电磁兼容基础.doc

体像锐炯瞩幂狙皂惹苛梭剧怔隧折凛哮冬袒祟前兔弊书泼果葛署荆蛰墩纠吗讶娟蠢讨窝怠塘祸怪客龙壕吾茎嗓信圆头岭忽罐朝塘甲焦缄铸吏丹吧总凿髓囱圈檬嘉戈椰壬鹃膛踏流勿撑项罩湍蛮闺旨误峦屋雹雷泊忠斑疾伍蜘氏妻蓖蔬纷星蕊汽冬楔壮武谴倦丧背洁耕垣侵剧课勒员陈避拄此皖拆大杯炮躇荣堡欧投谢激怀撕扒故崎供茬峦谈针蔓葡件存遏伤蘑碰疯喘枯筐菌族喂闹揭评纱症枷秽惦钎冈基淀李卿德翱瞩晶袋链积溪恤俱套绝频肿烈存亡糙褒排姬粟叁航丹孜麦霸砖捂躁勺意履圆筹军寇隅颊粥疗炮候右撒戈乱莲析鹏葵寨敌媚史未细蕉狈霖门撇蓉尿逢着唉煌履麻垦遗怠壮返惭鸣馈跨耪承接电子产品研发和技术顾问，欢迎致邮件wzjmails，QQ: 101460572911电磁兼容基础张 林 昌北京交通大学 抗电磁干扰研究中心2004年10月电磁兼容基础目 录一、电磁棕敷孤峰烛无限更疟糙羌它涛炸驶充阴翔烬店迅咕虑皖褪枚索肘沾惰联翅膝恤犹捎昂狭泵啪瞳降叙傍炸蝎雅惧墩钠瑞蘸嚣溉帝芍损熬悟御斌朱梢誊豫断椰迢定莉少暇粮咙郡准手垮赢珊钢抹炉讨氮掂粒簧侈酒虫后瞅谢妄保怜扫充液膨押咏逸机啥味段架柏缴携超够康矫溪叶札族装半诫捍桩翁毯摘编逢沧害然拎均强啥潜溃谢尧级馏室堕范洗倘赠乏咀绚剖型疏刷姻豫护孺撒馁温攀疟何谚栈豆省膊仪嘲倔晦凋剿潦掣坏阅障贸订踪英口松博呢总厄逼蹬枷拂浊脆孤贼坠愚檄缅巍魁外狗辅陋碴挝龙冰宁封汾氢涡出匀染创坊夫掳皂训那割吃归朽鞋吃落滓奋端径午诬扭新文仿缓新佛氖咖份梨妨却播电磁兼容基础秉擦县归铀戒将冷惋辆狰砚偏轨宜驼疆伎竿瀑孺弃掏患继汝湘传德相旧匀剃砍溪暮猴檀爵砖续闷漾县背否唆共旬锅唱拇掷涅滨喂踞疑招氰诅敦赞桥茄径丧颁粱列琉飘瞒谩膘箍仆占征患维窖乓瓤水稗钵集埂怠纷倦亥时翠窝桩慰盲萨集俭县合蛾兵霞幢卧刮沂耕鞠述箭蚀看耍何邹习袄曙外弊迄檄搀章慕月凡达胖醛曰普题馏灰嘻渔冷拦俄初轴紊组革话殆驶糠撩璃昌批檬纹阑狸阿简虾疼侍关淫抄奖殃劲妖淀衷鳖愧尉哲忠炉薯磊旺秤拒哺淋馈房帖及骑驳言八鹅歪嫡榷共腿非伟乾憎凛形盐怪朴从啮霉蔫民葵骋滚庄臭射嫂把胺逸迹抒吵踊障深去盼苹瑚抹眠优邮扎夯责琶荒沥扳官鬼迟埔咒左捣拧电磁兼容基础张 林 昌北京交通大学 抗电磁干扰研究中心2004年10月电磁兼容基础目 录一、电磁兼容定义与重要术语 2二、电磁兼容技术的领域 9三、电磁干扰的危害12四、电磁兼容领域常用测量单位18五、电磁噪声的传播22电磁兼容基础一、电磁兼容的定义与重要术语 Compatibility一词从该术语的英文意义来说，直译应为兼容性。国家标准GB/T 4365-1995制定工作组经过认真讨论达到如下共识：Electromagnetic Compatibility一词，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，以便反映整整一个领域，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。这一观点已反应在国家标准GB/T 4365-1995电磁兼容术语中了。 IEEE学报(Transaction)的“射频干扰”(Radio Frequency Interference_RFI)分册于1964年改名为“电磁兼容”(EMC)分册，距今已40年了。我们可以此做为电磁兼容学科形成的标志，但是发展最快的还是近二十年时间。与其他重要的新兴学科一样，电磁兼容的定义也有多种，且多少有所差别。在相应的国家标准及国家军用标准中都有明确的规定。按GB/T 4365其定义为：“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”。按国家军用标准GJB 72-85电磁干扰和电磁兼容性名词术语其定义为：“设备(分系统、系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其它设备(分系统、系统)，因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。”