第一章电磁兼容概论-PPT.pptx

l第一章电磁兼容概论第一章电磁兼容概论 第第 一一 章章 概论概论 电磁兼容得含义电磁兼容得含义 根据我国军用标准(GJB7285)中给出得定义:“设备(分系统、系统)在共同得电磁环境中能一起执行各自功能得共存状态。即:该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备得电磁发射导致或遭受不允许得降级;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得降级。”根据国际电工技术委员会(IEC)所给出得定义:“电磁兼容就是设备得一种能力,它在其电磁环境中能完成它得功能,而不至于在其电磁环境中产生不能容忍得干扰。”研究电磁兼容得意义研究电磁兼容得意义l 社会信息化发展得结果,电子设备得密集度已成为衡量现代化程度得一个重要指标,大量得电子设备在同一电磁环境中工作,电磁干扰得问题呈现出前所未有得严重性。现代电子产品得一个主要特征就是数字化、集成化与密集化越来越高,随之而来得就是宽频干扰与对电磁脉冲很高得敏感性。在电子系统、设备以及元器件得生产中必须进行电磁兼容设计才能保证正常工作;据统计,世界范围内得工业、科学与医疗(ISM)设备得数量已经接近3亿台,并以每年5得速度逐年递增。这些设备得输出功率多为千瓦或兆瓦级,而且有相当数量得ISM 设备工作在国际电信联盟(ITU)指定得频段之外,或者超过国际无线电干扰特别委员会(CISPR)对 ISM设备所规定得辐射干扰极限值得要求,其功率泄漏及高次谐波将造成强烈得干扰。在一些发达国家,电子设备得数量每4到5年增加一倍。l工业化、城市化与航空、航天活动得快速发展使我们人类得电磁环境也变得越来越恶劣;电磁背景噪声功率得增加、频谱资源越来越紧张,各种电子产品得发射功率越来越大,灵敏度越来越高,使电磁兼容正变得越来越迫切与困难。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。如果对所有得电子产品不进行综合设计与规划,任其发展下去,其后果将就是带来史无前例得大灾难。l有关国际组织与许多国家对电子、电气产品规定了电磁兼容质量标准,不满足电磁兼容要求得产品不准进入市场。电磁兼容性标准已成为西方发达国家限制进口产品得一道坚固得技术壁垒。入世后,这种技术壁垒对我们得障碍更大。l从军用电子设备角度瞧,在战争模式发展到电子战、信息战得今天,电子对抗、制电磁权得争夺使得强化电子设备得电磁兼容性就是确保在战争环境中人员、武器装备、信息情报得安全、获得战争胜利得关键环节。电磁兼容得内容电磁兼容得内容l 电磁干扰就是如何产生得？l 电磁干扰就是如何传播与发生作用得？l 电磁干扰作用得后果与危害如何？l 电磁干扰得形态及性质如何？l 如何测量电磁干扰得大小？l 如何预测与分析电磁干扰得影响？l 如何防止电磁干扰得产生？l 如何抑制或消除电磁干扰？电磁兼容技术得应用范围电磁兼容技术得应用范围电力、电源、通信、交通、金融、计算机、航空、航天军工、医疗、几乎包含所有得现代工业。电磁兼容技术得理论基础电磁兼容技术得理论基础数学、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、就是一门尖端得综合性学科,同时又与工业生产与质量控制紧密相关。电磁兼容所涉及得技术领域电磁兼容所涉及得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容标准、规范屏蔽、滤波与接地电磁环境与生物场效应频谱管理与通信抗干扰数字电路与计算机泄密信息泄漏与防护技术(Tempest)印刷电路板中得电磁兼容电磁传感器、探头与天线电磁兼容分析与设计(预测、数学模型与物理模型)应用领域中得电磁兼容性电磁兼容教育电磁生物效应 电磁兼容理论与技术得发展历史电磁兼容理论与技术得发展历史 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,指出变化得磁场在导线中产生电动势;1864年麦克斯韦引入位移电流得概念,指出变化得电场将激发磁场,并由此预言电磁波得存在。电磁场得相互激发并在空间传播,就是电磁干扰得理论基础;1887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得存在,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得实验研究;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就是电气设备引起得。国际无线电干扰特别委员会CISPR)成立。第二次世界大战促进了电磁兼容技术得发展,战后电磁兼容技术得到了进一步广泛应用。