電磁兼容課件：1. 電磁兼容基本概念

1、1 電磁兼容基本概念教材和參考文獻 趙惇殳, 邱成悌,蔣全興. 電子設備結構設計原理.東南大學出版社, 2005周希朗. 電磁場理論與微波技術基礎(第二版). 東南大學出版社, 2010Clayton R. Paul. Introduction to electromagnetic Compatibility. A WILEY-INTERSCIENCE PUBLICATION, 1992電磁兼容原理與應用，韋斯頓（加拿大），機工業(yè)出版社，2006主要內容電磁兼容術語和定義1.11.21.31.4電磁騷擾源引言電磁干擾三要素1.1 引言什么是電磁兼容性？ 電磁兼容-E1ectromagnetic

2、 Compatibility簡寫為EMC。國際電工委員會（IEC）對EMC的定義是：指在不損害信號所含信息的條件下，信號和干擾能夠共存。 當電機 或電子裝置在運作期間，其因電力所產生的電磁力不會干擾其他裝置的正常運作性能時，則稱這些裝置具電磁兼容性。研究電磁兼容的目的是為了保證電器組件或裝置在電磁環(huán)境中能夠具有正常工作的能力，以及研究電磁波對社會生產活動和人體健康造成危害的機理和預防措施。1.1 引言1.1 引言繼水質污染、大氣污染、噪聲污染之后，電磁污 染已被世界公認為第四大污染電磁環(huán)境一旦受到嚴重污染則會帶來一系列經濟 和社會問題，治理恢復則非常困難1975年專家曾預言，隨著城市人口的迅速

3、增長， 汽車、電子、通信、計算機與電氣設備大量進入 家庭，空間人為電磁能量每年增長714。25年后環(huán)境電磁能量密度最高可增加26倍，50年可增 加700倍，21世紀電磁環(huán)境惡化已成定局1.1 引言頻率范圍：0400GHz1.1 引言宇宙射線 射線 X射線 紫外線 可見光紅外線微波毫米波厘米波分米波超短波短波中波長波無 線 電 波研究對象：除傳統(tǒng)設施外，涉及芯片級，直到 各型艦船、航天飛機、洲際導彈，甚至整個地 球的電磁環(huán)境各國都注重EMC教育和培訓及學術交流，以 1994年為例，就舉辦了25次國際性的一流學術 交流會和培訓班研究的熱點已涉及社會許多方面，如計算機安 全、電信設備電磁兼容、航空航

4、天、武器系 統(tǒng)、電磁場生物效應、地震電磁現(xiàn)象1.1 引言各國已陸續(xù)取得不少成果我國對電磁環(huán)境學重要性的認識還很不夠，目 前僅有少數(shù)單位從事相關研究隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，電磁環(huán)境日益復雜惡劣的電磁環(huán)境還會對人類及生態(tài)產生不良的 影響電磁兼容學正是為解決這類問題而迅速發(fā)展起 來的一門新興學科1.1 引言主要內容電磁兼容術語和定義1.11.21.31.4電磁騷擾源引言電磁干擾三要素電磁兼容 Electromagnetic Compatibility。Bernhard Keiser：設備不相互干擾，都能正常工作。 國際電工委員會(IEC)、美國國防部、IEEE 等的名詞標準字典都對EMC下了定義。E

5、MC學科領域范圍日益擴大，現(xiàn)已不只限于電子設備本身，還涉及到電磁污染、電磁饑餓等一系列生態(tài)效應問題以及其他多方面 的問題， “ 電磁兼容 ” 一詞似已不能包含 EMC學科的全部內容1.2 電磁兼容術語和定義電磁兼容 Electromagnetic Compatibility。日本：EMC是一門獨立的學科，隨著電磁能量利用的發(fā)展，它將研究、預測并控制變化著的地球和天體周圍的電磁環(huán)境、為了協(xié)調環(huán)境所采取控制方法、各項電氣規(guī)程的制定以及電磁環(huán)境的協(xié)調和電磁能量 的合理應用等。環(huán)境電磁學、電磁環(huán)境學1.2 電磁兼容術語和定義。 對一門學科、一個領域、一個工業(yè)或技術范 圍來講，應譯為“電磁兼容”，反映整

