第一章,电磁兼容概述

1、E EMMC C1 1 电气工程系电气工程系. . 江滨浩江滨浩 教授教授 E EMMC C1 1 为什么要掌握电磁兼容技术技术o 电磁干扰和电磁污染的危害日益严重电磁干扰和电磁污染的危害日益严重电磁兼容标准强制实施电磁兼容标准强制实施u 市场竞争日益激烈市场竞争日益激烈E EMMC C1 1 为什么要掌握电磁兼容技术技术o 各国都注重各国都注重EMC教育和培训及学术交流，以教育和培训及学术交流，以04年为例，就举办了年为例，就举办了35次国际性的一流学术交流会次国际性的一流学术交流会和培训班。和培训班。o 研究的热点已涉及社会许多方面，如计算机安全、研究的热点已涉及社会许多方面，如计算机安全

2、、电信设备电磁兼容、航空航天、武器系电信设备电磁兼容、航空航天、武器系 统、电磁统、电磁场生物效应、地震电磁现象场生物效应、地震电磁现象, . 。o 我国对电磁环境学重要性的认识还很不够，目前我国对电磁环境学重要性的认识还很不够，目前仅有少数单位从事相关研究。仅有少数单位从事相关研究。（好（好/ /坏事！？）坏事！？）o 电磁兼容学正是为解决这类问题而迅速发展起电磁兼容学正是为解决这类问题而迅速发展起 来的一门新兴学科。来的一门新兴学科。E EMMC C1 1 p电磁干扰与电磁污染的危害案例电磁干扰与电磁污染的危害案例u电磁兼容的含义电磁兼容的含义p电磁兼容学科的研究内容电磁兼容学科的研究内容

3、p电磁兼容学科的特点电磁兼容学科的特点p课程内容课程内容u度量单位度量单位 - dBE EMMC C1 1 电磁干扰与污染的危害案例电磁干扰与污染的危害案例o 1969 1969年土星年土星V-V-阿波罗阿波罗1212事件事件o 19991999年医疗设备的失灵年医疗设备的失灵o 19891989年南京的雷电引起的油库爆炸年南京的雷电引起的油库爆炸o 微波老鼠微波老鼠丧失记忆报告丧失记忆报告o 1986年湖北省潜江变电站火灾年湖北省潜江变电站火灾o 人类健康的潜在危险人类健康的潜在危险o 人祸人祸天灾、重大、致命、不胜枚举天灾、重大、致命、不胜枚举E EMMC C1 1 电磁干扰与污染的危害案

4、例电磁干扰与污染的危害案例o 对航空的危害对航空的危害n 喷气式民航飞机每喷气式民航飞机每50001000小时的飞行平均遭一次雷击小时的飞行平均遭一次雷击n1992年年9月月16日深圳国际日深圳国际 机场因感应雷电过电压导致机场因感应雷电过电压导致 25套通讯、雷达、导航设备套通讯、雷达、导航设备 中有中有5套损坏，使机场停业套损坏，使机场停业n1996年白云机场由于雷电年白云机场由于雷电 导致指挥系统故障而机场导致指挥系统故障而机场n1961年，意大利发生了年，意大利发生了 “丘比丘比 特特”导弹武器系统的雷击事故导弹武器系统的雷击事故n1969年年11月美国土星月美国土星“V阿阿 波罗波罗

5、12” 载人飞船在起飞后出现载人飞船在起飞后出现 雷击事故雷击事故E EMMC C1 1 电磁干扰与污染的危害案例电磁干扰与污染的危害案例o 对战争的作用对战争的作用 电子战，在电子战，在1990年的海湾战争期间，美军采用电子干扰年的海湾战争期间，美军采用电子干扰 战术来干扰伊拉战术来干扰伊拉克的武器系统，使之不能正常工作；克的武器系统，使之不能正常工作；信息电磁安全与泄漏信息电磁安全与泄漏p 对人类健康的影响对人类健康的影响 高频辐射大于一定限值时，高频辐射大于一定限值时， 会使人产生失眠、嗜睡等会使人产生失眠、嗜睡等 植物神经功能紊乱，以及植物神经功能紊乱，以及 脱发、白血球下降、视力脱发

