第一章,電磁兼容概述

1、E EMMC C1 1 電氣工程系電氣工程系. . 江濱浩江濱浩 教授教授 E EMMC C1 1 為什么要掌握電磁兼容技術(shù)技術(shù)o 電磁干擾和電磁污染的危害日益嚴重電磁干擾和電磁污染的危害日益嚴重電磁兼容標準強制實施電磁兼容標準強制實施u 市場競爭日益激烈市場競爭日益激烈E EMMC C1 1 為什么要掌握電磁兼容技術(shù)技術(shù)o 各國都注重各國都注重EMC教育和培訓及學術(shù)交流，以教育和培訓及學術(shù)交流，以04年為例，就舉辦了年為例，就舉辦了35次國際性的一流學術(shù)交流會次國際性的一流學術(shù)交流會和培訓班。和培訓班。o 研究的熱點已涉及社會許多方面，如計算機安全、研究的熱點已涉及社會許多方面，如計算機安全

2、、電信設備電磁兼容、航空航天、武器系電信設備電磁兼容、航空航天、武器系 統(tǒng)、電磁統(tǒng)、電磁場生物效應、地震電磁現(xiàn)象場生物效應、地震電磁現(xiàn)象, . 。o 我國對電磁環(huán)境學重要性的認識還很不夠，目前我國對電磁環(huán)境學重要性的認識還很不夠，目前僅有少數(shù)單位從事相關(guān)研究。僅有少數(shù)單位從事相關(guān)研究。（好（好/ /壞事??？）壞事??？）o 電磁兼容學正是為解決這類問題而迅速發(fā)展起電磁兼容學正是為解決這類問題而迅速發(fā)展起 來的一門新興學科。來的一門新興學科。E EMMC C1 1 p電磁干擾與電磁污染的危害案例電磁干擾與電磁污染的危害案例u電磁兼容的含義電磁兼容的含義p電磁兼容學科的研究內(nèi)容電磁兼容學科的研究內(nèi)容

3、p電磁兼容學科的特點電磁兼容學科的特點p課程內(nèi)容課程內(nèi)容u度量單位度量單位 - dBE EMMC C1 1 電磁干擾與污染的危害案例電磁干擾與污染的危害案例o 1969 1969年土星年土星V-V-阿波羅阿波羅1212事件事件o 19991999年醫(yī)療設備的失靈年醫(yī)療設備的失靈o 19891989年南京的雷電引起的油庫爆炸年南京的雷電引起的油庫爆炸o 微波老鼠微波老鼠喪失記憶報告喪失記憶報告o 1986年湖北省潛江變電站火災年湖北省潛江變電站火災o 人類健康的潛在危險人類健康的潛在危險o 人禍人禍天災、重大、致命、不勝枚舉天災、重大、致命、不勝枚舉E EMMC C1 1 電磁干擾與污染的危害案

4、例電磁干擾與污染的危害案例o 對航空的危害對航空的危害n 噴氣式民航飛機每噴氣式民航飛機每50001000小時的飛行平均遭一次雷擊小時的飛行平均遭一次雷擊n1992年年9月月16日深圳國際日深圳國際 機場因感應雷電過電壓導致機場因感應雷電過電壓導致 25套通訊、雷達、導航設備套通訊、雷達、導航設備 中有中有5套損壞，使機場停業(yè)套損壞，使機場停業(yè)n1996年白云機場由于雷電年白云機場由于雷電 導致指揮系統(tǒng)故障而機場導致指揮系統(tǒng)故障而機場n1961年，意大利發(fā)生了年，意大利發(fā)生了 “丘比丘比 特特”導彈武器系統(tǒng)的雷擊事故導彈武器系統(tǒng)的雷擊事故n1969年年11月美國土星月美國土星“V阿阿 波羅波羅