6、整一個 領域，而不僅僅是單項技術指標。 對于設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)的性能參數(shù)來說， 則應譯為“電磁兼容性”1.2 電磁兼容術語和定義。 GB/T 4365-1995電磁兼容術語：設備或 系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力 等同采用IEC60050電磁兼容術語。 電磁兼容是研究在有限的空間、有限的時間、 有限的頻譜資源條件下，各種用電設備 (分系 統(tǒng)、系統(tǒng)，廣義的還包括生物體)可以共存并不 致引起降級的一門科學電磁兼容1.2 電磁兼容術語和定義基本要素：空間、時間、頻譜例：航空母艦 空間位置有限：如美國尼米茲 (NIMITZ) 航空母艦長 332.9m，寬

7、48m，甲板上下需裝設各種收、發(fā)信機數(shù)十 部、各種天線數(shù)十付，還有其他各種用電設備 時間：全天24小時，所有的設備與分系統(tǒng)都需要在這些 時間內工作，作戰(zhàn)時，幾乎所有的設備都進入工作狀態(tài) 頻譜：現(xiàn)在由國際電聯(lián)(ITU)已經規(guī)劃的可以利用的無線 電頻譜在10kHz400GHz之間，頻率再低則進入音頻， 而再高則進入光波，任何一種無線電業(yè)務都脫離不開這 一頻譜范圍電磁兼容1.2 電磁兼容術語和定義電磁環(huán)境Electromagnetic environment (EME)存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和。 “給定場所”即“空間”；“所有電磁現(xiàn)象”包括了全部“時間” 與全部“頻譜”IEEE定義:一個設

8、備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)在完成其規(guī)定 任務時可能遇到的輻射或傳導電磁發(fā)射電平在各個 不同頻段內的功率與時間分布。即存在于一個給定 位置的電磁現(xiàn)象的總和。電磁環(huán)境有時可用場強表 示1.2 電磁兼容術語和定義電磁環(huán)境效應EME effects (E3)電磁環(huán)境對電子或電氣系統(tǒng)、設備或裝置的工 作性能的影響。包括所有電磁學科：。電磁兼容；。電磁干擾；。電磁易損性；。電磁脈沖；。電子系統(tǒng)抗干擾對策；。電磁輻射對軍火及易揮發(fā)物的危害1.2 電磁兼容術語和定義過電壓 Overvoltage超過額定電壓的電壓1.2 電磁兼容術語和定義(電磁)發(fā)射(electromagnetic) emission從源向外發(fā)出電磁能

9、的現(xiàn)象。包含傳導發(fā)射、輻射發(fā)射，是無意的，而通信中 的發(fā)射主要指輻射發(fā)射1.2 電磁兼容術語和定義噪聲(Noise)影響信號并可能使信號攜帶的信息產生畸變的一 種干擾。 電路中除希望信號以外的任何電信號，均定義為噪聲。 由電路非線性導致的失真電信號，雖然也不是人們希 望的信號，但是它不稱為噪聲，屬于電路設計問題1.2 電磁兼容術語和定義干擾(Interference)由于一種或多種發(fā)射、輻射、感應或其組合所產生 的無用能量對電子設備的接收產生的影響，其表現(xiàn) 為性能下降，誤動或信息丟失，嚴重時出現(xiàn)設備損 壞，如不存在這種無用能量則此后果可以避免。 由噪聲導致的不希望的結果稱之為干擾。 噪聲和干擾

