路传输距离比较远, 容易受到电磁感应的影响, 会造成设备损坏。为了保证系统在雷雨季节能够正常工作, 我们依据GA371-2001《计算机信息系统实体安全技术要求》第5.4.3规定:电源进线、信号传输线在进入计算机信息系统设备时必须安装浪涌保护器。
浪涌防护装置是把因雷电感应而窜入电力线、信号传输线的高电压限制在一定范围内, 保证用电设备不被击穿的防护装置。常用的种类繁多, 可分为三大类放电间歇型、阀型和传输线分流型。
(1) 485屏蔽电缆。保护级别:通信线缆精细级保护;所选产品:TMS-M24R信号防雷器;安装地点:在屏蔽电缆两端进行防雷保护。保护范围:PLC 485端口。
(2) 4~20mA信号线。保护级别:信号线端口精细级保护;所选产品:TMS-P2信号防雷器;安装地点:在水位计两端进行防雷保护。保护范围液位计一次、二次表。
(3) 监控系统电源、视频、信号线。保护级别:监控电源、视频、信号线端口精细级保护;
所选产品:TTS-CCTV-3/220AC防雷器;安装地点:在传达室设备采集端进行防雷保护;保护范围:监控系统采集设备。
3.5.4 等电位连接措施
接地执行GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》。有交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地四种接地宜共用一组接地装置, 其接地电阻按其中最小值确定;若防雷接地单独设置接地装置时, 其余三种接地宜共用一组接地装置, 其接地电阻不大于其中最小值。
4 结论
(1) 通过上述对防雷电电磁脉冲装置多方面分析, 为了能保证防雷电电磁脉冲装置安全可靠地运行, 我们对防雷电电磁脉冲装置有一个全面科学的认识, 体会到只有从多方面去了解防雷电电磁脉冲装置的运行情况, 才能对其性能做出客观的评价。
(2) 通过对通用水务雷电电磁防护系统设计和安装, 已经形成完整的系统解决方案, 我们可对不同类型的防护对象采用不同的防护设计和防雷电电磁脉冲装置的选型。
实践证明, 此雷电电磁防护方案安全有效, 达到预期的设计要求, 符合设计雷电电磁防护设计规范。
摘要：指出了目前天津市水厂自动控制普遍采用计算机或可编程控器组成的监控网络, 然而这些微电子设备一旦受到雷电电磁脉冲的危害, 轻则造成系统运行失灵, 重则造成永久性损坏。通过实地调研, 建立了天津通用水务有限公司雷电电磁防护系统, 安装了相应的浪涌防护装置, 从而将雷电灾害降到了最低限度。
关键词：通用水务,雷电电磁防护系统,浪涌防护装置
参考文献
[1]卢宜.水厂自动化系统的防雷措施分析[J].中国新技术新产品, 2010.
[2]杨时.防雷技术在水厂自动化控制系统中的应用[J].科技资讯, 2012.
电磁波层析成像技术进展 篇5
电磁波层析成像技术进展
电磁波层析成像是一种发展中的.地球物理勘探技术,主要分为电磁波走时层析成像技术、电磁波衰减系数层析成像技术和电磁波相位层析成像技术,这些方法已广泛用于金属矿、非金属矿、石油天然气、工程地质与水文的勘察.介绍了电磁波层析成像中电磁波走时、电磁波衰减系数和电磁波相位三种层析成像方法的理论基础和研究现状,分析了电磁波反演图像重建技术及其在内外的实际应用现状,对电磁波层析成像技术的发展趋势进行了展望.
作 者：张F舳 师学明 Zhang Minzhu Shi Xueming 作者单位：中国地质大学,地球物理空间信息学院,武汉,430074刊 名：工程地球物理学报英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ENGINEERING GEOPHYSICS年，卷(期)：6(4)分类号：P631.3关键词：电磁波 层析成像 走时 衰减系数 相位
电磁技术 篇6
关键词：开关电源；电磁干扰；抑制；技术
开关电源由于其实用性，广泛运用于工业、军事、医疗等领域，在大功率高电压的电气设备之中，开关电源会受到难以避免的电磁干扰，在开关频率加大或功率密度提高的条件下，电磁的兼容性能需要加以密切的关注，也是需要切实解决的问题，本文从电子线路电磁干扰的特点入手，探讨高频开关电源电磁干扰的机理及抑制技术，对于开关电源的电磁兼容性进行测量，提供了干扰源的干扰量、传输特性及敏感度等依据，从而提高开关电源的使用效率和质量。
1 高频开关电源的概念及特点
电磁干扰即是电磁的兼容性不足，对电子设备之间的电磁辐射传导加以破坏的进程。开关电源在小型化、高频化发展的趋势中，自身的噪声源也会产生大量的传导性电磁干扰，即EMI，从而对电子系统造成不良效果。由于大量的电器设备如：计算机、通信产品、电器等的涌入，空间人为电磁能量以成倍的速度递增，电磁环境的恶化态势正显现出严重的问题。开关电源的电磁干扰是一种有害的电磁效应，它必须具备三个干扰要素，即：干扰源、敏感体、干扰耦合路径。它具有以下特点：
①开关电源在频繁的开关过程中，会产生较大的电流变化，从而不可避免地产生强大的干扰强度。
②开关电源干扰源的关键干扰装置表现在功率的开关器件、散热器、高频变压器之中，具有较为清晰的电路干扰位置。
③开关电源的干扰频率不高，主要表现为传导干扰和近距离电场干扰。
④由于线路板通常是人工布设，随意性较大，对于线路板分布参数的提取和评估，增加了难度，同时，人工布设不当也是产生电磁干扰源的一个原因。
⑤开关电源的电磁干扰与网侧阻抗不匹配，呈现变化的趋势，难以把握。而且，滤波器中的电器元件要在使用中承受较大的无功功率，就无疑增加了电源体积，降低了效率。
2 开关电源的工作原理及电磁干扰机理分析
2.1 开关电源的构造及工作原理
开关电源的构造由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源构成，其中：主电路包括输入滤波器、整流器、逆变等；控制电路则是通过对输出端的数据的取样，在比较之下控制逆变器，从而改变输出频率或脉宽，实现电路稳定。检测电路重点提供保护电路中的参数，还显示各种仪表数据。辅助电源则负责提供单一电路的不同电源。
开关电源控制的工作原理，如下图1所示：