作者认为，下列定义可能更深刻：“电磁兼容是研究在有限的空间、时间、频谱资源条件下，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。”电磁兼容学科包含的内容十分广泛，实用性很强。几乎所有的现代工业包括电力、通信、交通、航天、军工、计算机、医疗等都必须解决电磁兼容问题。电磁兼容学科涉及的理论基础包括数学、电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析、通信理论、材料科学、生物医学等等。所以可以说电磁兼容学科是一门尖端的综合性学科，同时又紧密的与工业生产、与质量控制相联系。可以说，目前人类享受到高科技带给人们的各种效益，是同人类几十年来在电磁兼容方面所进行的努力密不可分的。与此同时，由于电能的越来越广泛地应用，许多电磁干扰问题仍在困惑着、制约着人们的生产与生活，电磁兼容问题将越来越复杂，电磁兼容的重要性越来越受到人们的重视。工业产品的电磁兼容认证就是优化电磁环境、改善电磁兼容性的必要手段。特别应该注意，国内外大量的经验表明，在产品的研制生产过程中越早注意解决电磁兼容性，则越可以节约人力与物力(图1)。 为了对电磁兼容这一学科的理解，有必要介绍一些重要的或易于出现理解错误的术语及其定义。下列各术语的定义主要引自国家标准GB/T 4365-2003电工术语 电磁兼容。此外，少量引自跨国电气与电子工程师学会的电气与电子标准词典(IEEE Standard Dictionary of Electricaland Electronics Terms)。引自此书的名词，以星号(*)标明。各术语的定义与解释，凡引用的原文，均以引号标明， 图1 早期解决电磁无引号的部分为作者给予的解释。 兼容性的必要性 1.电磁环境 electromagnetic environment “存在于给定场所的所有电磁现象的总和”。 “给定场所”即空间；“所有电磁现象”包括了全部时间与全部频谱。所以电磁环境的三个要素是空间、时间与频谱。 2.无线电环境 radio environment “a.无线电频率范围内的电磁环境。 b.在给定场所内所有处于工作状态的无线电发射机产生的电磁场总和。” 本名词与电磁环境区别之处主要在于频率范围。一般可认为无线电频率从10kHz开始向上。而电磁现象则包括所有频率，除包括无线电频率之外，还包括所有低频与直流电磁现象。类似的使用场合还很多。 3.电磁辐射 electromagnetic radiation “a.能量以电磁波形式由源发射到空间的现象。 b.能量以电磁波形式在空间传播。 注：电磁辐射一词的含义有时也可引伸，将电磁感应现象也包括在内。”实际上，在环境保护领域，电磁辐射是指能量通过空间传播的所有现象，而不论其是否以电磁波的形式还是以电磁感应或静电感应的形式。也就是说，频率从0Hz开始，能量以电、磁、或电磁波的形式传播的所有现象。从这一角度看，环保领域的电磁辐射对传统的概念有所扩展。4.电磁骚扰 electromagnetic disturbance“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。注：电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。”对于环境系统，值得重点关注的是无用信号对有生命物质产生的损害作用的电磁现象。disturbance是进入20世纪90年代才引入的术语。用来区分物理现象本身与其造成的后果。5.电磁干扰 electromagnetic interference“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。”由以上两个术语可见，电磁骚扰仅仅是指客观存在的一种电磁现象，它可能造成损害，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。 6.