10、的區(qū)別：噪聲是原因，干擾是后果；噪聲是 無法消除的，它只能被削弱到一定程度，直到它不產生 干擾1.2 電磁兼容術語和定義敏感度(Susceptibility) 一臺設備或一個電路承受噪聲能量的能力1.2 電磁兼容術語和定義(性能)降低degradation (of performance)裝置、設備或系統(tǒng)的工作性能與正常性能的非期望 偏離此種非期望偏離(指向壞的方向偏離)并不意味著一 定會被使用者覺察，但也應視為性能降低。舉例。 一個接收靈敏度指標為lV的手機，在可以使天線終端獲 得10V的有用信號場中工作正常。 若由于某種電磁干擾(例如大干擾信號阻塞)使該手機的靈 敏度壞至5V，此時應視為該

11、機工作性能已降低，但使用 者并不會覺察到通信質量下降。因其工作地點的場強足夠 強，使送至接收機的信號(10 V)仍大于已受干擾的、靈敏 度已下降的接收機的要求(5V)的緣故1.2 電磁兼容術語和定義電磁騷擾(electromagnetic disturbance)任何可能引起裝置、設備或系統(tǒng)性能降低或對有生 命或無生命物質產生損害作用的電磁現(xiàn)象。 電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變 化。 進入九十年代， IEC60050(161)擴大了電磁騷擾的范 疇，過去僅指電磁噪聲。現(xiàn)在電磁騷擾還包括了無用信號。 例1：對于受尋呼臺干擾的電視頻道而言，該尋呼臺信號 對尋呼系統(tǒng)是有用信號，但

12、對被干擾的電視頻道則為無用 信號。 例2：此外電磁騷擾還包括了傳播媒介自身的變化，這屬 于無源騷擾。對短波通信電離層的變化；對微波通信空氣 中雨、霧的影響等1.2 電磁兼容術語和定義電磁干擾 electromagnetic interference電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。 電磁騷擾僅僅是電磁現(xiàn)象，即指客觀存在的一種物理現(xiàn) 象；它可能引起降級或損害，但不一定已經形成后果。 電磁干擾是由電磁騷擾引起的后果。 過去在術語上并未將物理現(xiàn)象與其造成的后果劃分明確， 統(tǒng)稱為干擾(interference)。 進入九十年代，IEC 60050(161)于1990年發(fā)布后，才明 確引入了

13、disturbance這一術語，為了與過去慣用的干擾 一詞明確分開，中譯文稱之為“騷擾”1.2 電磁兼容術語和定義無用信號unwanted signal, undesired signal可能損害有用信號接收的信號干擾信號 (interfering signal)損害有用信號接收的 信號。 無用信號在某些條件下還是有用的無害的。 而干擾信號任何情況下都是有害的。 過去認為“干擾 ”與 “信號 ”是一個對立面，信號是有用 的，干擾是有害的。但根據(jù)新的國家標準，信號可以是 有用的，也可以是無用的；可以是無害的，也可能是有 害的。取決于它的定語1.2 電磁兼容術語和定義(對騷擾的)抗擾度 immun

14、ity (to a disturbance)裝置、設備或系統(tǒng)面臨電磁騷擾不降低運行性能的能力。 在GB/T4365-1995中將immunity譯為“抗擾性”，根據(jù)多 數(shù)專家意見，認為譯為“抗擾度”更合適(電磁)敏感性 (electromagnetic) susceptibility (EMS)在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。 敏感性高，抗擾度低。 二者從不同的角度反應裝置、設備或系統(tǒng)的抗干擾的能力。 軍用標體系常用敏感性這一術語；而民用標準體系慣用抗 擾度一詞1.2 電磁兼容術語和定義(時變量的)電平level (of time varying quantit

15、y)用規(guī)定方式在規(guī)定時間間隔內求得的諸如功率或場 參數(shù)等時變量的平均值或加權值。電平可用對數(shù)來表示，例如相對某一參考值的分貝數(shù)。level一詞，在強電領域習慣譯為“水平”，如 “l(fā)ightning withstand level”譯為“耐雷水平”騷擾限值(允許值) limit of disturbance對應于規(guī) 定測量方法的最大電磁騷擾允許電平。限值是人為制定的一個電平，在規(guī)定限值時一定需要 規(guī)定測量方法?！霸试S值”一詞是我國過去對limit一詞的譯法。按國家 標準，應首選“限值”這一譯名1.2 電磁兼容術語和定義干擾限值(允許值) limit of interference電磁騷擾使裝置、