5、12” 載人飛船在起飛后出現(xiàn)載人飛船在起飛后出現(xiàn) 雷擊事故雷擊事故E EMMC C1 1 電磁干擾與污染的危害案例電磁干擾與污染的危害案例o 對戰(zhàn)爭的作用對戰(zhàn)爭的作用 電子戰(zhàn)，在電子戰(zhàn)，在1990年的海灣戰(zhàn)爭期間，美軍采用電子干擾年的海灣戰(zhàn)爭期間，美軍采用電子干擾 戰(zhàn)術(shù)來干擾伊拉戰(zhàn)術(shù)來干擾伊拉克的武器系統(tǒng)，使之不能正常工作；克的武器系統(tǒng)，使之不能正常工作；信息電磁安全與泄漏信息電磁安全與泄漏p 對人類健康的影響對人類健康的影響 高頻輻射大于一定限值時，高頻輻射大于一定限值時， 會使人產(chǎn)生失眠、嗜睡等會使人產(chǎn)生失眠、嗜睡等 植物神經(jīng)功能紊亂，以及植物神經(jīng)功能紊亂，以及 脫發(fā)、白血球下降、視力脫發(fā)

6、、白血球下降、視力 模糊、晶狀體混濁、心電模糊、晶狀體混濁、心電 圖改變等癥狀受損有關(guān)聯(lián)。圖改變等癥狀受損有關(guān)聯(lián)。 中華人民共和國環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準中華人民共和國環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準規(guī)定：規(guī)定： 一級標準（小于一級標準（小于10伏米），二級標準（小于伏米），二級標準（小于25伏米）為中間區(qū)，伏米）為中間區(qū)， 超過二級標準地區(qū)，對人體可帶來有害影響；超過二級標準地區(qū)，對人體可帶來有害影響；E EMMC C1 1 電磁干擾與污染的危害案例電磁干擾與污染的危害案例o 對電子系統(tǒng)的危害對電子系統(tǒng)的危害o 美國每年因電磁干擾（包括雷害）而導致設美國每年因電磁干擾（包括雷害）而導致設備損壞的損失就達備損壞的

7、損失就達2600億美元億美元E EMMC C1 1u 電磁騷擾電磁騷擾 (Electromagnetic Disturbance) 電磁噪聲電磁噪聲 (Electromagnetic Noise) 任何任何可能可能引起設備或系統(tǒng)性能下降，或?qū)ι蛞鹪O備或系統(tǒng)性能下降，或?qū)ι驘o生命物質(zhì)產(chǎn)生損害的電磁無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害的電磁現(xiàn)象現(xiàn)象，強調(diào)，強調(diào)任何可能的任何可能的電磁危害電磁危害現(xiàn)象現(xiàn)象u 電磁干擾電磁干擾 (Electromagnetic Interference - EMI) 電磁噪聲（騷擾）所引起的設備、傳輸通路或電磁噪聲（騷擾）所引起的設備、傳輸通路或系統(tǒng)性能的下降強調(diào)電磁危害現(xiàn)象

8、產(chǎn)生的系統(tǒng)性能的下降強調(diào)電磁危害現(xiàn)象產(chǎn)生的結(jié)結(jié)果果。分為。分為系統(tǒng)間干擾系統(tǒng)間干擾和和系統(tǒng)內(nèi)干擾系統(tǒng)內(nèi)干擾 電磁兼容的含義電磁兼容的含義E EMMC C1 1u (Electromagnetic CompatibilityEMC )n 設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力 有一定的抗干擾能力，不產(chǎn)生超過限度的干擾有一定的抗干擾能力，不產(chǎn)生超過限度的干擾 EMC EMI Susceptibility 和諧和諧/共存共存/相容相容的的性能性能/ /能力能力/ /品

9、質(zhì)品質(zhì) 要有確定的標準、規(guī)范來界定和強制要有確定的標準、規(guī)范來界定和強制 和和 諧諧 社社 會會 電磁兼容電磁兼容E EMMC C1 1 Electromagnetic Compatibilityo 日本：日本：EMC是一門獨立的學科，隨著電磁能量利用的發(fā)展，它將研是一門獨立的學科，隨著電磁能量利用的發(fā)展，它將研究、預測并控制變化著的地球和天體周圍的電磁環(huán)境、為了究、預測并控制變化著的地球和天體周圍的電磁環(huán)境、為了協(xié)調(diào)環(huán)境所采取控制方法、各項電氣規(guī)程的制定以及電磁環(huán)協(xié)調(diào)環(huán)境所采取控制方法、各項電氣規(guī)程的制定以及電磁環(huán)境的協(xié)調(diào)和電磁能量的合理應用等。境的協(xié)調(diào)和電磁能量的合理應用等。o Bernh

