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1、第一章电磁兼容概论第一章电磁兼容概论现在学习的是第1页，共30页 第第 一一 章章 概论概论现在学习的是第2页，共30页 电磁兼容的含义电磁兼容的含义 根据我国军用标准（GJB7285）中给出的定义：“设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其它设备（分系统、系统）因受其电磁发射导致或遭受不允许的降级。”根据国际电工技术委员会（IEC）所给出的定义：“电磁兼容是设备的一种能力，它在其电磁环境中能完成它的功能，而不至于在其电磁环境中产生不能容忍的干扰。”现在学习的
2、是第3页，共30页 研究电磁兼容的意义研究电磁兼容的意义 社会信息化发展的结果，电子设备的密集度已成为衡量现代化程度的一个重要指标，大量的电子设备在同一电磁环境中工作，电磁干扰的问题呈现出前所未有的严重性。现代电子产品的一个主要特征是数字化、集成化和密集化越来越高，随之而来的是宽频干扰和对电磁脉冲很高的敏感性。在电子系统、设备以及元器件的生产中必须进行电磁兼容设计才能保证正常工作；据统计，世界范围内的工业、科学和医疗（ISM）设备的数量已经接近3亿台，并以每年5的速度逐年递增。这些设备的输出功率多为千瓦或兆瓦级，而且有相当数量的ISM 设备工作在国际电信联盟（ITU）指定的频段之外，或者超过国
3、际无线电干扰特别委员会（CISPR）对 ISM设备所规定的辐射干扰极限值的要求，其功率泄漏及高次谐波将造成强烈的干扰。在一些发达国家，电子设备的数量每4到5年增加一倍。现在学习的是第4页，共30页工业化、城市化和航空、航天活动的快速发展使我们人类的电磁环境也变得越来越恶劣；电磁背景噪声功率的增加、频谱资源越来越紧张，各种电子产品的发射功率越来越大，灵敏度越来越高，使电磁兼容正变得越来越迫切和困难。据估算，人为无线电辐射能量密度年增长率可达到（710），城市中辐射能量密度为每510年增加一倍。如果对所有的电子产品不进行综合设计和规划，任其发展下去，其后果将是带来史无前例的大灾难。现在学习的是第5
4、页，共30页有关国际组织和许多国家对电子、电气产品规定了电磁兼容质量标准，不满足电磁兼容要求的产品不准进入市场。电磁兼容性标准已成为西方发达国家限制进口产品的一道坚固的技术壁垒。入世后，这种技术壁垒对我们的障碍更大。从军用电子设备角度看，在战争模式发展到电子战、信息战的今天，电子对抗、制电磁权的争夺使得强化电子设备的电磁兼容性是确保在战争环境中人员、武器装备、信息情报的安全、获得战争胜利的关键环节。现在学习的是第6页，共30页 电磁兼容的内容电磁兼容的内容 电磁干扰是如何产生的？电磁干扰是如何传播和发生作用的？电磁干扰作用的后果和危害如何？电磁干扰的形态及性质如何？如何测量电磁干扰的大小？如何
5、预测和分析电磁干扰的影响？如何防止电磁干扰的产生？如何抑制或消除电磁干扰？现在学习的是第7页，共30页 电磁兼容技术的应用范围电磁兼容技术的应用范围电力、电源、通信、交通、金融、计算机、航空、航天军工、医疗.几乎包含所有的现代工业。电磁兼容技术的理论基础电磁兼容技术的理论基础数学、电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析与处理、机械结构、自动控制、材料科学、工艺测量、生物医学.是一门尖端的综合性学科，同时又与工业生产和质量控制紧密相关。现在学习的是第8页，共30页 电磁兼容所涉及的技术领域电磁兼容所涉及的技术领域电磁场与传输线(耦合与干扰）电磁脉冲强电干扰与静电放电雷电电磁兼容测量电磁兼
6、容标准、规范屏蔽、滤波和接地电磁环境和生物场效应频谱管理和通信抗干扰数字电路和计算机泄密信息泄漏与防护技术（Tempest）印刷电路板中的电磁兼容电磁传感器、探头和天线电磁兼容分析和设计（预测、数学模型和物理模型）应用领域中的电磁兼容性电磁兼容教育电磁生物效应现在学习的是第9页，共30页 电磁兼容理论和技术的发展历史电磁兼容理论和技术的发展历史 1881年英国人希维赛德发表“论干扰”；1833年法拉弟发现电磁感应定律，指出变化的磁场在导线中产生电动势；1864年麦克斯韦引入位移电流的概念，指出变化的电场将激发磁场，并由此预言电磁波的存在。电磁场的相互激发并在空间传播，是电磁干扰的理论基础；18
