电磁兼容概念及理论基础

1、电磁兼容概念和理论基础，中国赛宝实验室安全和电磁兼容检测中心电磁兼容室：朱文立tel 3360020-85131268 fax 3360020-87236171 e-mail : ，课程内容， 1电磁兼容概要1.1电磁兼容的定义1.2电磁兼容的研究领域1.3实施电磁兼容的目的2电磁兼容发展动态2.1国内外电磁兼容发展动态2.2世界主要国家、 地区电磁兼容管理情况2.3国内EMC的发展和3C身份验证的EMC要求3电磁兼容理论基础3.1基本名词术语3. 2电磁兼容测试常用单位3.3电磁干扰作用对三要素3.4电磁干扰作用源的特性3.5电磁干扰作用传播特性、电磁兼容概念和理论

2、基础、1电磁兼容概要1.1电磁兼容的定义国家标准GB/T4365-2003电工术语电磁兼容：“设备或系统在其电磁环境上正常工作，且不构成任何环境中无法承受的电磁骚扰的能力。电磁兼容概念和理论基础、1.1电磁兼容的定义(续)、军标GJB72-1985电磁兼容名词术语“设备(分系、系统)”可以在共同的电磁环境中一起执行各自功能的共存状态。 也就是说，来自同一电磁环境的其他设备的电磁辐射不会导致设备劣化、受到不可容许的劣化，同一电磁环境内的其他设备(按系统、系统)也不会受到电磁辐射引起、不可容许的降级。 “电磁兼容性是研究在有限的空间、有限的时间、有限的光谱资源条件下，各种电功耗设备(包括系统、系统

3、、广义上的生物)可以共存，不引起劣化的科学。” 、电磁兼容概念和理论基础、要素：电磁环境由空间、时间、光谱三个要素构成。 为了解决电磁兼容性问题，空间、时间、频谱三个要素是不可或缺的。 这就是我们所说的电磁环境。 电磁兼容性要求：在共同的电磁环境中，不接受任何设备、系统、系统的干扰作用，不与其他设备干扰作用。1.1电磁兼容的定义(续)、电磁兼容的概念和理论基础、1.2电磁兼容的研究领域、与电磁兼容有关的问题可归结为5个方面： (1)骚扰源特性的研究包括电磁骚扰发生的反应历程、频率域和时域特性、表示该特性的主要残奥仪、抑制其发射强度的方法等。 (2)在传感器装置的抗噪声性能-电磁兼容领域中，受干

4、扰装置或可能受到电磁干扰影响的装置在系统分析中被称为传感器装置，或骚扰接收器。 如何提高敏感设备的抗噪性能是电磁兼容领域的研究问题之一。电磁兼容的概念和理论基础、1.2电磁兼容的研究领域(续)、(3)电磁骚扰的传播特性研究电磁骚扰如何从骚扰源向敏感设备传播(包括辐射和传导)。 电磁兼容领域的传播特性研究特点：源的非理想化(源的频率域、时域特性的复杂性和源几何残奥仪的复杂性)和宽频率范围。 电磁兼容的概念和理论基础，1.2电磁兼容的研究领域(续)，(4)电磁兼容测量包括测量设备、测量方法、数据处理方法和测量结果的评价等。 由于电磁兼容性问题的复杂性，理论结果往往与实际相差甚远，因此测量电磁兼容性

5、变得更加重要。 由于电磁干扰源的频率域和时域特性的复杂性，为了各国、各实验室的测量结果间的可比性，必须详细规定量测仪器各方面的指标，且各国的仪器指标必须严格相同。 表示标准中采用的电磁噪声的残奥仪表(例如峰值、基准峰值、有效值、平均值)定标为等于某一特定残奥仪表的正弦信号。 即，所测定出的电磁噪声电平为相当于某个正弦信号的电平。、电磁兼容的概念和理论基础、1.2电磁兼容的研究领域(续)、(5)系统内和系统之间的电磁兼容性在一个系统内或系统之间，EMC的问题往往是复杂的：干扰作用源可能也是对云同步敏感的设备。 多数情况下，传播的道路是多通道。例如有多个噪声源和传感器设备等。 这需要分析和预测系统

6、内或系统间的电磁兼容性问题。 近年来，对于系统内和系统间电磁兼容问题的研究，除了“分析”，还开始研究“综合”。 这方面的进展将对电磁兼容学科发挥非常重要的促进作用。电磁兼容的概念和理论基础、实施1.3电磁兼容的目的、1.3.1电磁干扰作用及其危害电磁环境中，电磁干扰作用所造成的危害是多种多样的，从最简单的烦恼现象到严重的灾难。 部分电磁干扰作用的危害：电磁兼容概念和理论基础、1.3.1电磁干扰作用及其危害(续)、干扰电视收看、广播电台收听。 在数字系统和数据传输过程中数据丢失。 在去老虎钳、系统或系统级别正常工作的损坏。 医疗电子设备(如医疗监视屏、心电起搏点等)工作失常。 自动化微处理器控制