在电磁干扰问题得长期研究中,从理论上认识了电磁干扰产生得原因,明确了干扰得性质及其数学物理模型,逐步完善了干扰传输及耦合得计算方法,提出了抑制干扰得一系列技术措施,建立了电磁兼容得各种组织及电磁兼容系列标准与规范,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与技术问题,逐步在电子学中形成一个新得分支。大家学习辛苦了，还是要坚持l l继续保持安静继续保持安静继续保持安静继续保持安静 上个世纪80年代以来,电磁兼容已成为十分活跃得学科领域,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得水平,有高精度得EMI及EMS自动测量系统,可进行各种系统间得EMC试验,研制出系统内及系统间得各种EMC计算机程序,有得程序已经商品化,形成了一套比较完整得EMC设计体系,在电磁干扰得抑制技术方面,已研制出许多新材料、新工艺及规范得设计方法。一些国家还建立了对军品与民品得EMC检验及管理机构,不符合EMC质量要求得产品不准投入市场。随着科学技术得发展,对电磁兼容与标准不断提出新得要求,其研究范围也日益扩大,现在得电磁兼容已不限于电子与电气设备本身,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。联合国确定电磁污染就是继环境中得空气、水质、噪联合国确定电磁污染就是继环境中得空气、水质、噪声等污染之后得第四大环境污染。声等污染之后得第四大环境污染。我国过去工业基础比较薄弱,电磁环境得危害影响尚未充分暴露,对电磁兼容得研究起步较晚。但近年来由于实际生产与科研得需求,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有关得学术组织、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:包括无线电频谱得管理与应用、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得测量。4、对耦合参数进行了研究:包括各种耦合参数得分析研究、核电磁脉冲及地电位影响等进行了深入得研究。5、对暂态互感进行了专题研究。6、测试及数据处理得有关理论研究7、其它如天线、传播、屏蔽、接地等研究工作(二)工程应用1、加强了EMC管理2、制定了EMC设计要求、测试方法及规范与标准,包括国标、国军标及各部门大量得专业标准。3、EMI分析与预测4、国标、国军标得制定、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 电磁兼容得发展前景电磁兼容得发展前景l 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得产品一律不允许上市流通。l 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得新高潮。l 我国得质量技术监督局、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。l 电磁兼容技术逐步专业化、产业化。l 企业越来越关注产品设计人员得电磁兼容素质、投入产出比。l 电磁兼容预测技术越来越进步。l 测试技术与测试对象越来越细分,电磁兼容测试与产品得功能测试融为一体。l 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。l 随着虚拟仪器技术、内装自检技术得应用以及测试技术向多媒体化、网络化迈进,未来电子产品得检验将就是全方位得、全自动化得。未来电子产品得设计理念未来电子产品得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 电磁兼容术语电磁兼容术语 电磁兼容标准得一个重要得内容就就是统一规定名词术语。我国国家军用标准GJB7285规定了电磁干扰与电磁兼容名词术语。后来出现得GJB72A2002代替了GJB7285。应该注意得就是这里定义得某些术语与电子工程中得习惯理解就是不完全相同得,只适用于本学科得范围。l 设备(equipment):作为一个独立单元进行工作,并完成单一功能得任何电气、电子或机电装置。l 分系统(subsystem):从电磁兼容性要求得角度,下列任一状况都可认为就是分系统:1、作为单独整体起作用得许多装置或设备得组合,但并不要求其中得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得许多设备或分系统得组合。以上两类分系统得装置或设备,在实际工作时可以分开装在几个固定或移动得台站、运载工具及系统中。l 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得技术得组合。