EMC理论与实践_第一部分.ppt

1、Copyright 杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,EMC理论与实践,主讲教师：秦会斌、郑梁 TEL：13175112391 Email: 教材：EMI抑制技术,Copyright 杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁兼容设计,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,第一章 EMI抑制技术原理与应用,Copyright 杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,1.1 EMC基本概念,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,引言,各种电气电子设备已广泛应用于国民经济的各个部门以及人们的日常生活中。 这些设

2、备在正常运行的同时也往外发射电磁能量，可能对其他设备产生不良影响，甚至造成严重的危害，这就是电磁干扰。 在有限的时间、空间和有限的频率资源条件下，由于电气电子设备的数量与日俱增，使用的密集程度越来越大，电磁干扰的严重性受到了人们的普遍关注。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,在这种复杂的电磁环境中，如何减少相互间的电磁骚扰： 使各种设备能正常运转。 减轻恶劣的电磁环境对人类及生态产生不良的影响。 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。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁兼容 ： Electromagnetic Com

3、patibility ,直译为电磁兼容性。 国家标准GB/T4361995制定工作组 ： 对一门学科、一个领域、一个工业或技术范围来讲，应译为“电磁兼容”，以便反映整个领域，而不仅仅是一项技术指标； 而对于设备、分系统、系统的性能参数来说，则应译为“电磁兼容性” 。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,GB/T 43651995 ，IEC 60050（161） 电磁兼容所下的定义为：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁环境 ： 空间 时间 频谱,Copyr

4、ight杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,历史（1）,1887年德国，赫兹实验 19世纪后期，马可尼火花隙实验 1901年，马可尼使用铜线阵列实现了首次跨大西洋的电波发射 1920年左右，开始出现各种抗电磁干扰的文章 1930：电气设备的干扰，如电机、电气化铁道和电信号灯之间的无线电干扰成为主要问题。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,历史（2）,第二次世界大战：无线电收发设备、导航设备以及雷达的使用，飞行器上的无线电收发设备和导航设备之间的干扰增多。 电子器件的密度（主要是电子真空管）小，可逐步排查,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所

5、,历史（3）,20世纪50年代，场效应晶体管发明，60年代发明的集成电路（IC），70年代发明微处理器芯片。 语音和数据传输需要增加，频谱变得越来越拥挤。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁波的频谱划分,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,历史（4）,1979年，美国联邦通信委员会（FCC）规定所有的“数字设备”的电磁发射必须低于某个限定值。 使得自愿行为变为法定的符合性程序要求。 1933年国际电工技术委员会（IEC）在巴黎成立国际无线电干扰特别委员会（CISPR）,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,EMI示例（

6、1）,真空吸尘器或带直流电机的家用电器打开时，电视屏幕上会有“线条”出现。 运载火箭故障： 1967年大力神C发生故障。 火花放电,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,EMI示例（2）,1982年，英国与阿根廷马岛战役，英国驱逐舰HMS“谢菲尔德号”受到导弹攻击。 1988年11月8日，美国UH-60黑鹰直升机。该直升机对电磁发射敏感。从1982年以来，共死亡22名军人。 飞机与雷达发射机、无线电发射机，甚至城市波段（CB）发射机太近。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,EMI示例（3）,1967年，美国Forrestal航空母舰驶离北越的海岸

7、，甲板上停留了众多的加满燃油的歼击机，机上装载了1000磅的炸弹。其中一枚导弹不经意间发射，击中了另一辆飞机，造成油箱爆炸，死亡134名现役军人。 大功率搜索雷达在屏蔽连接器接触片两端产生的射频（RF）电压导致了这场灾难。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,EMI示例（4）,天然电磁辐射，如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等； 人工电磁辐射，如空调机、计算机、电视机、电冰箱、微波炉、卡拉OK机、电热毯、移动电话、微波发射站、高压电线、X光放射线发生器、激光发射器等，在正常工作时所产生的各种不同波长和频率的电磁波。,Copyright杭州电子科技大学新型电子

8、器件与应用研究所,电磁辐射对人体的影响1、生物体对电磁辐射能量的吸收、电离辐射和非电离辐射 电磁辐射的量子能量 whf h6.6210-34JS 普朗克常数。f31015Hz 量子的能量可以使原子和分子电离电离辐射，例如X射线辐射、射线辐射，f31015Hz 量子的能量不能使原子和分子电离非电离辐射。 电磁干扰和电磁污染一般属于非电离辐射。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,、比吸收率（SAR） specific energy absorptionrate 定义：生物体单位时间内、单位质量吸收的电磁辐射能量（W/kg） ：生物体密度，即单位时间内、单位体积吸收的电磁辐

