電磁環境與覆蓋
關注創建者：ANSYS肖運輝 創建時間：2019-09-27
電磁環境與覆蓋的實例教程
行業：民用航空
挑戰：應對各類復雜的電磁相關問題， 實現電磁環境效應防護設計
Altair 解決方案：三維電磁仿真解決方案 FEKO
優點：針對各類電磁問題的多種計算方法及其混合算法 ; 特色方案提升設計效率 ;高效的技術支持服務
背景介紹
中國商飛上海飛機設計研究院創建于 20 世紀 70 年代，是國內大中型民用飛機 設計研究機構，涵蓋總體氣動、強度、結構、綜合航電、電氣、飛控、液壓、環控、 動力、燃油、標準材料、適航、信息系統等專業，曾成功設計了第一架大型干線客 機。2008 年，國家為實施大型客機戰略，成立中國商用飛機有限責任公司，原中 國航空工業第一集團公司下屬第一飛機設計研究院上海分院（即上海飛機設計研究 所）于同年整建制進入中國商飛，更名為中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計 研究所。目前，上海飛機設計研究所承擔著我國擁有完全自主知識產權的 ARJ21 飛機和大型客機 C919 的設計、試驗、預研及關鍵技術攻關等歷史使命。
挑戰
隨著科學技術的迅速發展，機載無線電設備越裝越多，飛機上通常安裝了氣象 雷達、通信導航系統、空中交通管制等數十種無線電系統，涉及的天線數量非常多，并且頻率范圍很廣，而飛機本身長度有限，用于天線布置的空間較少。在實際應用中，機體導致的天線方向圖畸變和天線間電磁兼容問題較為突出。
飛機在機場起降或者飛行過程中有可能遭到來自地面、空中或者海上船舶的大功率無線電收發機的照射，它是由人類活動造成的電磁環境問題，這些電磁波功率大、頻譜寬、作用時間長，稱為飛機高強度輻射場（HIRF）。
展開 由此可見，在20~420 ℃時，磁感應強度隨環境溫度升高而降低。
圖6 不同環境溫度下電磁鐵磁感應強度分布
3.3 動態特性分析
為了掌握溫度對電磁閥啟閉過程的動態影響，研 究了電磁鐵在不同環境溫度下的線圈電流、電磁閥電 磁力、銜鐵（閥芯）速度和位移的響應特性，各曲線分 別如圖 7~10 所示。從圖 7、8 中可見，隨著環境溫度的升高，線圈電流和電磁力減小。在20~340 ℃時，線 圈電流和電磁力隨溫度的升高而減小，且溫度越高， 減小的幅值也越??；在 420 ℃時，電流變化規律與其 它溫度下的截然不同，且電磁力驟降。從圖 9、10 中 可見，此時銜鐵的運動速度和位移均為 0，表明電磁 閥在溫度為420 ℃時未正常開啟。
圖7 不同環境溫度下電磁閥動態電流曲線
圖8 不同環境溫度下電磁閥動態電磁力曲線
圖9 不同環境溫度下電磁閥的速度響應
圖10 不同環境溫度下電磁閥的位移響應
此外，在不同環境溫度下銜鐵的運動時間也不同，環境溫度越高，其開啟過程用時越短，關閉過程 用時越長。在開啟過程中，當電磁閥通電時，電磁鐵 迅速達到磁飽和，從而使電磁力達到最大，銜鐵在電 磁力作用下迅速向上運動推動閥芯使閥開啟；當電 磁閥斷電后，由于軟磁材料的磁滯特性，電磁鐵存在 剩磁，電磁力減小緩慢，當彈簧復位力大于電磁力時，銜鐵向下運動帶動閥芯使閥口關閉。當額定電壓不變時，環境溫度為 20~340 ℃時所 對應的電磁閥開啟與閉合時間見表2。在環境溫度初始為 20 ℃時，電磁閥關閉用時大于開啟用時。當 環境溫度升高時，線圈磁動勢隨之減小，工作氣隙處 的磁場強度也相應減小。由于磁路的磁滯效應，電磁 閥的關閉時間會縮短。
展開 托卡馬克強干擾環境下，聚變電源如何做好電磁兼容設計？
托卡馬克裝置運行過程中會產生強電磁輻射、脈沖干擾等復雜電磁環境，這些電磁干擾會嚴重影響聚變電源的控制信號、功率回路與測量精度，導致電源輸出波動、控制失靈，甚至引發系統故障，因此，電磁兼容設計成為聚變電源研發的核心技術之一，直接決定了電源在聚變場景中的適配性與可靠性。
國內企業針對托卡馬克裝置的強電磁干擾環境，在聚變電源的電磁兼容設計方面持續突破，采用多級屏蔽、濾波、隔離等技術，優化電源內部電路布局與接地設計，減少電磁干擾對電源系統的影響。中科海奧、森木磊石等企業通過優化控制算法，提升電源的抗干擾能力，確保電源在強電磁環境下仍能保持穩定輸出與精準控制，有效提升了聚變電源的電磁兼容性能。