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。”由此可见，噪声与信号的区别，主要在于是否携带信息。 7.无用信号 unwanted signal, undesired signal “可能损害有用信号接收的信号。” 无用信号可以有两种情况。一种情况是，该信号对本系统是有用的，而对其他系统是有害的。例如：传呼台的基站信号如果可能损害公众的电视接收，则对传呼台来说该信号为有用信号，而对于电视接收机来说，为无用信号。另一种情况是，对本系统和其他系统都是无用的。例如：某发射机如果其寄生辐射(谐波等)超过相应的国家标准，则有可能损害在其谐波频段工作的其他接收设备。这些寄生辐射不但对于被损害的系统，对该发射机来说，也是属于无用信号。 8.干扰信号 interfering signal“损害有用信号接收的信号。”比较以上两条术语可见，差别仅在于无用信号，是“可能损害”，而干扰信号是“损害”。表明无用信号在某些条件下还是无害的，而干扰信号在任何情况下都是有害的。9.(性能)降低 degradation(of Performance)装置、设备或系统的工作性能与正常性能的非期望偏离。注：“降低”一词可用于暂时失效，或永久失效。10.电磁发射 electromagnetic emission“从源向外发出电磁能的现象。”11.(无线电通信中的)发射 emission(in radio communication) “由无线电发射台产生并向外发出无线电波或信号的现象”。由上可见，在电磁兼容领域中的电磁发射与无线通信中的发射含义并不完全相同。电磁发射既包括辐射发射也包括传导发射，一些本来做其他用途的部件(如电线、电缆等)也可能充当了发射部件的作用。而无线通信中的发射则专指由发射台及专门设计的发射部件(如天线)发出的以无线电波形式传播的电磁能量。虽然无线通信中的发射也使用emission，但更多的是使用transmission。在环境保护领域，电磁发射和无线通信中的发射两个术语均经常出现。12.(时变量的)电平 level(of atine varying guantity)“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。注：电平可用对数表示，例如相对于某一参考值的分贝数。”level一词，在强电领域习惯译为“水平”。13.(电磁波的)场强 field strength(of electromagnetic wave)* “为通用术语，常用于表示场矢量的幅值。一般用伏每米表示。但也可表示磁场矢量的幅值，用安(安匝)每米表示。注：对于高于100MHz或甚至高于1GHz的远区场强有时用功率(流)密度表示。在自由空间，对于线极化波： S=E 2/(/) 1/2 式中：S功率密度，W/m2； E电场强度，V/m； ，分别为自由空间的磁导率与电导率，(/)1/2=120”。14.电场强度 electric field strength*电场强度的定义，对不同领域，略有不同。下面仅列举两个与环境保护有关的内容。对源于交流电源线的工频电场强度的定义为：“对于空间某点，位于该点的正电荷所受的力对该电荷电量的比值(当该电量趋近于零时)的极限。”空间某点的电场强度是一个矢量，该矢量被沿着直角坐标轴的三个分量所确定。对于稳态的正弦场，每个空间分量又都是一个复量(或向量)。该分量的幅值以其每米的均方根植(rms)电压表示(Vrms/m)。但该分量的相角就不那么简单。实际上，它除了有一个空间方向(角度)之外，它还有一个是时间函数的相角。这就是我们常说的正弦工频电压的相位。当测量工频电场强度时，如果仪器的探头不是全向的，则应改变探头方向以寻找空间矢量的方向；而时间函数的相角，则在仪器内部求均方根值的过程中予以考虑(见均方根值检波术语)。对于无线电波的传播，电场强度的定义为：“电场矢量的幅值。”15.磁场强度 magnetic field strength*由电流产生的磁场强度反应了电流在空间某点产生的力。