9、射能量， ：电导率 E ：电场强度振幅 生物体吸收辐射场能量，引起体温（或局部体温）升高。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,、谐振吸收当辐射频率与生物体（或某些器官,例如眼睛、大脑）的固有频率谐振时，吸收最强。 人体固有谐振频率的范围大约为30M3000MHz，一般成年人的谐振吸收频率约为400 MHz。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,2、电磁辐射对人体的影响 一般认为电磁辐射对人体的影响包括三个方面：、热效应 辐射功能密度S10mW/cm2（E110V/m），人体吸收的辐射能转化为热量，超过人体体温调节能力时，会引起人体（或局部组织）

10、体温明显升高，或引起生理功能紊乱（人的体温每升高一度，基础代谢增加约514%，组织中的氧的需求量增加50100%）。热效应首先损伤人体上对热比较敏感的器官，例如眼睛、大脑、男性生殖器等，例如可导致白内障（300 mW/cm2）。S10mW/cm2，不会引起体温明显的升高，但可能使体内局部小范围内出现显著的能量吸收（谐振吸收），引起生理功能的障碍。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,、非热效应 S1mW/cm2（E61.4 V/m），长时间照射也不会引起体温明显的升高，但会出现烦躁、头晕、疲劳、失眠、记忆力减退、脱发、白血球升高、植物神经功能紊乱、脑电图和心电图的变化等

11、症状。这些一般称为电磁辐射的非热效应，这些症状在脱离辐射源后一般是可以逐渐恢复的。、三致作用（致癌、致畸、致突变作用） 这是电磁辐射的远期效应，在国内外已经引起了重视，但尚无一致的意见。一些研究者的实验表明：长时间的电磁辐射可能诱发癌症，也可能引起染色体的畸变，具有致畸、致突变作用。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,、决定电磁辐射对生物体影响程度的几个因素a、场强：场强越大，影响越大。b、频率：在谐振吸收频率处，影响最大。一般是频率升 高，影响增大，微波段影响最大。c、作用时间：电磁辐射对生物体的影响具有积累作用， 作用时间越长，影响越大。d、与辐射源的距离: 对于

12、偶极子天线，在天线近区E1/r3，在天线远区E1/r。 辐射场强随距离的增大迅速衰减，影响减小。e、环境温度和湿度：温度高、湿度大，生物体不易散热，影响增大。f、辐射特性：脉冲波比连续波的影响大。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,EMI示例（5）,电磁波的致病效应随着磁场振动频率的增大而增大，频率超过10万赫兹以上，可对人体造成潜在威胁。在这种环境下工作生活过久，电磁波的干扰，使人体组织内分子原有的电场发生变化，可能给组成脑细胞的各种生物分子以一定程度的破坏。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,EMI示例（6）,磁场会增加儿童得癌的风险，而

13、且从2mG(毫高斯)起，风险开始加倍。事实上，长期处在磁场超过1mG的地方你就已经受到辐射污染了，而实际上在家中所测到的数据远远高于这个数字。(地磁场0.3GUSS),Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,EMI示例（7）,小型电暖器的磁场就可以高达200mG 。 微波炉即使仅是插着电没有使用它，有的机型前方按键板的磁场仍可高达3060mG，使用时的磁场则超过200mG。 带变压器的低压电源一般磁场都很高，在接线的地方可以测到300mG以上，不过距离仅30厘米远就马上掉到1mG以下了。,Copyright 杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,1.2 EMC常用术语和

14、定义,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁骚扰 Electromagnetic DisturbanceEMI “任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。” 电磁干扰 Electromagnetic InterferenceEMI “电磁骚扰引起的设备、传输通道、系统性能的下降。”,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁骚扰与电磁干扰,电磁骚扰仅仅是电磁现象，既客观存在的一种物理现象；他可能引起降级或损害，但不一定已经形成后果。而电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。 虽然电磁骚扰与电磁干扰有一定的区别，但