在图1中，K开关负责无定时的接通或断开，在K开关接通时，E电源向开关K和滤波电路提供负载RL及能量；在K开关断开时，E电源中止提供能量。由此可知，电源提供的负载和能量是无定时的、间断的状态，而为了使开关获取稳定连续的能量供给，需要配备储能装置，即在能量接通时负责实现对能量的储存，在开关断开时，负责释放储存的能量，这个装置由图中的电感L、电容C2、二极管D构成，这个电路具有上述功能。可以将图中AB之间的电压平均值用EAB表示，用以下公式加以计算和控制：
E=TT·E
上式中：Ton表示每次接通开关的时间；T表示开关通断的周期间隔。在这两个要素变化的条件下，AB之间的电压平均值也会改变，这种改变控制称为“时间比率控制”。开关电源控制原理，主要表现为三种方式：脉冲宽度调制；脉冲频率调制；混合调制。
2.2 电磁干扰的产生机理分析
开关电源的电磁干扰是存在电路之中的无用信号、噪声等，它们对于电气设备、通道产生的干扰，开关电源自身存在有大量的谐波干扰，同时还有潜在的电磁干扰，并集中显现于电压、电流变化较大的电气元器件之中。电磁干扰产生的机理主要有以下几点：
①开关电路产生的电磁干扰。由开关管和高频变压器构成的开关电路是开关电源的核心，具有较大幅度的脉冲，谐波丰富，开关电路产生的电磁干扰主要是由于开关管负载为高频变压器初级线圈，在开关管接通与断开的瞬间，会出现较大的电压尖峰，产生磁化冲击电流的瞬变，这就造成了属于传导性质的电磁干扰。
②整流电路造成的电磁干扰。整流电路的整流二极管在接通状态时，有较大的正向电流，然而当其终断时受反的电压影响，而产生一个反向电流，还包含较多的高频谐波分量，产生剧烈的电流变化。
③高频变压器产生的电磁干扰。在高频开关电源构成中，变压器初级线圈、开关管和滤波电容，会形成高频开关电流环路，在这个环路之内有极大的空间辐射，若电容滤波性能不好或容量不足，电容上的高频阻抗就会将高频电流传导到交流电源中，造成传导干扰。同时，值得一提的是，整流电路造成的干扰强度较大、频带较宽，是较为重要的电磁干扰源之一。
④分布电容生成的电磁干扰。由于开关电源正向高频发展，因而分布电容也是电磁干扰源之一，由于散热片和开关管的集电极之间的绝缘片接触面积大而薄，高频电流会由分布电容流过，产生共模干扰。
3 开关电源电磁干扰的抑制技术举措分析
对于开关电源电磁干扰的抑制技术，主要可以从三个途径着手：其一，减少电磁干扰源的干扰信号；其二，截断电磁干扰信号路径；其三，提高电磁干扰敏感体的抗干扰性能。下面，本文可以就抑制开关电源电磁干扰的技术进行分述：
3.1 软开关抑制技术
软开关抑制技术基于“硬”开关基础之上，它是利用谐振技术或控制技术，连通或截断零电流状态下的先进技术。它在小型化、轻量化、电磁兼容性高的发展特点之下，有效地降低了开关损耗和噪声，提高了开关电源的使用频率。
软开关与“硬”开关的区别在于：“硬”开关在开关过程中的电压和电流都不为零，有重叠的状况；而且电压、电流的变化较大，脉冲较为明显，产生较大的开关噪声。而软开关由于增添了电感、电容等谐振元件，减少了电压、电流的重叠，有效降低了开关噪声。
软开关技术中包括多种技术，如：谐振变换器、准谐振变换器、零开关PWM变换器、零转换PWM变换器。其中：谐振变换器是基于标准PWM变换器之上，附加谐振网络，从而实现零电压或零电流的开关。准谐振变换器则是在PWM开关上附加谐振元件的控制技术。零开关PWM变换器是先利用谐振实现换相，再运用PWM方式工作。零转换PWM变换器是并联一个谐振网络，由此而产生零开关条件，实现控制技术。但是，值得注意的是，软开关技术要有辅助电路的添加实现，才能较好地实现对开关电源EMI的有效改善和优化。
3.2 开关频率调制技术
首先，要明晰频率调制的概念，频率调制是指瞬时频率偏移跟随调制信号m（t）成比例变化的调制，它可以用以下公式表示：
=Km（t）
其次，我们再分析开关频率调制技术的应用思想：固定频率调制脉冲在低频段上产生电磁干扰，并集中于低频段的各个谐波点之上，它通过调制开关频率fc，将集中的能量加以分散，从而有效降低各个谐波点上的EMI值，它关注的是使分散的各频点都在EMI的限值之内，而并非降低电磁干扰的总量。鉴于这一应用思想，开关频率调制技术在降低噪声频谱峰值的过程中，采用随机频率控制法和调制频率控制法。
其中：随机频率控制法是在开关电源间隔之中加入随机扰动分量，分散各频点的噪声能量，使离散的尖峰脉冲噪声转化为连续、分散的各频点噪声，从而降低峰值。调制频率控制法则是在电路产生的锯齿波中加入调制波形，生成离散频段的边频带，使噪声能量分散到这些边频带之上，这样，就可以在不影响变换器工作的前提下，抑制开关的通断时的电磁干扰。
3.3 共模电磁干扰的有源抑制技术
共模干扰也称不对称干扰、接地干扰，它是电流的载体与大地之间的电磁干扰，有源抑制技术的应用思想主要是在主回路中提取与导致干扰的开关电压波形完全反相的补偿EMI噪声电压，在保证开关电源正常工作的前提下，消除较宽频段内的共模干扰。这一抑制技术是作用于电磁干扰源本身，是非常有效的共模电磁干扰抑制技术。
3.4 抑制电磁干扰的缓冲电路设计
对于缓冲电路设计的开关电源可以消除电力线内潜在的电磁干扰，对于阻抗和消除电快速瞬变、电涌、电压高低变化、电力线谐波等，可以起到较重要的作用。试例50kHz开关控制电源的构造图为：（图2）
其中：开关元件在有外来电压变化时，产生较多的谐波成分而导致其波形失真，图中的线性阻抗稳定网络可以有效地抑制共模干扰，在其对称结构和适宜的去耦处理与设计下加以解决。整流滤波电路由整流电路和大电容构成，它可以产生高频的矩形脉冲，并可以促进稳压反馈作用，稳定输出的电压。场效应管开关主电路是核心电路，设计之中添加了一个缓冲电路来抑制EMI，它主要采用灵敏接地的方法解决共模辐射的问题。
3.5 滤波抑制技术
这是一种常用而高效的高频开关电源电磁干扰抑制技术，它的应用原理为：在高频开关电源的输入输出端口，接上滤波器，阻抗开关电源在电网中的干扰信号，其干扰信号主要是传导干扰，并表现为共模干扰和“差模”干扰两种形式，其中：共模干扰是非对称性的干扰，它是干扰信号对地的电位差以及电网串连的噪声，具有幅度大、频率高、干扰性能较大的特性；“差模”干扰是对称性干扰，它是电磁场在信号间耦合感应以及不平衡电路转换而产生的电压，它在添加抗干扰滤波器的条件下，可以有效地抑制干扰信号。“差模”干扰具有幅度小、频率低、干扰较小的特性。
3.6 PCB抑制技术