7、87年柏林电气协会成立了全部干扰问题研究委员会；1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在，同时指出了各种打火系统将向空间发出电磁波，从此开始了对干扰问题的实验研究；1889年英国邮电部门研究了通信干扰问题；1904年国际电工委员会（IEC）成立；1934年英国有关部门对1000例干扰问题进行了分析，发现其中50是电气设备引起的。国际无线电干扰特别委员会CISPR）成立。现在学习的是第10页，共30页 第二次世界大战促进了电磁兼容技术的发展，战后电磁兼容技术得到了进一步广泛应用。在电磁干扰问题的长期研究中，从理论上认识了电磁干扰产生的原因，明确了干扰的性质及其数学物理模型，逐步完善了干扰传输及耦合
8、的计算方法，提出了抑制干扰的一系列技术措施，建立了电磁兼容的各种组织及电磁兼容系列标准和规范，解决了电磁兼容分析、预测设计及测量等方面一系列理论问题和技术问题，逐步在电子学中形成一个新的分支。现在学习的是第11页，共30页 上个世纪80年代以来，电磁兼容已成为十分活跃的学科领域，美国、德国、日本、法国等国家在电磁兼容标准与规范，分析预测、设计、测量及管理等方面均达到了很高的水平，有高精度的EMI及EMS自动测量系统，可进行各种系统间的EMC试验，研制出系统内及系统间的各种EMC计算机程序，有的程序已经商品化，形成了一套比较完整的EMC设计体系，在电磁干扰的抑制技术方面，已研制出许多新材料、新工
9、艺及规范的设计方法。一些国家还建立了对军品和民品的EMC检验及管理机构，不符合EMC质量要求的产品不准投入市场。现在学习的是第12页，共30页 随着科学技术的发展，对电磁兼容和标准不断提出新的要求，其研究范围也日益扩大，现在的电磁兼容已不限于电子和电气设备本身，还涉及到信息泄漏及电磁污染、电磁饥饿等一系列生态效应及其它一些学科领域。所以某些学者已将电磁兼容改称为环境电磁学。联合国联合国确定电磁污染是继环境中的空气、水质、噪声等污染之后的第确定电磁污染是继环境中的空气、水质、噪声等污染之后的第四大环境污染。四大环境污染。现在学习的是第13页，共30页 我国过去工业基础比较薄弱，电磁环境的危害影响
10、尚未充分暴露，对电磁兼容的研究起步较晚。但近年来由于实际生产和科研的需求，对电磁兼容逐渐重视，技术发展较快。各部门、各行业纷纷成立了与EMC有关的学术组织、学术活动频繁。除此之外，在以下方面做了许多工作：（一）基础理论研究1.频谱工程：包括无线电频谱的管理与应用、频率分配、实时管理、无线电监测等方面。2.干扰分析与预测。3.EMC测量技术：包括对EMI、EMS的测量。4.对耦合参数进行了研究：包括各种耦合参数的分析研究、核电磁脉冲及地电位影响等进行了深入的研究。现在学习的是第14页，共30页5.对暂态互感进行了专题研究。6.测试及数据处理的有关理论研究7.其它如天线、传播、屏蔽、接地等研究工作
11、（二）工程应用1.加强了EMC管理2.制定了EMC设计要求、测试方法及规范和标准，包括国标、国军标及各部门大量的专业标准。3.EMI分析与预测4.国标、国军标的制定、修订与贯彻。（三）EMC教育与出版（四）制定EMC发展规划。（五）建设、改造EMC实验室现在学习的是第15页，共30页 电磁兼容的发展前景电磁兼容的发展前景 欧共体已于1989年5月颁布了EMC指令（89/336/EEC)，该指令规定，从1996年1月1日起，凡不满足电磁兼容标准的产品一律不允许上市流通。近年来在国际上掀起了电磁兼容标准法规化、电磁兼容标准国际化的新高潮。我国的质量技术监督局、出入境检验检疫部门、环境保护部门等不断
12、推出一些电磁兼容法规性文件或技术规范，加强了电磁兼容管理。电磁兼容技术逐步专业化、产业化。现在学习的是第16页，共30页 企业越来越关注产品设计人员的电磁兼容素质、投入产出比。电磁兼容预测技术越来越进步。测试技术和测试对象越来越细分，电磁兼容测试与产品的功能测试融为一体。电性能设计、机械结构设计、热设计将与电磁兼容设计同步进行。随着虚拟仪器技术、内装自检技术的应用以及测试技术向多媒体化、网络化迈进，未来电子产品的检验将是全方位的、全自动化的。现在学习的是第17页，共30页 未来电子产品的设计理念未来电子产品的设计理念力学计算器力学计算器热学计算器热学计算器虚拟仪器虚拟仪器输入各种参数输入各种参
13、数一体化设计器一体化设计器电学计算器电学计算器多媒体显示多媒体显示性价比分析性价比分析电磁兼容分析电磁兼容分析可可否否现在学习的是第18页，共30页 电磁兼容术语电磁兼容术语 电磁兼容标准的一个重要的内容就是统一规定名词术语。我国国家军用标准GJB7285规定了电磁干扰和电磁兼容名词术语。后来出现的GJB72A2002代替了GJB7285。应该注意的是这里定义的某些术语与电子工程中的习惯理解是不完全相同的，只适用于本学科的范围。现在学习的是第19页，共30页 设备（equipment)：作为一个独立单元进行工作，并完成单一功能的任何电气、电子或机电装置。分系统(subsystem)：从电磁兼容