15、是工程上往往不以明确划分，并统一缩写为EMI。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,（电磁）发射 （electromagnetic）emission “从源向外发出电磁能的现象。” 电磁噪声 electromagnetic noise “一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。” 自然噪声 natural noise “来源于自然现象而不是由机械或其他人造装置产生的噪声。”,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,人为噪声 man-made noise “由机械或其它人造装置所产生的噪声。” 喀呖声 click “持续时间不大于

16、200ms，两个扰动之间的间隔至少为200ms的扰动。一个喀呖声可以包括几个脉冲。” 电磁环境 electromagnetic environment “存在于给定场所的所有电磁现象总和。”,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,无用信号 unwanted signal，undesired signal “可能损害有用信号接收的信号。” 干扰信号 interfering signal “损害有用信号接收的信号。” 干扰信号是任何情况下都是有害的；而无用信号在某些条件下还是有用的无害的。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,（对骚扰的）抗扰度 imm

17、unity (to a disturbance) “装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。” （电磁）敏感度 (electromagnetic) susceptibilityEMS “在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。” 这里应该注意的是敏感性高，抗扰度低。实际上，抗扰度与敏感性都反应的是装置、设备或系统的抗干扰的能力，仅仅是从不同的角度而言。在国际与国内，军用标准体系常用敏感性这一术语；而民用标准体系惯用抗扰度一词。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,（时变量的）电平 level (of time varying quant

18、ity) “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。” 电平可用对数来表示，例如相对某一参考值的分贝数。 骚扰限值（允许值） limit of disturbance “对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平。” 干扰限值（允许值） limit of interference “电磁骚扰使装置、设备或系统最大允许的性能降低。”,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,（电磁）兼容电平 (electromagnetic) compatibility level “预期加在工作于指定条件的装置、设备或系统上规定的最大电磁骚扰电平。” （骚扰源

19、的）发射电平 emission level (of a disturbance source) 用规定的方法测得的由特定装置、设备或系统发射的某给定电磁骚扰电平。” （来自骚扰源的）发射限值 emission limit (from a disturb source) “规定电磁骚扰源的最大发射电平。”,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,发射裕量 emission margin “装置、设备或系统的电磁兼容电平与发射限值之间的差值。” 抗扰度电平 immunity level “将某给定的电磁骚扰施加于某一装置、设备或系统而其仍能正常工作并保持所需性能等级时的最大骚扰

20、电平。”,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,抗扰度限值 immunity limit “规定的最小抗扰度电平。” 抗扰度余量 immunity margin “装置、设备或系统的抗扰度限值与电磁兼容电平之间的差值。” （电磁）兼容余量 (electromagnetic) compatibility margin “装置、设备或系统的抗扰度限值与骚扰源的发射限值之间的差值。”,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,骚扰抑制 disturbance suppression “削弱或消除电磁骚扰的措施。” 干扰抑制 interference suppr

21、ession “削弱或消除电磁干扰的措施。”,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,基带 Baseband “信号在调制载波（或副载波）频率构成传输信号或射频信号之前所占有的频带。” 宽带发射 broadband emission “频谱能量分布相当均匀而且连续，以至于当测量仪器或接收机在几倍接收机带宽的频率范围内调谐时而无明显变化的一种发射。” 窄带发射 narrowband emission “比测量仪器或接收机的带宽窄的一种发射。” 乱真发射 spurious emission “在需要的带宽以内或以外，与被传输信息无关的一个或多个频率上的发射。”,Copyrigh

22、t杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电波暗室 anechoic chamber “是用来进行辐射试验测量的微波（通常高于200MHz）暗室，在高于某些规定频率（例如1GHz）上，暗室墙壁的电压反射系数通常小于0.01（40dB）。” 开放式室外试验场 openspace site “用于测量辐射电磁干扰的试验场地。” 此场地应是敞开的，平坦的，并且远离建筑物、电力线、围墙、地下电缆、地下管道。此场地的环境电磁场电平应该相当低，以便在所选择的任一试验频率上进行辐射发射试验。实际上，这种要求永远不可能完全实现。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁屏蔽室,Cop

23、yright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁兼容试验室的结构,带风扇的通风板,主室,辅助室2,辅助室1,可拆卸的滤波板或观察窗,射频测试仪器柜,电源滤波器,屏蔽门刀口结构,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,半无反射室实景,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,Copyright杭州电子科技大学新型