PCB抗干扰抑制技术的目的是为了减小PCB的电磁辐射，解决PCB电路之间的串扰现象。它包括布局、布线及接地设计，其布局设计与电气设计类似，设计流程为：首先考虑PCB的尺寸和形状，要保持最佳电路板的矩形形状，即长宽比为3：2或4：3，使其可以承受一定的机械强度；然后，再确定特殊元器件的位置设计。由于发生器、“晶振”易产生干扰噪声，因而在设计时的位置要相互靠近；最后，再根据电路的功能单元进行整体布局，要考虑元器件的分布参数，确保均匀、整齐而紧凑，尽量减少元器件之间的引线和连接，还要选取不易产生噪声的、不易传导的、不易辐射噪声的元器件。
3.7 屏蔽抗干扰抑制技术
由于开关电源会在传播空间产生电场和磁场，因而，可以考虑采用屏蔽的措施，将电磁干扰源和受干扰物之间隔离一层与地相连的屏蔽片，这种屏蔽技术可以采用两种方式，其一是静电屏蔽，用于阻抗“静电”场和恒定磁场的干扰；其二是电磁屏蔽，用于阻抗交变电场、磁场的干扰，这样，就可以使电磁波产生衰减，减少对电气设备的干扰影响。
总而言之，高频的开关电源会在信号传输过程中产生电磁干扰，不利于电气设备的安全、稳定运行，因而，需要采用适宜的开关电源电磁干扰抑制技术，使电磁干扰得到有效的衰减，保障电气设备稳定、高效。
参考文献：
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低频电磁信号的频率细化技术 篇7
通常情况下,要提高频谱分辨率,常采用快速傅里叶变换的方法来分析信号的频谱。由频率分辨率公式可知,要提高频率分辨率,可采用增加采样点个数,或降低采样频率。当采样频率一定时,要提高频率分辨率就要增加采样点数,但这样会使数据量和存储空间迅速增加,增加了计算量;而后者受到采样定理的限制,降低采样频率有一定的限度,但频率细化快速傅里叶变换算法可以满足这样的要求。所谓的频率细化技术是一种一定频率范围内能提高频率分辨率的测量技术。文中通过复调制频率细化技术,对低频电磁信号进行细化。在Matlab环境下分别对低频的理论电磁信号和实际信号仿真,并与线性调频Z变换仿真结果进行比较,得到在低频电磁信号中频率细化的特点,证明该方法的有效性和可行性。
1 复调制频率细化(ZFFT)方法
1.1 复调制(ZOOMFFT)细化方法的基本原理
复调制细化方法(ZFFT)能以指定的、足够高的采样频率分析频率轴上任一窄带内信号的频谱结构,在序列变换点数相同的条件下,ZFFT可以得到较高的频率分辨率;而当频率分辨率相同时,ZFFT与常规的快速傅里叶变换相比则需要更少的变换点数。
设一个模拟信号为x(t),经过抗混滤波器、A/D转换后得到采样时间序列x(n),n=0,1,…,N-1,采样频率为fs;要细化的频带为f1～f2,细化频带的中心频率为f0;细化倍数为D;N为FFT分析的点数,其过程如下:
(1)复调制移频[1,2]。将信号频域坐标向左或向右移,将被观察频段的起点作为频域坐标的零频位置。即用因子exp(-j2πnf0/fs)乘以离散信号x(n)来实现复调制,将细化频带的中心频率移至频率轴的零频位置,得到结果
(2)通过数字低通滤波器。在重新采样的情况下,为确保不发生频谱混叠,则需要进行抗混叠滤波,滤除所需频段的信号。设D为频率细化倍数,此时fN=fs/2D为低通滤波器的截止频率。
(3)对信号进行再次采样。信号的频谱经移频和低通滤波后,所要分析信号的频带变窄,这样就能得到较低的采样频率fs0=fs/D,从而对信号进行重采样。
(4)对信号进行FFT处理[6]。对重新采样后的N点序列进行FFT处理,得到N条谱线,其频率分辨率为Δf0=fs0/N=fs/ND=Δf/D,可以看到频率分辨率提高了D倍。
(5)频谱调整。将细化后的谱线移到实际频率处,这样可以得到细化后的频谱。第(4)步得到的频谱为YN(k),最终的细化频谱为X(k)。
1.2 流程图
根据复调制细化的原理,得到复调制细化的流程图,如图2所示。
在流程图的基础上对复调制细化进行编程,得到实现程序。然后通过Matlab 对信号进行仿真,同时对仿真结果进行分析[7]。
2 复调制频率细化的Matlab实现
2.1 模拟低频电磁信号
给出一个模拟信号,针对复调制频率细化方法进行仿真模拟。设x(t)由f1=95 Hz和f2=95.5 Hz两个频率组成,振幅为A1=2和A2=1的两个正弦信号组成。
采样频率1 024 Hz,采样点数1 024,放大倍数为10。对信号x(t)进行采样,则频谱的分辨率Δf=fs/N=1 024/1 024=1 Hz,而f2-f1=0.5 Hz,因此要把这两个频率分辨开就需进行频率细化,将频谱在94～96 Hz的范围内细化D=10倍。
针对低频电磁信号细化的实际需求设计了一个低通滤波器,如图3所示。
为了在重新采样的情况下,保证频谱不发生混叠,将信号通过设计的低通滤波器,滤掉高频成分,得到要细化的频段,对其进行复调制细化,从而使细化结果更准确[2]。
2.2 对模拟信号进行复调制细化仿真
2.2.1 信号的时域图和频谱图
在Matlab中,对信号进行仿真分析,结果如图4,图5所示。
从图5中可以看出两个频率的频谱是重叠在一起的,无法区分。
2.2.2 信号重新抽样
对信号的频谱进行移频,移到零频位置对其重新抽样。
从图7中可以看到,经重新采样后,对其进行快速傅里叶变换,在零频位置已将混叠在一起的两个频率的频谱区分开,达到细化的目的。
2.2.3 将频谱恢复到原始位置
图4～图8反映了复调制频率细化的细化过程,通过仿真过程,看到了频率细化是有效、可行的。将两个混叠的频谱区分开来,而且过程非常明晰[3]。
2.3 线性调频CZT的仿真结果
对同一信号进行 线性调频Z变换,其细化结果如图9,图10所示。
如图9和图10所示,经过CZT细化后,这两个频率的频谱依然重叠在一起[6]。
2.4 仿真结果比较
2.4.1 比较结果
仿真得到的测量数据与信号的理论值进行比较,结果如表1所示。
表1所示,CZT仿真得到的实际数据与理论值的误差较大,而ZFFT所得到的误差相对较小,即ZFFT得到的结果更接近原始值。
2.4.2 计算时间比较
表2给出了两种方法计算时间的比较,随着放大倍数的增加,对ZFFT的运算时间影响不大,而线性调频Z变换算法的计算时间随放大倍数变大而增加。
2.4.3 计算量的比较
(1)复调制:
