《電磁兼容原理及應(yīng)用教程》課件第一章

電磁兼容原理及應(yīng)用教程

（第2版）呂文紅郭銀景唐富華楊陽陳幼峰編著清華大學(xué)出版社第1章電磁兼容概述

1.1電磁干擾的危害1.1.1電磁干擾對設(shè)備的危害:電磁干擾會破壞或降低電子設(shè)備的工作性能:BP機(jī)發(fā)射臺等大功率電磁信號的干擾，影響飛機(jī)正常起降；移動電話信號干擾可使儀表顯示錯誤，甚至可以造成核電站運(yùn)轉(zhuǎn)失靈。水管中的地電流產(chǎn)生的磁場，使醫(yī)院里高靈敏度的電子儀器屢受影響。由于沒有采取對電磁騷擾的防護(hù)措施，一位旅客在飛機(jī)上使用調(diào)頻收音機(jī)，使導(dǎo)航系統(tǒng)的指示偏離10度以上。雷電電磁脈沖造成的災(zāi)難性后果

雷擊引起的浪涌電壓，屬于高能電磁騷擾，具有很大的破壞力。信息中心大樓1992年6月22日傍晚，一個落地雷擊中某信息中心大樓頂，樓內(nèi)的大型計算機(jī)與小型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中斷，整個計算機(jī)系統(tǒng)停止工作達(dá)兩天之久，損失數(shù)十萬元。大樓裝有避雷針，閃電由避雷針引入大地，大樓、人員及普通設(shè)備安然無恙，但雷電流在四周產(chǎn)生的巨大脈沖電磁場，卻使具有極為靈敏的微電子器件的計算機(jī)系統(tǒng)毀壞了。金融行業(yè)

1995年6月，某省中國人民銀行清算中心一座33層高樓遭雷擊，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)停止工作3天，幾億元資金無法運(yùn)行，僅利息損失就達(dá)200多萬元。2005年5月18日，南安市工商銀行計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被雷擊壞，損失10萬元。微波通信系統(tǒng)

某大電網(wǎng)有微波站近百個，其中進(jìn)口設(shè)備站65個。事故統(tǒng)計表明，造成設(shè)備損壞、導(dǎo)致長時間通信中斷的主要原因是雷害。某一線段的15個站有12個站曾遭受雷擊影響正常通信，個別微波站幾乎每年都遭雷擊。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)某機(jī)場航材供應(yīng)中心計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有主機(jī)2臺，帶有若干終端，安裝在機(jī)房二樓，大樓有一臺服務(wù)器及若干微機(jī)，構(gòu)成一個局域網(wǎng)。1995年7月，在一場暴雨中近區(qū)落雷，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)瞬即全部停運(yùn)，兩臺主機(jī)的數(shù)據(jù)庫被沖亂，大樓HUB損壞，與HUB連接的微機(jī)和服務(wù)器網(wǎng)卡損壞。人身財產(chǎn)

1976年~1989年我國南京、茂名和秦皇島等地的油庫及武漢石化廠，均因遭受雷擊引爆原油罐，造成慘劇。1991年英國勞達(dá)航空公司的那次觸目驚心的空難至今令人難忘，有223人死于這次空難。據(jù)有關(guān)部門分析，這次空難極有可能是機(jī)上有人使用筆記本電腦、移動電話等便攜式電子設(shè)備，它釋放的頻率信號啟動了飛機(jī)的反向推動器，致使機(jī)毀人亡。1998年初，臺灣華航一班機(jī)墜毀，參與調(diào)查的法國專家懷疑有人在飛機(jī)墜毀前打移動電話，導(dǎo)致通信受到干擾，致使飛機(jī)與控制塔失去聯(lián)絡(luò)，最后墜毀。1.1.2電磁場對人體的危害據(jù)德國慕尼黑大學(xué)醫(yī)學(xué)研究所自1994年以來對近萬名長期操作電腦的職業(yè)女性進(jìn)行的跟蹤調(diào)查表明，長時間操作電腦的婦女患乳腺癌的危險性，比其他職業(yè)婦女的概率高出43%。研究人員用雌性白鼠在電磁場中進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，不久發(fā)現(xiàn)白鼠的乳腺出現(xiàn)腫癌，其成長速度與磁場強(qiáng)度有關(guān)。據(jù)美國的一項(xiàng)報告，德伯特公司有12名孕婦在熒光屏前工作，一年間竟有7名孕婦流產(chǎn)，1名孕婦早產(chǎn)；國防兵役局有15名孕婦在熒光屏前工作，有7人流產(chǎn)，3人產(chǎn)下畸形嬰兒。一位意大利企業(yè)家使用手機(jī)，工作效率大增，可3年后他的頭部發(fā)現(xiàn)癌瘤，從CT確診癌瘤部位恰好位于手機(jī)天線頂端習(xí)慣放置的部位。1994年一位美國商人使用移動電話4年后，同樣也發(fā)現(xiàn)了頭部癌腫，經(jīng)治療無效死亡。1.1.3電磁脈沖在軍事上的應(yīng)用1991年海灣戰(zhàn)爭期間，美軍在E－8“聯(lián)合星”飛機(jī)攜帶和使用電磁脈沖武器。1993年，美國進(jìn)行了代號為“豎琴”的電磁脈沖武器實(shí)驗(yàn)，天線群向電離層發(fā)射電磁脈沖，阻斷通信和摧毀來襲導(dǎo)彈。1996年，美國一國家實(shí)驗(yàn)室研制出手提箱大小的高能電磁脈沖武器，以及可裝備在巡航導(dǎo)彈上的電磁脈沖武器，其有效作戰(zhàn)半徑達(dá)10公里。1998年，俄羅斯發(fā)明了重8公斤的小型強(qiáng)電流電子加速器，爆炸時發(fā)出X射線、高功率微波，可破壞電子設(shè)備。1999年3月，美國在對南聯(lián)盟的轟炸中，使用了尚在試驗(yàn)中的微波武器，造成南聯(lián)盟部分地區(qū)通信設(shè)施癱瘓3個多小時。伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍于2003年3月26日，用電磁脈沖彈空襲伊拉克國家電視臺，造成其轉(zhuǎn)播信號中斷。1.2電磁兼容的名詞術(shù)語與常見術(shù)語1.3電磁兼容技術(shù)的發(fā)展及電磁兼容認(rèn)證1.3.1電磁兼容技術(shù)的發(fā)展電磁干擾是人們早就發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象，它幾乎跟電磁效應(yīng)的現(xiàn)象同時被發(fā)現(xiàn)。1888年德國物理學(xué)家赫茲首創(chuàng)了天線，第一次把電磁波輻射到自由空間，同時又成功地接收到電磁波，用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，從此開始了對電磁干擾問題的實(shí)驗(yàn)研究。1889年英國郵電部門研究了通信中的干擾問題，使干擾問題的研究開始走向工程化和產(chǎn)業(yè)化。20世紀(jì)以來，由于電氣電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，隨著通信、廣播等無線電事業(yè)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到需要對各種電磁干擾進(jìn)行控制，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家格外重視控制干擾，他們成立了國家級以及國際間的組織，并發(fā)布了一些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范性文件。

