《电磁兼容概述》PPT课件.ppt

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1、电磁兼容基础,刘 洋 应用物理教研室,2,1,教材及主要参考书,电磁兼容原理及应用教程，吕文红，郭银景等，清华大学出版社，2008年第2版。电磁兼容总论，高攸纲，北京邮电大学出版社，2002年第1版。电磁兼容基础，崔翔，华北电力大学讲义，2004年。,国内学者：盛剑霓、马西奎、倪光正、周碧华、马信山、何金良、王赞基、袁建生、崔翔、颜威力、高攸纲、刘尚合、马伟明、解广润等,第一讲 第1章 电磁兼容概述,1.1 电磁兼容(EMC-electromagnetic compatibility),定义：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。EMC包括EMI(电磁干扰)及

2、EMS(电磁耐受性)两部份。EMI(Electromagnetic interference)为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声，对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；EMS(Electromagnetic susceptibility)指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力，对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度。,4,1,实验室外，电气设备（如收音机）可能要承受各类不同的电磁噪声干扰,电气设备（如收音机）也会辐射噪声干扰其他电路,电气设备（如收音机）各元器件间相互干扰的途径,7,1,实际电磁干扰途径,8,1,电磁环境-空间、时间和频

3、谱,例如：美国尼米兹航母空间：长332.9m、宽48m，甲板各种收发信机数十部，各种天线数十架，其它各种电子设备；时间：全天24小时工作，作战时，全部电子设备开机；频谱：可利用的无线频谱10kHz400GHz.,9,1,10,1,1.2 电磁兼容的名词术语与常见术语电磁兼容、电磁发射、性能降低、电磁骚扰、电磁干扰、电磁噪声、电磁环境、无用信号、干扰信号、抗扰度、电磁敏感性、时变量的电平、骚扰限值、干扰限值、兼容电平、发射电平、发射限值、发射裕量、兼容裕量、骚扰抑制、干扰抑制等。GB/T4365-1995共收入词条176个。,11,1,电磁骚扰与电磁干扰,电磁骚扰/electromagnetic

4、 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。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播煤质自身的变化。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。电磁骚扰仅仅是电磁现象，即客观存在的一种物理现象；它可以引起降级或损害，但不一定形成后果；电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。,12,1,电磁兼容术语,电磁发射（Electromagnetic Emission)源向外发出的电磁能现象。性能降低（Degradation of Performance)装置、设备或系统的工作性能与

5、正常性能的非期望偏离。降低暂时失效或永久失效。,13,1,电磁兼容术语,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。（对骚扰的）抗扰度 Immunity(to a distrturbance)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 Susceptibility)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。,14,1,电磁兼容术语,（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

6、生的电磁骚扰电平。（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。发射裕量（Emission Margin)电磁兼容电平与发射限值之比。,15,1,电磁兼容术语,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保持所需性能等级时的最大骚扰电平。抗扰度限值 Immunity Limit规定的最小抗扰性电平。抗扰度裕量 Immunity Margin抗扰度限值与电磁兼容电平之比。电磁兼容裕量(Electromagnetic Compatibility Mar

7、gin)抗扰度限值与发射限值之比。,16,1,各电平之间的关系,17,1,1.3 涉及学科及领域,涉及学科：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、信号分析、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、法律学及社会学等。涉及领域：电力、电源、通信、交通、金融、计算机、航空、航天、军工、医疗等。计算机安全、电信设备、无线设备、工业控制设备、自动化设备、机器人、移动通信设备、航空航天飞机、舰船、武器系统、测量设备、电磁生物效应、地震电磁现象等。,18,1,技术领域,电磁兼容的范围很宽，包括理论上和技术上的内容电磁骚扰源。传播特性-传导发射，辐射发射

