第1章电磁兼容概论

第一章:电磁兼容概论第一章:电磁兼容概论该课程是电子信息工程的专业基础课，主要讨论电磁兼容的基本原理和电磁干扰防护技术。通过本课程的学习，对电磁兼容问题和电磁干扰的防护有一个全面的了解，以作为实际工作的入门。课程的性质和任务第一章:电磁兼容概论先修课程：电路分析、电子技术、电磁场与电磁波电磁兼容概论电磁干扰预测分析技术电磁干扰特性分析接地与搭接技术滤波技术屏蔽技术电磁干扰抑制技术电磁兼容性设计电磁兼容测试技术教学内容第一章:电磁兼容概论2.路宏敏，工程电磁兼容，西安电子科技大学出版社，2003年5.Ott.H.W著,王培清等译，电子系统中噪声的抑制与衰减技术，电子工业出版社，2003年3.白同云等，电磁兼容设计，北京邮电大学出版社，2001年4.蔡仁钢，电磁兼容原理、设计和预测技术，北京航空航天大学出版社，2001年1.邹逢兴等，电磁兼容技术，国防工业出版社，2005年参考资料第一章:电磁兼容概论1.1电磁干扰及其危害•电磁骚扰（EMD，ElectromagneticDisturbance）•电磁干扰（EMI，ElectromagneticInterference）电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。•电磁骚扰（现象）——电磁干扰（结果）干扰源公共电源TVset任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生作用的电磁现象。电磁干扰第一章:电磁兼容概论•工频干扰：f=50Hz，λ=6000km；•甚低频干扰：f=30kHz以下，λ=10km以上；•载频干扰：f=30kHz～300kHz，λ=1km～10km；•射频、视频干扰：f=300kHz～300MHz，λ=1m～1km；•微波干扰：f=300MHz～300GHz，λ=1mm～1m；•雷电及电磁脉冲干扰：频率范围很宽，f=0Hz～。电磁干扰的频谱第一章:电磁兼容概论①开灯、关灯时，对短波收音机信号干扰②开手机，电视信号不佳③飞机起飞、降落、或起飞过程中，一律不得开手机、BP机。①超标发射对附近居民身体有害，例如在美国，发射塔周围房价骤减。①装甲车加载了计算机，电台通信距离大幅度缩短了。②雷达使导弹、火箭误发射③机载电子设备的干扰可引起飞机偏航电磁干扰的危害对电子设备的危害对军械装备的危害对燃油、燃气的危害对生物体的危害第一章:电磁兼容概论什么是电磁兼容？含义有两个方面1.2电磁兼容的概念设备(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而导致或遭受不允许的降级；它也不会使处于同一电磁环境中的其它设备(分系统、系统）因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。电磁兼容(EMC，ElectromagneticCompatibility)•不产生超过规定限度的电磁发射；•应具有抗电磁干扰的能力。第一章:电磁兼容概论潜在的敏感元件潜在的敏感元件噪声元件噪声元件四个基本的EMC问题辐射发射辐射敏感度传导敏感度传导发射第一章:电磁兼容概论形成电磁干扰的三要素：干扰源、耦合路径、敏感设备电磁干扰源：产生电磁干扰的元器件、电路设备、系统或自然干扰源。耦合途径：使能量从干扰源耦合（或传输）到敏感设备上并使敏感设备产生响应的媒介干扰源耦合途径敏感体123敏感设备：对电磁干扰发生响应的设备电磁干扰三要素第一章:电磁兼容概论抑制电磁干扰的途径•抑制干扰源的发射•使接收器对发射不敏感•尽可能使耦合路径无效第一章:电磁兼容概论“出现什么问题，解决什么问题”的经验方法。在设备或系统设计研制过程中不进行电磁兼容性设计。以设备或系统遵循的标准和规范所规定的极限值为基础。由于各种标准和规范中的极限值是以同类设备或系统中最严重情况制定的，因而可能导致具体设备或系统设计的过分保守。从电子设备或系统设计开始就进行电磁兼容性设计的方法。它在设备或系统设计的全过程中贯彻始终，全面综合电磁耦合因素，不断进行电磁兼容性分析、预测，对各阶段设计进行评估，提出修改措施。电磁兼容的工程方法•问题解决法•系统法•规范法第一章:电磁兼容概论实施电磁兼容性的技术步骤•电磁干扰分析与预测•电磁兼容性试验•电磁兼容性设计第一章:电磁兼容概论•电压增益：2120log(/)VV分贝数（dB）•功率增益：2110log(/)PP分贝数（dB）•电流增益：2120log(/)II分贝数（dB）电压电流电场强度磁场强度功率dBV,dBμVdBA,dBμAdBμV/mdBμA/mdBW,dBmW分贝（dB）的概念第一章:电磁兼容概论•去掉一个泄漏源：20log[1/(4/5)]1.9dB辐射改善20log[1/(3/5)]4.4dB辐射改善20log[1/(3/5)]7.9dB辐射改善20log[1/(4/5)]13.9dB辐射改善20log[1/(0/5)]dB辐射改善•去掉两个泄漏源：•去掉三个泄漏源：•去掉四个泄漏源：•去掉五个泄漏源：五个相同泄漏强度的泄漏源dB在实际工程中的应用第一章:电磁兼容概论1.3电磁兼容学科的研究内容电磁干扰分析•电磁干扰源的干