6、、白血球下降、视力 模糊、晶状体混浊、心电模糊、晶状体混浊、心电 图改变等症状受损有关联。图改变等症状受损有关联。 中华人民共和国环境电磁波卫生标准中华人民共和国环境电磁波卫生标准规定：规定： 一级标准（小于一级标准（小于10伏米），二级标准（小于伏米），二级标准（小于25伏米）为中间区，伏米）为中间区， 超过二级标准地区，对人体可带来有害影响；超过二级标准地区，对人体可带来有害影响；E EMMC C1 1 电磁干扰与污染的危害案例电磁干扰与污染的危害案例o 对电子系统的危害对电子系统的危害o 美国每年因电磁干扰（包括雷害）而导致设美国每年因电磁干扰（包括雷害）而导致设备损坏的损失就达备损坏的

7、损失就达2600亿美元亿美元E EMMC C1 1u 电磁骚扰电磁骚扰 (Electromagnetic Disturbance) 电磁噪声电磁噪声 (Electromagnetic Noise) 任何任何可能可能引起设备或系统性能下降，或对生命或引起设备或系统性能下降，或对生命或无生命物质产生损害的电磁无生命物质产生损害的电磁现象现象，强调，强调任何可能的任何可能的电磁危害电磁危害现象现象u 电磁干扰电磁干扰 (Electromagnetic Interference - EMI) 电磁噪声（骚扰）所引起的设备、传输通路或电磁噪声（骚扰）所引起的设备、传输通路或系统性能的下降强调电磁危害现象

8、产生的系统性能的下降强调电磁危害现象产生的结结果果。分为。分为系统间干扰系统间干扰和和系统内干扰系统内干扰 电磁兼容的含义电磁兼容的含义E EMMC C1 1u (Electromagnetic CompatibilityEMC )n 设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力 有一定的抗干扰能力，不产生超过限度的干扰有一定的抗干扰能力，不产生超过限度的干扰 EMC EMI Susceptibility 和谐和谐/共存共存/相容相容的的性能性能/ /能力能力/ /品

9、质品质 要有确定的标准、规范来界定和强制要有确定的标准、规范来界定和强制 和和 谐谐 社社 会会 电磁兼容电磁兼容E EMMC C1 1 Electromagnetic Compatibilityo 日本：日本：EMC是一门独立的学科，随着电磁能量利用的发展，它将研是一门独立的学科，随着电磁能量利用的发展，它将研究、预测并控制变化着的地球和天体周围的电磁环境、为了究、预测并控制变化着的地球和天体周围的电磁环境、为了协调环境所采取控制方法、各项电气规程的制定以及电磁环协调环境所采取控制方法、各项电气规程的制定以及电磁环境的协调和电磁能量的合理应用等。境的协调和电磁能量的合理应用等。o Bernh

10、ard Keiser： 设备不相互干扰，都能正常工作。设备不相互干扰，都能正常工作。o GB/T ： 电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱 资源条件下，各种用电设备资源条件下，各种用电设备(分系统、系统，生物体分系统、系统，生物体)可以可以 共存并不致引起降级的一门科学。共存并不致引起降级的一门科学。E EMMC C1 1 Electromagnetic Compatibilityo EMC学科领域范围日益扩大，现已不只限于电子设备学科领域范围日益扩大，现已不只限于电子设备 本身，还涉及到电磁污染、电磁饥饿等一系列生态效本身，还涉

11、及到电磁污染、电磁饥饿等一系列生态效 应问题以及其他多方面的问题，应问题以及其他多方面的问题，“电磁兼容电磁兼容”一词似一词似已已 不能包含不能包含EMC学科的全部内容。学科的全部内容。o 对一门学科、一个领域、一个工业或技术范围来讲，对一门学科、一个领域、一个工业或技术范围来讲， Electromagnetic Compatibility 应译为应译为“电磁兼容电磁兼容”，反映，反映 整整一个领域，而不仅仅是单项技术指标整整一个领域，而不仅仅是单项技术指标o 对于设备、分系统、系统的性能参数来说，对于设备、分系统、系统的性能参数来说， Electromagnetic Compatibilit

