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1、电 磁 干 扰 与 电磁兼容技术,第一章 序言 第二章 电磁干扰 第三章 电磁敏感性 第四章 电磁兼容 第五章 电磁兼容测量 第六章 抗干扰技术 第七章 电磁兼容设计（简介） 第八章 通信系统的电磁兼容 第九章 计算机系统的电磁兼容 第十章 雷电及防雷技术,第一章 序言 11 电磁能的广泛应用 随着科学技术的发展，越来越多的电子、电气设备进入了我们生活和生产的各个领域，例如： 1、通信：电话、电报、传真、无线通信（ 移动通 信）、微波通信、光纤通信、卫星通信* 2、广播电视:中波广播、短波广播、调频广播、电 视广播、数字广播 * 3、家用电器：各种家用电器都要利用电磁能量，例 如：电磁炉、微波
2、炉 、遥控玩具,4、生物医学：灭菌(食品、流动票券、饲料)、诊断(CT、 x射线、磁共振、超声）、理疗（高频、微波）、手术 （激光手术刀、微波手术刀） 5、工业应用：电解（电解铝、生产电石）、电镀、加热 或烘干（微波或红外）、高频炉、电炉（炼钢）、灭 虫（木材、卷烟)、遥控、遥测、遥感 6、农业应用：灭虫（种子）、育苗、磁化水 7、电磁检测：防盗*、探测文物、无损检测、测厚、测湿、 测温、测速 8、雷达：导航（航空、航海）、气象预报、交通管制,9、军事应用：雷达、电子对抗（电子干扰、反 干扰）、激光武器、电磁武器 10、射电天文学：天文观测 这些设备在正常运行的同时也向外辐射电磁能量，可能对其
3、他设备产生不良的影响，甚至造成严重的危害，这就是电磁干扰。据统计，全世界空间电磁能量平均每年增长714。 在有限的空间和有限的频率资源条件下，由于各种电子、电气设备的数量与日俱增，使用的密集程度越来越大，电磁干扰的严重性就越来越突出。,12 电磁辐射的危害 电磁能的广泛应用一方面推动了社会的进步，丰富了人类的物质文化生活,同时也使空间各种频率的电磁辐射越来越强，对人类造成了危害： 、干扰广播、电视、通信信号的接收； 、干扰电子仪器、设备的正常工作，可能造成 信息失误、控制失灵等事故； 、可能引燃一些易燃易爆物质* ，引起爆炸和 火灾； 、较强的电磁辐射对人体的健康有很大的影 响。,例1：美国研
4、制B1轰炸机时电子设备之间的电磁干扰 。 B1轰炸机的机头上装有大量的电子设备* ,分离试验时这些设备都符合技术标准，把这些设备装上机头再测试，许多设备的性能大幅度下降。经过专家们大量的试验和分析，发现是由于这些设备之间相互的电磁干扰造成的。 例2：民兵导弹的飞行故障 。 1962年，民兵导弹进行实弹飞行试验时，前两次都失败了，故障现象相似，都是在第级发动机关机前炸毁了，一个高度为7.6km，另一个为21.8km，炸毁前，用于制导的计算机都受到了脉冲干扰。经过分析和试验，发现故障是由于导弹飞行到一定高度时，在相互绝缘的弹头和弹体之间发生了静电放电，使导弹提前爆炸。,例3：英国谢菲尔德号导弹驱逐
5、舰的惨剧 英阿马岛战争中* ，英国谢菲尔德号导弹驱逐舰上的雷达和通信系统互相干扰，为了确保通信不受干扰而暂时关闭了本舰雷达，导致没有及时发现来袭的飞鱼导弹，造成舰毁人亡的后果。 例4：广州白云机场的导航系统受到严重的干扰。 2002年1月20日，广州白云机场由于附近无线寻呼台发射机群信号的干扰（互调、带外辐射），迫使导航系统关闭通信扇面，导致大量的飞机在空中盘旋等待，使九十多架航班延误，6000多旅客滞留机场。类似事件我国已发生多起。,美国航空无线电委员会（RTCA）也曾在一份文件中提到， 一位旅客在飞机上使用调频收音机使飞机导航系统的指示偏离10以上。,例5：电磁辐射对人体的影响 1、生物体
6、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 ，其中h 6.62 10-34JS 是普朗克常数，f是频率（Hz） 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属于非电离辐射。,、比吸收率（SAR）specific energy absorption rate 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） p ：功率密度，即单位时间、单位体积内的电磁辐射 能量， ：生物体的密度， ：电导率 E ：生物体内的电场强度振幅 生物体吸
7、收辐射场能量，引起体温（或局部体温）升高。,、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30M3000M Hz*，一般成年人的谐振吸收频率约为400 MHz。 3、电磁辐射对人体的影响 目前，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）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
