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智能手机设计中电磁兼容问题的研究

发布时间:2022-01-11 11:10
  本文第一次全面、系统、深入和创新性地对智能移动手机设计中的EMC(电磁兼容)问题进行了研究,该研究能为智能手机中电磁兼容问题的设计、分析和解决提供全面而深入的参考。首先本文对智能手机的物理结构、硬件框图、运行原理、存在或潜在的噪声和干扰源特性以及从源头抑制干扰的办法进行了介绍。本文第一次建立了智能手机的电磁拓扑图,并基于建立的电磁拓扑图对智能手机设计中存在和潜在的电磁兼容问题进行了初步的分类、分析和归纳。接着本文对智能手机中特有的电磁兼容问题(CSE (Continuous Spurious Emission)问题,RSE (Radiated Spurious Emission)问题和desense (Sensitivity Degradation)问题)进行了进一步的分析,绘制出了用于对这些问题进行分析和实验的流图。然后本文找到和明确了要实现智能手机电磁兼容而需要进行全面、详细和深入研究的方向:它们分别是提高接收机抗扰能力的研究,减少发射机干扰生成的研究,共存问题的研究,智能手机电路中干扰传导耦合的研究,传输线模型及其在智能手机EMC分析中应用的研究,智能手机中非有意辐射的研究以及屏... 

【文章来源】:北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:250 页

【学位级别】:博士

【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 智能手机市场现状
        1.1.2 智能手机电磁兼容要求
        1.1.3 智能手机设计中电磁兼容研究现状
    1.2 主要内容、研究成果和研究特色
        1.2.1 主要内容和研究成果
        1.2.2 本文的特色
    参考文献
第二章 智能手机物理结构、运行原理和干扰源的介绍
    2.1 智能手机的物理结构介绍
        2.1.1 PCB表层器件布局介绍
        2.1.2 PCB内部印制电路的介绍
    2.2 智能手机的硬件框图和运行原理的介绍
        2.2.1 手机的原理框图和运行原理
        2.2.2 分系统间的联系
    2.3 智能手机中存在的干扰源,干扰源特点和抑制方法的介绍
        2.3.1 数字电路的干扰源及抑制办法
            2.3.1.1 周期性脉冲的频潜特性及其高频干扰抑制办法
            2.3.1.2 高速数据信号的频谱分析及其高频干扰抑制办法
            2.3.1.3 智能手机中高速数据和时钟信号电路
            2.3.1.4 基准时钟电路
            2.3.1.5 PWM干扰源电路
            2.3.1.6 尖峰脉冲干扰源及其抑制办法
        2.3.2 无线发射机噪声
    参考文献
第三章 智能手机中电磁兼容问题的分析、分类和归纳
    3.1 智能手机的电磁拓扑图的生成
        3.1.1 器件和结构件的重新定义和分类
        3.1.2 智能手机系统的电磁拓扑图
    3.2 智能手机系统与外界的电磁兼容问题的分析
        3.2.1 智能手机系统与外界相互传导干扰的分析
            3.2.1.1 USB等数据传输接口和耳机、麦克风和听筒等音频接口与外界的传导互扰介绍
            3.2.1.2 交流充电器接口与供电网络的传导互扰的介绍
            3.2.1.3 天线接口的传导干扰问题
                3.2.1.3.1 问题的分析
                3.2.1.3.2 CSE问题的分析和实验流图
            3.2.1.4 天线口的传导抗扰度问题
            3.2.1.5 智能手机的静电抗扰度的介绍
        3.2.2 智能手机系统对外界辐射干扰的分析
            3.2.2.1 能导致辐射的部件
            3.2.2.2 RSE问题的分析和实验流图
        3.2.3 智能手机系统受外部辐射干扰的介绍
    3.3 智能手机系统内部相互干扰的分析
        3.3.1 依据干扰的耦合路径的分类
            3.3.1.1 手机电路内的相互耦合
            3.3.1.2 辐射部件间的相互耦合
        3.3.2 依据相互干扰系统来分类
            3.3.2.1 数字系统受到到传导和辐射于扰问题
            3.3.2.2 无线系统受到数字系统传导和辐射干扰问题
                3.3.2.2.1 问题的初步分析和归纳