20世紀(jì)40年代為了解決飛機(jī)通信系統(tǒng)受到電磁干擾造成飛行事故的問題，開始較為系統(tǒng)地進(jìn)行電磁兼容(ElectromagneticCompatibility，EMC)技術(shù)的研究。60年代以來，現(xiàn)代電子技術(shù)向高頻、高速、高靈敏度、高安裝密度、高集成度和高可靠性方向發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來越廣，滲透到了整個社會的每一個角落。70年代，電磁兼容技術(shù)逐漸成為非?；钴S的學(xué)科領(lǐng)域之一。較大規(guī)模的國際性電磁兼容學(xué)術(shù)會議，每年召開一次。美國最有影響的電子電氣工程師協(xié)會IEEE的權(quán)威雜志，專門設(shè)有EMC分冊。80年代，美國、德國、日本、前蘇聯(lián)和法國等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家在電磁兼容研究和應(yīng)用方面達(dá)到了很高的水平。主要研究和應(yīng)用的內(nèi)容包括電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、分析設(shè)計和預(yù)測、試驗(yàn)測量、開發(fā)屏蔽導(dǎo)電材料、培訓(xùn)教育和管理等。20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)電磁兼容學(xué)術(shù)組織紛紛成立，學(xué)術(shù)活動頻繁開展，1987年召開了第一屆全國性電磁兼容性學(xué)術(shù)會議，1990年在北京成功地舉辦了第一次國際電磁兼容性學(xué)術(shù)會議，標(biāo)志著我國電磁兼容學(xué)科的迅速發(fā)展并開始參與世界交流。20世紀(jì)90年代以來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和高科技產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在航空、航天、通信和電子等部門，電磁兼容技術(shù)受到格外重視，并投入了較大的財力和人力建立了一批電磁兼容性試驗(yàn)測試中心，引進(jìn)了許多先進(jìn)的電磁干擾及敏感度自動測試系統(tǒng)和試驗(yàn)設(shè)備。

我們探討信息電子設(shè)備的電磁泄漏及防護(hù)問題時，面臨以下一些新的課題需要研究解決。

(1) 由于集成電路集成度的不斷增加(如今已進(jìn)入亞微米量級)，芯片上的線條更窄，線條更多，層數(shù)增加且間距更小，因而相互串?dāng)_也增加。新材料的應(yīng)用也給研究工作增加了難度。

(2) 納米技術(shù)將成為新世紀(jì)的電子熱點(diǎn)，從材料到元器件甚至到一個組件的運(yùn)行機(jī)理、檢測方法都會有根本性的變化，對這類元器件的EMC設(shè)計需要重新認(rèn)識，要尋求新的測試手段。(3) 防電磁泄漏和抗干擾的新材料研制一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。(4) 現(xiàn)有的測量標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范都局限于電磁特性的幅度信息，不涉及相位、極化及其他信息成分，在一定程度上限制了信息電子系統(tǒng)的EMC/EMI的分析和檢測。(5) EMC/EMI的測試使用天線或探頭，在近區(qū)弱場測量中，國內(nèi)已有的場強(qiáng)儀都存在探頭擾動待測場的問題，很難定量消除引入的測量誤差，需要開發(fā)新的光電探頭。探頭的小型化和微型化及智能化也需進(jìn)一步開發(fā)。1.3.2電磁兼容技術(shù)的認(rèn)證開展電磁兼容認(rèn)證的重要性1969年聯(lián)合國人類發(fā)展大會上就將電磁波列為環(huán)境污染源之一，隨著社會的發(fā)展，電磁污染必將越來越嚴(yán)重，從保護(hù)環(huán)境出發(fā)必須加以防治。實(shí)施電磁兼容認(rèn)證可有效地抑制用電設(shè)備的電磁干擾，保護(hù)和凈化電磁環(huán)境。產(chǎn)品的電磁兼容性能直接影響到產(chǎn)品性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和提高。實(shí)施電磁兼容認(rèn)證可提高產(chǎn)品的技術(shù)水平和競爭力，促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。我國實(shí)施電