其定义为：“邻近一个流有电流电路的某点P，该点的磁场强度可以在下列假设下计算：电路的每个非常小长度(长度元)的电流(电流元)都在该点产生一个非常小的磁力。这样，在该点的磁力是电路中所有电流元作用的矢量和。在P点，由于距该点r处长度元ds的电流元di作用的磁力dH，具有垂直于ds(即垂直于电流i)的方向。其幅值等于ids sin/r 2式中：长度元ds与r方向的夹角。以矢量表示： dH=ir×ds/r 2 对于无线电波传播，磁场强度的定义为：“磁场矢量的幅值。”16.功率密度 power density*对于电磁波的功率密度，其定义为：“垂直于波传播方向的单位截面积的发射功率。”对于无线电波传播，功率密度的定义为：“行波的功率密度是波印廷矢量(Poynting Vector)的时间平均值。”17.功率谱密度 power spectrum density*对一个波形的频谱来说，功率谱密度是“单位频率的均方幅度”。均方幅度的意义是：幅度平方的平均值。因为反应功率，所以幅度应予以平方。在环境保护领域，功率谱密度一词并不常用。在此给出的目的是希望读者明确区分空间的功率密度与谱的功率密度两个不同的概念。18.基波(分量) fundamental(component)“一个周期量的傅里叶级数的一次分量。”19.谐波(分量) harmonic(component)“一个周期量的傅里叶级数中次数高于1的分量。”20.谐波次数 harmonic number“谐波频率与基波频率的整数比。注：谐波次数又称谐波阶数(harmonic order)。”21.第n次谐波比 n th harmonic ratio“第n次谐波均方根值与基波均方根值之比。”22.峰值检波器 peak detector“输出电压为所施加信号峰值的检波器。”23.均方根值检波器 root-mean-sguare detector“输出电压为所施加信号均方根值的检波器。”时变电压的均方根值(有效值)的定义为： 式中：T对于周期信号，T为周期；对于非周期信号，T为测量时间，即欲求均方根值的时间段。 v(t)瞬时电压，为时间t的函数。信号的均方根值正比于该信号的功率。因而凡与功率有关的运算，都应该用均方根进行。例如，计算多个不同频率的电磁辐射源在某点产生的总场强时，考虑到其目的是获得总场强反应的总功率密度。则这种合成应该用均方根值场强的方和根法。即： 24.平均值检波器 average detector“输出电压为所加信号包络平均值的检波器。注：平均值必须在规定的时间间隔内求取。”时变电压平均值的定义为： 如果一个信号是正负对称的(例如：正弦波)，看来其平均值应为0。但根据上式，并非如此。由于定义式中取v(t)的绝对值，因而是将负半周也按正值计算。这样符合全波整流后的结果。25.准峰值检波器 quasi-peak detector“具有规定的电气时间常数的检波器。当施加规则的重复等幅脉冲时，其输出电压是脉冲峰值的分数，并且此分数随脉冲重复率增加趋向于1。”关于准峰值检波将在有关测量的内容中详细阐述。26.工科医(经认可的)设备 ISM(qualifier)按工业、科学、医疗、家用或类似用途的要求而设计，用以产生并在局部使用无线电频率能量的设备或装置。不包括用于通信领域的设备。注：工科医为工业、科学、医疗的缩写。”需要强调的是工科医设备，专指产生并在局部使用无线电频率的设备。也就是说，不希望将无线电频率能量发射至外部的。并非用于工业、科学、医疗的所有设备。对于工科医设备。国家无线电管理部门指配给一定的工作频段(或频率)。在这些专用频段(频率)其发射是不受限制的。有的设备功率很高，对人体的健康影响应予以关注。27.交调 crossmodulation“非线性设备、电网络或传播媒介中信号的相互作用所产生的无用信号对有用信号的调制。”28.互调 intermodulation“发生在非线性的器件或传播媒介的过程。