隨著服役年限的增加和電磁環境的日益復雜化，大型系統或平臺內設備的電磁自擾、互擾等不兼容問題將越來越突出，開展專題性的管理與維護工作具有重要的現實意義。《電磁兼容維護技術/國防科學技術大學“十二五”重點建設研究生教材》圍繞電子信息系統電磁兼容維護這一中心內容，闡述了測試、預測、分析、評估等相關技術和方法。《電磁兼容維護技術/國防科學技術大學“十二五”重點建設研究生教材》內容包括電磁兼容維護的內涵、系統級電磁兼容現場測量、系統非線性特性測量、系統級電磁兼容預測、線纜耦合分析、功率器件的行為級建模、電磁兼容預知性維護與模型綜合、電磁兼容加改裝以及電磁兼容維護效果評估等。
前言
第1章 電磁兼容維護概述
1.1 電磁兼容維護內涵
1.1.1 電磁兼容維護含義
1.1.2 電磁兼容維護原因
1.2 電磁兼容維護需求分析
1.2.1 電磁干擾
1.2.2 電磁環境效應
1.2.3 電磁防護
1.2.4 電磁頻譜管理
1.2.5 電磁兼容標準
1.3 電磁兼容維護方法
第2章 系統級電磁兼容現場測量
2.1 現場測量概述
2.2 時域測量技術
2.2.1 時域測量與分析
2.2.2 時域信號處理
2.2.3 時域測量設備
2.3 基于虛擬暗室的現場測量技術
2.3.1 虛擬暗室技術
2.3.2 虛擬暗室測量系統
2.4 基于空間濾波的現場測量方法
2.4.1 基本原理
2.4.2 測向算法與波束形成
2.4.3 仿真結果
2.4.4 實測性能
第3章 系統非線性特性測量
3.1 多音測量技術
3.1.1 單音信號激勵
3.1.2 雙音信號激勵
3.2 雙頻測試技術
3.2.1 雙頻測試原理
3.2.2 雙頻圖生成
3.2.3 雙頻信號掃描方式
3.2.4 參數確定
3.3 自動雙頻測試系統
3.3.1 系統配置
3.3.2 系統校準
3.4 雙頻測試應用
3.4.1 測試項目
3.4.2 測試示例
第4章 系統級電磁兼容預測
4.1 概述
4.1.1 電磁兼容預測的基本概念
4.1.2 電磁兼容預測成果
4.1.3 電磁兼容預測中的數學方法
4.2 電磁兼容性預測的數學模型
4.2.1 干擾源模型
4.2.2 敏感設備模型
4.2.3 耦合途徑模型
4.3 電磁兼容性預測算法
4.3.1 幅度篩選
4.3.2 頻率篩選
4.3.3 詳細分析
4.3.4 性能分析
4.4 系統級電磁兼容的拓撲分析
4.4.1 電磁拓撲理論
4.4.2 電磁干擾統一模型
4.5 電磁兼容預測實施
4.5.1 拓撲分解和統一模型描述
4.5.2 天線互耦分析
4.5.3 線纜耦合分析
第5章 線纜耦合分析
5.1 傳輸線模型
5.1.1 概述
5.1.2 分布參數提取
5.1.3 傳輸線方程
5.2 線纜間串擾預測方法
5.2.1 基于高階FDTD的傳輸線串擾預測模型
5.2.2 改進節點分析法
5.2.3 高階FDTD與MNA混合計算方法
5.2.4 串擾分析實例
5.3 場線電磁耦合預測方法
5.3.1 多導體傳輸線的場線耦合模型
5.3.2 復雜電路終端的MNA方法
5.3.3 場線耦合預測分析實例
第6章 功率器件的行為級建模
6.1 行為模型概述
6.1.1 行為模型概念
6.1.2 行為模型及其種類
6.1.3 行為模型的數學描述
6.2 典型的行為模型
6.2.1 無記憶模型
6.2.2 Wiener模型和Hammerstein模型