10、ard Keiser： 設備不相互干擾，都能正常工作。設備不相互干擾，都能正常工作。o GB/T ： 電磁兼容是研究在有限的空間、有限的時間、有限的頻譜電磁兼容是研究在有限的空間、有限的時間、有限的頻譜 資源條件下，各種用電設備資源條件下，各種用電設備(分系統(tǒng)、系統(tǒng)，生物體分系統(tǒng)、系統(tǒng)，生物體)可以可以 共存并不致引起降級的一門科學。共存并不致引起降級的一門科學。E EMMC C1 1 Electromagnetic Compatibilityo EMC學科領域范圍日益擴大，現(xiàn)已不只限于電子設備學科領域范圍日益擴大，現(xiàn)已不只限于電子設備 本身，還涉及到電磁污染、電磁饑餓等一系列生態(tài)效本身，還涉

11、及到電磁污染、電磁饑餓等一系列生態(tài)效 應問題以及其他多方面的問題，應問題以及其他多方面的問題，“電磁兼容電磁兼容”一詞似一詞似已已 不能包含不能包含EMC學科的全部內(nèi)容。學科的全部內(nèi)容。o 對一門學科、一個領域、一個工業(yè)或技術(shù)范圍來講，對一門學科、一個領域、一個工業(yè)或技術(shù)范圍來講， Electromagnetic Compatibility 應譯為應譯為“電磁兼容電磁兼容”，反映，反映 整整一個領域，而不僅僅是單項技術(shù)指標整整一個領域，而不僅僅是單項技術(shù)指標o 對于設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)的性能參數(shù)來說，對于設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)的性能參數(shù)來說， Electromagnetic Compatibilit

12、y 應譯為應譯為“電磁兼容性電磁兼容性”。o 電磁兼容學科電磁兼容學科=環(huán)境電磁學、電磁環(huán)境學環(huán)境電磁學、電磁環(huán)境學 E EMMC C1 1 Electromagnetic Compatibilityo 誤解誤解： 很長時間以來，人們錯誤地認為干擾抑制技術(shù)是純經(jīng)驗的很長時間以來，人們錯誤地認為干擾抑制技術(shù)是純經(jīng)驗的實驗技巧。實驗技巧。o EMC設計已發(fā)展為一門多學科的、綜合性的學科分支電設計已發(fā)展為一門多學科的、綜合性的學科分支電 磁兼容是研究在有限的空間、時間和頻譜資源等條件下，磁兼容是研究在有限的空間、時間和頻譜資源等條件下，各種用電設備各種用電設備(廣義的還包括生物體廣義的還包括生物體)

13、可以共存，并不致引可以共存，并不致引起降級的起降級的一門科學一門科學o 三方面的含義三方面的含義n 電磁環(huán)境應是給定的或可預期的電磁環(huán)境應是給定的或可預期的n 設備電磁騷擾發(fā)射符合標準要求設備電磁騷擾發(fā)射符合標準要求n 應滿足電磁敏感性或抗擾度限值要求應滿足電磁敏感性或抗擾度限值要求E EMMC C1 1Electromagnetic Environment (EME)o 電磁環(huán)境：存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和。電磁環(huán)境：存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和。 要素：空間、時間、頻譜要素：空間、時間、頻譜n空間有限性：空間有限性： 如美國尼米茲如美國尼米茲(NIMITZ) 航空母艦航空母艦