24、电子器件与应用研究所,开阔场地要求,长 轴 20 米,椭圆区内无金属物体,金 属 地 平 面,短 轴 17.32 米,天线与受试件距离 10 米,不同的天线在14米高度内变化，找出各种极化方向下的最强辐射值,受试件放在0.8米高的木桌上,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,开阔场实景,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,开阔场实景,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,天线系数 antenna factor “测量仪器或接收机输入端电压与场强之比；它包括天线有效长度、失配以及传输损耗等效应。” 电流探头 current pr

25、obe “是一种使用时箝在被测导线上的传感器，借助于环绕导线的磁场而产生电流。” 用它可以迅速地对导线中传输的工频或射频电流进行取样，后者，通常是对射频干扰进行测量，此时，电流探头的输出端接在接收机的输入端。 人工电源网络 artificial mains network “接入受试设备电源线中的网络，它在射频频段为测量扰动电压提供规定的负载阻抗，并在射频频段上，使设备与供电电源隔离。”,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,近场区 nearfield regions “无功近场区：紧靠着天线的、无功场起主要作用的天线区。对大多数天线常取离天线表面距离处。” “辐射近场区

26、：在无功近场和远场区之间的天线场区，该场区随角度的分布与离天线的距离有关。如果天线的最大口径尺寸不大于波长，则该场区可能不存在。” 远场区 farfield region “场随角度的分布基本上与天线的距离无关的天线场区。” 注意：如果天线最大口径尺寸D大于基频波长，远场离天线的距离一般取大于处。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,倍频程 octave “高端与低端为2：1的频率比。” 例如：从12MHz、24MHz、5001000MHz的频率间隔。 十倍频程 decade “高端与低端为10比1的频率比。”,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所

27、,电尺寸,电尺寸 用波长来衡量 具有物理尺寸 ,可认为是电小尺寸 一个结构的电长度取决于物理尺寸、激励源的频率和波在媒介中的传播速度。（此结构完全处于该媒介中）,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,自由空间中： 非自由空间： 例：聚四氟乙烯（ ）,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,注意： 自由空间空气中1m的尺寸正好是300MHz频率时候的波长。 例：50MHz的波长：1m*300MHz/50MHz=6m,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电小尺寸（ ）：可以用集总电路模型来描述 电大尺寸（ ）：可以用分布电路模型来描

28、述 例：最大物理尺寸为3.6m，工作频率为86MHz的电路或辐射结构的电尺寸为3.6/3.49=1.03个波长，因为自由空间中86MHz的波长是300/86=3.49m。如果将此结构置于聚氯乙烯（PVC）介质中（ ），电尺寸将变成2.06个波长，因为PVC中86MHz的波长是,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,分贝,在电磁兼容分析中，很多物理量都与分贝（dB）有关，例如对辐射发射的限制值为dBV/m，对传导发射的限制值为dBV或dBA，屏蔽体的屏蔽效能和滤波器的插入损耗都用dB度量等。并且，频谱分析仪的幅度显示刻度一般也是按照dB标示的。因此对于dB有一个正确的理解十

29、分重要。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,EMC问题中感兴趣的单位表示量的范围非常。 如电场值可以从1V/m到200V/m，其动态范围到达8个数量级。 采用dB表示：108的电压范围为160dB. 分贝具有压缩数据的特点 人的听力趋于对数形式，以dB为单位描述噪声 纳皮尔（Napier，1550-1617年）男爵,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,适用于海军的RE101极限,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,功率 ： 功率的基本单位为瓦（W），既焦耳/秒（J/s） 引入“贝尔”（B）为单位。 则为： 采用贝尔的1/

30、10，即分贝（dB）为单位， 即： 式中：P1与P2应采用相同的单位。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,应该明确dB仅为两个量的比值，是无量纲的。随着dB表示式中的参考量的单位不同，dB在形式上也可带有某种量纲。 如， , 是相对于1W的比值，即以1W为0 dB。此时，是以带有功率量纲的dB表示 ，则: 若以1mW为0dB,则此时的P2亦应为mW为单位，则表示式为：,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,显然：,频谱分析仪常以分贝毫瓦（dBm）表示其输入电平。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电压 ： 对于纯阻抗负载

31、 式中：P功率，W； V降在电阻R上的电压，V； R电阻，。 若以分贝（dB）表示，上式可写为： 右端的第一项即为电压的分贝值,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,在电磁兼容领域，常用V为单位，此时， 即 以1V为0dB。 显然： 推导dB与dBm之间的关系： 对于50的系统 ：,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电流 常以dBA为单位，即： 式中： 是以A为单位的电流。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,常见数值的dB值转换,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,作业：,1、将下列各量用绝对单位