7、系统(例如汽车刹车器系统、防碰撞安全气囊保护系统)的动作失控。 导航仪表系统工作失常了。 引爆装置的意外爆炸。 工业过程控制功能(石油和化工等)的无效化。 此外，强电场也会影响生物。 由此可知，电磁环境的恶化会导致多方面的结果。 开展电磁兼容研究，加强电磁兼容管理，减少电磁骚扰，避免电磁干扰作用是当务之急。电磁兼容概念和理论基础、1.3.2国家标准和国际标准的要求，随着电子设备的发展和广泛应用，引起了复杂的电磁环境，干扰作用日益严重。 由此，electromagneticcompatibility (EMC )技术问世并迅速发展。 相应的国家和国际标准制定后，电磁兼容管理将提高到法律的高度，进

8、一步促进电磁兼容的发展。 目前，各国、军队部门和世界组织设立了相应的管理组织或部门，公布了许多有关标准、规定和措施。 例如欧洲的CE指令，美国的FCC联邦法律规范有相应的电磁兼容要求。 我们国家对产品的电磁兼容性也制定了一系列强制或推荐的标准，通过市场监督提取和国家强制的产品身份验证(即3C身份验证)等措施，可以保证市场上销售的产品的电磁兼容性。 因此，产品的电磁兼容性是国家标准和国际标准的要求。 电磁兼容概念和理论基础，2电磁兼容理论基础，2.1基本名词术语(电磁)发射(electromagnetic)emission“从源向外发射电磁能的现象。 电磁兼容的辐射包括传导辐射和辐射辐射。 电磁

9、骚扰electromagnetic disturbance“引起装置、设备、系统性能低下，或可能对生命或无生命物质造成损伤的电磁现象。 电磁骚扰可能是电磁干扰、无用信号或传播媒介本身的变化。 电磁干扰也包括无用的信号。 电磁干扰electromagnetic interference“电磁干扰导致设备、传输线或系统性能下降。 ”如从以上两个术语可见，电磁干扰是电磁现象，即客观存在的物理现象，可能导致降级或损害，但不一定已经形成结果。 电磁干扰是电磁干扰的结果。电磁兼容概念和理论基础、2.1基本名词术语(续)、(对骚扰的)抗扰度(toadisturbance )“装置、设备或系统在面对电磁骚扰时

10、降低运行性能的能力。 ”“好的。” (电磁)敏感性(susceptibilityems )“存在电磁骚扰时，装置、设备或系统不能避免性能下降的能力。 注：易感性高，抗扰度低。“抗扰度和灵敏度发生反应的是装置、设备或者系统对抗扰度的耐受力，只是从不同的角度来看。 在国际和国内，军事标准系统经常使用敏感性这一用语的民间标准系统已经习惯了社区这一用语。电磁兼容概念和理论基础、2.1基本名词用语(续)、骚扰极限值(容许值) limit of disturbance“对应规定测量方法的最大电磁骚扰容许水平。 ”(干扰作用限制值) limit of interference“电磁干扰会降低去老虎钳、去老虎

11、钳或系统可接受的最大性能。 (来自骚扰源的)发射限制值emission limit (fromadisturbsource )“规定电磁骚扰源的最大发射电平。 “发射裕度emission margin”“装置、设备或系统的电磁兼容水平和发射限制值的差。电磁兼容概念和理论基础、2.1基本名词术语(续)、(骚扰源的)发射级emission level (ofadisturbancesource )“以规定的方法测量从特定装置、设备或系统发射的给定电磁骚扰级。 抗扰度级别immunity level“对某个装置、设备或系统施加规定的电磁骚扰也能发挥作用，维持所需性能级别的最大骚扰级别。 也就是说，超

12、过这个级别会降低去老虎钳、去老虎钳或系统的性能。 灵敏度水平是性能降低刚刚开始的水平。 因此，声干扰阻力区和灵敏度水平对于装置、去老虎钳或系统而言是相同的值。 抗扰度限制值immunity limit“规定的最小抗扰度级别。电磁兼容概念和理论基础、2.1基本名词术语(续)、骚扰抑制disturbance suppression“削弱或消除电磁骚扰的措施。 骚扰抑制是加入电磁信号发送器(源)的措施。 干扰抑制interference suppression“减弱或消除电磁干扰的措施。 ”干扰作用抑制是对传感器设备(被干扰作用对象)施加的措施。电磁兼容概念和理论基础、一些术语之间的相互关系、电磁兼