12、y 应译为应译为“电磁兼容性电磁兼容性”。o 电磁兼容学科电磁兼容学科=环境电磁学、电磁环境学环境电磁学、电磁环境学 E EMMC C1 1 Electromagnetic Compatibilityo 误解误解： 很长时间以来，人们错误地认为干扰抑制技术是纯经验的很长时间以来，人们错误地认为干扰抑制技术是纯经验的实验技巧。实验技巧。o EMC设计已发展为一门多学科的、综合性的学科分支电设计已发展为一门多学科的、综合性的学科分支电 磁兼容是研究在有限的空间、时间和频谱资源等条件下，磁兼容是研究在有限的空间、时间和频谱资源等条件下，各种用电设备各种用电设备(广义的还包括生物体广义的还包括生物体)

13、可以共存，并不致引可以共存，并不致引起降级的起降级的一门科学一门科学o 三方面的含义三方面的含义n 电磁环境应是给定的或可预期的电磁环境应是给定的或可预期的n 设备电磁骚扰发射符合标准要求设备电磁骚扰发射符合标准要求n 应满足电磁敏感性或抗扰度限值要求应满足电磁敏感性或抗扰度限值要求E EMMC C1 1Electromagnetic Environment (EME)o 电磁环境：存在于给定场所的所有电磁现象的总和。电磁环境：存在于给定场所的所有电磁现象的总和。 要素：空间、时间、频谱要素：空间、时间、频谱n空间有限性：空间有限性： 如美国尼米兹如美国尼米兹(NIMITZ) 航空母舰航空母舰

14、32.9m，宽，宽48m，甲板上下需装设各种收、发信机数十部、各种天线数十付，还有甲板上下需装设各种收、发信机数十部、各种天线数十付，还有其他各种用电设备其他各种用电设备n时间：全天时间：全天24小时，所有的设备与分系统都需要在这些时间内工小时，所有的设备与分系统都需要在这些时间内工作，作战时，几乎所有的设备都进入工作状态作，作战时，几乎所有的设备都进入工作状态n频谱：现在由国际电联频谱：现在由国际电联(ITU)已经规划的可以利用的无线已经规划的可以利用的无线 电频谱电频谱在在10kHz400GHz之间之间，频率再低则进入音频，而再高则进入光，频率再低则进入音频，而再高则进入光波，任何一种无线

15、电业务都脱离不开这一频谱范围波，任何一种无线电业务都脱离不开这一频谱范围E EMMC C1 1 电磁兼容术语电磁兼容术语 p 抗扰性（抗扰性（immunity）：）： 设备或系统面临电磁骚扰设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。不降低运行性能的能力。o 敏感性（敏感性（susceptibility）：）： 在存在电磁骚扰的情在存在电磁骚扰的情况下，设备或系统不能避免性能降低的能力。况下，设备或系统不能避免性能降低的能力。o 电磁发射（电磁发射（electromagnetic emission）：）： 从从源到外发出源到外发出电磁能量电磁能量的现象的现象 o 电磁辐射（电磁辐射（elect

16、romagnetic radiation）：电）：电磁能量以电磁磁能量以电磁波波辐射的辐射的形式形式发射到空间的现象。发射到空间的现象。 E EMMC C1 1 电磁兼容术语电磁兼容术语o 电平电平 level (of time varying quantity)：用规定方式在规定时间间：用规定方式在规定时间间隔内求得的诸如功率或场参数等时变量的平均值或加权值。隔内求得的诸如功率或场参数等时变量的平均值或加权值。o 骚扰限值（骚扰限值（limit of disturbance）：）： 对应于规定测量方法的最对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平。大电磁骚扰允许电平。o 抗扰性限值（抗扰性限值

