电磁干扰与电磁兼容课件

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1、电 磁 干 扰 与 电磁兼容技术电磁兼容原理、技术和应用邹澎，清华大学出版社,主讲：马力,第一章绪论 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 绪论,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、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

2、 量，例如：电磁炉、微波炉 、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

3、的同时也向外辐射电磁能 量，可能对其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

4、强的电磁辐射对人体的健康有很大的 影响。,例1：美国研制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

5、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

6、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 是普朗克常数，f是频率（Hz） ，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。 ，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）,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,生物体吸收辐射场能量，引起体温（或局部

7、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30M3000 MHz*，一般成年人的谐振吸收频率约为400 MHz。,2、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。热效应首先损伤人体上对热 比较敏感的器官. 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

8、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、场强与作用时

9、间。,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、与辐射源的距离：对于偶极子天线，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。,d、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。,e、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（

10、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，并且不干扰其他 设备的正常工作，这就是电磁兼容（英文：Electr omagnetic 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,误解：很长时间以来，人们错误地认为干扰抑制技术是纯经验的实验技巧。,EMC设计已发展为一门多学科的、综合性的学科分支。电磁兼容是研究在

11、有限的空间、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。,三方面的含义：,1、电磁环境应是给定的或可预期的。,2、设备电磁骚扰发射符合标准要求。,3、应满足电磁敏感性(EMS)或抗扰度(Immunity) 限值要求。,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。,电磁兼容性学科研究的内容主要包括：, 电磁骚扰源。 骚扰信号的特性。 骚扰信号的传播。 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

12、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。,电磁骚扰源,电磁干扰分析,第二章 电磁干扰21 电磁干扰概述22 电磁骚扰源23 骚扰信号的特性

13、 24 骚扰信号的传播,21 电磁干扰概述,211 定义（国标GB/T4365-1995）,电磁骚扰：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。,1、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。,2、进入九十年代，IEC 60050(161) 扩大了电 磁骚扰的范畴，过去仅指电磁噪声。现在电磁骚扰 还包括了无用信号。,21 电磁干扰概述,211 定义（国标GB/T4365-1995）,电磁骚扰：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的电磁现象。,例1：对于受寻呼台干扰的电视频道而言，该寻 呼台信号对寻

14、呼系统是有用信号，但对被干扰的电 视频道则为无用信号。,例2：此外电磁骚扰还包括了传播媒介自身的变 化，这属于无源骚扰。对短波通信电离层的变化； 对微波通信空气中雨、雾的影响等。,21 电磁干扰概述,211 定义（国标GB/T4365-1995）,电磁干扰：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，即指客观存在的一种 物理现象；它可能引起降级或损害，但不一定已经 形成后果。,电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。,过去在术语上并未将物理现象与其造成的后果划 分明确，统称为干扰(interference)。,进入九十年代，IEC 60050(161)于1990年发布后，

15、 才明确引入了disturbance这一术语!,212 电磁骚扰的分类,一、按场的性质分类： 电场骚扰、磁场骚扰、电磁辐射骚扰,二、按传播途径分类 传导骚扰：通过电路耦合的骚扰。（例如 导线传输、电容耦合、电感耦合。） 辐射骚扰：通过空间传输的骚扰。,例：图21,三、按骚扰的来源分类,1、自然骚扰,、雷电骚扰： 雷电放电时，电 场强度达到10000V/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， 骚扰信号的频 率主要在10100kHz，最高也可以 达到100MHz以上。,、宇宙骚扰： 来自太阳和其 他星

16、系的电磁噪声，骚扰信号的频 率：几十M几十GHz。 例如太阳 黑子活动造成的无线电骚扰，可造 成通信中断。,2、人为骚扰 人为骚扰是指在人类的 生活、交通、生产、科学研 究、军事等项活动中产生的 电磁骚扰，在221节中 有较为详细的介绍。,四、按信号的功能分类 功能性骚扰：设备正常工作时产生的信号对其 它设备的骚扰。 非功能性骚扰：无用的电磁泄漏产生的骚扰。,五、按骚扰的特性分类 频率：射频骚扰（低频、高频、微波） 工频骚扰（50Hz） 静态场骚扰（静电场、恒定磁场）。,波形：连续波骚扰、脉冲波骚扰。,带宽：宽带骚扰、窄带骚扰。,周期性：有规则骚扰：周期性骚扰信号 随机骚扰: 非周期性骚扰信号,213 产生电磁干扰的三个要素,、电磁骚扰源。,、对此类干扰敏感的仪器设备（被干扰体）。,、骚扰信号耦合的通道（传播途径：传导、辐射）。,214 系统内部的干扰与系统之间的干扰,、系统内部的干扰：系统内一部分电路对另一 部分电路的干扰。,例1 汽车内发动机点火系统对车内通信系统的干扰。,例2