16、設備或系統(tǒng)最大允許的性能降 低。 干擾限值是性能降低的指標，而不是電磁現(xiàn)象的指標(電磁)兼容電平(EM) compatibility level預期加 在工作于指定條件的裝置、設備或系統(tǒng)上規(guī)定的 最大電磁騷擾電平。 電磁兼容電平并非絕對最大值，而可能以小概率超出1.2 電磁兼容術語和定義(騷擾源的)發(fā)射電平emission level (of a disturbance source)用規(guī)定的方法測得的由某一裝置、設備或系統(tǒng) 發(fā)射的某給定電磁騷擾電平。 “某給定電磁騷擾”指的是某種電磁場的量，例如，功 率、電壓、場強、頻率1.2 電磁兼容術語和定義(來自騷擾源的)發(fā)射限值emission li

17、mit (from a disturbance source)規(guī)定電磁騷擾源的最大發(fā)射電平。 此術語應按其解釋去理解，也就是說，是人為規(guī)定 的，而不是騷擾源本身的特性發(fā)射裕量emission margin裝置、設備或系統(tǒng) 的電磁兼容電平與發(fā)射限值之間的差值1.2 電磁兼容術語和定義抗擾度電平immunity level將某給定的電磁騷擾施加于某一裝置、設備或系 統(tǒng)而其仍能正常工作并保持所需性能等級時的最 大騷擾電平。 超過此電平，該裝置、設備或系統(tǒng)就會出現(xiàn)性能降 低。 敏感性電平，是指剛剛開始出現(xiàn)性能降低的電平 所以對某一裝置、設備、或系統(tǒng)而言擾抗性電平與敏感 性電平是同一個數(shù)值1.2 電磁兼

18、容術語和定義抗擾度限值immunity limit規(guī)定的最小抗擾度電平。 限值”是人為規(guī)定的參數(shù)，而“電平”是裝置、設備或系 統(tǒng)本身的特性抗擾度裕量immunity margin：裝置、設備或系統(tǒng)的抗擾度限值與電磁兼容電平 之間的差值1.2 電磁兼容術語和定義(電磁)兼容裕量(electromagnetic) compatibility margin裝置、設備或系統(tǒng)的抗擾度電平與騷擾源的發(fā)射限值之間的差值1.2 電磁兼容術語和定義發(fā)射/抗擾度限值、兼容電平1.2 電磁兼容術語和定義分貝的概念P1分貝數(shù) 10 lg P21電壓增益分貝數(shù) 20 lg V2VI1電流增益分貝數(shù) 20 lg I 2用

19、分貝表示功率、電壓和電流的絕對值1WdBW 10 lgP1mWP dBmW 10 lgdBmW 10 lg1.2 電磁兼容術語和定義1mWP 分貝的應用一個設備在進行輻射發(fā)射試驗時發(fā)現(xiàn)在某個頻率上有超標發(fā) 射，經過分析有五個地方可能是泄漏源。 去掉一個泄漏源：輻射改善201g1/(4/5)=1.9 dB。 去掉兩個泄漏源：輻射改善201g1/(3/5)=4.4 dB。 去掉三個泄漏源：輻射改善201g1/(2/5)=7.9 dB。 去掉四個泄漏源：輻射改善201g1/(1/5)=13.9 dB。 去掉五個泄漏源：輻射改善201gl/(0/5)= dB1.2 電磁兼容術語和定義主要內容電磁兼容術語和定義1.11.21.31.4電磁騷擾源引言電磁干擾三要素 電磁兼容三要素 騷擾源、敏感設備與耦合途徑騷擾源輻射耦合途徑傳導1.3 電磁干擾三要素騷擾 接收機傳導耦合：在騷擾源與敏感設備