                3.3.2.2.2 Desense问题的分析和试验流图
            3.3.2.3 无线通信系统之间的相互干扰问题
    3.4 本章小结
        3.4.1 对智能手机中电磁兼容问题的归纳
        3.4.2 实现智能手机电磁兼容需要更深一步研究的问题
    参考文献
第四章 提高接收机抗扰能力的研究
    4.1 绪论
    4.2 智能手机接收机介绍
    4.3 影响智能手机接收机抗扰度因素的研究
        4.3.1 接收机输出信号误比特率的计算
        4.3.2 信道编码和扩频对接收机抗扰度影响的分析
            4.3.2.1 仿真设置
            4.3.2.2 仿真结果的分析和实验验证
            4.3.2.3 理论分析和进一步验证
        4.3.3 本节小结
    4.4 接收机灵敏度和DESENSE的分析和计算
        4.4.1 接收机的灵敏度的计算
        4.4.2 接收机Desense的计算
    4.5 干扰受接收机射频非线性器件非线性作用后形成干扰的分析和计算
        4.5.1 引言
        4.5.2 器件的非线性
        4.5.3 干扰受器件非线性作用的分析和计算
            4.5.3.1 有用信号增益的减小和阻塞
            4.5.3.2 交叉调制(Cross modulation)
            4.5.3.3 互调(Intermodulation)干扰
            4.5.3.4 混频器相位噪声对干扰的搬移
        4.5.4 本节小结
    4.6 智能手机接收机射频前端的设计和优化
        4.6.1 射频前端的设计和LNA的输入阻抗匹配
            4.6.1.1 分级系统噪声系数的计算
            4.6.1.2 接收机射频链路的噪声系数
            4.6.1.3 射频前端的设计和LNA的输入阻抗匹配
        4.6.2 具体的设计和优化
            4.6.2.1 需要设计和优化接收机射频链路的框图
            4.6.2.2 理想状态仿真
            4.6.2.3 实际情况仿真
            4.6.2.4 稳定性的验证
        4.6.3 仿真的验证
    4.7 本章小结
    参考文献
第五章 减少发射机干扰生成的研究
    5.1 相关基础介绍
        5.1.1 发射机干扰
            5.1.1.1 发射机干扰介绍
            5.1.1.2 发射机电路的介绍
        5.1.2 射频非线性电路基础
            5.1.2.1 射频非线性电路基尔霍夫方程的求解方法
            5.1.2.2 射频非线性器件的建模
        5.1.3 X参数模型介绍
            5.1.3.1 X参数模型的现状及文献没有解决的问题
            5.1.3.2 X参数的理论基础
    5.2 射频高功率放大器的设计
        5.2.1 发射机高功率放大器介绍
        5.2.2 放大器的畸变和干扰机理
            5.2.2.1 发射机谐波的生成机理
            5.2.2.2 发射机邻道和杂散干扰的产生机理
            5.2.2.3 互调干扰生成机理
        5.2.3 高功率放大器的建模
    5.3 TD-SCDMA高功率放大器X参数模型的建立、仿真与验证
        5.3.1 仿真和验证的简化
        5.3.2 TD-SCDMA放大器X参数模型的建立
        5.3.3 仿真和验证的方法
            5.3.3.1 仿真方法介绍
            5.3.3.2 验证方法介绍
            5.3.3.3 仿真和验证用到源的介绍
            5.3.3.4 仿真和测试数据的后处理
        5.3.4 仿真和验证总结
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 共存问题的研究
    6.1 引言
    6.2 智能手机内共存问题分析和设计的归纳和总结
        6.2.1 共存问题示意框图
        6.2.2 共存问题干扰的耦合途径
            6.2.2.1 天线间的耦合
            6.2.2.2 共器件耦合
        6.2.3 共存问题分类
            6.2.3.1 发射机对接收机的干扰
            6.2.3.2 发射机间相互影响
        6.2.4 共存问题的分析步骤