设频率分辨率Δf=fs/N。细化倍数D=Δf/Δf0,在获得Δf0的分辨率后,在复调制时,调制系数的计算则需要N次复数乘法,对重采样的N个点进行计算,移频时需要N点复数乘法,由计算公式可知,N点FFT运算量为
(2)线性调频Z变换:
采样点数为N,作谱线数M,这种方法大约需要3N点复指数运算和2N+M+1.5(N+M-1)log2(N+M-1)点复数乘法[1]。
3 实际低频电磁信号的Matlab仿真
这里录制了一个声音信号,对其进行复调制频率细化,仿真结果如下图所示。
通过这样一个实际低频电磁信号的仿真结果,可以清晰地看到,为得到某一频段的精细结构,通过复调制频率细化可以实现,说明复调制细化在低频电磁信号中实现频谱的细化是可行、有效的。复调制频率细化对低频电磁信号的研究意义重大[9]。
4 复调制频率细化方法的特点
通过大量的仿真结果,从多方面进行比较,得到低频电磁信号中复调制细化算法的特点:
(1)当低频电磁信号的频谱发生严重的频谱干涉时,此时在采样点数、窗函数和采样频率不变的条件下,ZFFT则能将密集频率成分中的不同频率一次性区分出来。
(2)由ZFFT法的原理可知,其是经过复调制、低通滤波、抽取采样实现的,一般用在细化倍数较低的场合,同时适用于高频率分辨率,变换点数较少的场合以及高频率分析范围。
(3)由复调制细化方法的步骤可知,其中间结果数据多,难以实时处理,在存放中间数据时,占用了内存空间,从而限制了最大细化倍数。
(4)低通滤波器滤掉了FH后面的高频部分,且移频时fL前面的频谱移到了频域的负轴上,由此可以看出复调制细化只适合进行一窄段频率的细化,而不能进行整个频段细化。
(5)对于信号产生的栅栏效应,复调制细化不能将混叠的频谱区分开,达到细化的目的。
5 结束语
介绍了低频电磁信号的频率细化技术以及复调制细化方法的基本原理,通过复调制频率细化方法对理论的低频电磁信号进行仿真,得到了复调制频率细化方法在低频电磁信号的特点,用实际信号进行仿真验证,证明这种方法有效、可行。
参考文献
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智能电磁流量计技术探析 篇8
关键词：电磁流量计,抗干扰性,信号处理
电磁流量计是以法拉第电磁感应定律为原理测量导电流体体积流量的速度式流量计, 自从电磁流量计进入市场, 其性能就在不断完善, 这是市场需求下的科技推动, 如今电磁流量计已经成为一项技术成熟且得到广泛应用的新一代流量仪表。下文对电磁流量计的三个方面展开分析, 以求将更新的科技引进到智能电磁流量计的应用中, 满足市场对流量监测的高精度要求。
1 励磁系统
在电磁流量计中, 其抗干扰性和零点稳定性都取决于励磁方式, 而且励磁系统还是传感器工作磁场的产生单元。励磁技术的发展目前经历了以下几个阶段。直流励磁技术能使励磁磁场维持恒定状态, 其利用直流电源或者永磁体给电磁流量传感器励磁绕组供电, 直流电压信号就是这种流量计感应的流量信号。这种方法简单可靠, 对工频的抗干扰能力强, 而且可以忽略其流体中的自感现象。但是这种方式也存在问题, 其会产生固定正负极性, 会使被测介质发生电解从而减弱流量信号电势, 并发生电极极化电势漂移影响信号处理工作。工频正弦波励磁的供电利用了50Hz工频正弦波电源, 其能够消除极化现象, 减少了传感器内阻并大大降低了电极电化学电势的影响, 从而使信号的放大处理更加容易, 但工频正弦波励磁的缺点是其会产生电磁感应干扰和噪声。低频矩形波励磁是目前电磁流量计中应用最广泛的方法, 其无干扰和噪音, 基本不会产生极化效应, 信号方法处理较为便利。低频三值矩形波励磁利用了励磁波形, 波形周期为工频周期的固定倍数, 波形变化规律为正-零-负-零-正。这一方法提高了零点稳定性, 而且其变化规律能够有效消除极化电势。双频矩形波励磁方法的零点稳定性是非常优良的, 但会发生电极的接触电势突然变化现象, 从而发生干扰和噪音。
动态励磁技术是在三值矩形波励磁的基础上, 根据现场流体状态自动调整励磁频率, 以提高测量稳定性。目前工业现场管路复杂, 阀门、弯头、分支管、变径管等对流体流态影响较大, 且工业现场直管路相对较短, 不足以消除以上组件对流体的扰动, 在此环境下工作的电磁流量计往往稳定性差, 需要手动设置阻尼系数以提高测量稳定性。但阻尼会带来流量测量跟踪速度慢的缺点, 无法及时反应流量的变化。动态励磁技术则很好的解决了阻尼的缺点, 当流体波动大时, 自动增大励磁周期, 提高测量稳定性的同时又具有快速响应的特点。个别复杂环境则需同时借助动态励磁技术及阻尼设置来提高液体测量的稳定性。
2 信号处理系统
电磁流量计信号处理系统的工作原理为:前置放大电路对接收的流量信号进行处理, 抑制噪声和干扰的同时放大收到的微弱流量信号, 整形电路将差动的双端流量信号变换为单端的流量信号, A/D转换电路将流量信号变为数字量, 数字量进入单片机进行数字运算后, 得到流速值和流量值。
电磁流量计测量液体的电导率一般≥50μS/cm, 自来水的电导率约为500μS/cm, 以此为基础搭建的信号处理系统往往无法测量软化水 (电导率低于50μS/cm, 纯水的电导率约为10μS/cm) 或其他低电导率液体的流量。而专为低电导率液体测量设计的电磁流量计 (测量液体的电导率≥5μS/cm) 在测量高电导率液体时, 因为电路自身原因而带来很大的测量误差。智能信号处理系统的引进则很好的解决了上述问题, 通过检测液体的电导率, 根据电导率自动选择滤波电容、电阻、电路放大倍数, 满足不同电导率液体流量测量, 提高测量精度。
3 误差修正技术
电磁流量计的误差修正方法为零点校正及基本误差修正相结合的线性修正方法。用公式表示为V=k E-V0, 其中V表示液体实际流速, k为基本误差修正系数, E为实测流速转换的数字量, V0为零点偏移量。在此误差修正的基础上, 根据流量计传感器特性进一步引入流量分段修正方法, 根据JJG1033-2007《电磁流量计》计量检定规程, 将流量检定点分为Qmax (流量测量上限) 、Qmin (流量测量下限) 、0.1Qmax、0.25Qmax、0.5Qmax和0.75Qmax。根据以上测量点将流量计进行分段线性修正以满足测量精度要求。
传统电磁流量计的流速测量范围为0.3m/s~10m/s, 在某些现场中, 实际管道内流体的流速往往低于0.3m/s的流速测量下限。在这种低流速环境下, 用以上修正方法将很难满足流量测量精度要求, 而依据电磁流量计传感器特性拟定修正曲线, 采用曲线公式方法进行低流速误差修正, 则能更好的满足测量精度要求。
