電磁兼容設(shè)計-第一章課件

第1章電磁兼容概述1.1電磁兼容簡介1.2電磁兼容現(xiàn)象1.3電磁兼容性的基本概念1.4電磁兼容標準和規(guī)范電磁兼容設(shè)計-第一章1.1電磁兼容簡介1、電磁兼容概念2、電磁環(huán)境電磁環(huán)境：軍隊、系統(tǒng)或平臺在預(yù)定工作環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)時可能遇到的在各種頻率范圍內(nèi)電磁輻射或傳導(dǎo)輻射的功率和時間的分布狀況。電磁環(huán)境效應(yīng):是電磁干擾、電磁脈沖、電磁輻射對人體、兵器和材料的危害以及閃電和天電干擾等自然現(xiàn)象效應(yīng)的總和。

電磁兼容設(shè)計-第一章電磁環(huán)境主要取決于下列因素：

（1）電子設(shè)備的數(shù)量；（2）電子設(shè)備的使用方案；（3）電子設(shè)備的復(fù)雜性以及輻射信號的特性；（4）對電子設(shè)備的依賴程度；

（5）分析、掌握電磁環(huán)境的能力和需求等。

電磁兼容設(shè)計-第一章當前電磁環(huán)境的主要特征：

（1）電磁信號的密度強度越來越大；（2）電子設(shè)備雜散輻射多；（3）無意干擾多、電磁環(huán)境變得惡劣；（4）有意干擾強；

1.2電磁騷擾現(xiàn)象電磁兼容設(shè)計-第一章1、電磁干擾三要素

電磁干擾源、耦合路徑或稱耦合途徑、敏感設(shè)備，是形成電磁干擾的三要素。電磁干擾源指產(chǎn)生電磁干擾的元件、器件、設(shè)備或自然現(xiàn)象；耦合途徑或稱耦合通道，指把能量從干擾源耦合到敏感設(shè)備上，并使該設(shè)備產(chǎn)生響應(yīng)的媒介和通道；敏感設(shè)備指對電磁干擾產(chǎn)生響應(yīng)的設(shè)備。1.3電磁兼容性的基本概念電磁兼容設(shè)計-第一章電磁干擾源耦合途徑敏感設(shè)備

電磁干擾效果系統(tǒng)間干擾(雷達干擾飛機,移動電臺干擾電視機,輸電線的瞬態(tài)變化干擾計算機)系統(tǒng)內(nèi)部干擾(雷達發(fā)射機能量的泄漏對雷達接收機的的干擾,地線回路電流引起無意中的級間耦合，計算機中磁盤驅(qū)動器的磁場對低電平的數(shù)字電路的干擾，)電磁兼容設(shè)計-第一章

電磁(騷擾)干擾源分為：自然干擾源和人為干擾源。自然干擾源主要來源于大氣層的天電噪聲、地球外層空間的宇宙噪聲。人為干擾源一部分是專門用來發(fā)射電磁能量的裝置，如廣播、電視、通信、雷達和導(dǎo)航等無線電設(shè)備，稱有意發(fā)射干擾源。另一部分是在完成自身功能的同時附帶產(chǎn)生電磁能量的發(fā)射，如交通車輛、架空輸電線、照明器具、電動機械、家用電器、工業(yè)、醫(yī)用射頻設(shè)備等，稱無意發(fā)射干擾源。