扰特性分析•敏感设备的敏感特性分析•耦合途径的传输特性分析第一章:电磁兼容概论标准：一般性准则，由标准可导出各种规范规范：包含详细数据，必须按合同遵守的文件•规定名词术语•规定电磁发射和敏感性限值•规定测试方法•规定电磁兼容性控制方法或设计方法电磁兼容性标准与规范•内容及特点•主要内容第一章:电磁兼容概论•国际电工技术委员会：IEC61000系列1－6•国际无线电干扰特别委员会：CISPR出版物1－25•美国联邦通信委员会：FCC标准•美军标：MIL－STD系列•欧盟：CENELEC制定的EN标准（欧洲标准）•国标GB系列•国军标GJB系列军标比目标严格得多，例如传导干扰发射限制，国标从150KHz开始，军标从100Hz就开始要求，而低通滤波器实现起来非常困难。•国际标准•国内标准电磁兼容性标准与规范第一章:电磁兼容概论•屏蔽：主要用于切断通过空间辐射干扰的传播途径•滤波：主要用于抑制沿导线传播的传导干扰•接地/搭接：主要用于解决地线、接地体的设置问题•电磁干扰抑制的三项基本技术电磁干扰抑制技术•在时间、空间和频率使用上的管理与控制•新的材料、新工艺方法的研究•降低发射设备的寄生辐射•增强接收设备的抗干扰能力第一章:电磁兼容概论电磁兼容性预测分析是采用计算机数字仿真技术，将各种电磁干扰特性、传输特性和敏感度特性用数学模型描述，并编制成程序对潜在的电磁干扰进行计算。干扰源模型、传输损耗模型、接受器模型•芯片级分析预测•部件级分析预测•系统级分析预测电磁兼容性分析与预测•数学模型•电磁兼容性分析预测的级别第一章:电磁兼容概论•设备内部的电路相互不干扰，达到预期的功能；•设备产生的电磁干扰强度低于特定的极限值；•设备对外界的电磁干扰有一定的抵抗力。电磁兼容设计技术•电磁兼容设计的目的•设计理论和设计方法第一章:电磁兼容概论•测试方法•测试场地•测试设备•测试过程的自动化•传导发射•辐射发射•传导敏感度•辐射敏感度电磁屏蔽暗室电磁干扰接收机电磁兼容测量与试验技术•电磁兼容测量与试验技术研究的基本内容•电磁兼容测量与试验技术研究的基本项目第一章:电磁兼容概论•频谱规划•频谱管理•设备设计•频率利用技术甚低频VLF万米波10KHz中频MF百米波1MHz低频LF千米波100KHz高频HF10米波10MHz甚高频VHF米波100MHz特高频VHF厘米波10GHz超高频VHF分波1GMHz极高频VHF毫米波100GHz光波4567891011频谱工程•频谱管理研究内容第一章:电磁兼容概论（TEMPEST，TransientElectromagneticPulseEmanationStandard）接收机核心机密电流卡钳核心机密电子信息设备通过电磁能量发射产生了信息的泄漏发射，使用专用的接受设备，能够在数百米以外接收到计算机系统泄漏的信息。信息设备的电磁泄漏及防护技术•TEMPEST现象保密系统必须采用适当的TEMPEST防护。第一章:电磁兼容概论强电线路（高压输电线）的电磁场对人体组织将产生有害影响。电磁场的生物效应及机理，生物电及人体电机理，电磁辐射生物效应的计算方法和安全防护标准，生物芯片中的电磁场等方面。电磁场的生物效应热效应和非热效应•低频场的生物效应•射频场的生物效应•研究内容第一章:电磁兼容概论电磁脉冲是十分严重的干扰源，对卫星、航天飞机、宇宙飞船、武器系统、雷达、通信、电力和电子仪器设备等都有严重影响。•核电磁脉冲（NEMP）•系统电磁脉冲•频谱覆盖范围宽•电场强度高，可达40kV/m以上•作用范围广，可达数千km电磁脉冲环境，电磁脉冲的理论、分析与计算方法，电磁脉冲模拟、测量关键技术，电子设备的电磁脉冲效应及防护，高功率电磁环境。电磁脉冲（EMP）及防护•电磁脉冲的类型•电磁脉冲的特点•主要研究内容第一章:电磁兼容概论1.4电磁兼容学科的特点以电磁场理论为核心，与多学科互相渗透、结合。涉及电磁理论、电路理论、电子技术、材料科学、计算机科学、控制理论、生物医学、机械结构等知识•综合性交叉学科•极大地依赖于测试和试验•很强的实践性第一章:电磁兼容概论1.5电磁兼容学科的历史发展•1881年：英国科学家希维赛德发表《论干扰》——研究干扰问题的开端。•20世纪20年代：美国设立检测无线电噪声的技术委员会•20世纪30年代：开始了无线电干扰及控制的国际性的有组织研究(IEC,IUB,CISPR)•20世纪40年代：提出了电磁兼容性的概念(德国VDE—0807，美军JAN—I—225）•20世纪60年代：电磁兼容学科形成(IEEE—EMC）国外的发展情况第一章:电磁兼容概论1966年：一机部制定JB－854－66《船用电气设备工业无线电干扰端子电压测量方法和允许值》；1981年：航空工业部制定HB5662－81《飞机设备电磁兼容性要求和测试方法》；全国无线电干扰标准化工作组成立，提出制定国家标准和规范的计划；1986年：国防科工委颁布国军标GJB72、GJB151—86、GJB152—861984年：第一次全国性电磁兼容学术会议召开1992年：召开第一届北京国际电磁兼容学术会议国内的发展情况加载失误加载失误第一章:电磁兼容概论电磁兼容技术发展特点•EMC标准国际化•EMC要求规范化•EMC设计智能化•EMC测试自动化•EMC评价综合化