32、表示： 60dBV/m, 120dB V/m 2、求下列各物理量以dB表示的比值： （1）P1=1mW，P2=20W； （2）i1=2mA，i2=0.5A; （3）v1=10mV, v2=20 v;,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,天线在EMC中的基本常用公式及单位,天线的定义： 发射天线 把高频电磁能量通过各种形状的金属导体向空间辐射出去的装置。 接收天线 把空间的电磁能量，通过各种形状的金属导体，转化为高频能量收集起来。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,测量电磁干扰的天线,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,天

33、线因数AF 接收点的场强E（V/m）与此场强在该天线输出端生成的电压V（V）之比，表达式： 两边取对数： AF = E V AF：天线因数，单位为dB/m; E：在天线位置的场强，单位为dBV/m; V：在天线端子上的电压，单位为dBV。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,增益与天线因数的关系 式中： G-全向天线的增益，单位为dB; f-信号频率，单位为MHz; AF-天线因数，单位为dB/m。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,VSWR “电压驻波比”（VSWR）描述传输线与它的源或负载的失配程度，也可以描述因失配在线路上产生的驻波的幅度

34、大小： 式中： 反射系数，既反射电压与入射电压之比。 匹配时， ，则 ； 失配时， ，则 。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,场在EMC中的基本常用公式及单位,场是电磁兼容中贯穿始终的一个概念，对于场的理解也就关系到对电磁兼容的理解。 波阻抗 ：电场强度与磁场强度的比值 电磁辐射空气阻抗，其值为377 其计算方法：,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,近场与远场 近场 当干扰源到被干扰物的距离小于波长时 远场 当干扰源到被干扰物的距离小于波长时 远场中，波被认为是平面波，并且E场与H场以相同速率随距离的增加而衰减。所以其阻抗是一常量，并且等于

35、自由空间阻抗即电磁辐射空气阻抗值：,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,近场中，波阻抗决定于源的特性 小电流，高电压的辐射体将主要产生高阻抗电场，对于频率f，介电常数为，在距离d处的阻抗绝对值为： 大电流，低电压的辐射体将主要产生低阻抗磁场，对于频率f，磁导率为，在距离d处的阻抗绝对值为：,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,附近的区域，是介于近场与远场之间的过渡区，这并不是一个精确的判断标准。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,功率密度 有时用空间的功率密度S表示电磁场强度，尤其是在微波段。因为在微波波段，测量功率比测

36、量电压容易，而且也具有实际意义。功率密度的基本单位为 电磁波传送能量公式：,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电场强度与磁场强度 根据 可得磁场强度H为 写为分贝形式： 即： 当 时,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,磁通密度B（Tesla）与磁场强度H（A/m）的关系如下： 式中： 以特斯拉为单位的磁通密度； 介质的绝对磁导率，亨/米（H/m）,在真空中 以安/米（A/m）为单位的磁场强度。 若以分贝表示，并且介质磁导率取真空中：,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,屏蔽在EMC中的基本常用公式及单位,屏蔽是解决电磁

37、兼容问题的基本方法之一， 简要介绍屏蔽在电磁兼容中的基本公式及单位。 材质特性阻抗 由于 式中： 磁导率 （H/m） 电导率 （S/m） 介电常数 （F/m） 因空气：,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,趋肤深度 趋肤深度以表示，说明金属表面电流渗入金属表面深度的情况，表示63%的表面电流渗入金属表面时的深度，或者说衰减1/e（37%）,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,金属板的屏蔽效能 对于已知 ，如何计算低频磁场、高频磁场、平面波的屏蔽效能： 对于低频磁场： 对于高频磁场： 对平面波： 对超薄型隔离膜： ， 式中： ：源到金属隔离物的距离

38、，单位为m； ：金属隔离物的厚度，单位为mm； ：MHz；,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,滤波器的插入损耗与阻抗,标准的滤波器几乎总是在50电阻阻抗之间确定它的特性。 这种情况与实际的电路不可能匹配。 但是如果能够知道实际的电路阻抗，且它们也是电阻性的，则可以根据公开的50值计算出期望的滤波器插入损耗。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,第一步，导出滤波器的转移阻抗： 式中ILdB的是50公开的插入损耗值。 在其他电阻性阻抗RS（源阻抗）和RL（负载阻抗）之间的插入损耗等于： 电抗性的源阻抗或负载阻抗会改变滤波器的性能，这个方程将不在适用