8、，传播特性的研究方法干扰接收机的抗干扰性能。测试设备、测量方法与统计方法。电磁兼容分析、预测与电磁兼容设计。,19,1,电磁兼容主要研究领域,电磁兼容三要素：电磁骚扰源、传播途径、敏感设备骚扰源特性的研究敏感设备的抗干扰性能电磁骚扰的传播途径电磁兼容测量系统内与系统间的电磁兼容性,1.4 电磁兼容研究对象,工频干扰（50Hz，6000km）：输配电，电力牵引系统；甚低频（30kHz以下，波长大于10km)；载波干扰（10300kHz，波长大于1km）：高压交、直流输电谐波及电气铁道的谐波干扰；射频、视频（300kHz300MHz），11km）：医疗设备、电晕放电、高压设备、火花放电、内燃机、电

9、动机、家用电器、照明设备等；微波干扰（300MHz300GHz,1mm1m):特高频、甚高频、极高频；雷电电磁脉冲：GHz直至直流。,电磁干扰对设备的危害:电磁干扰会破坏或降低电子设备的工作性能。BP机发射台等大功率电磁信号的干扰，影响飞机正常起降；,1.5 电磁干扰的危害,22,1,移动电话信号干扰可使仪表显示错误，甚至可以造成核电站运转失灵。水管中的地电流产生的磁场，使医院里高灵敏度的电子仪器屡受影响。由于没有采取对电磁骚扰的防护措施，一位旅客在飞机上使用调频收音机，使导航系统的指示偏离10度以上。,雷电电磁脉冲造成的灾难性后果。雷击引起的浪涌电压，属于高能电磁骚扰，具有很大的破坏力。19

10、92年6月22日傍晚，一个落地雷击中某信息中心大楼顶，楼内的大型计算机与小型计算机网络中断，整个计算机系统停止工作达两天之久，损失数十万元。大楼装有避雷针，闪电由避雷针引入大地，大楼、人员及普通设备安然无恙，但雷电流在四周产生的巨大脉冲电磁场，却使具有极为灵敏的微电子器件的计算机系统毁坏了。,金融行业 1995年6月，某省中国人民银行清算中心一座33层高楼遭雷击，导致网络停止工作3天，几亿元资金无法运行，仅利息损失就达200多万元。2005年5月18日，南安市工商银行计算机网络设备被雷击坏，损失10万元。微波通信系统 某大电网有微波站近百个，其中进口设备站65个。事故统计表明，造成设备损坏、导

11、致长时间通信中断的主要原因是雷害。某一线段的15个站有12个站曾遭受雷击影响正常通信，个别微波站几乎每年都遭雷击。,计算机网络 某机场航材供应中心计算机网络有主机2台，带有若干终端，安装在机房二楼，大楼有一台服务器及若干微机，构成一个局域网。1995年7月，在一场暴雨中近区落雷，计算机网络瞬即全部停运，两台主机的数据库被冲乱，大楼多端口转发器（HUB）损坏，与HUB连接的微机和服务器网卡损坏。,26,1,人身财产 1976年1989年我国南京、茂名和秦皇岛等地的油库及武汉石化厂，均因遭受雷击引爆原油罐，造成惨剧。,电磁干扰对航天系统造成的灾难性后果1969年11月14日上午，土星V-阿波罗12

12、火箭-载人飞船发射后，飞行正常。起飞后36.5s，飞行高度为1920m时，火箭遭到雷击。起飞后52s，飞行高度为4300m时，火箭又遭到第二次雷击。这便是轰动一时的大型运载火箭-载人飞船在飞行中诱发雷击的事件。1962年开始进行的民兵I导弹战斗弹状态的飞行试验，前两发均遭到失败。这两发导弹的故障现象相似，都是制导计算机受到脉冲干扰而失灵。,经过分析，故障是由于导弹飞行到一定高度时，在相互绝缘的弹头结构与弹体结构之间出现了静电放电，它产生的骚扰脉冲破坏了计算机的正常工作而造成的。1967年大力神C运载火箭的C-10火箭在起飞后95s，飞行高度26km时，制导计算机发生故障。C-14火箭起飞后76