17、（limit of immunity）：）： 规定的最小抗扰性电平。规定的最小抗扰性电平。o 发射裕量（发射裕量（emission margin）：）： 设备或系统的电磁兼容电平与设备或系统的电磁兼容电平与发射限值之间的差值。发射限值之间的差值。o 抗扰性裕量（抗扰性裕量（inmmunity margin）：）： 设备或系统的抗扰度限设备或系统的抗扰度限值与电磁兼容电平之间的差值。值与电磁兼容电平之间的差值。o 电磁兼容裕量电磁兼容裕量 (electromagnetic compatibility margin）：）：装置、装置、设备或系统的抗扰度电平与骚扰源的发射限值之间的差值设备或系统的抗

18、扰度电平与骚扰源的发射限值之间的差值E EMMC C1 1 发射发射/ /抗扰度限值、兼容电平抗扰度限值、兼容电平E EMMC C1 1 电磁兼容术语电磁兼容术语o耦合途径耦合途径（coupling path）：）： 电磁电磁能量从源到另一电路或装置所经的途径。能量从源到另一电路或装置所经的途径。o 地耦合干扰地耦合干扰（groud coupled interference）：）： 电磁骚扰从一电路通电磁骚扰从一电路通过公共地或地回路耦合到另一电路从而引过公共地或地回路耦合到另一电路从而引起的电磁干扰。起的电磁干扰。o电磁屏蔽电磁屏蔽（electromagnetic screen）：）： 用来

19、减少电磁场向指定区域用来减少电磁场向指定区域穿透的措施穿透的措施 E EMMC C1 1 电磁兼容术语电磁兼容术语o 干扰抑制（干扰抑制（interference suppression）：）： 削弱或消除电磁骚扰的措施削弱或消除电磁骚扰的措施o 差模电压（差模电压（differential mode voltage）：）： 一组规定的带电导体任意两根之间的电压。一组规定的带电导体任意两根之间的电压。o 共模电压（共模电压（common mode voltage）：）： 每每个导体与规定参考点（通常是机壳或地）之间的个导体与规定参考点（通常是机壳或地）之间的电压。电压。o 横电磁波室（横电磁波

20、室（TEM Cell）：）： 一个封闭系统，电一个封闭系统，电磁波在其中以横电磁波模式传播，从而产生供测磁波在其中以横电磁波模式传播，从而产生供测试使用的规定的电磁场。试使用的规定的电磁场。 E EMMC C1 1 电磁兼容学科的研究内容电磁兼容学科的研究内容u 电磁干扰特性及其传播理论电磁干扰特性及其传播理论o 电磁频谱管理与利用电磁频谱管理与利用u电磁干扰的工程、机理分析电磁干扰的工程、机理分析u电磁兼容控制技术电磁兼容控制技术u 电磁兼容设计理论和设计方法电磁兼容设计理论和设计方法o 电磁兼容性标准、规范与工程管理电磁兼容性标准、规范与工程管理E EMMC C1 1 电磁兼容学科的研究内

21、容电磁兼容学科的研究内容o 电磁兼容测量和试验技术电磁兼容测量和试验技术o 电磁兼容性预测和分析电磁兼容性预测和分析o 信息电磁泄漏及其防护技术信息电磁泄漏及其防护技术o 环境电磁脉冲及其防护环境电磁脉冲及其防护o 电磁生物效应电磁生物效应o 地震电磁现象地震电磁现象o .E EMMC C1 1 电磁兼容学科的特点电磁兼容学科的特点o 理论体系以电磁场理论体系以电磁场/ /电路原理为基础电路原理为基础o 一门新兴的综合性的交叉学科一门新兴的综合性的交叉学科o 计量单位的特殊性计量单位的特殊性o 大量引用无线电技术的概念和术语大量引用无线电技术的概念和术语o 极强的实用性极强的实用性o 极强地依