39、。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,1.3 电磁兼容的内容,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,研究在有限空间、时间和频谱资源等条件下，各种用电设备（广义的还包括生物体）可以共存，并不致引起降级的一门科学。 电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境下能正常工作，并且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,具有三方面的含义： 1、电磁环境应该是给定的或可预期的 2、设备、分系统或系统不应产生超过标准或规范所规定的电磁骚扰发射限值的要求；电磁骚扰发射就是从骚扰源向外发出骚扰能量的现

40、象，它是引起电磁骚扰的原因 3、设备、分系统或系统应满足标准或规范所规定的电磁敏感性(EMS)限值或抗干扰度限值的要求。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,实现电磁兼容的途径,形成电磁干扰的基本要素： 1、电磁骚扰源 2、耦合途径 3、敏感设备,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁兼容设计的目的是使所设计的电子设备或系统在预期电磁环境中实现电磁兼容。要求是使电子设备或系统满足EMC标准的规定。 能在预期的电磁环境中正常工作，无性能降低或故障 对该电磁环境不是一个污染源,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,需要研究的问

41、题： 1、对于电磁骚扰源的研究 2、对于电磁骚扰传播特性的研究 3、对于敏感设备抗干扰能力的研究 4、对于测量设备、测量方法与数据处理方法的研究 5、对于系统内、系统间电磁兼容性的研究,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁兼容学是一门新兴的综合性学科。 核心仍然是电磁波，其理论基础包括数学、电磁场理论、电路理论、微波理论与技术、天线与电波传播理论、通信理论、材料科学、计算机与控制理论、机械工艺学、核物理学、生物医学以及法理学、社会学等内容,Copyright 杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,1.4 EMC标准与规范,Copyright杭州电子科技大学新型电

42、子器件与应用研究所,EMC标准与规范,标准是一个一般性的导则或预期要满足的准则,由它可以导出各种规范; 规范是一个包含某类设备详细说明和详细数据,必须遵守的文件.,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,EMC标准与规范的内容:,规定名词术语; 规定电磁骚扰发射限值和抗扰度要求; 规定统一的试验方法; 规定EMC控制方法或设计规范.,EMC标准与规范的类型:,国际级,例如IEC标准; 分会议级,例如CISPR出版物; CE级,例如欧洲协调标准EN; 国家级,例如国标GB,FCC等. 军用标准,例如国军标GJB,美军标MIL.,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与

43、应用研究所,由IEC (国际电工委员会), ITU(国际电信联盟)和其他标准化组织制定的EMC出版物和标准:,基础EMC标准 基础EMC标准(basic EMC standards)规定达到EMC的一般和基本的条件或规则，它们与涉及EMC问题的所有系列产品、系统或设施有关，并可适用于这些产品，但不规定产品的发射限值或抗扰度判定准则。它们是制定其他EMC标准(如通用标准或产品标准)的基础或引用的文件。基础标准涉及的内容为:术语，电磁现象的描述，兼容性电平的规范，骚扰发射限值的总要求，测量、试验技术和方法(包括测试设备、辅助设备、基本配置、测量场所等)、试验等级、环境的描述和分类(包括环境的范围和

44、/或兼容性电平,它们是构成发射限值或抗扰度电平的重要基础)等.,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,2. 通用EMC标准 通用EMC标准(generic EMC standards)是关于特定环境下的EMC标准。它规定一组最低的基本要求和测量/试验程序，它可应用于该特定环境下工作的所有产品或系统。如某种产品无系列产品标准或专用产品标准，可使用通用EMC标准。 通用标准将特定环境分为两大类; 1居住、商业和轻工业环境 (1)居住环境:如住宅、公寓等居住场所。 (2)商业环境:像商店、超市等零售网点;办公楼、银行等商务楼;电影院、酒吧、舞厅等公共娱乐场所;加油站、停车场、游