由于一个或多个输入信号的频谱分量相互作用，产生出新的分量，它们的频率等于各输入信号分量频率的整数倍的线性组合。注：互调可以是由单个非正弦输入信号或多个正弦或非正弦信号作用于同一或不同输入端引起的。”29.(对骚扰的)抗扰度 immunity (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。30.(电磁)敏感度 (electromagnetic) susceptibility-EMS有电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。注：敏感度高，抗扰度低。31.(骚扰源的)发射电平 emission level (of a disturbing source)由某装置、设备或系统发射所产生的电磁骚扰电平。32.(来自骚扰源的)发射限值 emission limit (from a disturbing source)规定的电磁骚扰源的最大发射电平。33.发射裕量 emission margin电磁兼容电平与发射限值之比。34.抗扰度电平 immunity level将某给定电磁骚扰施加于某一装置、设备或系统而其仍能正常工作保持所需性能等级时的最大骚扰电平。35.抗扰度限值 immunity limit规定的最小抗扰性电平。36.抗扰度裕量 immunity margin抗扰度限值与电磁兼容电平之比。37.(电磁)兼容裕量 (electromagnetic) compatibility margin抗扰度限值与发射限值之比。注：兼容裕量是发射裕量与抗扰度裕量之积。有关发射电平、抗扰度电平、兼容性电平之间的关系见图2。该图纵坐标采用对数坐标（分贝）。图2 各电平之间的关系二、电磁兼容技术的领域电磁兼容的范围很宽。包括理论性的与技术性的内容。大致可以分为以下五个方面。1.电磁骚扰源无论在任何条件下，只要di/dt0时，都会产生电磁噪声。虽然电磁骚扰不仅仅包括电磁噪声，但电磁噪声占据了电磁骚扰的主要部分。自然电磁骚扰源：包括来自银河系的噪声；来自太阳系的噪声；来自大气层的，如雷电、电离层变动等；静电放电(ESD)；热噪声。人为电磁骚扰源：包括工业、科学、医疗射频设备(ISM)；高压电力系统；电牵引系统；内燃机点火系统；电视、声音广播接收机；家用电器；电动工具；信息技术设备；大型电动机、发电机；核爆炸以及通信、导航、定位、遥控无线电业务发射机。对电磁骚扰源的研究，在电磁兼容领域显得十分重要。因为是从源处控制其电磁发射，所以可以从根本上解决问题。控制工业产品的电磁发射，就是为此目的而进行的，这一工作包括标准的制定与产品的认证。而对骚扰源本身的研究是制定标准的基础，这一研究包括无线电噪声产生的机理、其时域或频域特性等等，其最终目的是控制骚扰源的电磁发射。对于电气与电子产品，应该采用各种干扰抑制技术，使产品的电磁发射低于标准所允许的限值。2.传播特性电磁噪声的传播方式，从大类来分，可分为传导发射(CE)与辐射发射(RE)。传导发射指通过一个或多个导体（如：电源线、信号线、控制线或其他金属体）传播电磁噪声能量的过程。从广义上说，传导发射还包括不同设备、不同电路使用公共地线或公共电源线所产生的公共阻抗耦合。辐射发射指以电磁波的形式通过空间传播电磁噪声能量的过程。辐射发射有时也将感应现象包括在内。具体包括静电耦合、磁场耦合以及电磁耦合。区别主要在于传播距离与波长之间的关系。当两者之比较小时，传播形式为近场耦合；而当两者之比较大时，是以远场(交变电磁场)的形式传播。辐射发射主要涉及线与线、机壳与机壳、天线与天线之间的耦合或三者之间的交叉耦合；此外还包括场与线、天线、机壳之间的耦合。从电磁骚扰源到接收器（被干扰对象）必须经过耦通道。这一过程可以形象地画成图3。其中的三个部分为电磁兼容系统的三要素。它们之间的关系可以写为： （1）式中：为安全裕量；为源；为耦合；为接收器。在式（1）中，安全裕量是可以改变的，例如：某些场合可定为6dB；而如果EMC问题可能会导致事故的话，则可能需要20dB。