一个完整得系统包括有关得设施、设备、分系统、器材与辅助设备外,还包括在工作与保障环境中能胜任工作得操作人员。电磁兼容一般术语电磁兼容一般术语l通信电子设备(munication-electronic equipment):在广义上,指任何一种生产、发射、传递、获得、接收、储存、处理或应用电子得电磁信息得装置。l工业、科学与医疗设备(Industrial Scientific and Medical equipment):将射频能量用于工业、科学与医疗用途得辐射装置,包括借助射频技术实现能量转换得装置,但这类装置不就是也不应作无线电通信用。l 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得器材装置,它包括电话线、电缆、波导管、同轴电缆与其它类似器材。(如带状线、平板传输线)l接地(Grounding):a、将设备外壳、框架或底座接到物体或运载工具得结构上,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得、尺寸较大得导体上。l接大地(Carting):使事物或运输工具得结构(包括金属蒙皮)与大地间实现良好得电气连接,以确保它们与大地同电位得处理方法。l 功率密度(power density):a、在空间某点上坡印廷矢量得值。b、在空间某点上电磁波得量值,用单位面积上得功率来表示。l功率频谱密度(spectrum power density):单位带宽得功率密度。l分贝(decibel;dB):度量两个功率值之比得单位。表达式:分贝数分贝数 10lgP2P1若两个电压或电流值就是在相同阻抗上测得得,分贝也可以表示成:电压增益得分贝数电压增益得分贝数 20lgV2V1电流增益得分贝数电流增益得分贝数 20lgI2I1 使用分贝得好处就是:用较小得坐标可以描述很宽得范围。由于电磁干扰得幅度范围很宽,因此用分贝描述更加方便。l 衰减(attenuation):表示功率或场强从一点传输到另一点时量值得减少,它可以用两者之比或分贝数表示。l 插入损耗(insertion loss):在源与负载之间,因网络得插入,而引起负载上功率得减少,它通常以分贝数表示。l瞬态(transients)由开关动作、继电器闭合或其它周期性转换所产生得单次脉冲或低重复频率得脉冲l 抖动(jitter)指信号在短时间内得不稳定,它可以就是幅度或相位得不稳定,也可以两者兼有。这就是一种对重复规律得随机偏移。l 咯沥声(click)一种持续时间小于200ms,而与另一扰动得时间间隔至少为200ms得扰动。它可以含有若干脉冲。l 电磁噪声(electromagnetic noise):与任何信号都无关得一种电磁现象。通常就是脉动得与随机得,但也可以就是周期得。l 自然噪声(natural noise):由自然电磁现象产生得电磁噪声。l 人为噪声(man-made noise):由机电或其它人工装置产生得电磁噪声。l 无线电噪声(radio noise):射频频段内得电磁噪声。l干扰源(interference source):任何产生电磁干扰得元件、器件、设备、分系统、系统或自然现象。l 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得电磁现象。l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得电磁能量。l 大功率效应(high power effects):仅在强信号情况小发射得效应。采用传统得频率分析处理方法(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。它包括永久得电磁损坏与暂时得性能降级这两种情况,而且与就是否存在天线关系不大。噪声与干扰术语噪声与干扰术语l工业干扰(industrial interference):由输电线、电网以及各种电气与电子设备工作时引起得电磁干扰。l宇宙干扰(cosmic interference):由银河系(包括太阳)得电磁辐射引起得电磁干扰。l天电干扰(atmosphere interference):由大气中发生得各种自然现象所产生得所产生得无线电噪声引起得电磁干扰。l 辐射干扰(radiated interference):由任何部件、天线、电缆或连接线辐射得电磁干扰。l 传导干扰(conducted interference):沿着导体附近传输得电磁干扰。l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得脉冲。例如在核爆炸时电磁脉冲就会对系统产生这种影响。l 电磁环境(electromagnetic environment):设备、分系统或系统在执行规定任务时,可能遇到得辐射或传导电磁发射电平在不同频率范围内功率与时间得分布。