電磁兼容設(shè)計-第一章圖1電磁干擾源類別電磁兼容設(shè)計-第一章圖2自然干擾源類別電磁兼容設(shè)計-第一章自然干擾源雷電放電：干擾脈沖，從極低頻到50MHz沉積靜電干擾：沙塵埃、雨點等與導(dǎo)體表面摩擦產(chǎn)生靜電，放電。宇宙干擾：太陽、月亮、星球、行星和銀河噪聲（可見光、紅外、無線電頻段），銀河系外層空間。熱噪聲：導(dǎo)體、元器件中電子布朗運動，電子與分子撞擊產(chǎn)生短暫的電流小脈沖。電磁兼容設(shè)計-第一章太陽電磁輻射干擾太陽輻射是太陽射向地球的光能能量大約為電子伏特/秒到達地球表面的太陽輻射能量與緯度/海拔高度以及時間的變化(年、月、日）有關(guān)。電磁兼容設(shè)計-第一章太陽輻射光譜輻射光波長微米（）紫外線0.001～0.4紫光0.4～0.45藍光0.45～0.48青光0.48～0.5綠光0.5～0.535黃光0.55～0.6橙光0.6～0.64紅光0.64～0.75紅外線＞0.75電磁兼容設(shè)計-第一章太陽的大氣傳輸?shù)厍蛏峡?0-30公里的高度:

臭氧層吸收大量紫外線輻射；近地面大氣層:

氧氣吸收紅光輻射水汽吸收紅外線輻射。電磁兼容設(shè)計-第一章太陽電磁輻射對元器件的危害熱效應(yīng)

太陽輻射引起的高溫或局部過熱光化學效應(yīng)

太陽輻射引起電子電工產(chǎn)品所使用的涂料、油漆、塑料、纖維和橡膠等變形、退色、失去光澤、粉化。導(dǎo)致電子產(chǎn)品的絕緣性能下降，可引起電子電工產(chǎn)品的老化、氧化、裂縫；過應(yīng)力增大靜電、噪聲、輻射應(yīng)力、浪涌沖擊電磁兼容設(shè)計-第一章對電性能和機械性能的影響電阻瞬時電離效應(yīng)使電阻阻值下降永久電離效應(yīng)使低阻值電阻上升；高阻值電阻下降。電容器電容器絕緣電阻下降，漏電損耗加大，電容減小。晶體三極管增益值下降電磁兼容設(shè)計-第一章太陽輻射的危害案例2000年7月16日，“太陽風暴”造成嚴重的電離層暴，電離層的部分臨界頻率急劇下降或造成無回波。造成北京、蘭州、拉薩等地通訊全部中斷。電磁兼容設(shè)計-第一章抗太陽輻射的措施抗太陽輻射的電路設(shè)計對野外、露天工作的電子元器件、電子設(shè)備進行等級實驗；選擇滿足耐輻射技術(shù)指標的電子電器，進行抗輻射電路設(shè)計：元器件（復(fù)合管）電路（反饋）電磁兼容設(shè)計-第一章人為干擾非功能干擾源功能干擾源系統(tǒng)中一部分工作直接影響另一部分工作：RF發(fā)射機對接收機的影響系統(tǒng)間的干擾一些主要的人為電磁噪聲源有：●弧焊機；(3kHz~120MH)●

RF加熱器；(27MHz)●工業(yè)、科學和醫(yī)療設(shè)備；●交流高壓輸電線；●汽車點火裝置；(100MHz)●熒光燈；(10kHz~1MHz)●微波爐；●高頻電熱設(shè)備；●通信發(fā)射機的有意輻射和雜散輻射；●電動機。電磁兼容設(shè)計-第一章內(nèi)彈道參數(shù)測試系統(tǒng)——95GHz毫米波前端設(shè)計分析微波：頻率300MHz～3000GHz，波長1m～0.1mm微波頻段分：分米波、厘米波、毫米波、亞毫米波可見光：波長0.4～0.76電磁兼容設(shè)計-第一章人為干擾由電能轉(zhuǎn)化而來，可分為:

工頻電場與磁場

射頻電磁場電磁兼容設(shè)計-第一章工頻電場與磁場彩電、冰箱、洗衣機、電腦、復(fù)印機、電熨斗、洗碗機、電動攪拌器、電烤箱、電吹風、暖風機、空調(diào)機、立體聲接收機、吸塵器、電爐及電燈等，這是家庭及工作場所中工頻電磁場的主要發(fā)射源；高壓輸電線路、變電站及電動機車、輕軌、磁懸浮等，這是公眾環(huán)境中工頻電磁場的主要發(fā)射源。電磁兼容設(shè)計-第一章射頻電磁場能夠產(chǎn)生射頻電磁場的輻射源，其頻率要>100KHz。常見的輻射源（日常環(huán)境中隨處可見的射頻電磁場發(fā)射源）：廣播及電視發(fā)射塔、雷達移動電話手機及基站衛(wèi)星地球站、微波站微波爐、電子防盜系統(tǒng)等電磁兼容設(shè)計-第一章廣播電視發(fā)射設(shè)備