        6.2.5 发射机产生干扰强度的获取
            6.2.5.1 近似计算
            6.2.5.2 X参数模型仿真
            6.2.5.3 干扰产物的直接测量
        6.2.6 共存问题的特点
            6.2.6.1 可预测性
            6.2.6.2 解决方法特殊
        6.2.7 共存问题的努力方向总结
            6.2.7.1 抑制干扰源
            6.2.7.2 减少干扰的耦合
            6.2.7.3 对接收机进行设计
            6.2.7.4 软件设计
    6.3 INTER-BAND载波聚合共存问题的分析和解决
        6.3.1 发射机对接收机干扰的分析和计算以及解决方案介绍
        6.3.2 发射机与发射机互调导致的问题
            6.3.2.1 分析、计算和确定
            6.3.2.2 GPS和GLONASS受到干扰问题的解决方案总结
            6.3.2.3 LTE B1主接收机和MIMO接收机受到干扰问题解决方案总结
    6.4 SGLTE智能手机设计中共存问题的分析、设计和验证
        6.4.1 SGLTE同时工作的组合
        6.4.2 SGLTE智能手机射频实现方法原理框图
        6.4.3 发射机与发射机间的互调导致的问题的分析和解决
        6.4.4 发射机对接收机的干扰
            6.4.4.1 发射机有用信号对接收机的阻塞问题的分析、解决和验证
        6.4.5 CMCC DCS1800与TD-SCDMA/TDD-LTE B39共存时发射机对接收机干扰的解决和验证
            6.4.5.1 CMCC DCS1800发射机杂散对TD-SCDMA/TDD-LTE B39接收机干扰问题的解决和验证
                6.4.5.1.1 发射机杂散导致接收机Desense的分析和近似计算
                6.4.5.1.2 解决方案的设计
                6.4.5.1.3 验证
            6.4.5.2 TD-SCDMA/TDD-LTE B39发射机杂散对CMCC DCS1800接收机干扰问题的解决和验证
        6.4.6 TDD-LTE B40/41 与2.4G WLAN共存问题的分析和解决和验证
    6.5 本章小结
    参考文献
第七章 智能手机电路中干扰传导耦合的研究
    7.1 绪论
    7.2 共地阻抗耦合
        7.2.1 共地阻抗耦合的机理和导致的问题
        7.2.2 共地导体阻抗
            7.2.2.1 直流电阻
            7.2.2.2 低频阻抗
            7.2.2.3 高频阻抗
        7.2.3 部分电感基础介绍
            7.2.3.1 环路电感与部分电感的定义
            7.2.3.2 部分导体的部分电感导致的感性压降的计算和其与环路电感的关系
            7.2.3.3 PCB中导体高频部分电感数值计算介绍
        7.2.4 共地阻抗耦合的抑制
            7.2.4.1 器件布置和布线来避免共地阻抗耦合
            7.2.4.2 减少公共导体对于干扰电流的部分电感
            7.2.4.3 物理结构的设计来减少共地耦合
    7.3 共电源和控制网路耦合
        7.3.1 智能手机中常见的共网络耦合
            7.3.1.1 共电源网络的波动而导致的问题以及应对措施
            7.3.1.2 干扰通过共网路直接流经被干扰电路的介绍和应对措施
    7.4 共器件耦合
        7.4.1 Diplexer
            7.4.1.1 Diplexer在智能手机中的应用举例
            7.4.1.2 器件的选择和应用方法介绍
        7.4.2 Duplexer
        7.4.3 双刀双掷天线开关
    7.5 本章小结
    参考文献
第八章 传输线模型以及其在智能手机EMC分析和计算中应用的研究
    8.1 引言
    8.2 容性和感性耦合基础介绍
        8.2.1 容性耦合的电路分析
            8.2.1.1 减少耦合的方法
            8.2.1.2 屏蔽机理的分析
        8.2.2 感性耦合的电路分析
            8.2.2.1 减少耦合的方法
            8.2.2.2 磁感应屏蔽机理的分析
    8.3 传输线基础介绍