6.2.3 記憶多項式模型
6.2.4 神經網絡模型
6.2.5 Volterra 級數模型
6.3 功放模型的仿真與測試
6.4 行為模型比較與分析
6.4.1 功放模型的選擇依據
6.4.2 功放模型的有效性
6.4.3 功放模型的比較
第7章 電磁兼容預知性維護與模型綜合
7.1 電磁兼容預知性維護技術
7.1.1 電磁兼容故障預測和健康管理
7.1.2 數據挖掘技術
7.2 電磁兼容性模型綜合概述
7.2.1 基本概念與內涵
7.2.2 電磁兼容模型綜合的實現思路
7.3 電磁兼容性能參數的模型綜合
7.3.1 電磁兼容數據預處理
7.3.2 模型綜合的統計分析方法
7.3.3 模型綜合的神經網絡方法
7.4 系統電磁兼容模型綜合
7.4.1 電磁兼容可靠性
7.4.2 基于測量數據的電磁兼容性能預測
7.4.3 基于模糊技術的電磁兼容模型綜合
第8章 電磁兼容加改裝
8.1 電磁兼容加改裝概述
8.1.1 加改裝的目的和原則
8.1.2 電磁兼容加改裝的實施
8.2 電磁兼容加改裝技術
8.2.1 加改裝的論證與設計
8.2.2 加改裝的工程技術方法
8.3 電磁兼容加改裝中的頻譜管控
8.3.1 平臺電磁頻譜管控技術
8.3.2 電磁信息防泄漏技術
8.3.3 強電磁脈沖防護加固
第9章 電磁兼容維護效果評估
9.1 電磁兼容維護效果評估思路
9.2 電磁兼容維護效果評估方法
參考文獻
《電磁兼容維護技術/國防科學技術大學“十二五”重點建設研究生教材》：
第1章 電磁兼容維護概述
電子設備與系統的良好電磁兼容性能通過電磁兼容設計而獲得，通過電磁兼容維護而保持。
1.1 電磁兼容維護內涵
1.1.1 電磁兼容維護含義
電磁兼容維護雖然不是一個完全嶄新的概念，但是目前尚沒有統一的標準定義，不同的人可能有不同的理解。
從狹義上看，電磁兼容維護是為了消除電子設備與系統在使用階段出現的電磁干擾，使電子設備與系統保持良好的電磁兼容性能。從廣義上來講，電磁兼容維護可以擴展到電子設備與系統的全壽命周期。所謂全壽命電磁兼容維護，是指在電子設備與系統的論證、設計、制造、使用、退役等全壽命周期進行電磁兼容工作，因為所有這些工作都是為了電子設備與系統具有良好的電磁兼容性能。
從電子設備與系統全壽命周期的電磁兼容性能來看，電磁兼容維護泛指在任何階段對電子設備和系統進行的電磁兼容手段和措施。即使是從狹義上看，電磁兼容維護需要對從電子設備與系統進行加固、改造等工作，相當于對電子設備與系統的電磁兼容再論證、再設計。但是與論證設計階段相比，電子設備與系統的狀態、工作條件以及所處的電磁環境等都有不同，因此所采取的技術和方法也有所不同。電磁兼容維護技術涉及電磁兼容標準、電磁兼容設計、電磁兼容測量、電磁兼容預測、電磁防護與加固、電磁頻譜管理以及電磁兼容分析評估等。
本書主要是指在使用階段對電子設備和系統所采取的電磁兼容手段和措施，主要內容將圍繞以上除電磁兼容設計外的幾個方面展開，包括電磁兼容現場測量與故障診斷、電磁兼容性能變化規律綜合、防護加固、評估等，進而分析如何做好電子設備和系統的電磁兼容維護。
1.1.2 電磁兼容維護原因
1．電磁兼容的內在要求