22、赖于测量极强地依赖于测量 E EMMC C1 1 教材和参考文献 教教 材材工程电磁兼容工程电磁兼容路宏敏，路宏敏， 西安电子科大出版社，西安电子科大出版社， 20032003电磁兼容技术电磁兼容技术白同云，北京邮电大学出版社，白同云，北京邮电大学出版社，20012001电磁兼容原理及技术电磁兼容原理及技术刘鹏程，高教出版社，刘鹏程，高教出版社，1993 参考文献参考文献电磁兼容原理与应用电磁兼容原理与应用D.A.WestonD.A.Weston( (王守三译），机械工业出版社，王守三译），机械工业出版社，20062006电磁兼容设计基础及干扰抑制技术电磁兼容设计基础及干扰抑制技术钱照明，浙大

23、出版社，钱照明，浙大出版社，20002000电磁兼容技术电磁兼容技术总装备部教材编辑会，国防工业出版社，总装备部教材编辑会，国防工业出版社，20052005电磁干扰及控制电磁干扰及控制林国荣，电子工业出版社，林国荣，电子工业出版社，20042004电磁兼容导论电磁兼容导论C.R.Paul （闻映红译）（闻映红译） 机械工业出版社，机械工业出版社，20062006电磁兼容理论与应用技术丛书电磁兼容理论与应用技术丛书北京邮电大学出版社北京邮电大学出版社，2001E EMMC C1 1E EMMC C1 1 课课 程程 内内 容容o电磁兼容概述电磁兼容概述u电磁环境及电磁干扰电磁环境及电磁干扰 的耦

24、合途经的耦合途经u地线干扰与解决方法地线干扰与解决方法u电磁屏蔽原理和搭接电磁屏蔽原理和搭接u电磁干扰滤波技术电磁干扰滤波技术u电缆设计技术电缆设计技术u瞬态脉冲干扰抑制技术瞬态脉冲干扰抑制技术印刷电路板的电磁兼容问题印刷电路板的电磁兼容问题p电磁兼容标准与认证、电磁兼容性管理电磁兼容标准与认证、电磁兼容性管理pEMC模拟与预测模拟与预测跋：EMC 与和谐社会和人生E EMMC C1 1p 对电磁兼容原理有较为全面的理解对电磁兼容原理有较为全面的理解n 掌握掌握电磁骚扰的耦合与传输理论电磁骚扰的耦合与传输理论n 掌握接地、滤波、屏蔽等关键技术掌握接地、滤波、屏蔽等关键技术p 了解瞬态抑制技术了

25、解瞬态抑制技术 具备进一步学习的能力具备进一步学习的能力 在电磁兼容设计方面有明确的思路在电磁兼容设计方面有明确的思路 通过学习本课程要达到通过学习本课程要达到E EMMC C1 1分分 贝贝( (dB) )21BPPPu 分贝（分贝（dB）的定义：分贝数）的定义：分贝数P1、P2 是两个功率值，是两个功率值，无无量纲量纲 性性p 贝尔（贝尔（B）2110lgdBPPPp 电压电压 、电流和电功率的单位（量纲）、电流和电功率的单位（量纲）： 电场、磁场、能量密度和功率流的单位电场、磁场、能量密度和功率流的单位：？V A W但当基准量的单位不同时，形式上带有但当基准量的单位不同时，形式上带有量纲

26、量纲的表达区的表达区别别222210lg10lg30301110lg3010lg6011dBd mWdB WWBPPPmWWPPmWPPWE EMMC C1 1o 电压电压o 电流电流o 电场电场o 磁场磁场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为什么是为什么是 10 或或 20 ？E EMMC C1 1电压：电压：用用1V、1mV、1 V 为参考（例如：为参考（例如：1 V = 0dB V） 则单位为：则单位为：dBV、dBmV、dB V 等，等，电流：电流：用用1A、1mA、1 A 为参考，则：为参考，则：dBA、dBmA、dB A电场：电场：用用1V/m、1 V/m 为参考，则：为参考，则：dBV/m、dB V/m 等，等，磁场磁场：用用1A/m、1 A/m 为参考，则：为参考，则：dBA/m、dB A/m 等等功率：功率：用用1W、1mW 为参考，则：为参考，则：dBW、dBm等，等， 注：常用注：常用E EMMC C1 1 换算关系