        8.3.1 传输线波动方程
            8.3.1.1 传输系统Maxwell方程介绍
            8.3.1.2 无耗传输线TEM波动求解
            8.3.1.3 无耗传输线全波求解
            8.3.1.4 有耗传输线全波的求解
            8.3.1.5 低损耗传输线的准TEM波求解
            8.3.1.6 本节小结
        8.3.2 传输线方程的求解
            8.3.2.1 等长多导体传输线方程生成
            8.3.2.2 双导体传输线方程及方程通解
            8.3.2.3 负载电流和电压确定的双导线传输线方程求解
            8.3.2.4 始端电流电压确定的双导线传输线方程求解
            8.3.2.5 始端电压源确定的双导线传输线方程求解
            8.3.2.6 受任意点电压源(U_S)激励的传输线电流和电压求解
            8.3.2.7 受任意点电流源(I_S)激励的传输线电流和电压求解
            8.3.2.8 受沿线均匀分布电压源激励的传输线电压和电流求解
            8.3.2.9 受沿线有均匀分布电流源激励的传输线电压和电流求解
    8.4 PCB走线受外界电磁场激励响应的分析和计算
        8.4.1 低频响应模型
            8.4.1.1 静电法的建立
            8.4.1.2 Taler模型到Agrawal模型[21]和Rachidi模型[23]的推导
            8.4.1.3 传输线方程的求解
        8.4.2 PCB走线束受外界高频干扰响应的分析和计算的介绍
    8.5 PCB走线束间相互耦合问题的分析和计算
        8.5.1 等长PCB双走线或走线束间相互耦合的分析和计算
        8.5.2 不等长双PCB走线间相互耦合的等效长度法
            8.5.2.1 不等长到等长的等效
                8.5.2.1.1 干扰走线长度大于相干长度
                8.5.2.1.2 被干扰线长度大于非相干线长度
            8.5.2.2 不相干部分走线沿线电压和电流的求解
                8.5.2.2.1 干扰线长度大于非相干线长度
                8.5.2.2.2 被干扰线长度大于非相干线长度
        8.5.3 双导线间弱耦合的积分求解法
    8.6 被干扰走线长度大于相干长度的不等长双PCB走线间容性和感性弱耦合问题的研究
        8.6.1 干扰走线沿线电压电流的表达式
        8.6.2 被干扰走线特性参数
        8.6.3 容性耦合沿线电压电流计算
            8.6.3.1 沿线电压电流的积分表达式
                8.6.3.1.1 始端微小电压和电流表示式
                8.6.3.1.2 被干扰走线沿线电压和电流的积分表达式
                8.6.3.1.3 干扰传播常数与被干扰传播常数关系的讨论
            8.6.3.2 干扰走线和被干扰走线传播常数相等
                8.6.3.2.1 沿线电压和电流的通用表达式求解
                8.6.3.2.2 被干扰电路均匹配和干扰电路负载匹配
                8.6.3.2.3 被干扰电路均匹配和干扰电路负载短路
                8.6.3.2.4 被干扰电路均匹配和干扰电路负载开路
            8.6.3.3 干扰走线和被干扰走线传播常数不相等
                8.6.3.3.1 沿线电压和电流的通用表达式
                8.6.3.3.2 干扰电路的传播常数为0
                8.6.3.3.3 被干扰电路均匹配和干扰电路负载匹配
                8.6.3.3.4 被干扰电路均匹配和干扰电路负载短路
                8.6.3.3.5 被干扰电路均匹配和干扰电路负载开路
        8.6.4 感性耦合沿线电压电流计算
            8.6.4.1 沿线电压电流的积分表达式
                8.6.4.1.1 始端细小电压和电流
                8.6.4.1.2 被干拢线沿线电压和电流的表达式
            8.6.4.2 沿线电压和电流的通用表达式
            8.6.4.3 干扰电路的传播常数为0
            8.6.4.4 被干扰电路均匹配和被干扰电路负载匹配