國家軍用標準GJB 72A—2002中，電磁兼容是指設備、分系統、系統在共同的電磁環境中能夠一起執行各自功能的共存狀態。美國對電磁兼容定義為：設備、分系統、系統利用電磁頻譜，在想定的操作環境中，避免因電磁輻射和敏感而引起的不可接受的降級而實現其功能的能力。可見，兩者對電磁兼容的定義略有不同，但基本含義一致。GJB 72A—2002電磁兼容定義中“共存狀態”包含兩層含意：一是設備、分系統、系統運行時，不能因無意電磁干擾而受損或產生不可接受的降級；二是設備、分系統、系統正常工作時不能給環境帶來不可接受的電磁干擾。關于這兩點，美國給出的電磁兼容定義顯得更明確。如果電子設備和系統的電磁兼容性能不過關，就會產生電磁干擾。電磁干擾發生在設備、分系統、系統內部，稱為系統內電磁干擾；也可能存在于設備、分系統、系統之間或外部環境之間，稱為系統間電磁干擾，因此，電磁兼容分為系統內電磁兼容和系統間電磁兼容[1]。
GJB 72A—2002電磁兼容概念看似比較簡單，但是內涵比較豐富。為了能夠深刻理解電磁兼容的內涵，首先分析定義中的“共同的電磁環境”，其含義為：在電子設備與系統論證設計階段，要科學地想定其未來使用的電磁環境（美國電磁兼容定義中明確提出了這一點）是什么，并根據想定的電磁環境采取相應的電磁兼容設計技術，從源頭上消除干擾，有效保證電子設備與系統的電磁兼容性；在電子設備與系統應用階段，要盡量使使用階段的電磁環境符合設計時的想定電磁環境，這樣所采取的電磁兼容設計技術才會起作用，電子設備與系統才能達到設計的電磁兼容性能。但是，電子設備與系統實際操作時面臨的電磁環境與設計時的想定電磁環境難以完全一致，兩者必然存在差異，這樣就可能導致最初的電磁兼容設計技術不能應對實際電磁環境帶來的影響，從而產生電磁不兼容問題。
解決電子設備和系統使用時出現的電磁不兼容問題已經超出了電磁兼容設計的要求，解決這種矛盾采用的方法與手段即為對電子設備與系統進行的電磁兼容維護，目的是解決電子設備與系統使用過程中出現的電磁不兼容。反之，如果不采取及時的電磁兼容措施，電子設備與系統使用階段的電磁不兼容問題將越來越嚴重。
以上分析可以看到，電磁兼容基本概念中已經體現對電子設備與系統必須進行電磁兼容維護，做好電磁兼容維護對電子設備與系統保持良好的電磁兼容性能至關重要。
電磁兼容設計與電磁兼容維護是針對電子設備與系統全壽命周期不同階段所采取的電磁兼容手段與方法，對電子設備與系統保持良好的電磁兼容性能是同樣重要的。需要看到兩者是相互關聯的，電磁兼容維護可以保障電磁兼容設計技術的實現和持續發揮作用，同時做好電磁兼容維護也需要采用一定的電磁兼容設計技術。
2．消除電磁不兼容的必然選擇
實際上，從分析影響電子設備與系統電磁兼容性能的因素出發，也可以得到以上結論。影響電子設備與系統電磁兼容性能的原因有很多，下面進行簡要分析。
1） 設計不周
電子設備與系統電磁兼容設計如果存在缺陷，可能會導致嚴重后果。例如，美國“民兵”導彈最初曾因為電磁兼容設計不周而發生自毀爆炸。如圖1.1所示，火箭頭由錐體和柱體部分構成。火箭發射升空后，與大氣摩擦產生電荷積累，因為兩部分的結構不一樣，前部積累電荷多、后部少。最初兩部分之間是導電不良的密封圈連接，兩邊電荷不能相互平衡，結果形成一個電壓差。隨著火箭速度加快，電壓差越來越大，達到一定程度后發生放電，放電產生的電磁波激發自毀裝置，導致發生爆炸。這種事故先后發生了兩次，后來兩級間采取導體搭接，此類事故再未發生。美軍黑鷹直升機飛控系統電磁兼容設計存在隱患，容易被大功率輻射源干擾而導致飛行控制紊亂，在微波源和廣播塔附近曾發生多起墜毀事件。