13、s，飞行高度为17km时，制导计算机也发生了故障。经过分析，制导计算机中采用的金属网套没有接地的部分与火箭之间产生电压，当火箭飞行高度增加，气压下降到一定值时，此电压产生的火花放电使计算机发生了故障。,1991年英国劳达航空公司的那次触目惊心的空难至今令人难忘，有223人死于这次空难。据有关部门分析，这次空难极有可能是机上有人使用笔记本电脑、移动电话等便携式电子设备，它释放的频率信号启动了飞机的反向推动器，致使机毁人亡。1998年初，台湾华航一班机坠毁，参与调查的法国专家怀疑有人在飞机坠毁前打移动电话，导致通信受到干扰，致使飞机与控制塔失去联络，最后坠毁。,30,1,电磁场对人体的危害据德国慕

14、尼黑大学医学研究所自1994年以来对近万名长期操作电脑的职业女性进行的跟踪调查表明，长时间操作电脑的妇女患乳腺癌的危险性，比其他职业妇女的概率高出43%。研究人员用雌性白鼠在电磁场中进行模拟实验，不久发现白鼠的乳腺出现肿癌，其成长速度与磁场强度有关。,32,1,电磁场对人体的危害据美国的一项报告，德伯特公司有12名孕妇在荧光屏前工作，一年间竟有7名孕妇流产，1名孕妇早产；国防兵役局有15名孕妇在荧光屏前工作，有7人流产，3人产下畸形婴儿。,一位意大利企业家使用手机，工作效率大增，可3年后他的头部发现癌瘤，从CT确诊癌瘤部位恰好位于手机天线顶端习惯放置的部位。1994年一位美国商人使用移动电话4

15、年后，同样也发现了头部癌肿，经治疗无效死亡。,1.6 电磁脉冲在军事上的应用1991年海湾战争期间，美军在E8“联合星”飞机携带和使用电磁脉冲武器。1993年，美国进行了代号为“竖琴”的电磁脉冲武器实验，天线群向电离层发射电磁脉冲，阻断通信和摧毁来袭导弹。1996年，美国一国家实验室研制出手提箱大小的高能电磁脉冲武器，以及可装备在巡航导弹上的电磁脉冲武器，其有效作战半径达10公里。1998年，俄罗斯发明了重8公斤的小型强电流电子加速器，爆炸时发出X射线、高功率微波，可破坏电子设备。,1999年3月，美国在对南联盟的轰炸中，使用了尚在试验中的微波武器，造成南联盟部分地区通信设施瘫痪3个多小时。伊

16、拉克战争中，美军于2003年3月26日，用电磁脉冲弹空袭伊拉克国家电视台，造成其转播信号中断。,36,1,1.7 电磁兼容技术的发展电磁干扰是人们早就发现的电磁现象，它几乎跟电磁效应的现象同时被发现。1888年德国物理学家赫兹首创了天线，第一次把电磁波辐射到自由空间，同时又成功地接收到电磁波，用实验证实了电磁波的存在，从此开始了对电磁干扰问题的实验研究。,1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题，使干扰问题的研究开始走向工程化和产业化。20世纪以来，由于电气电子技术的发展和应用，随着通信、广播等无线电事业的发展，人们逐渐认识到需要对各种电磁干扰进行控制，特别是工业发达国家格外重视控制干扰，

17、他们成立了国家级以及国际间的组织，并发布了一些标准和规范性文件。,38,1,国际电工技术委员会（IEC）国际无线电干扰特别委员会（CISPR）国际电信联盟（ITU）国际无线电咨询委员会（CCIR）国际无线电科学联盟（URSI）跨国电气电子工程师学会电磁兼容专业学会（IEEE EMC-S）国际电线电缆学术讨论会（IWCS）20世纪40年代为了解决飞机通信系统受到电磁干扰造成飞行事故的问题，开始较为系统地进行电磁兼容技术的研究。,60年代以来，现代电子技术向高频、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度和高可靠性方向发展，其应用范围越来越广，渗透到了整个社会的每一个角落。70年代，电磁兼容技术逐渐成为