4 结束语
智能电磁流量计在以上三种技术的共同作用下, 性能得到进一步提升, 能够满足更苛刻的现场环境测量。
参考文献
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机载天线电磁兼容技术分析 篇9
随着电子信息技术的发展,飞机载体上的天线类型和数量不断增加,造成飞机内部及其周围空间的电磁环境越来越复杂,从而导致电磁兼容的问题日益突出。作为直接影响和制约系统电磁兼容性的天线,其电磁兼容问题越来越受到重视[1]。
1 机载天线特点
机载天线对整个系统的电磁兼容性能影响非常明显。这主要因为天线具有如下2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场;
② 多数天线辐射能量大、接收灵敏度高。相对导线、设备孔缝等无意辐射源,天线辐射能量要大若干个数量级[2]。
2 电磁兼容核心问题
从本质上而言,天线的电磁兼容与设备电磁兼容概念相通,都由2个核心问题组成:① 辐射限制;② 抗扰度限制。
具体说就是限制无用辐射的幅度上限以免干扰其他设备或天线;同时保证在一定强度的电磁环境下正常工作的能力。
3 解决方法分析
解决机载天线电磁兼容主要从2方面着手:① 电磁兼容实现手段;② 电磁兼容效果计算分析。
3.1 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,而衡量天线之间互相影响强度的指标即天线隔离度,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:
当2个天线均处于彼此远区的情况下,其能量耦合主要通过辐射场实现。
设发射天线发射功率为Pta,增益为Gt(θt,φt),接收天线的接收功率为Pra,增益为Gr(θr,φr);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:
式中,
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:
如果天线不能同时满足位于彼此的远区,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。
工程上圆极化对垂直或水平极化的失配损耗为3 dB(3~4 dB),垂直极化和水平极化间的失配损耗为20~35 dB,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个值小。
天线布局优化是天线兼容性的基本内容之一[3]。调整多个天线的姿态及安装位置,使这些天线之间的隔离度满足要求,从而使多个天线达到兼容状态的过程,就是天线布局优化。它主要是通过在飞机上可放置天线的范围内调整各天线的安装位置和姿态,分析不同布局情况下各机载天线与其他天线间的隔离度,根据天线隔离度数据判断天线间的兼容情况;最终找到一种能够使所有天线兼容工作的天线布局状态。
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。在此基础上,将天线配置到载体上,其阻抗特性和辐射特性可能会因为载体的存在而有程度不等的恶化,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。然后再将多个天线同时设置于载体上,调整至每个天线均能够按照指标要求工作,布局优化结果确定后,各种天线性能指标和电磁兼容性就基本确定了。
3.2 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。
3.2.1 数值计算技术
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,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,能处理任意形状场域、多介质和复杂交界面等情况。所形成的代数方程系数矩阵对称、正定和稀疏,因而收敛性好,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。
有限元方法的引入极大的提高了这项技术的性能。完全匹配层技术(PML)在有限元方法中的成功应用使得有限元也能方便的处理具有开放结构的问题,有限元方法还可以与矩量法结合起来处理具有复杂的具有开放结构的问题。经过近30年的发展,随着计算机速度的提高、软件技术的成熟,在国内外学者的共同努力下,电磁场有限元数值计算方法不断完善并且得到了广泛应用。
有限元法虽然是一种有很大灵活性的电磁场的数值计算方法,但它只适合于最大尺寸约为几个波长以下的物体。
3.2.2 高频近似技术
由于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[4]。
物理光学法是通过对表面感应场的近似和积分求解散射场的,克服了平表面和单弯曲表面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[5]。当几何光学射线遇到任意一种表面不连续,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,其对应理论即几何绕射理论。
Keller在1951年前后提出了一种近似计算高频电磁场的新方法。他把经典几何光学的概念加以推广,引入了一种绕射射线以消除几何光学阴影边界上场的不连续性,并对阴影区内的场进行适当的修正。Keller的这一方法称为几何绕射理论。绕射射线产生于物体表面上几何特性或电磁特性不连续之处。例如,物体的边缘、尖顶和光滑凸曲面上与入射射线相切之点。绕射射线既可以进入照明区,也可进入阴影区。因为几何关学射线不能进入阴影区,故阴影区的场就完全由绕射射线来代表。这样,几何绕射理论就克服了几何光学在阴影区的缺点,也改进了照明区的几何光学解。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。