2） 使用不當
電子設備與系統配置操作不當也會引起嚴重的電磁干擾。1967年7月29日，美國福萊斯特航空母艦，艦上的大功率雷達工作時，不慎照射到甲板上的飛機，導致機載火箭彈誤觸發并擊中其他戰機，引起一系列爆炸，死亡134人。可見，電磁不兼容不僅與電子設備與系統設計有關，也與應用有關。
圖1.1 “民兵”導彈設計不周示意圖
3） 設備老化
隨著電子設備與系統運行時間的增加，元器件逐漸老化，電磁兼容性能呈不斷惡化的趨勢，電磁不兼容故障率隨之提高。如圖1.2所示，美軍分析了其電子設備與系統在使用過程中的電磁兼容變化規律，數據表明，當電子設備與系統運行到5年時，電磁不兼容造成的故障率占20%；當運行到10年時，這種故障率上升到30%，隨著時間的增加，由于電磁不兼容導致的裝備故障率還會提高。可見，隨著使用時間的增加，電子設備與系統之間相互干擾的可能性顯著增加，這是一個客觀規律，對此必須充分認識并正確對待。
4） 電磁環境日益復雜
隨著信息化的發展，電磁輻射源迅速增加。一個世紀前，幾乎沒有有意的電磁輻射源，但在信息時代的今天，各種各樣的電磁輻射源層出不窮。據統計，民用電子設備的數量以3年翻一番的速度增加。而且隨著機械、電氣等設備廣泛應用到工農業生產和日常生活中，這些設備產生的無意電磁輻射的影響同樣也不可忽視。以上原因導致電磁環境中頻譜占用度越來越高，環境噪聲越來越高，出現電磁不兼容的概率也大大增加。由此使得設備使用時所處的電磁環境與論證設計階段可能發生變化，導致最初的論證與設計手段出現不足。
電磁兼容設計對保證設備具有良好電磁兼容性能的基礎作用是不容置疑的，但是如果僅僅強調電磁兼容設計的重要性而忽視在設備使用階段的電磁兼容工作，是一種片面的認識。在使用階段對設備采取適當的電磁兼容手段或措施，是解決由設計不周、元器件老化、使用不當以及電磁環境變化等原因造成電磁不兼容的必然選擇。因此，對于電子設備和系統，良好的電磁兼容性能不僅是設計出來的，也是管理維護出來的，電磁兼容設計與管理維護是解決電子設備與系統全壽命周期電磁不兼容問題的不可缺少、不可替代的手段，兩者同樣重要，不可偏頗。
在信息化快速發展的今天，各種各樣、不同技術水平的電子設備和系統并存，電磁兼容性能參差不齊，隨著使用時間增加，電磁兼容性能下降的可能性更加嚴重，因此，需要通過有效的電磁兼容管理維護手段，來解決上述問題。從廣義上看，必須在論證、設計、使用等各個階段，即全壽命周期內對電子設備和系統進行電磁兼容的管理維護。
1.2 電磁兼容維護需求分析
電磁兼容維護是為了消除設備出現的電磁干擾，使其在復雜的工作環境下保持良好的電磁兼容性能，合理、有效地使用頻譜資源。同時，隨著大功率發射源、強電磁干擾的逐步增多，電磁兼容維護還必須考慮對強場或高功率電磁波的防護。因此，電磁兼容維護與電磁干擾特性、電磁環境分布、電磁防護、電磁頻譜管理狀況等有關。
1.2.1 電磁干擾
電磁兼容性差或下降，將產生電磁干擾，影響設備與系統的正常工作。
1．電磁干擾概念