            8.6.4.5 被干扰电路均匹配和干扰电路负载短路
            8.6.4.6 被干扰电路均匹配和干扰电路负载开路
        8.6.5 端口耦合功率影响因素分析
            8.6.5.1 干扰走线影响函数的分析
                8.6.5.1.1 内阻影响函数
                8.6.5.1.2 抑制耦合的干扰走线设计
            8.6.5.2 频率和相干长度影响的分析
    8.7 本章小结
    参考文献
    附录1
    附录2
    附录3
    附录4
第九章 智能手机中非故意辐射的研究
    9.1 引言
    9.2 基础介绍
        9.2.1 电磁辐射基础介绍
    9.3 非有意辐射的分析、建模和抑制
        9.3.1 实际电流回路等效电路模型的建立
        9.3.2 理想回路等效电路模型、理想回路的辐射以及辐射的抑制
            9.3.2.1 理想回路及其辐射
            9.3.2.2 辐射的抑制和受外界干扰的抑制
        9.3.3 非理想回路等效电路模型、非理想回路的辐射以及辐射的抑制
            9.3.3.1 非理想回路1
                9.3.3.1.1 非理想回路以及其辐射
                9.3.3.1.2 辐射的抑制和受外界干扰的抑制
            9.3.3.2 非理想回路2
                9.3.3.2.1 非理想回路以及其辐射
                9.3.3.2.2 辐射的抑制和受外界干扰的抑制
            9.3.3.3 非理想回路3
                9.3.3.3.1 非理想回路以及其辐射
                9.3.3.3.2 辐射的抑制和受外界干扰的抑制
        9.3.4 差分回路辐射的分析和抑制
        9.3.5 智能手机非有意辐射部件辐射的分析和抑制
    9.4 非有意辐射的数值分析方法介绍
    9.5 辐射部件间的辐射耦合问题的介绍
    9.6 本章小结
    参考文献
第十章 智能手机中屏蔽罩导致的问题的研究
    10.1 引言
    10.2 屏蔽罩影响导致的CSE问题的分析和解决
        10.2.1 问题描述
        10.2.2 问题实验分析和解决
            10.2.2.1 实验设计
            10.2.2.2 实验结果
            10.2.2.3 实验结果分析和可行解决方案讨论
        10.2.3 小结
            10.2.3.1 分析和新解决该类问题方法的总结
            10.2.3.2 降低屏蔽罩导致问题风险的措施
    10.3 屏蔽罩对微带线影响的CST仿真分析
        10.3.1 屏蔽罩高度影响的分析
            10.3.1.1 窄微带线受屏蔽罩高度影响的分析
            10.3.1.2 宽微带线受屏蔽罩高度影响的仿真
        10.3.2 屏蔽罩墙与走线距离影响的分析
        10.3.3 微带线与屏蔽墙体相干长度影响的分析
        10.3.4 分析和结论
    10.4 本章小结
    参考文献
第十一章 总结和展望
    参考文献
致谢
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【参考文献】:
期刊论文
[1]Shielding effectiveness of rectangular cavity made of a new shielding material and resonance suppression[J]. WANG Liu-ping Aisino Corporation, Beijing 100195, China.  The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications. 2008(04)
[2]通信线在强电线电磁影响下的对地电位[J]. 高攸纲.  电子学报. 1964(01)

博士论文
[1]LTE/LTE-Advanced系统异构网中的无线资源管理技术研究[D]. 王彦龙.北京邮电大学 2013
[2]多导体互连结构的电磁兼容性分析[D]. 徐军.北京邮电大学 2010
[3]强电磁脉冲与有孔矩形腔耦合及地下强电线与地下管线之间互感系数相关研究[D]. 汪柳平.北京邮电大学 2008
[4]传输线理论在电磁干扰防护技术中的若干应用[D]. 石丹.北京邮电大学 2008



本文编号:3582678

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