短波、中波廣播，高頻廣播，電視廣播等。主要部門為各地廣播電視局輻射特征為大功率定時全向發(fā)射；傳輸信號送至天線輻射出去。電磁兼容設(shè)計-第一章通信、雷達及導(dǎo)航發(fā)射設(shè)備

移動通信。包括短波發(fā)射臺、微波通信站、地面衛(wèi)星通信站、移動通信基站、專業(yè)通信網(wǎng)站、各種雷達設(shè)備和導(dǎo)航設(shè)備等。雷達及導(dǎo)航多為定向不定時發(fā)射，傳輸信號同樣通過天線輻射出去。電磁兼容設(shè)計-第一章工業(yè)、科研、醫(yī)療高頻設(shè)備

該類設(shè)備把電能轉(zhuǎn)換為熱能或其它能量加以利用，但伴有電磁輻射產(chǎn)生并泄漏出去，引起工作場所電磁污染。工業(yè)用電磁輻射設(shè)備主要為高頻爐（包括高頻感應(yīng)爐、高頻淬火爐、高頻溶煉爐、高頻焊接爐及電子管的排氣、烤消、退火、封接、釬焊，半導(dǎo)體的外延、區(qū)熔、拉單晶等）

電磁兼容設(shè)計-第一章工業(yè)、科研、醫(yī)療高頻設(shè)備

塑料熱合機（包括高頻熱合機、塑料焊接機等）高頻介質(zhì)加熱機高頻烘干機高頻木材烘干機高頻殺菌設(shè)備高頻淬火設(shè)備微波破碎機放電加工機床、各種類型電火花加工設(shè)備（包括高頻制模機、線切割機和多頭點焊機）等。

電磁兼容設(shè)計-第一章工業(yè)、科研、醫(yī)療高頻設(shè)備

醫(yī)療用電磁輻射設(shè)備：主要為高頻理療機超短波理療機紫外線理療機高頻透熱機微波電療機高頻燒灼器微波針灸設(shè)備電磁兼容設(shè)計-第一章工業(yè)、科研、醫(yī)療高頻設(shè)備

科學研究及其它用途電磁輻射設(shè)備主要為電子加速器及各種超聲波裝置電磁灶電磁兼容設(shè)計-第一章電力系統(tǒng)電磁輻射

高壓輸電線包括架空輸電線和地下電纜，一般所稱高壓是指工作電壓在110kV以上；變電站包括發(fā)電廠（升壓站）和變壓器電站（降壓站）。

電磁兼容設(shè)計-第一章交通系統(tǒng)電磁輻射干擾

電氣化鐵路輕軌及電氣化鐵道有軌電車無軌電車磁懸浮列車汽車的點火系統(tǒng)等。

電磁兼容設(shè)計-第一章頻率范圍干擾源工頻及音頻干擾50HZ及其諧波輸電線，電力牽引線，有線廣播甚低頻干擾源30KHZ以下雷電等載頻干擾源10－300KHZ高壓直流輸電高次諧波射頻、視頻干擾源300KHZ－300MHZ工業(yè)、科學、醫(yī)療設(shè)備為、電動機微波干擾源300M－100GHZ微波爐、微波拉力通信、衛(wèi)星通信發(fā)射機、雷達電磁干擾頻率范圍分類電磁兼容設(shè)計-第一章家庭中測得的磁場強度