45、乐园等室外场所。 (3)轻工业环境:像工场、实验室、维修中心等轻工业场所。 2工业环境 (1)工、科、医(lSM)设备的工作场所。 (2)大的感性负载或容性负载频繁开关的场所。 (3)大电流并伴有强磁场的场所。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,3. 产品EMC标准,产品EMC标准根据适用于产品范围的大小和产品的特性 又可进一步分为系列产品(或产品类)EMC标准和专用产品 EMC标准;系列产品EMC标准针对特定的产品类别规定了 专门的EMC(发射和抗扰度)要求、限值和测量/试验程序。 产品类标准比通用标准包含更多的特殊性和详细的性能 要求，以及产品运行条件等，产品类别

46、的范围可宽可窄。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,4. 专用产品EMC标准,专用产品EMC标准是关于特定产品、系统或设施而制定 的EMC标准，根据这些产品特性必须考虑一些专门的条 件，它们采用的规则和系列产品必须考虑一些专门的条 件,它们采用的规则和系列产品EMC标准相同。专用产品 EMC标准应比系列产品EMC标准优先采用。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,在IEC中承担电磁兼容国际标准化研究工作的主要是电磁兼容咨询委员会(ACEC)、无线电干扰特别委员会(CISPR)和TC77:,CISPR是世界上最早成立的国际性无线电干扰组织，它的目

47、 标是促进国际无线电干扰问题在下列几方面达成一致意见，以利 于国际贸易: (1)保护无线电接收装置，使其免受以下干扰: 1)所有类型的电子设备; 2)点火系统; 3)包括电力牵引系统的供电系统; 4)工业、科学和医用无线电频率(不包括用于传输信息的发射机的辐射); 5)声音和电视广播接收机; 6)信息技术设备。 (2)干扰测量的设备和方法 (3)由(1)中干扰源产生的干扰的限值; (4)声音和电视广播接收装置的抗扰度要求和抗扰度测量方法的规定;,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,(5)为了避免CISPR和IEC其他技术委员会以及其他国际组织的各技术委员会制定标准的重复

48、工作，在制定除接收机以外的其他设备的发射抗抗扰度要求时，CISPR要和这些委员会共同考虑; (6)安全规程对电气设备的干扰抑制的影响。 CISPR负责制定出版物的各分会的分工如下: CISPR/A:无线电干扰测量和统计方法; CISPR/B:工业、科学和医疗设备的无线电干扰; CISPR/C:架空电力线、高压设备和电力牵引系统的无线电干扰; CISPR/D:机动车辆和内燃机的无线电干扰; CISPR/E:无线电接收设备的干扰; CISPR/F:家用电器、电动工具、照明设备和类似设备的干扰; CISPR/G:信息技术设备的干扰; CISPR/H:保护无线电业务的发射限值; CISPR/I:信息技

49、术设备、多媒体设备和接收机的电磁兼容,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,国家电磁兼容体系,我国的电磁兼容标准和国际上类似, 可以分为四类: 基础标准 涉及EMC术语, 电磁环境, EMC测量设备规范和EMC测量方法 通用标准 其中GB8702主要涉及在强磁场环境下对人体的保护要求, GB/T14431主要涉及无线电业务要求的信号/干扰保护比. 产品类标准 如GB9254,GB4343,GB4824和GB13837等. 系统间电磁兼容标准 主要规定了经过协调的不同系统之间的EMC要求.,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,国家军用标准GJB151

50、A-97,军用设备和分系统 电磁发射和敏感度要求,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,GJB151A的试验场地,带风扇的通风板,主室,辅助室2,辅助室1,可拆卸的滤波板或观察窗,射频测试仪器柜,电源滤波器,屏蔽门刀口结构,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁屏蔽室,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁兼容试验的原则之一,所连接的外围设备,受试设备处于 实际使用状态,电缆的种类、布置、长度等,接地状态,软硬件的工作状态,Copyright杭州电子科技大学新型

51、电子器件与应用研究所,电磁兼容试验的原则之二,敏感度试验时处于最敏感状态 （例如：做电缆传导敏感度试验时，设备 读取电缆上的数据）,受试设备处于 最坏状态,发射试验时，处于最大发射状态 （例如：测量打印机辐射发射时， 打印处于打印状态）,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,一 般 测 试 配 置,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,非导电表面设置EUT时的测试配置,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,独立的EUT，多个EUT屏蔽室测试配置,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,独立EUT的测试配置,C