14、32.9m，寬，寬48m，甲板上下需裝設各種收、發(fā)信機數(shù)十部、各種天線數(shù)十付，還有甲板上下需裝設各種收、發(fā)信機數(shù)十部、各種天線數(shù)十付，還有其他各種用電設備其他各種用電設備n時間：全天時間：全天24小時，所有的設備與分系統(tǒng)都需要在這些時間內(nèi)工小時，所有的設備與分系統(tǒng)都需要在這些時間內(nèi)工作，作戰(zhàn)時，幾乎所有的設備都進入工作狀態(tài)作，作戰(zhàn)時，幾乎所有的設備都進入工作狀態(tài)n頻譜：現(xiàn)在由國際電聯(lián)頻譜：現(xiàn)在由國際電聯(lián)(ITU)已經(jīng)規(guī)劃的可以利用的無線已經(jīng)規(guī)劃的可以利用的無線 電頻譜電頻譜在在10kHz400GHz之間之間，頻率再低則進入音頻，而再高則進入光，頻率再低則進入音頻，而再高則進入光波，任何一種無線

15、電業(yè)務都脫離不開這一頻譜范圍波，任何一種無線電業(yè)務都脫離不開這一頻譜范圍E EMMC C1 1 電磁兼容術(shù)語電磁兼容術(shù)語 p 抗擾性（抗擾性（immunity）：）： 設備或系統(tǒng)面臨電磁騷擾設備或系統(tǒng)面臨電磁騷擾不降低運行性能的能力。不降低運行性能的能力。o 敏感性（敏感性（susceptibility）：）： 在存在電磁騷擾的情在存在電磁騷擾的情況下，設備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。況下，設備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。o 電磁發(fā)射（電磁發(fā)射（electromagnetic emission）：）： 從從源到外發(fā)出源到外發(fā)出電磁能量電磁能量的現(xiàn)象的現(xiàn)象 o 電磁輻射（電磁輻射（elect

16、romagnetic radiation）：電）：電磁能量以電磁磁能量以電磁波波輻射的輻射的形式形式發(fā)射到空間的現(xiàn)象。發(fā)射到空間的現(xiàn)象。 E EMMC C1 1 電磁兼容術(shù)語電磁兼容術(shù)語o 電平電平 level (of time varying quantity)：用規(guī)定方式在規(guī)定時間間：用規(guī)定方式在規(guī)定時間間隔內(nèi)求得的諸如功率或場參數(shù)等時變量的平均值或加權(quán)值。隔內(nèi)求得的諸如功率或場參數(shù)等時變量的平均值或加權(quán)值。o 騷擾限值（騷擾限值（limit of disturbance）：）： 對應于規(guī)定測量方法的最對應于規(guī)定測量方法的最大電磁騷擾允許電平。大電磁騷擾允許電平。o 抗擾性限值（抗擾性限值

17、（limit of immunity）：）： 規(guī)定的最小抗擾性電平。規(guī)定的最小抗擾性電平。o 發(fā)射裕量（發(fā)射裕量（emission margin）：）： 設備或系統(tǒng)的電磁兼容電平與設備或系統(tǒng)的電磁兼容電平與發(fā)射限值之間的差值。發(fā)射限值之間的差值。o 抗擾性裕量（抗擾性裕量（inmmunity margin）：）： 設備或系統(tǒng)的抗擾度限設備或系統(tǒng)的抗擾度限值與電磁兼容電平之間的差值。值與電磁兼容電平之間的差值。o 電磁兼容裕量電磁兼容裕量 (electromagnetic compatibility margin）：）：裝置、裝置、設備或系統(tǒng)的抗擾度電平與騷擾源的發(fā)射限值之間的差值設備或系統(tǒng)的抗

18、擾度電平與騷擾源的發(fā)射限值之間的差值E EMMC C1 1 發(fā)射發(fā)射/ /抗擾度限值、兼容電平抗擾度限值、兼容電平E EMMC C1 1 電磁兼容術(shù)語電磁兼容術(shù)語o耦合途徑耦合途徑（coupling path）：）： 電磁電磁能量從源到另一電路或裝置所經(jīng)的途徑。能量從源到另一電路或裝置所經(jīng)的途徑。o 地耦合干擾地耦合干擾（groud coupled interference）：）： 電磁騷擾從一電路通電磁騷擾從一電路通過公共地或地回路耦合到另一電路從而引過公共地或地回路耦合到另一電路從而引起的電磁干擾。起的電磁干擾。o電磁屏蔽電磁屏蔽（electromagnetic screen）：）： 用來