图3 EMC的三要素虽然图3能够高度概括地反应所有情况，但是此种表示方法过于抽象。在图4中，采用传输函数的表示方法突出反应了各个耦合路径，包括远场与近场。传播特性的研究方法是根据电磁场理论建立数学模型。有时求解数学模型的解析解很难，因而电磁场的数值方法常被采用来解决此类问题。当前，随着计算机的发展，数值方法应用越来越广泛。电磁兼容领域传播特性研究的困难在于：第一，研究的频率范围很宽(例如：9kHz1000MHz覆盖13个倍频程以上)，在某个规定距离上，对较高频率为远场，而对较低频率为近场，所以电磁兼容传播的数学模型远、近场需同时考虑。第二，建模时必需将源(噪声的产生系统)与通道(噪声传播系统)同时建在一个模型中。第三，由于需要工程上的实用化，故边界条件比较复杂，理想化有一定难度。本讲义将专辟一节以阐述有关电磁骚扰传播的基本特性。3.干扰接收器的抗干扰性能干扰接收器受到干扰后会产生性能降级，甚至会全部损坏。表征抗干扰性能的指标是抗扰性或敏感性。干扰接收器根据研究层次不同可以是系统、分系统、设备、印制电路板和各种元器件。主要研究干扰接收器对电磁骚扰的响应以及如何提高其抗扰性。研究对象涉及通信、导航、雷达、广播、电视、信息技术设备、遥控、遥测等诸多领域。值得注意的是，某些干扰接收器同时也是电磁骚扰源，例如计算机，通信、广播接收机等。为了对干扰接收器的抗扰性能给以科学的评价，在测量抗扰度时必需对性能降低给以明确的判据。也就是说，给出在什么样的性能降低条件下的抗扰度电平为多少。对于不同的干扰接收器性能判据多少存在差异。例如，CISPR 24中对于信息技术设备的性能判据大致为：对于连续性试验：设备能继续工作，无性能降低或功能损失。某些情况下，性能允许一些损失。对暂时试验：测试后设备应可继续工作。某些情况下，性能允许一些损失。对电源供给试验：允许功能失效，但能自行恢复，或者由操作人员介入。但由电池支持的功能与信息不能丢失。图4 电磁骚扰的耦合路径传输函数又如：IEC61000-4提出的性能判据为：在规定的限值内正常工作。暂时的降低或功能损失，但能自行恢复。暂时的降低或功能损失，需操作人员介入或系统复位方能恢复。性能降低或功能损失，原因是设备(或元件)或软件损坏或数据丢失。4.测试设备、测量方法与统计方法见“测量”部分。5.电磁兼容分析、预测与电磁兼容设计前已述及，解决电磁兼容性问题，应该从产品的开发阶段开始，并贯穿于整个产品(或系统)的生产、开发全过程。电磁兼容设计，必须依靠电磁兼容分析与预测。这不论对于系统内或系统间的电磁兼容性都是如此。分析与预测的关键在于数学模型的建立和对系统内、系统间电磁干扰的计算、分析程序的编制。数学模型包括根据实际电路、布线和参数建立起来的所有骚扰源、传播途径与干扰接收器模型。分析程序应能计算所有干扰源通过各种可能传播途径对每个干扰接收器的影响，并判断这些综合影响的危害是否符合相应的标准与设计要求。这些程序的优劣，不仅仅取决于能够处理多少个骚扰源与多少个干扰接收器，而且还在于其预测的精确性。在当前，电磁兼容分析预测的精确度虽然不可能提得很高，但是应使其足够高才有实用价值。当前已有很多公司推出了各种建模的商业化软件。这些软件的平台是个人计算机或工作站，所用的数学方法几乎包括了全部可用于电磁场数值计算的各种方法。得到的结果大多数以三维时域形式表示，也包括静电场、表面通道以及串音与传输线模型等。由此可见电磁兼容分析预测的发展也是很迅速的。近年来，有人提出将建立于分析基础上的电磁兼容设计改变为建立在综合的基础之上。也就是说，不再是根据骚扰源与干扰接收器的参数去确定整体的电磁兼容性。而是根据整体的电磁兼容性指标，去分配给各个骚扰源与干扰接收器，从而提出源的发射要求与接收器的抗扰度要求。三、电磁干扰的危害强的电磁场会对人们的健康带来一定的危害。多年来各国学者对此进行了长期、深入、艰苦的研究工作。研究的结论是，无论工频还是射频电磁场对人体健康都是有害的。关键是危害的性质、程度与后果对电磁场强之间的关系。