18、非常活跃的学科领域之一。较大规模的国际性电磁兼容学术会议，每年召开一次。美国最有影响的电子电气工程师协会IEEE的权威杂志，专门设有EMC分册。80年代，美国、德国、日本、前苏联和法国等经济发达国家在电磁兼容研究和应用方面达到了很高的水平。主要研究和应用的内容包括电磁兼容标准和规范、分析设计和预测、试验测量、开发屏蔽导电材料、培训教育和管理等。,20世纪80年代以来，国内电磁兼容学术组织纷纷成立，学术活动频繁开展，1987年召开了第一届全国性电磁兼容性学术会议，1990年在北京成功地举办了第一次国际电磁兼容性学术会议，标志着我国电磁兼容学科的迅速发展并开始参与世界交流。全国无线电干扰标准化技术

19、委员会中国电工技术学会电磁兼容委员会中国电机工程学术电磁干扰专业委员会中国电源学会电磁兼容分会中国通信学会电磁兼容委员会中国电子学会电磁兼容分会中国铁道学会电气化专业学会防干扰学组中国造船学会电磁兼容学组等,41,1,20世纪90年代以来，随着我国国民经济和高科技产业的迅速发展，在航空、航天、通信和电子等部门，电磁兼容技术受到格外重视，并投入了较大的财力和人力建立了一批电磁兼容性试验测试中心，引进了许多先进的电磁干扰及敏感度自动测试系统和试验设备。,由于集成电路集成度的不断增加(如今已进入亚微米量级)，芯片上的线条更窄，线条更多，层数增加且间距更小，因而相互串扰也增加。新材料的应用也给研究工作

20、增加了难度。,研究信息电子设备的电磁泄漏及防护问题时，面临以下一些新的课题：,43,1,纳米技术将成为新世纪的电子热点，从材料到元器件甚至到一个组件的运行机理、检测方法都会有根本性的变化，对这类元器件的EMC设计需要重新认识，要寻求新的测试手段。,研究信息电子设备的电磁泄漏及防护问题时，面临以下一些新的课题：,防电磁泄漏和抗干扰的新材料研制一直是人们关注的热点之一。现有的测量标准及规范都局限于电磁特性的幅度信息，不涉及相位、极化及其他信息成分，在一定程度上限制了信息电子系统的EMC/EMI的分析和检测。EMC/EMI的测试使用天线或探头，在近区弱场测量中，国内已有的场强仪都存在探头扰动待测场的

21、问题，很难定量消除引入的测量误差，需要开发新的光电探头。探头的小型化和微型化及智能化也需进一步开发。,1.8 电磁兼容技术的认证开展电磁兼容认证的重要性1969年联合国人类发展大会上就将电磁波列为环境污染源之一，随着社会的发展，电磁污染必将越来越严重，从保护环境出发必须加以防治。实施电磁兼容认证可有效地抑制用电设备的电磁干扰，保护和净化电磁环境。产品的电磁兼容性能直接影响到产品性能指标的实现和提高。实施电磁兼容认证可提高产品的技术水平和竞争力，促进企业的技术进步。,我国实施电磁兼容认证可适应国际发展趋势，有效保护国内市场。电磁兼容认证的技术要求电磁兼容认证执行标准，涵盖了电磁干扰和抗扰度两个方面的内容，产品根据认证执行标准，满足相应的限值要求。增强电磁兼容认证意识，提高产品竞争力 企业应增强电磁兼容认证意识，适应政府当前目标实现的需要，通过认证提高产品的质量和竞争力，促进企业的技术进步，在新的竞争中处于有利的地位。,47,1,48,1,49,1,