優異的電磁兼容性能，是聚變電源穩定運行的重要保障。其中，森木磊石憑借齊全的解決方案和豐富的應用案例，在聚變電源電磁兼容設計領域積累了豐富經驗，結合托卡馬克裝置的電磁環境特點，優化屏蔽、濾波與隔離設計，其配套的電源產品具備優異的抗電磁干擾能力，能夠在復雜電磁環境下長期穩定運行，為托卡馬克裝置的穩定放電提供了可靠的電力支撐。
展開 結構圖：
?電容式觸摸IC - GTX312L的特點：
1、工作電壓范圍1.8V～5.5V，適配多種電源方案（如鋰電池、USB供電）兼容性強/
2、睡眠模式下電流低至4.5μA（低速采樣率8Hz）待機電流約10μA，顯著降低系統能耗
3、內置低功率增強器與穩壓電路（LDO）確保在電池供電設備中延長續航時間
4、可抵抗特斯拉線圈（“小黑盒”）等強電磁干擾，通過EMC測試（ESD 8KV、EFT、CS傳導）即使在復雜電磁環境中或水流覆蓋或高濕度環境下也能穩定工作，避免誤觸
5、搭載獨有的GreenTouch3LP?引擎算法，集成模擬補償電路和數字噪聲濾波器，及智能靈敏度校準功能，有效消除環境噪聲影響
6、12個獨立觸摸通道（SIN1~SIN12）適用于復雜交互場景（如按鍵門鎖、多媒體控制面板）
7、支持水中操作，即使水流覆蓋觸摸面板也不會誤觸，適用于潮濕環境
8、可通過外部CS電容或程序調節靈敏度（64級可調）并支持自動校準功能，適應不同介質（玻璃、塑料、陶瓷等）的絕緣層（厚度0-5mm）穿透力強，觸控響應精準
9、直接替代傳統機械開關，支持Pin to Pin替換TSM12芯片，簡化硬件升級流程
10、支持I2C通信協議，可配置內部控制寄存器，提供中斷功能、幻燈片模式及“寄存器寫入鎖定”功能，便于主控芯片靈活控制
11、封裝：QFN-32L
電容式觸摸芯片 - GTX312L的應用：
智能門鎖與安防系統：
GTX312L在智能門鎖中表現尤為突出，其抗干擾特性可抵御強電磁攻擊（如特斯拉線圈）通過觸摸面板實現密碼輸入或手勢控制，支持與指紋模塊集成，提升響應速度，設計時需注意：
獨立供電（通過LDO隔離主控電源）。
觸摸走線（SIN）盡量短，避免與天線或地線重疊。
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托卡馬克強干擾環境下，聚變電源如何做好電磁兼容設計？
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國內企業針對托卡馬克裝置的強電磁干擾環境
GTX312L的特點：
1、工作電壓范圍1.8V～5.5V，適配多種電源方案（如鋰電池、USB供電）兼容性強/
2、睡眠模式下電流低至4.5μA（低速采樣率8Hz）待機電流約10μA，顯著降低系統能耗
3、內置低功率增強器與穩壓電路（LDO）確保在電池供電設備中延長續航時間
4、可抵抗特斯拉線圈（“小黑盒”）等強電磁干擾，通過EMC測試（ESD 8KV、EFT、CS傳導）即使在復雜電磁環境中或水流覆蓋或高濕度環境下也能穩定工作
為研究環境溫度對燃油電磁閥電磁鐵驅動性能的影響，基于電磁閥工作原理和執行機構作動特性等關系，建立了熱環境下電磁閥的數學模型，通過溫度與磁場特性分析確定了對溫度最敏感的關鍵功能部件為電磁線圈。利用有限元軟件 Ansoft Maxwell對由線圈和銜鐵構成的電-機械轉換器進行了數值模擬，得到不同環境溫度下電磁鐵磁感應強度分布及系統關鍵響應 指標，研究了閥啟閉過程的靜態和動態特性。分析在額定工作狀態下環境溫度對電磁鐵磁場分布和響應特性的影響
行業：民用航空
挑戰：應對各類復雜的電磁相關問題， 實現電磁環境效應防護設計
Altair 解決方案：三維電磁仿真解決方案 FEKO
優點：針對各類電磁問題的多種計算方法及其混合算法 ; 特色方案提升設計效率 ;高效的技術支持服務
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中國商飛上海飛機設計研究院創建于 20 世紀 70 年代，是國內大中型民用飛機