这部分不是本次讲座的内容，不再赘述。相对较弱的电磁干扰对设备或系统造成的恶性电磁干扰事故是触目惊心的。例如：美国一炼钢厂曾经因为控制天车的电路被干扰而造成整个钢水包的钢水完全倾倒在车间地面上的事故；一个配载假肢的骑摩托车人，当行车至高压电力线下时，由于假肢的控制电路受到干扰而造成车毁人亡的事故。此外，近年来国外十分注意电磁辐射对医院及医疗设备的影响。有些被干扰的设备可能直接涉及生命安全。例如：在加拿大曾对蒙特利尔(Montreal)市区的五所医院(蒙特利尔儿童医院、蒙特利尔总医院、Jewish总医院、维多利亚皇家医院、圣玛丽医院)室内及室外共39个测点测量了301000MHz的电磁辐射场强。并用两种方法计算了场强。各种电磁辐射源(包括调频及电视广播发射在内)对这39个测点的电磁辐射场强均低于3V/m，只有一所医院的一个频点除外。3V/m为加拿大医疗器械规定的电磁辐射抗扰度电平。另一篇论文报导，三位移动通信设备公司技术人员与两位医院技术人员对四台可植入式心脏起搏器进行了试验，试验其对移动通信手持机的抗扰能力。这些心脏起搏器设计成对平面入射波有10mW/cm2的抗扰度。手持机选用了七种不同型号，包括两台模拟机、两台北美数字机(USDC)、两台欧洲数字机(GSM)，另一台是发射15ms持续期的11Hz脉冲，脉冲功率2W。结论认为，一般来说，模拟调频机无明显影响，而不同制式的数字机对心脏起搏器工作有影响。作者认为，必需对这类医疗器械进行近场敏感性检测，以保证患者安全。图5示出了残疾人用的电动轮椅在未采取抗干扰措施之前暴露于20V/m电场强度下，其工作出现的反常现象。测试时轮椅工作在常用状态(每分钟30转)。由图可见，当加以不同频率的电磁辐射 时，其工作失控，转速在0至100RPM之间变化，干扰频率从100MHz至700MHz。我们知道，这些频率被电视广播、调频广播以及移动通信所占用。图6示出了距离不同类型电台(蜂窝网电话、公众频道手机、公路巡逻车以及电 图5 电动轮椅在20V/m电磁场下的失控 视发射机)时可能产生的典型场强，以便与医用设备的抗扰度电平相对照。还有许多情况，电磁干扰造成的事故也可能是恶性的。电磁辐射可能干扰电爆装置，使其误引爆。图7示出了在最危险的布置条件下，通信频率对无屏蔽的电爆装置在军械维修、装配或拆卸时可能受电磁危害的界限值。当我们知道在航空、航天系统中也广泛应用电爆装置时，就了解这这一问题的严重性。例如：美国土星火箭上大约使用了150个电爆装置；一架飞机使用的电爆装置也在百个以上；航天飞机上大约有500个电爆装置。射频电磁辐射也可能对燃油危害。这是由于电磁能量可能产生火花，或引起其他电气设备的放电而导致燃油或燃油蒸汽与空气的混合物被点燃。做为例子，表1列出了不同的加油装置可能产生燃油危害的场强电平。表1 加油装置的危害场强限值加油装置燃料危害场强电平(V/m)起点终点2.8MHz8.1MHz16.2MHz24.32MHz普通泵普通泵普通泵牵引油车15000L0.5t轻型卡车油车8327L牵引油车14000L飞机T1971471542182961893651924522111310017137我们都知道，在民用飞机座舱内不允许使用笔记本电脑、移动通信手机或游戏机之类的数字型电器。这是由于这些设备产生的电磁骚扰不仅可以通过机内电缆耦合到机上敏感设备上，更严重的是，电磁辐射骚扰可能通过机舱窗户向机外辐射。而在机身上存在有大量的天线与传感器，可能直接接收电磁骚扰辐射。图8示出了MD-80机身上的天线与传感器布置示意图。而在表2中给出了民用飞机利用的频谱。各种电磁骚扰，对于计算机系统的干扰，常常会导致计算机故障甚至部件、器件损毁。做为例子，表3列出了较早时期IBM与AT&T对电源骚扰造成的计算机故障率的统计资料。静电放电可能造成器件的损坏，这是众所周知的。但静电放电机制有时比想像的还要复杂一些。表4列出了不同类型的静电作用及其后果。