測量輻射的環(huán)境電平，用電場強度V/m來度量。除了RF電磁場以外，在工頻下始終也存在磁場，也需關(guān)心磁場對健康的潛在危害性。電磁兼容設(shè)計-第一章家庭中測量的位置磁場強度/（A/m）離電爐頂20cm4.86離微波爐門20cm0.4離電子食品攪拌器20cm4離電氣面板20cm0.82離120~250V自耦變壓器20cm46.2離烤面包器20cm0.81廚房中心（冰箱）0.1電磁兼容設(shè)計-第一章非電離的電磁場暴露安全限值

非電離輻射表示諸如微波爐、天線和高射頻電流載流導(dǎo)線等輻射源產(chǎn)生的輻射。電離輻射表示X射線，電磁粒子可引起氣體分子電離的輻射。在西歐、美國和加拿大最早廣泛采用的功率限制是10mW/cm2；電磁兼容設(shè)計-第一章頻率范圍E場場強/（V/m）H場強度/（A/m）〈1Hz__3.2*1041~8Hz100003.2*104/f28~25Hz100004000/f0.025~0.8kHz250/f4/f0.8~3kHz250/f53kHz~150kHz8750.15~1MHz870.73/f1~10MHz87/f1/20.73/f10~400MHz280.073400~2000MHz1.375/f1/20.0037f1/22~300GHz610.16ICNIRP推薦的時變電磁場通用公眾暴露參考電平電磁兼容設(shè)計-第一章theInternationalCommissiononNon-IonizingRadiationProtection(ICNIRP,國際非電離輻射防護委員會）SAR=比吸收率=按細胞組織質(zhì)量所吸收的功率（W/kg）條件SAR限值/(W/kg)對整個身體質(zhì)量取平均的SAR0.08對于頭、頸和軀干，對任何1g細胞組織取平均的局部SAR1.6在四肢中，對10g細胞取平均的SAR4電磁兼容設(shè)計-第一章

從受干擾方面來看，外來噪聲是外界干擾，內(nèi)部噪聲是機內(nèi)噪聲。除此之外，噪聲按傳遞途徑分類如圖所示。電磁兼容設(shè)計-第一章

干擾傳播的途徑如圖所示。有通過電源線、信號線、地線、大地等途徑傳播的“傳導(dǎo)干擾”，也有通過空間直接傳播的“輻射干擾”。這些噪聲并不單一存在，而且在傳播過程中又會出現(xiàn)新的復(fù)雜噪聲。電磁兼容設(shè)計-第一章電磁干擾的性質(zhì)為了確定電磁干擾源產(chǎn)生的干擾效應(yīng)，必須確定電磁干擾源發(fā)射的電磁能量的空間、時間、頻率、強度和形式。電磁干擾的性質(zhì)可以由以下的參數(shù)來描述.電磁兼容設(shè)計-第一章

頻譜(窄帶干擾,寬帶干擾)窄帶干擾:帶寬從幾十到幾百Hz.AM,FM,PSK(相移鍵控),SSB(單邊帶調(diào)制)的單工無線系統(tǒng).基本電源輸出及其諧波.寬帶干擾:帶寬分布在幾十到幾百MHz,甚至更寬的范圍.這種干擾通常是由上升沿和下降沿的窄脈沖形成的.脈沖周期愈短,頻譜能量越分散,上升和下降沿越快,頻譜的范圍就越寬.電磁兼容設(shè)計-第一章

傳導(dǎo)干擾與輻射干擾

在進行電路分析的時候,低頻時按集中參數(shù)處理,高頻時按分布參數(shù)處理,當頻率再高的時候,由于導(dǎo)體損耗(趨膚效應(yīng)),分布電感和分布電容的作用,使傳導(dǎo)的電流大為衰減,因而干擾波在低頻時側(cè)重于傳導(dǎo)干擾，微波頻段更趨向于輻射干擾.電磁兼容設(shè)計-第一章傳導(dǎo)干擾----幅度用概率表示:正弦的或隨機的熱噪聲:具有高斯分布的幅度概率:P(x)=標準正態(tài)分布電磁兼容設(shè)計-第一章傳導(dǎo)干擾----波形電氣干擾有不同的干擾波:

矩形波,三角波,余弦波,高斯波形.它們的特點是,上升的斜率越陡,所占的帶寬就越寬.在可靠工作的情況下設(shè)計的脈沖波形具有盡可能慢的上升時間.電磁兼容設(shè)計-第一章傳導(dǎo)干擾----出現(xiàn)率干擾信號在時間軸上出現(xiàn)的規(guī)律稱為出現(xiàn)率周期性的,非周期性的,隨機的.輻射干擾----除了傳導(dǎo)干擾的一些特性描述外，還需用天線理論描述電磁兼容設(shè)計-第一章

傳導(dǎo)干擾必須在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接，干擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏感器，發(fā)生干擾現(xiàn)象。這個傳輸電路可包括導(dǎo)線，設(shè)備的導(dǎo)電構(gòu)件、供電電源、公共阻抗、接地平板、電阻、電感、電容和互感元件等。

電磁兼容設(shè)計-第一章

輻射干擾是通過介質(zhì)以電磁波的形式傳播，干擾能量按電磁場的規(guī)律向周圍空間發(fā)射。常見三種：甲天線發(fā)射的電磁波被乙天線接受，稱為天線對天線耦合；空間電磁場經(jīng)導(dǎo)線感應(yīng)而耦合，稱為場對線的耦合；兩根平行導(dǎo)線之間的高頻信號感應(yīng)，稱為線對線的感應(yīng)耦合。電磁兼容設(shè)計-第一章

干擾侵入到受干擾的設(shè)備中的途徑：有電壓、電流通過電源線或信號線的傳導(dǎo)傳輸電磁波在空間輻射傳輸二種途徑。共模干擾和差模干擾電磁兼容設(shè)計-第一章電磁兼容EMC（ElectromagneticCompatibility）電磁干擾EMI（ElectromagneticInterference）輻射發(fā)射RE(RadiatedEmission)傳導(dǎo)發(fā)射CE(ConductedEmission)電磁敏感性EMS（ElectromagneticSusceptibility）輻射敏感度RS（RadiatedSusceptibility）傳導(dǎo)敏感度CS（ConductedSusceptibility）電磁環(huán)境EME（ElectromagneticEnvironment）電磁噪聲EN（Electromagneticnoise）靜電放電ESD(ElectrostaticDischarge)2、其他基本概念電磁兼容設(shè)計-第一章騷擾電平：對給定裝置、設(shè)備或系統(tǒng)電磁騷擾程度的度量?？箶_度電平：給定裝置、設(shè)備或系統(tǒng)能正常工作并保持性能等級時的最大騷擾電平。抗擾度限值：規(guī)定的最小抗擾度電平。發(fā)射限值：規(guī)定的騷擾源的最大發(fā)射電平。發(fā)射電平：給定裝置、設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)射的最大騷擾電平。電磁兼容設(shè)計-第一章抗擾度裕量：抗擾度限值與電磁兼容電平之間的差值。電磁兼容性電平：加于給定裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的規(guī)定的最大電磁騷擾電平。電磁兼容性裕量：抗擾度限值與發(fā)射限值之間的差值。發(fā)射裕量：電磁兼容電平與發(fā)射限值之間的差值。電磁兼容設(shè)計-第一章

電磁騷擾與電磁干擾電磁騷擾是指任何可能引起設(shè)備性能降低或?qū)τ猩镔|(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁干擾則是指由電磁騷擾引起的設(shè)備或傳輸通道性能的下降。騷擾是一種電磁能量，干擾是騷擾產(chǎn)生的結(jié)果或后果。電磁干擾產(chǎn)生于騷擾源；大量騷擾源的存在造成電磁環(huán)境污染，導(dǎo)致電磁兼容性問題尖銳化。電磁兼容設(shè)計-第一章

電磁敏感（EMS）和電磁兼容（EMC）

EMS其意是指由于電磁能量造成性能下降的難易程度。EMC有非常廣的含義。電磁能量的檢測、抗電磁干擾性試驗、檢測結(jié)果的統(tǒng)計處理、電磁能量輻射抑制技術(shù)、雷電和地磁等自然電磁現(xiàn)象、電場磁場對人體的影響、電場強度的國際標準、電磁能量的傳輸途徑、相關(guān)標準及限制等均包含在EMC之內(nèi)。電磁兼容設(shè)計-第一章國際電磁兼容標準化組織