52、opyright 杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,1.5 电磁兼容性设计的一般概念,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,试验测试作为检验和发现问题的技术手段是不可缺少的，然而没有合理周全的电磁兼容性设计，试验测试发现了干扰问题也只能是亡羊补牢，因此电磁兼容性必须从设计抓起，必须十分重视设计上作。,实践证明： 电磁兼容性是靠周密有效的设计实现的， 不是通过试验测试解决的。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁兼容性设计一般分为五个级别： 1.电路组件级设计； 2.设备级设计； 3.分系统级设计； 4.系统级设计； 5.系统间级设计。,

53、Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电磁兼容性设计应该从方案论证阶段初期开始，贯穿到方案阶段、工程研制阶段、定型生产阶段、销售和使用阶段。 各阶段的电磁兼容性设计内容应作为该阶段的功能性设计和评审验收内容的一部分，应该把电磁兼容性设计要求综合到系统的功能性设计要求中去。 电磁兼容性设计应该与功能性设计同步进行、并行展开。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,这种从系统或设备功能设计初期就同步进行电磁兼容性设计的方法叫做设计的“系统法”。 是现代科技综合运用的最佳工程设计技术。 “问题解决法”：一种“出现什么问题，解决什么问题”的经验方法。 “规范

54、法”方法。该方法以系统和设备遵循的标准所规定的极限值为计算基础，由于各种标准和规范中的极限值是以同类系统或设备中最严重情况制订的，因此可能导致具体设备设计的过分保守。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,重要准则：电磁兼容性设计的费效比综合平衡 美国贝尔实验室分析论证，在新产品设计开始阶段能把干扰抑制在电路组件级、设备级或分系统级，这就可以消除电磁干扰的80%90%。,图 产品生产过程中解决干扰措施与成本关系,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,选择适当的安全裕度 从安全的角度考虑，希望电磁兼容性安全裕度越高越好，但需要采取更多相应的抑制干扰的措

55、施，投资的经费就增多。 从经济观点来分析，安全裕度不能太高，以减少经费投入。 设计中应综合权衡，选择适当的安全裕度，采用投资少而系统效能又高的设计方案，以便减少费效比。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,系统级电磁兼容性设计要以全寿命期考虑为基础，以系统可能遇到的最恶劣的电磁环境电平作为系统设计的基点，应立足于全寿命期获得电磁兼容状态来选用设备、确定布局和技术控制状态、选择材料、结构及工艺。 电磁兼容性设计的基本参数主要有电磁敏感阈值、敏感度门限值、干扰允许值、电磁发射限值、安全裕度、失效干扰电平等。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,电子设

56、备的电磁兼容性设计,电子设备的电磁兼容性设计 控制干扰源的电磁发射 抑制电磁干扰的传播 增强敏感设备的抗干扰能力 研究干扰源的发射特性，各种电磁干扰的传播通道(传导、辐射及感应)，以及敏感设备的感受特性。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,相应措施,1. 优化信号设计 电信号在传输信息时需占据一定的频谱，为了尽量减小干扰，信号占用的频谱不应大于信息所必须的频谱宽度，亦就是对有用信号规定必要的最小带宽。优化信号波形可减小必须带宽。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,2. 完善线路设计 应设计和选用自身发射小、抗干扰能力强的电子线路（包括集成电路

57、）作为电子设备的单元电路。 一般小信号放大器应尽可能增大放大器的线性动态范围，以提高电路的过载能力，减小非线性失真。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,可控硅和工作在开关状态的三极管，在工作时均产生电流脉冲，发射频谱很宽的电磁能量，因此必须采取相应的抑制措施。 对于功率放大器，工作在甲类状态时，产生的谐波最少；工作在乙类状态时，一般应采用推挽形式，只要电路、结构对称就可抑制二次谐波，但不对称时，仍可能产生强的偶次谐波。丙类功率放大器仅用于射频放大，需采用锐调谐、高Q滤波器抑制其谐波的电平。,Copyright杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,3.屏蔽 用屏蔽体将干扰源包封起来，可以防止干扰电磁场通过空间向外传播； 反之，用屏蔽体将感受器包封，就可使感受器免受外界空间电磁场的影响。 屏蔽技术虽能有效地中断近场感应和远场辐射等电磁干扰的传播通道，但是它又可能使设备的通风散热困难、维修不便，并导致重量、体积和成本等增加。所以设计人员需权衡利弊，采用合理的措施，以最佳费效比来满足电磁兼容性要求。,Copyright杭州电子科技大学新型