14、性要求的角度，下列任一状况都可认为是分系统：1.作为单独整体起作用的许多装置或设备的组合，但并不要求其中的装置或设备独立起作用；2.作为在一个系统内起作用并完成单项或多项功能的许多设备或分系统的组合。以上两类分系统的装置或设备，在实际工作时可以分开装在几个固定或移动的台站、运载工具及系统中。系统(system)：若干设备、分系统、专职人员及可以执行或执行或保障工作任务的技术的组合。一个完整的系统包括有关的设施、设备、分系统、器材和辅助设备外，还包括在工作和保障环境中能胜任工作的操作人员。电磁兼容一般术语电磁兼容一般术语现在学习的是第20页，共30页通信电子设备(Communication-el
15、ectronic equipment)：在广义上，指任何一种生产、发射、传递、获得、接收、储存、处理或应用电子的电磁信息的装置。工业、科学和医疗设备(Industrial Scientific and Medical equipment)：将射频能量用于工业、科学和医疗用途的辐射装置，包括借助射频技术实现能量转换的装置，但这类装置不是也不应作无线电通信用。传输线（transmission line)：为电能或电磁能构成一条从一处到另一处定向传输连续通路的器材装置，它包括电话线、电缆、波导管、同轴电缆和其它类似器材。（如带状线、平板传输线）接地(Grounding)：a.将设备外壳、框架或底座接
16、到物体或运载工具的结构上，以保证它们同电位。b.将电路或设备连接到大地或起到大地作用的、尺寸较大的导体上。接大地(Carting)：使事物或运输工具的结构（包括金属蒙皮）与大地间实现良好的电气连接，以确保它们与大地同电位的处理方法。现在学习的是第21页，共30页 功率密度（power density)：a.在空间某点上坡印廷矢量的值。b.在空间某点上电磁波的量值，用单位面积上的功率来表示。功率频谱密度（spectrum power density):单位带宽的功率密度。分贝（decibel;dB)：度量两个功率值之比的单位。表达式：分贝数分贝数 10lgP2P1若两个电压或电流值是在相同阻抗上
17、测得的，分贝也可以表示成：电压增益的分贝数电压增益的分贝数 20lgV2V1电流增益的分贝数电流增益的分贝数 20lgI2I1 使用分贝的好处是：用较小的坐标可以描述很宽的范围。由于电磁干扰的幅度范围很宽，因此用分贝描述更加方便。现在学习的是第22页，共30页 衰减（attenuation)：表示功率或场强从一点传输到另一点时量值的减少，它可以用两者之比或分贝数表示。插入损耗（insertion loss)：在源与负载之间，因网络的插入，而引起负载上功率的减少，它通常以分贝数表示。瞬态（transients)由开关动作、继电器闭合或其它周期性转换所产生的单次脉冲或低重复频率的脉冲 抖动（jit
18、ter)指信号在短时间内的不稳定，它可以是幅度或相位的不稳定，也可以两者兼有。这是一种对重复规律的随机偏移。咯沥声（click)一种持续时间小于200ms，而与另一扰动的时间间隔至少为200ms的扰动。它可以含有若干脉冲。现在学习的是第23页，共30页 电磁噪声（electromagnetic noise)：与任何信号都无关的一种电磁现象。通常是脉动的和随机的，但也可以是周期的。自然噪声(natural noise)：由自然电磁现象产生的电磁噪声。人为噪声(man-made noise)：由机电或其它人工装置产生的电磁噪声。无线电噪声(radio noise)：射频频段内的电磁噪声。干扰源(i
19、nterference source)：任何产生电磁干扰的元件、器件、设备、分系统、系统或自然现象。电磁骚扰（electromagnetic disturbance):任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁干扰(electromagnetic interference)：任何能中断、阻碍、降低或限制通信电子设备有效性能的电磁能量。大功率效应（high power effects):仅在强信号情况小发射的效应。采用传统的频率分析处理方法（即频率指配、互调制、附加响应等）既不能预测也无法避免这种效应。它包括永久的电磁损坏和暂时的性能降级这两种情况，
20、而且与是否存在天线关系不大。噪声与干扰术语噪声与干扰术语现在学习的是第24页，共30页工业干扰(industrial interference)：由输电线、电网以及各种电气和电子设备工作时引起的电磁干扰。宇宙干扰(cosmic interference)：由银河系（包括太阳）的电磁辐射引起的电磁干扰。天电干扰(atmosphere interference)：由大气中发生的各种自然现象所产生的所产生的无线电噪声引起的电磁干扰。辐射干扰(radiated interference)：由任何部件、天线、电缆或连接线辐射的电磁干扰。传导干扰(conducted interference)：沿着导体附