Keller导出的GTD基本算式(绕射系数),在亮区和阴影区几何光学阴影边界两侧的过渡区内失效,70年代Pathak和KovyoumJian等又将之发展成为一致性UTD,UTD克服了GTD的缺点,较好地解决了电磁波在阴影边界上的连续问题。UTD在几何光学阴影边界过渡区有效,在阴影边界过渡区以外,则自动转化为GTD算式。
虽然现在己有许多求解电磁辐射和散射问题的高频近似方法,但实际上没有一种方法是“万能”的,每种方法都有其使用范围。例如,纵然几何绕射理论及其一致性形式能准确地计算出大多数电大尺寸辐射和散射系统的高频电磁场,但由于现在各种典型几何体的绕射系数太少,有些大尺寸复杂目标的局部构形,如飞机机身和机翼的结合部,还没有可利用的绕射系数。所以,单纯用几何绕射理论及其一致性形式不能解决所有的高频电磁辐射与散射问题。
4 结束语
数值计算技术能精确地分析电小尺寸系统,高频近似技术则适合分析电大尺寸系统。飞机上装载的天线种类繁多,建议采用2种技术混合方法分析电磁兼容问题,在处理特定电磁问题时通过有机结合取长补短,如MoM-格林函数混合方法、MoM-FD混合方法和FEM-BEM混合方法等[6]。当然,这些分析方法需要在实际工程中进一步验证。
摘要：随着机载天线的广泛应用,电磁兼容问题的分析非常重要。针对机载天线的特点,首先对机载天线电磁兼容的核心问题和主要解决途径进行了简要介绍,论述了机载天线隔离度的定义及计算方法,对常用的有限元法、物理光学、几何光学和几何绕射理论等天线电磁兼容技术分析方法进行了比较,最后结合飞机系统的具体情况提出采用混合方法分析机载天线电磁兼容技术问题。
关键词：机载天线,电磁兼容,数值计算法,有限元法,高频方法
参考文献
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[4]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.
[5]谭远洋.应用GTD、UTD方法分析飞行器天线的辐射特性[D].西安:西安电子科技大学,2004.
《电磁兼容技术》考核方法探究 篇10
对于本科生来说,该课程不能以理论作为侧重。由于用于电磁兼容测试的暗室造价太高,一般不太可能用于本科生的实验。因此该课程的理论仅限于在课堂上介绍,而无法在实验室进行验证。课堂上的重点为理论上如何设计电路板防止电磁干扰以及抵抗外部的电磁干扰。课堂上的理论终究需要通过实践才能掌握。针对这个特点,本课程采用布置实际的电路图设计以及PCB图设计的方法作为实践教学的内容。从以往的经验来看,以实际的任务作为实践教学内容比验证性实践教学内容更加实用,更能锻炼学生的动手能力。该课程的主要任务是通过理论的学习完成实践教学中布置的任务。为了可以对学生学习效果进行衡量,采用如下的方法。
一、对任务进行按组分解
为了更好地对每个学生进行考查,对学生进行分组。由于不少学生参加一些课外科技活动,可以利用这些课外科技活动作为学生的任务。每组的人员由学生自由组合而成,原则上规定一起参加课外科技活动的人员作为一组。对于其他没有课外科技活动的学生,由教师进行布置任务,完成规定的任务。组员也采用自由组合的方法,教师对组员可以进行调整,以保证每组都能完成教师规定的任务。在布置任务开始之前,规定每个组员都必须完成的必选任务。
二、每组选派组员进行讲解
将以往的做实验变成讲实验,由学生来完成讲解。学生在课余时间的前期完成已经布置的任务,并在实验课上进行讲解。每组派出一名学生来进行讲解,剩下的组员可以做补充,并且可以随时回答其他学生的问题。在这期间教师也可以对该组的组员进行提问,以了解该组成员对任务的理解程度以及理论的掌握程度,为今后的成绩评定给出一个初步的意见。为了公平期间,进行讲解的组员所得到的成绩要高于其他组员的成绩。根据讲解的情况以及其他组成员对讲解内容的反应来给出该组的综合评分。
三、以答辩来代替考试
在课程结束之后,利用答辩来代替考试。教师通过每个学生的答辩来进行考核,将操作电路图设计软件的使用技能方面、在设计电路板需要考虑到的一些常规问题等,都作为答辩的问题,并且针对学生的任务进行提问,根据学生对问题回答的程度给出答辩的分数。每个学生的答辩时间不固定,针对一些理论和实践都掌握较好的学生,答辩时间可以长点,以利于教师了解他们的真实水平;对一些基础较差并且对知识掌握欠佳的学生,答辩时间稍短,这些学生答辩主要用于考查学生是否能够完成所要求的必选任务。
从表1的几个例子可以看出,最终的成绩评定与组的平均分有很大的关系,与个人的答辩以及必选任务也有关系。基本上是学生既要有团队工作精神,又要有对任务的理解,达到团队与个人的共同发展。也在侧面提示了学生在实践中要有团队的概念,只有大家齐心协力同时完成一件事情,才会有共同的发展。对于只能完成必选任务并且团队工作完成的还可以的学生给予及格的成绩。这样评定的方式也较好地兼顾了公平的原则,对于那些寄托于抄袭作业的学生来说也是一个较好的警告。
对于电磁兼容技术这种以应用为主的课程来说,利用考试来考查学生对课程的掌握程度基本是不能考查出学生对理论应用的真实水平。不论是采用闭卷考试还是开卷考试,所能考查的内容都只能停留在书本上,理论的理解不经过实践的检验,学生对知识的掌握就不够牢固,往往是到了下学期之后,这些理论基本已经忘了,更不用说将这些所学的理论用于实际的电路设计中了。
将实践教学内容改成需要学生完成实际电路设计的任务之后,有一部分学生确实能够将所学的理论知识运用于实践中,但是仍有学生不重视实践,以至于课程结束时,电路设计的基本规则和常规要求仍然不能理解。通过改变该课程的考核方式,可以引导学生重视该课程的实践部分,也可以较好地杜绝抄袭作业的方法。这要求教师在答辩中需要让学生进行一些具体操作,并在平时了解学生的基本水平。考核方法的改变,并没有减轻教师的任务,相反来说是增加了教师的工作量,这种应用技术类的课程要求教师首先要比较熟悉教学任务以及相关的实践操作,其次教师要根据不同学生的情况去选取不同的答辩问题。这样虽然增加了教师的工作量,但是这种答辩替代考试的考核方式更加灵活,基本可以做到每次都不一样,也可以从侧面督促学生努力学习该课程。
参考文献
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[5]王雅丽,张文敏.高职高等数学考核方法探究[J].教育与职业,2011,(3下).
