第4章 航天器电磁兼容性预测分析方法介绍

4.1 EMC的电磁场分析方法

4.1.1 电磁兼容性分析的任务和特点

在航天器电磁兼容性 (EMC)工作中，分析和设计是重要的工程任务，而分析又是设计的基础。电磁兼容性分析的主要任务是对系统或者设备的电磁兼容性特性和状态进行评估，可以是电磁干扰 (EMI)的场强、电磁耦合的强度，或者是受扰器件或设备的状态。特别地，设备或者系统的电磁兼容性预估是电磁兼容性设计的一个重要内容，是在设计阶段对设备或者系统的电磁兼容性状态进行分析预测。

电磁兼容性分析具有以下特点：

1)复杂性

不同于其他电磁工程中单个微波元器件的性能分析设计，电磁兼容性分析往往涉及多个设备或者元器件之间的相互干扰，或者是辐射源在复杂环境中的辐射场。其干扰程度不仅受到耦合通道的影响，还会受到环境的影响，如电磁波通过孔缝与设备腔体的耦合干扰不仅与孔缝的形状有关，还与设备外壳等效的谐振腔的结构有关。而在复杂的、电大尺寸 (物理尺寸是电波长的数十倍及以上)的环境中，既需要对于电磁辐射源的精细结构进行建模，也需要评估其对于环境中造成的环境电平及对其他设备的影响，可能涉及两种尺度上分析问题的融合。

2)随机性

在实际电磁兼容性工程中，干扰源的特性及其与受扰体之间的相互位置等因素都存在随机性，如干扰源为发射源的杂散电平时，其幅度相位存在很强的随机性，或者在电磁波与设备线缆的耦合问题中，线缆摆向和电磁波的入射角度均存在随机性。因此，电磁干扰的量值相对应的也应该是符合一定概率分布的随机量。而传统的电磁分析方法大多是针对参数取值固定的麦克斯韦方程组进行求解，属于确定性问题的研究，不能完全表征电磁干扰、受扰等电磁兼容性量的特性。

3)非线性

电磁干扰一般可较强地出现在电磁发射源的工作频点及其谐波倍频上，也可在其他杂散频率上有较弱的出现。但是，如果在发射电路或者周围环境中有非线性电磁响应因素存在，则可能在若干个发射频率的互调频率上形成新的干扰频点。

4.1.2 电磁兼容性的电磁场分析方法

从电磁干扰的耦合路径上来看，可以分为传导耦合和辐射耦合，与之相对应的，其分析方法也相应使用“路”的分析方法和“场”的分析方法。因此，电磁兼容性的电磁场分析方法就是针对电磁兼容性中辐射耦合问题的分析方法。

在电磁兼容性工程问题中，复杂平台上天线的辐射和天线间的互耦、线缆之间通过辐射的耦合、线缆和外来电磁波的相互耦合、外来电磁波 (或者设备内部辐射源)通过设备机箱孔缝的耦合等电磁兼容性问题都适用于电磁场分析方法。

电磁兼容性的电磁场分析方法是在电磁兼容性工程中的激励条件和边界条件下，求解麦克斯韦方程组并获得相应电磁兼容性参数，如耦合度、屏蔽效能等。