21、近传输的电磁干扰。电磁脉冲（electromagnetic pulse)：指围绕整个系统（它犹如一个天线），具有宽带大功率效应的脉冲。例如在核爆炸时电磁脉冲就会对系统产生这种影响。现在学习的是第25页，共30页l 电磁环境（electromagnetic environment)：设备、分系统或系统在执行规定任务时，可能遇到的辐射或传导电磁发射电平在不同频率范围内功率和时间的分布。电磁环境有时也可用场强表示。l电磁环境电平（electromagnetic ambient level)：在规定的试验地点和时间内，当试验样品尚未通电时，已存在的辐射或传导的信号和噪声电平。环境电平是由人为及自然的电
22、磁能量共同形成的。l窄带干扰(narrowband inference)：一种主要能量频谱落在测量接收机通带之内的不希望有的发射。l宽带干扰（broadband inference)：一种能量频谱分布相当宽的不希望有的发射。当测量接收机在 2个脉冲带宽内调谐时，它对接收机输出响应的影响不大于3dB。l 串扰(cross talk):在一个传输线路中，由其它传输电路通过电或磁的相互耦合所引起的不希望有的信号扰动。现在学习的是第26页，共30页天线有效面积(Antenna effective area)：天线输出端子上有用功与给定方向入射平面波的功率密度之比，其入射平面波的极化方向应与天线辐射的极
23、化方向一致。天线有效长度(Antenna effective length)：电线的开路感应电压与被测电场强度分量之比。天线系数(Antenna factor)：指这样一个系数，将它适当的用于测量仪的仪表读数上，就可得出以伏每米表示的电场强度或以安每米表示的磁场强度。近场区(Near-field regions)：a.无功进场区：紧靠着天线的、无功场起主要作用的天线区。b.辐射进场区：在无功近场和远场区之间的天线场区，该场区场随角度的分布与离天线的距离有关。远场区(Far-field regions)：场随角度的分布基本上与天线的距离无关的天线场区。系统用天线(System antenna)：
24、与被测系统配套的天线，它通常随系统一起提供。测量天线(Test antenna)：工作特性已知，并与测试设备配合使用的天线。天线与传播术语天线与传播术语现在学习的是第27页，共30页 发射（emission)：以辐射或传导形式从一个源发射的电磁能量。辐射发射(radiated emission)：通过空间传播的有用的或不希望有的电磁能量。传导发射(conducted emission)：沿电源或信号线传输的电磁发射。宽带发射(broadband emission)：能量频谱分布足够均匀和连续的一种发射。当测量仪或接收机在接收机几倍的频率范围内调谐时，它们的响应无明显的变化。窄带发射(narro
25、wband emission)：带宽比测量接收机带宽小得多的发射。发射和响应术语发射和响应术语现在学习的是第28页，共30页脉冲发射(impulse emission)：由重复频率不超出所用接收机脉冲带宽的脉冲所产生的发射。谐波发射（harmonic emission)：发射机发出频率为载波频率整数倍的但不是信息信号组成部分的一种电磁辐射。寄生发射(parasitic emission)：发射机发出的由电路不希望有的振荡引起的一种电磁辐射。乱真发射(spurious emission)：在必需发射带宽之外的一个或几个频率上的电磁发射。这种发射电平降低时不会影响相应信息的传输。乱真发射包括谐波发
26、射、寄生发射及互调制的产物，但不包括为传输信息而进行的调制过程在紧靠必需发射带宽附近产生的发射。现在学习的是第29页，共30页 互调制（inter modulation)：指两个或多个信号在非线性元件中混合，互调制会在输入信号或它们谐波频率的和值与差值上产生新的信号频率。这种非线性元件可以是设备、分系统或系统内部的，也可以是一些外部装置的。交叉调制(cross modulation)：指不希望有的信号对有用信号的载波进行调制，它是互调制的一种。抑制(suppression)：通过滤波、搭接、屏蔽和接地或这些技术的任意组合，以减少或消除不希望有的发射。屏蔽体(shield)：为了阻止或减少电磁能传输而对装置进行封闭或遮蔽的一种阻挡层。它可以是导电的、导磁的、介质的或带有非金属吸收填料的。电磁兼容性能术语电磁兼容性能术语现在学习的是第30页，共30页