國際電工委員會(IEC)

國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)

國際發(fā)供電聯(lián)盟(UNIPEDE)

國際電報電話咨詢委員會(CCITT)

國際無線電咨詢委員會(CCIR)

國際電信聯(lián)盟(ITU)

電氣電子工程師學會(IEEE)等

CISPR：國際無線電干擾特別委員會1.4電磁兼容標準和規(guī)范電磁兼容設(shè)計-第一章相關(guān)國際組織UNO：聯(lián)合國組織ICSU：國際科學聯(lián)合會理事會URSI：國際無線電科學聯(lián)合會ISO：國際標準化組織IFRB：國際頻率登記委員會電磁兼容設(shè)計-第一章國家或組織制訂單位標準名稱IEC

CISPRCISPRPub.XXTC77IECXXXXX歐共體CENELECENXXXXX美國

FCCFCCPartXXMILMIL-STD.XXX德國VDEVDEXXX日本VCCIVCCI電磁兼容設(shè)計-第一章

國內(nèi)：

1986年成立了全國無線電干擾標準化委員會后，我國才開始有組織有系統(tǒng)地對應(yīng)CISPR/IEC開展國內(nèi)EMC標準化工作。國家標準化管理委員會所屬的從事EMC標準化技術(shù)工作的組織，有全國無線電干擾標準化技術(shù)委員會和全國電磁兼容標準化技術(shù)委員會，分別對應(yīng)CISPR、TC77。電磁兼容設(shè)計-第一章國際電工委員會（IEC）IEC主要是各國民間制造商組成的關(guān)于電氣標準規(guī)范的國際組織，有2個標準化技術(shù)委員會：國際電磁兼容委員會（TC77），下設(shè)3個分會；國際無線電干擾特別委員會（CISPR），下設(shè)7個分會。電磁兼容設(shè)計-第一章跨國電氣電子工程師學會電磁兼容專業(yè)委員會（IEEE－EMC）Ⅰ美國無線電工程師學會（IRE）于1957年成立了射頻干擾專業(yè)學組，1959年召開了學術(shù)討論會。同年射頻干擾學組改名為電磁兼容專業(yè)學組并召開了首屆電磁兼容學術(shù)討論會。電磁兼容設(shè)計-第一章跨國電氣電子工程師學會電磁兼容專業(yè)委員會（IEEE－EMC）Ⅰ1963年無線電工程師學會與美國電氣工程師學會和美國電子工程師學會（AIEE）合并，成立跨國電氣電子工程師學會（IEEE），在全世界發(fā)展會員。1964年跨國電氣電子工程師學會將無線電工程師學會的射頻干擾學報改為跨國電氣電子工程師學會電磁兼容學報。1978年電磁兼容學組改為電磁兼容專業(yè)委員會。電磁兼容設(shè)計-第一章跨國電氣電子工程師學會電磁兼容專業(yè)委員會（IEEE－EMC）Ⅱ自1959年以來，每年召開電磁兼容學術(shù)討論會。該專業(yè)委員會創(chuàng)辦電磁兼容學報，其宗旨包括：a．維護技術(shù)標準；b．即時發(fā)表權(quán)威性文章；c．介紹學會所關(guān)心的各個領(lǐng)域的新發(fā)展。專欄有EMC標準、測量技術(shù)、非需求源、電纜與接地、屏蔽與濾波、設(shè)備電磁兼容、系統(tǒng)電磁兼容、天線與傳播、頻譜利用、電磁脈沖、雷電、輻射與危害、沃爾什函數(shù)等。電磁兼容設(shè)計-第一章標準和規(guī)范標準：標準是一個一般性的準則，由它可以導(dǎo)出各種規(guī)范。規(guī)范：規(guī)范則是一