19、減少電磁場向指定區(qū)域用來減少電磁場向指定區(qū)域穿透的措施穿透的措施 E EMMC C1 1 電磁兼容術(shù)語電磁兼容術(shù)語o 干擾抑制（干擾抑制（interference suppression）：）： 削弱或消除電磁騷擾的措施削弱或消除電磁騷擾的措施o 差模電壓（差模電壓（differential mode voltage）：）： 一組規(guī)定的帶電導體任意兩根之間的電壓。一組規(guī)定的帶電導體任意兩根之間的電壓。o 共模電壓（共模電壓（common mode voltage）：）： 每每個導體與規(guī)定參考點（通常是機殼或地）之間的個導體與規(guī)定參考點（通常是機殼或地）之間的電壓。電壓。o 橫電磁波室（橫電磁波

20、室（TEM Cell）：）： 一個封閉系統(tǒng)，電一個封閉系統(tǒng)，電磁波在其中以橫電磁波模式傳播，從而產(chǎn)生供測磁波在其中以橫電磁波模式傳播，從而產(chǎn)生供測試使用的規(guī)定的電磁場。試使用的規(guī)定的電磁場。 E EMMC C1 1 電磁兼容學科的研究內(nèi)容電磁兼容學科的研究內(nèi)容u 電磁干擾特性及其傳播理論電磁干擾特性及其傳播理論o 電磁頻譜管理與利用電磁頻譜管理與利用u電磁干擾的工程、機理分析電磁干擾的工程、機理分析u電磁兼容控制技術(shù)電磁兼容控制技術(shù)u 電磁兼容設計理論和設計方法電磁兼容設計理論和設計方法o 電磁兼容性標準、規(guī)范與工程管理電磁兼容性標準、規(guī)范與工程管理E EMMC C1 1 電磁兼容學科的研究內(nèi)

21、容電磁兼容學科的研究內(nèi)容o 電磁兼容測量和試驗技術(shù)電磁兼容測量和試驗技術(shù)o 電磁兼容性預測和分析電磁兼容性預測和分析o 信息電磁泄漏及其防護技術(shù)信息電磁泄漏及其防護技術(shù)o 環(huán)境電磁脈沖及其防護環(huán)境電磁脈沖及其防護o 電磁生物效應電磁生物效應o 地震電磁現(xiàn)象地震電磁現(xiàn)象o .E EMMC C1 1 電磁兼容學科的特點電磁兼容學科的特點o 理論體系以電磁場理論體系以電磁場/ /電路原理為基礎電路原理為基礎o 一門新興的綜合性的交叉學科一門新興的綜合性的交叉學科o 計量單位的特殊性計量單位的特殊性o 大量引用無線電技術(shù)的概念和術(shù)語大量引用無線電技術(shù)的概念和術(shù)語o 極強的實用性極強的實用性o 極強地依

22、賴于測量極強地依賴于測量 E EMMC C1 1 教材和參考文獻 教教 材材工程電磁兼容工程電磁兼容路宏敏，路宏敏， 西安電子科大出版社，西安電子科大出版社， 20032003電磁兼容技術(shù)電磁兼容技術(shù)白同云，北京郵電大學出版社，白同云，北京郵電大學出版社，20012001電磁兼容原理及技術(shù)電磁兼容原理及技術(shù)劉鵬程，高教出版社，劉鵬程，高教出版社，1993 參考文獻參考文獻電磁兼容原理與應用電磁兼容原理與應用D.A.WestonD.A.Weston( (王守三譯），機械工業(yè)出版社，王守三譯），機械工業(yè)出版社，20062006電磁兼容設計基礎及干擾抑制技術(shù)電磁兼容設計基礎及干擾抑制技術(shù)錢照明，浙大