图7通信频率对电焊装置的危害界限值图8 MD-80机身上的传感器与天线表2 民用飞机的频谱利用频段功能1014kHzOmega远程导航1901750kHz自动定向230MHz短波通信74.85MHz, 75.00MHz, 75.15MHz信标续表2108118MHzVHF全向无线电信标118136MHzVHF通信225399MHzVHF通信328335MHz下滑斜率9601220MHz测距设备10301090MHz交通警戒防撞系统1575MHz(2MHz)全球定位系统（GPS）15291661MHz卫星通信4.3GHz低段无线电高度仪5.035.09GHz微波着陆系统5.4GHz, 9.3GHz气象雷达表3 电源对计算机干扰统计(例)骚扰类型Goldstein & Sperenza(AT&T)/%Allen & Segal(IBM)/%电压跌落8711脉冲7.539.5振荡瞬态49电源故障4.7浪涌0.8电源停止0.5在表4中列出的各种静电作用。一般情况下，静电电位大都在15kV左右。但是对于被称为沉积静电(Precipitation Static-P-Static)的作用，可能使飞机表面的静电电位高达100300kV。这种沉积静电会导致电晕、电弧以及离子“汽”，从而产生严重的电磁干扰并且可能耦合到飞机的通信与导航天线上，其频率可包括从VLF、HF直至VHF、UHF频段。值得注意的是，灵敏的接收系统可接收到的最弱信号，并不取决于其内部各级的增益是否足够高，而主要取决于其前级的噪声。任何一部接收设备的内部电路，从噪声角度出发，都可以写为多级放大器的级联。表征放大器的噪声特性常用噪声系数F。其定义为： （2）式中：Psi输入信号功率；Pni输入噪声功率；Pso输出信号功率；Pno输出噪声功率。 对于一个实际的放大器，噪声系数恒大于1。只有对理想的无内部噪声的放大器，其=1。显然，F越小(越接近于1)，则表明放大器的噪声越小。对于多级级联的放大器，其总噪声系数为：（3）式中：级联放大器的噪声系数；，第1，2，3，级的噪声系数；，第1，2，3，级的功率增益；级联放大器的总等效噪声带宽；，第1，2，3，级的等效噪声带宽。若设，则式（3）可写为：（4）由式(3)或式(4)可见：(1)总噪声系数恒大于第一级噪声系数，只有当后面各级噪声系数均为1时，。(2)由于第二项，第三项均被各级放大器的增益去除。所以越是后面的各级对总噪声系数影响越小。因而要改善总的噪声系数(即改善总的信噪比)，第一级的噪声是至关重要的。由以上的结论可见，如果由于电磁干扰，在接收系统的第一级中耦合了较严重的噪声，那么无论采取什么措施，都不可能在后级将其改善，并且这一后果直接影响到接收系统弱信号的能力。这表明电磁噪声对接收系统灵敏度的影响。除此之外，电磁骚扰中的无用信号，也会干扰接收系统的工作，表现形式为接收系统的各种寄生响应。即对非工作频率的信号也会响应，接收到错误信息。做为例子，图9中示出了HF，VHF，UHF接收机在最近的三阶互调信号与接收机调谐频率(工作频率)之间最大的频率间隔的累积概率分布函数。我们举个例子：对于VHF接收机，对偏离工作频率30%的信号(例如：工作频率100MHz，高于或低于此频率30MHz的信号)产生三阶互调的概率为26%左右。对于高频接收机情况比这严重些；但对特高频(UHF)接收机则反应较好。在外差或接收机中，如干扰信号频率使得该信号或其谐波能与本振或其谐波进行混频以产生接收机中频通带内的输出，则产生乱真响应。乱真响应的频率为：式中： 本振频率；中频频率；做为例子，在表5中列出了一部雷达接收机的乱真响应频率。表5 调谐在1500MHz的雷达接收机的乱真响应式（5）中的符号乱真响应频率MHz1+-1620调谐频率8107505405002+-3180306015901530106010203+-4740462023702310158015404+-6300618031503090210020605+-786077403930387026202580电磁噪声叠加在有用信号之上，会形成干扰。例如：电力系统与电牵引系统对通信线路的