电磁技术 篇11
一、前言
伴随我们国家经济迅速发展以及居民生活水平不断提高，我们的生活中已经有愈加繁多的电气设备和电子产品的参与，人们生存空间里面存在的电磁能量也在持续增加，而电磁对我们生活所造成的影响也日益增大。怎样在如此复杂的电磁环境里面，解决各种设备之间正常运行同恶劣的电磁环境对人们生活造成的影响，成为现如今迫切需要解决的问题。
二、电磁兼容设计概述
依照电磁兼容三要素，降低电磁干扰影响需要通过屏蔽、滤波、接地、隔离等等方法配合才能实现。从源头控制EMI干扰的产生是设计之根本，降低EMI干扰源电磁发射可以通过研究电磁噪声幅值技术以及对扰源如何进行屏蔽、滤波以及接地处理等。屏蔽技术是通过导电材料把干扰源同外界分隔开，原理等同法拉第电磁笼，以此避免干扰源对外界造成电磁干扰；滤波是通过在干扰源输出端搭建滤波电路，为噪声电流提供低阻返回路径，降低环路干扰对外界的影响；接地的本质是为信号设置低阻抗返回路径，如静电泄放、安全保护以及信号参考等。
三、常见电磁干扰源和特性
如果想要解决电磁干扰这一问题，那么就很有必要去认识常见的电磁干扰源。电磁干扰按照形成机理可从自然因素以及人为因素划分成两类。大气放电是我们经常能够见到自然干扰源，大气放电主要以雷电形式表现，在雷电放电过程中，会产生强大的电磁场，这种电磁场会对电子设备产生干扰，轻者导致数据错误，重者导致硬件损坏。此外，太阳系还经常出现强烈电磁现象，这种情况下它以及太阳系附近行星都将发出辐射对电子设备、电子产品造成强烈电磁干扰。情况严重的时候太阳黑子可能将使得电力系统全面停电并且会让全球无线通信失效。地球自身磁场还可能因为种种原因而使得出现大幅度波动，而这样的波动将让电力以及通信系统出现电磁干扰。
日常生活中人为所造成的电磁干扰强度远大于自然干扰源所产生的，对于电磁环境造成的影响也更大。通常，产生人为电磁干扰存在两种情况，首先是由于电子产品运行时候，其电路中交变电流流动。交变电流还能够经过辐射以及传导方式向空间以及周围设备辐射或是传输电磁能，并使得设备受到电磁干扰。另外，运行中的设备其用电量处是一直变化的，这类变化就能够使得电路里电流出现瞬态过程，而这一过程具有很宽广频谱，其所产生电磁波向周围空间散出，并且还能够通过电源电源电路、接地电路以及其他方式往外传播。
四、电磁污染防护简述
4.1 防护方法与技术
如果想要彻底解决电磁兼容这一问题，那么就要从产品研发时候开始，以及将其贯穿在整个产品以及系统开发等过程里面。通过对国内外一些实际案例能够分析得出，在产品研发生产的时候越是很早注意到这一问题，往往越是能够节约人力物力等。电磁兼容技术其关键之处就在于对于电磁干扰源进行分析研究，并从电磁干扰源头进行控制才是最根本方法。如果想要控制干扰源发射，不但要从干扰源产生机理入手，分析其电磁噪音产生的原因，而且还要广泛使用屏蔽等技术。屏蔽技术主要是使用各式导电原料制造出各种各样壳体使其同大地相连，这样能够切断经过空间的静电耦合等所形成的电磁噪声。隔离其实是通过使用继电器、变压器隔离等方法来切断电磁噪音得以传递的途径，它的特点是把两部分电路地线系统进行分离，使得共阻抗耦合被限制。滤波则是在频率里面解决这一问题的技术，选用滤波器能够为其提供一条低阻抗道路，提高产品抗扰度以及降低产品EMI噪声。
线路接地其实是为了泄防电荷以及构建电路基准电平而开设的。在电子产品里面，这样做可以使得电路噪音受到抑制以及避免干扰。电路中地线不但可以为其提供点位基准，并且在某些地方还可以作为各级电路间信号传输的返回通路以及其供电通路。结构越是繁杂，该系统设计越发显得重要。通常在制造出的东西里面，部件以及装置里的地线还能够作为信号回流线。另外，系统、分系统和设备间地线只是能够提供电位基准电平，地线上下不通电流。所以在其中的信号传输都要使用双线以及双绞线。在电子产品里，接地体设计、地线的布置和接地线在各种不同频率下阻抗等等不但和产品以及系统电气安全有关，并且和其性能好坏也有联系。
4.2 传播途径
电磁干扰现象出现的时候，最为简单的模型即为逻辑上串联关系的三要素所组成，首先肯定会有着电磁干扰源。其次肯定有着电磁干扰受体，当电磁干扰强度超过准许界限时候，被干扰设备性能将出现混乱。最后一定要在干扰源同干扰受体间井盖耦合通道来传输有害电磁能量。
五、结束语
通过上文叙述可以知道，电磁干扰普遍的存在于我们生产以及生活里，对其检测和抑制等研究也吸引越来越多的人对其关注。对其进行检测务必得依照电磁检测标准以及规范来开展，要求被测试设备有关参数不能超过相关标准规定的数值。该项检测步骤相对繁杂而且测试项目繁多，所以測试结果不会太理想。因此迫切需要建立自动化电磁兼容检测系统以及探究更优良的测试方法。
电子仪器防电磁干扰技术措施 篇12
1 电磁干扰的来源和危害