23、出版社，錢照明，浙大出版社，20002000電磁兼容技術(shù)電磁兼容技術(shù)總裝備部教材編輯會，國防工業(yè)出版社，總裝備部教材編輯會，國防工業(yè)出版社，20052005電磁干擾及控制電磁干擾及控制林國榮，電子工業(yè)出版社，林國榮，電子工業(yè)出版社，20042004電磁兼容導論電磁兼容導論C.R.Paul （聞映紅譯）（聞映紅譯） 機械工業(yè)出版社，機械工業(yè)出版社，20062006電磁兼容理論與應用技術(shù)叢書電磁兼容理論與應用技術(shù)叢書北京郵電大學出版社北京郵電大學出版社，2001E EMMC C1 1E EMMC C1 1 課課 程程 內(nèi)內(nèi) 容容o電磁兼容概述電磁兼容概述u電磁環(huán)境及電磁干擾電磁環(huán)境及電磁干擾 的耦

24、合途經(jīng)的耦合途經(jīng)u地線干擾與解決方法地線干擾與解決方法u電磁屏蔽原理和搭接電磁屏蔽原理和搭接u電磁干擾濾波技術(shù)電磁干擾濾波技術(shù)u電纜設計技術(shù)電纜設計技術(shù)u瞬態(tài)脈沖干擾抑制技術(shù)瞬態(tài)脈沖干擾抑制技術(shù)印刷電路板的電磁兼容問題印刷電路板的電磁兼容問題p電磁兼容標準與認證、電磁兼容性管理電磁兼容標準與認證、電磁兼容性管理pEMC模擬與預測模擬與預測跋：EMC 與和諧社會和人生E EMMC C1 1p 對電磁兼容原理有較為全面的理解對電磁兼容原理有較為全面的理解n 掌握掌握電磁騷擾的耦合與傳輸理論電磁騷擾的耦合與傳輸理論n 掌握接地、濾波、屏蔽等關(guān)鍵技術(shù)掌握接地、濾波、屏蔽等關(guān)鍵技術(shù)p 了解瞬態(tài)抑制技術(shù)了

25、解瞬態(tài)抑制技術(shù) 具備進一步學習的能力具備進一步學習的能力 在電磁兼容設計方面有明確的思路在電磁兼容設計方面有明確的思路 通過學習本課程要達到通過學習本課程要達到E EMMC C1 1分分 貝貝( (dB) )21BPPPu 分貝（分貝（dB）的定義：分貝數(shù)）的定義：分貝數(shù)P1、P2 是兩個功率值，是兩個功率值，無無量綱量綱 性性p 貝爾（貝爾（B）2110lgdBPPPp 電壓電壓 、電流和電功率的單位（量綱）、電流和電功率的單位（量綱）： 電場、磁場、能量密度和功率流的單位電場、磁場、能量密度和功率流的單位：？V A W但當基準量的單位不同時，形式上帶有但當基準量的單位不同時，形式上帶有量綱

26、量綱的表達區(qū)的表達區(qū)別別222210lg10lg30301110lg3010lg6011dBd mWdB WWBPPPmWWPPmWPPWE EMMC C1 1o 電壓電壓o 電流電流o 電場電場o 磁場磁場o 功率流（面）密度功率流（面）密度2120201dBVUUUl gl gUV2120201AdBAIIIl gl gI2120201V mV mdBV / mV mEEEl gl gEV m2120201A mA mdBA/ mA mHHHl gl gHA m222222110101W / mW / mdB W / mW / mSSSl gl gSW / m為什么是為什么是 10 或或 20 ？E EMMC C1 1電壓：電壓：用用1V、1mV、1 V 為參考（例如：為參考（例如：1 V = 0dB V） 則單位為：則單位為：dBV、dBmV、dB V 等，等，電流：電流：用用1A、1mA、1 A 為參考，則：為參考，則：dBA、dBmA、dB A電場：電場：用用1V/m、1 V/m 為參考，則：為參考，則：dBV/m、dB V/m 等，等，磁場磁場：用用1A/m、1 A/m 為參考，則：為參考，則：dBA/m、dB A/m 等等功率：功率：用用1W、1mW 為參考，則：為參考，則：dBW、dBm等，等， 注：常用注：常用E EMMC C1 1 換算關(guān)系