電磁干擾是指任何對電子設備和系統的造成影響的電磁信號或能量，偏重于指電磁干擾源。實際工作中，電磁干擾還包含電磁干擾源對電子設備和系統形成影響的過程或結果，是一種廣義的電磁干擾。電子戰研究的敵方惡意電磁輻射，電磁兼容研究的己方設備以及自然環境所產生的電磁輻射，都屬于廣義的電磁干擾。雖然它們的來源、形式、作用方式等有區別，但是僅從電磁原理角度看，它們對電子設備和系統的作用機理是一致的。鑒于以上原因，本書主要從電磁原理的角度進行電磁兼容管理維護的分析，而不涉及戰術應用、信號體制等內容，所以本書所講電磁干擾雖然主要是指己方設備以及自然環境所產生的電磁輻射，但是第8章中電磁防護與加固、頻譜管理等內容涉及的電磁干擾也會與電子戰中的電磁干擾有交叉。
2．電磁干擾形式
電磁干擾形式多種多樣，頻域上電磁干擾可以歸納為同頻干擾、鄰頻干擾等主要形式。
1） 同頻干擾
與有用信號頻率相同的電磁干擾稱為同頻干擾。由于同頻干擾信號與有用信號的頻率相同，接收機很難完全消除和抑制這種干擾信號，使得干擾與信號同時被放大、解調、輸出，導致同頻失真和阻塞等結果。
2） 鄰頻干擾
發射機產生的鄰頻信號對接收機形成的干擾，以及環境信號從接收機通帶附近進入接收機而形成的干擾，都屬于鄰頻干擾。在多數無線設備中，總是需要對發射信號的帶外輻射進行限制，還要求接收機具有足夠的鄰頻衰減，減小鄰頻干擾信號功率。鄰頻干擾增加了接收機的噪聲功率，使得接收機信噪比下降、靈敏度降低，導致雷達作用距離減小，通信距離縮短、誤碼率增加，甚至造成接收機阻塞。
3） 諧波干擾
輻射源的諧波發射進入敏感設備接收機造成的電磁干擾稱為諧波干擾。諧波干擾頻率是輻射源信號頻率的整數倍，如果超過規定電平就會產生與同頻干擾類似的現象。
4） 互調和交調干擾
互調是指兩個或兩個以上信號同時進入接收機，由于接收機內部器件（放大器、混頻器等）的非線性而產生新的信號。這些信號如果引起干擾就是互調干擾。交調干擾是指不希望信號對希望信號進行了調制，其機理與互調相同。后果主要表現為顯示屏上的干擾條紋、雪花點、重影、變形、語音的失真、噪聲等，導致電子設備與系統的作用距離下降。
3．電磁干擾三要素
無論哪種形式的電磁干擾，其形成必須同時具備電磁干擾源、耦合途徑、電磁敏感設備三個條件，這就是電磁干擾三要素，也稱為電磁兼容三要素，如圖1.3所示。
電磁干擾源是指產生電磁干擾的元件、器件、設備、分系統、系統和自然輻射源等電磁輻射源；敏感設備是指對電磁干擾產生響應的設備；耦合途徑是指把干擾能量從干擾源耦合到敏感設備內的通路或媒質。
由電磁干擾源產生的電磁能量經過耦合途徑傳輸到敏感設備，導致敏感設備出現某種形式的響應，稱為電磁干擾效應。只要做到消除電磁干擾源、切斷耦合途徑、降低敏感設備敏感性中的任何一點，都有利于實現電磁兼容。
設備之間的干擾包含多種耦合。圖1.4所示為設備的一般構成，包括天線、主機以及各種連接線纜等。天線、濾波電路、放大電路等構成接收機的信號通道，主要是用來接收工作信號的。需要注意的是，信號能通過的通道，有的干擾也能通過，因此，接收機信號通道通常稱為電磁耦合前門。另外，干擾信號還可能通過電源線、地線和屏蔽裝置的孔、縫等耦合到接收機信號通道或敏感部件上產生干擾，影響設備正常工作。因此，公共地、控制線、電源線、偏置電路、設備外殼的孔、縫等通常稱為電磁耦合后門。前門和后門特性不一樣。例如，前門一般具有較強的頻率選擇性和空間選擇性，從前門進入設備的能量主要作用于信號通道上，后門則不具有明顯的頻率選擇性和空間選擇性，或者很難清楚其特性，從后門耦合的電磁能量也不一定作用于信號通道上。
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