8、官， 例如眼睛、大脑、男性生殖器等。 例如：眼睛的晶状体含有较多的水分，能够吸收较多的微波能量，但血管又较少，不易带走过量的热。在微波照射下，可能眼的表层组织角膜还没有出现伤害，而晶状体已出现水肿。在大强度、长时间作用下会造成晶状体混浊,严重的将导致白内障(100mW/ 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。,、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、食欲不振、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
9、的变化等症状*。 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*。,、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：对于偶极子天线，在天线近区 E1/r3，在
10、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；脉冲波比连续波的影响大。 g、与人体状况的不同而有所差异，人身体条件以及性 别、年龄不同，电磁辐射对机体的影响也不相同。,、电磁辐射防护限值 国家标准电磁辐射防护规定（GB 870288）中规定的公众辐射限值为*： 公众辐射限值是指在一天24小时内， 电磁辐射场量在任意连续6分钟内的平均值应符合表中的要求，全身平均的比吸收率（SAR）应小于0.02W/kg。,13 电磁兼容性概述 1、 电磁兼容的定义 采用一定的技术手段，使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作，并且不干
11、扰其他设备的正常工作，这就是电磁兼容（英文：Electromagnetic Compatibility，缩写为EMC)。在国家标准GB/T4365-1995中对电磁兼容严格的定义是：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。,2、电磁兼容研究涉及的领域 电磁兼容性学科研究的对象不仅限于各种电子、电气设备，而且包括各种电磁环境(自然电磁干扰、核电磁脉冲、静电放电、人为电磁辐射等）对人体的生态效应，信息处理设备因电磁泄漏造成的泄密等*。 电磁兼容性涉及的领域十分广泛，通信、广播电视、科学仪器、信息设备、航空、航天、机车、舰船、电力、军工、医疗设备、计算机
12、、家用电器等领域中都存在电磁干扰和电磁兼容性问题。下表是参加全国电磁兼容学术会议的学术团体：,电磁兼容性学科涉及的理论基础包括电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、通信技术、材料科学、生物医学等等，所以电磁兼容性学科是一门实用性很强的综合性的前沿学科。,为了实现仪器设备之间的电磁兼容，国家针对各种电子、电器产品已经颁布了一系列强制性的电磁兼容执行标准。电磁兼容技术贯穿于电子、电器产品设计、制造、检验、销售的全过程。 图11是表示产品投资效益的曲线，可以看出：电磁兼容问题解决得越早，投资效益越高。如果在产品的立项、设计阶段就解决了电磁兼容技术，电磁兼容措施的有效性最高，产品的成本最低。如果产品已
13、经成批的制造出来了，才发现不符合国家的电磁兼容标准，再采取补救措施，产品的成本就会大大提高。,图11,电磁兼容性学科研究的内容主要包括： 干扰源。 干扰信号的特性。 干扰信号的传播。 被干扰设备（接收器）的研究。 电磁兼容测量技术的研究。 电磁兼容性分析和预测。 抗干扰技术的研究。 电磁兼容性设计。 信息设备电磁泄漏及防护技术。 电磁脉冲及其防护。 电磁兼容标准和规范的研究。,郑州大学信息工程学院自1986年以来一直从事电磁环境和电磁兼容的研究，承担和完成国家自然科学基金项目一项、国家环保局项目一项、河南省和省教委科技攻关项目和自然科学基础研究项目多项。在环境电磁场的测量、理论计算和预测(包括
14、建立数学模型、编制计算程序和应用软件等), 电磁兼容的理论分析、计算、 测量和应用技术等方面都有比较深入的研究，已经形成一个很有特色的研究方向。,第二章 电磁干扰 21 电磁干扰概述 22 电磁干扰源 23 干扰信号的特性 24 干扰信号的传播,21 电磁干扰概述 211 定义：任何可能引起装置、设备或系统性能降 低的电磁现象。（国标GB/T4365-1995） 212 电磁干扰的分类 一、按场的性质分类 电场干扰、磁场干扰、电磁辐射干扰 二、按传播途径分类 传导干扰：通过电路耦合的干扰。（例如导线传 输、电容耦合、电感耦合。） 辐射干扰：通过空间传输的干扰。,例：图21,三、按干扰的来源分类 1、自然干扰 图22 、雷电干扰：雷电放电时，电场强度达到104V/cm以 上，闪电通道中的电流平均可达几万安培， 最大可 达20万安培以上，放电时间在mss数量级，一次闪 电释放的能量就有几万千焦耳， 干扰信号的频率主 要在10100kHz，最高也可以达到100MHz以上。 、宇宙干扰： 来自太阳和其他星系的电磁噪声， 干扰 信号的频率：几十M几十GHz。例如太阳黑子活动 造成的无线电干扰，可造成通信中断。,图22,2、人为干扰 人为干扰是指在人类的生活、交通、生产、科学研究、军事等项活动中产生的电磁干扰，在221节中有较为详细的介绍。 四、按信号的功能分类 功能性干扰：设备