影响仪器的电磁干扰有许多种, 通常可以将其分为自然干扰和人为干扰。静电放电和大气噪声是自然干扰的主要表现, 静电放电是指设备或人体自带的静电以火花或电晕的形式释放给仪器带来的影响。大气噪声干扰是一种脉冲宽带干扰, 覆盖频谱宽, 传播距离远, 常见的如雷电产生的放电现象等。人为干扰是指仪器或其它装置产生的电磁干扰。常见干扰源有高频设备、小型电器或无线电发射设备等。此外, 电磁干扰除了需要上述的干扰源以外还需要同时具备敏感接受器和偶合路径两个因素才能产生。它的出现会干扰很多电子仪器, 使其在测量过程中出现偏差, 给设备使用带来消极负面的影响。特别是在医用电子仪器的使用过程中, 电磁干扰常使检测结果与实际情况不符, 给医疗工作带来极大困难, 甚至危及病患生命。所以防电子干扰在电子仪器的生产和使用当中变得迫在眉睫。
2 防电磁干扰技术措施的具体应用
为了保证电子仪器的正常使用, 在仪器的制作过程中就应该考虑如何防止电磁干扰。目前, 在仪器中加入电磁兼容设计是防电磁干扰的重要手段。通过研究发现, 仪器某些部位的线路、敏感元件等是电磁干扰的产生部位。针对这样的情况, 对于如何防止电子仪器受到电磁干扰提出以下几点措施。
2.1 屏蔽
屏蔽是电子仪器特别是实验室电子测量仪器最常使用的防电磁干扰技术之一。主要是从耦合路径方面着手对干扰电子仪器的电磁加以隔离。屏蔽分可为磁场屏蔽、电磁屏蔽和静电屏蔽三种。
磁场屏蔽主要是指抑制或消除由磁场耦合所引起的干扰。在低频仪器中, 电流流经线圈的时候线圈周围会产生磁场, 整个空间布满闭合磁力线, 便会对仪器附近的敏感设备产生电磁干扰。这种情况之下, 通常采用硅、铁制品对设备进行屏蔽。如果线圈所在的闭合环是铁磁材料制成, 则散发在空气中的漏磁便会减少, 从而抑制磁场源对周围敏感仪器的干扰, 起到屏蔽保护的作用。
电磁屏蔽是抑制高频磁场下敏感设备和干扰源通过远距离磁场耦合而产生干扰的一种手段。通常采用铜、铝等电阻较小的良性导体为材料进行屏蔽。干扰电磁波在传到金属表面的时候会被吸收或反射, 从而衰减电磁波能量, 减少电磁对电子仪器的干扰。静电屏蔽则适用于静定耦合所产生的相互干扰, 应用原理和上述屏蔽措施类似。
2.2 滤波
滤波是抑制电磁传导干扰的一种手段。一些敏感电子设备常常通过信号线、电源线等向外传导干扰信号。想要抑制这种干扰信号通常采用低通滤波器对信号进行滤波, 通过过滤可以有效的对混乱、复杂的干扰电波进行抑制。低通滤波器是从产生电磁效果的干扰源着手对电磁干扰进行遏制, 但是在进行这种电磁兼容设计的时候需要考虑低通滤波器的特性, 包括:额定电压及耗损、额定电流、频率、电阻抗性、绝缘电阻及漏电电流等等。
常被用作低通滤波器的有同轴吸收和参数元件两种滤波器。同轴吸收滤波器主要是在电源线进出的钢管中加入吸收介质, 如磁珠、磁管、铁氧体材料等, 把瞬变的电磁能量转化成热能并消耗掉, 从而起到抑制此干扰的目的。无元集中参数滤波器是一种由电容器和电感线圈组成的电容式滤波器。使用它使用可以有效的抑制频率在3000MHz以内的电磁干扰。
2.3 接地
在电子仪表中, 接受电磁干扰的对象叫做敏感接收器。如果无法消除电波的干扰, 也可以选择将电磁从仪表中转移出来的方法解决电磁干扰问题, 主要的办法就是在仪表中安装一个接地装置, 使仪表中的电磁波导入大地, 减少对电子仪器的影响。电子仪器的电子电路都有接地点, 要想让电子仪器可以防电磁干扰, 可使用单点接地、多点接地和浮地等集中接地方式。
电子仪器特别是实验室内的电子测量仪器多是金属外壳直接接地, 这样仪器的导电率多比地面高, 又由于电子仪器在内部的回路电流有直流、交流等多种并且易产生电位差从而形成电磁干扰, 因此想以此来回路电流存在一定问题。想要解决这一问题最好的办法就是让仪器与地面间只存在一个连接点, 这种单点接地的方式是电压测试仪等低频回路电子仪器所经常采用的防干扰措施。
在高频回路的电子仪器中, 当高频电流经过输出端口返回到基准回路时, 它和其它路径返回的电流会共同经过电源输出阻抗, 这一过程易损坏高频线圈特性, 而且各电流彼此也会产生很大电磁干扰。面对这种情况, 可以采用多点接地的方式让高频驻波减小, 使各个系统独自接地, 拥有独立连接线是毫伏测量表等高频电子仪器常采用的防干扰措施。
浮地是指让电子仪器或仪器的电路和地面或者公用连接线分隔开来的一种接地方式。因为公用的连接线易引起回路的环流从而产生电磁干扰。常见的电压表、电流表等多采用浮地接地方式来防止使用过程中出现电磁干扰。
3 小结
综上所述, 由于电子仪器的种类很多, 不同电子仪器的应用方向也不同, 因此电子仪器使用的防电磁干扰技术也应有所不用。根据仪器自身特点来选择或者设计出更适合的防电磁干扰技术也是本篇文章总结防电磁干扰技术措施的目的。通过采用防干扰技术可以有效降低甚至消除电磁对电子仪器的干扰, 从而保证电子仪器测量值的准确, 提高其工作性能, 因此在今后的电子仪器生产使用过程中要注重防电磁干扰技术的应用, 更要注重对防电磁干扰技术本身的研发与利用。
参考文献
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