13、容概念和理论基础、电磁兼容概念和理论基础、2. 2电磁兼容测试中常用的单位、电磁兼容测量中常用的不同的维度、单位也不同。 功率电压、电流功率密度和电场强度、磁场强度、电磁兼容概念和理论基础、2.2.1功率、功率的基本单位为瓦(w )，即焦耳/秒(J/s )。 为了表现较宽的范围，经常以“贝尔”为单位引用两个相同量比的常用对数。 p电平、电磁兼容概念和理论基础、分贝(dB )、电平是大的值。 为了便于使用，钟的1/10，即分贝(dB )，P2和P1必须采用相同的单位。 dB是两个量的比，应该明确是无量纲。 电磁兼容概念和理论基础，绝对分贝，例如P1是1W，P2/P1是1W的比，即1W是0dB。

14、此时，如果用带电力维度dB表示P2，则设1mW为0dB，此时的p也以mW为单位，分贝毫瓦的式子为：电磁兼容概念及理论基础、2.2.2电压、式中p电力、w； v向纯电阻r下降的电压，v； r电阻。 用分贝表示，上式可以写为：式的第一项可以写为电压的分贝值。 在电磁兼容的概念和理论基础、电压分贝、电磁兼容的领域中，经常以v为单位使用电压分贝，并且V11V (即dB )的1V为0dB。 0dB即120dBV，电磁兼容概念与理论基础、dB与dBm的关系、式中p功率、w； v下降到电阻r的电压，v； 设r电阻、R=50时。 假设R=50，则上式为分贝：电磁兼容概念和理论基础、2.2.3电流、式中： IA

15、为a单位的电流。、电磁兼容概念和理论基础、2.2.4磁场强度、电磁兼容概念和理论基础、磁感应强度(磁感应强度) b、磁感应强度(磁感应强度) b、磁感应强度的基本单位为特斯拉(t )，这是被定义为1t1ww的介质的绝对磁导率、亨/米(H/m )。 真空中为0=410-7H/m； (注意区分电磁单位亨(h )和磁场强度的符号H ) HA/m磁场强度、A/m。 根据上式，设磁感应强度为t单位，则在真空中：电磁兼容概念及理论基础、2.2.5功率密度、功率密度的基本单位为W/m2(电场强度Vm； 磁场强度为A/m )，常用单位为mW/cm2或W/cm2。 W/m2单位的量xx变更为mW/cm2或W/c

16、m2单位时。 换算关系如下： (xx ) w/m2=0.1(xx ) MW/cm2=100 (xx ) w/cm 2，即mw/cm2这一单位大于w/m2，电磁兼容概念和理论基础，Z0为自由空间波阻抗，则电磁兼容概念和理论基础、功率密度和电场强度但是，有时也需要转换。 Z0是自由空间波阻抗： Z0120 S=E2/Z0。 在自由空间中，功率密度s与电场强度e的关系为分贝： sdb (w/m2)=EDB (v/m ) 25.8 db sdb (MW/cm2)=EDB (v/m ) 155。 电磁兼容设定修订从这些个3个基本要素出发。电磁兼容概念和理论基础、2.3.1电磁骚扰源、电磁骚扰源包括自然骚

17、扰源和人为骚扰源。 自然骚扰源是来自银河系的电磁噪音来自太阳系的电磁骚扰来自大气的电磁骚扰热噪音。 人为的骚扰源有：工科压电石英(无线射频)设备和高压电力系统和电力电子系统电牵引系统内燃机的点火系统声音广播电视接收机家电机器，电动手工工具，电照明信息技术机器静电放电； 核电磁脉冲通讯、广播、定位等大功率设备。电磁兼容概念和理论基础、电磁兼容概念和理论基础、电磁兼容概念和理论基础、2.3.2电磁骚扰传播途径、电磁骚扰传播途径包括传导耦合和辐射耦合。 传导耦合包括相互传导耦合和导线之间的电感性和电容性耦合。 在辐射耦合中，有近场耦合和远场耦合。电磁兼容概念和理论基础、电磁兼容概念和理论基础、2.3.2电磁骚扰的传播途径(续)、传导耦合需要骚扰源和敏感设置之间完全的电路连接，骚扰信号沿该连接电路传到敏感设备，并产生干涉现象。 传输电路可以包括导线、设备导电零配件、供电电源、