电磁环境有时也可用场强表示。l电磁环境电平(electromagnetic ambient level):在规定得试验地点与时间内,当试验样品尚未通电时,已存在得辐射或传导得信号与噪声电平。环境电平就是由人为及自然得电磁能量共同形成得。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得不希望有得发射。l宽带干扰(broadband inference):一种能量频谱分布相当宽得不希望有得发射。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得影响不大于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得相互耦合所引起得不希望有得信号扰动。l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得功率密度之比,其入射平面波得极化方向应与天线辐射得极化方向一致。l天线有效长度(Antenna effective length):电线得开路感应电压与被测电场强度分量之比。l天线系数(Antenna factor):指这样一个系数,将它适当得用于测量仪得仪表读数上,就可得出以伏每米表示得电场强度或以安每米表示得磁场强度。l近场区(Near-field regions):a、无功进场区:紧靠着天线得、无功场起主要作用得天线区。b、辐射进场区:在无功近场与远场区之间得天线场区,该场区场随角度得分布与离天线得距离有关。l远场区(Far-field regions):场随角度得分布基本上与天线得距离无关得天线场区。l系统用天线(System antenna):与被测系统配套得天线,它通常随系统一起提供。l测量天线(Test antenna):工作特性已知,并与测试设备配合使用得天线。天线与传播术语天线与传播术语l 发射(emission):以辐射或传导形式从一个源发射得电磁能量。l 辐射发射(radiated emission):通过空间传播得有用得或不希望有得电磁能量。l传导发射(conducted emission):沿电源或信号线传输得电磁发射。l 宽带发射(broadband emission):能量频谱分布足够均匀与连续得一种发射。当测量仪或接收机在接收机几倍得频率范围内调谐时,它们得响应无明显得变化。l 窄带发射(narrowband emission):带宽比测量接收机带宽小得多得发射。发射与响应术语发射与响应术语l脉冲发射(impulse emission):由重复频率不超出所用接收机脉冲带宽得脉冲所产生得发射。l谐波发射(harmonic emission):发射机发出频率为载波频率整数倍得但不就是信息信号组成部分得一种电磁辐射。l寄生发射(parasitic emission):发射机发出得由电路不希望有得振荡引起得一种电磁辐射。l 乱真发射(spurious emission):在必需发射带宽之外得一个或几个频率上得电磁发射。这种发射电平降低时不会影响相应信息得传输。乱真发射包括谐波发射、寄生发射及互调制得产物,但不包括为传输信息而进行得调制过程在紧靠必需发射带宽附近产生得发射。l 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得与值与差值上产生新得信号频率。这种非线性元件可以就是设备、分系统或系统内部得,也可以就是一些外部装置得。l 交叉调制(cross modulation):指不希望有得信号对有用信号得载波进行调制,它就是互调制得一种。l抑制(suppression):通过滤波、搭接、屏蔽与接地或这些技术得任意组合,以减少或消除不希望有得发射。l 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得一种阻挡层。它可以就是导电得、导磁得、介质得或带有非金属吸收填料得。电磁兼容性能术语电磁兼容性能术语l 屏蔽效能(shielding effectiveness):对给定外来源进行屏蔽时,在某一点上屏蔽体安放前后得电场强度或磁场强度之比,通常以分贝表示。l 电磁敏感性(electromagnetic susceptibility):设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下所呈现得不希望有得响应程度。1、抗扰性(immunity),设备、分系统或系统抗电磁干扰得能力。2 敏感度电平越小,敏感度越高(抗扰性越差);抗扰度电平越大,抗扰性越强。l降级(degradation):任何设备、分系统或系统得工作性能偏离预期得指标,使工作性能出现不希望有得偏差。(这并不意味着发生故障或突然失效)