电磁兼容设计-第一章

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1、第1章 电磁兼容概述1.1 电磁兼容简介 1.2 电磁兼容现象 1.3 电磁兼容性的基本概念 1.4 电磁兼容标准和规范1.1 电磁兼容简介1、电磁兼容概念2、电磁环境 电磁环境：军队、系统或平台在预定工作环 境中执行任务时可能遇到的在各种频率范围内电 磁辐射或传导辐射的功率和时间的分布状况。 电磁环境效应:是电磁干扰、电磁脉冲、电磁 辐射对人体、兵器和材料的危害以及闪电和天电 干扰等自然现象效应的总和。 电电磁环环境主要取决于下列因素：（1）电子设备的数量； （2）电子设备的使用方案； （3）电子设备的复杂性以及辐射信号的特性； （4）对电子设备的依赖程度； （5）分析、掌握电磁环境的能力和

2、需求等。 当前电电磁环环境的主要特征：（1）电磁信号的密度强度越来越大； （2）电子设备杂散辐射多 ； （3）无意干扰多、电磁环境变得恶劣 ； （4）有意干扰强 ； 1.2 电磁骚扰现象1、 电磁干扰三要素 电磁干扰源、耦合路径或称耦合途径、敏感 设备，是形成电磁干扰的三要素。电磁干扰源指产生电磁干扰的元件、器件、 设备或自然现象；耦合途径或称耦合通道，指把能量从干扰源 耦合到敏感设备上，并使该设备产生响应的媒介 和通道；敏感设备指对电磁干扰产生响应的设备。1.3 电磁兼容性的基本概念电磁干扰源耦合途径敏感设备电磁干扰效果 系统间干扰 (雷达干扰飞机,移动电台干 扰电视机,输电线的瞬态变化干扰

3、计算机) 系统内部干扰 (雷达发射机能量的泄漏对 雷达接收机的的干扰,地线回路电流引起 无意中的级间耦合，计算机中磁盘驱动器 的磁场对低电平的数字电路的干扰，)电磁(骚扰)干扰源分为：自然干扰源和人为干扰源。自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地 球外层空间的宇宙噪声。人为干扰源一部分是专门用来发射电磁能量的 装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电 设备，称有意发射干扰源。另一部分是在完成自身 功能的同时附带产生电磁能量的发射，如交通车辆 、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器、 工业、医用射频设备等，称无意发射干扰源。 图1 电磁干扰源类别图2 自然干扰源类别自然干扰源雷电放电：

4、 干扰脉冲，从极低频到50MHz沉积静电干扰：沙尘埃、雨点等与导体 表面摩擦产生静电，放电。宇宙干扰： 太阳、月亮、星球、行星和 银河噪声（可见光、红外、无线电频段） ，银河系外层空间。热噪声： 导体、元器件中电子布朗运 动，电子与分子撞击产生短暂的电流小 脉冲。太阳电磁辐射干扰 太阳辐射是太阳射向地球的光能 能量大约为 电子伏特/秒 到达地球表面的太阳辐射能量与纬度/海拔高 度以及时间的变化(年、月、日）有关。太阳辐射光谱辐辐射光波长长 微米（ ） 紫外线线0.0010.4 紫光0.40.45 蓝蓝光0.450.48 青光0.480.5 绿绿光0.50.535 黄光0.550.6 橙光0.6

5、0.64 红红光0.640.75 红红外线线0.75太阳的大气传输 地球上空20-30公里的高度:臭氧层吸收大量紫外线辐射； 近地面大气层:氧气吸收红光辐射水汽吸收红外线辐射。太阳电磁辐射对元器件的危害 热效应太阳辐射引起的高温或局部过热 光化学效应太阳辐射引起电子电工产品所使用的涂料、 油漆、塑料、纤维和橡胶等变形、退色、失去 光泽、粉化。 导致电子产品的绝缘性能下降，可引起 电子电工产品的老化、氧化、裂缝； 过应力增大静电、 噪声、辐射应力、浪涌冲击对电性能和机械性能的影响 电阻瞬时电离效应使电阻阻值下降永久电离效应使低阻值电阻上升；高阻值电 阻下降。 电容器电容器绝缘电阻下降，漏电损耗加

6、大，电容 减小。 晶体三极管增益 值下降 太阳辐射的危害案例 2000年7月16日，“太阳风暴”造成严重的电 离层暴，电离层的部分临界频率急剧下降或 造成无回波。 造成北京、兰州、拉萨等地通讯全部中断。抗太阳辐射的措施 抗太阳辐射的电路设计对野外、露天工作的电子元器件、电子设备进 行等级实验；选择满足耐辐射技术指标的电子电器，进行抗 辐射电路设计：元器件（复合管）电路（反馈）人为干扰非功能干扰源功能干扰源系统中一部分工作 直接影响另一部分 工作：RF发射机对 接收机的影响系统间的干扰一些主要的人为电磁噪声源有： 弧焊机；(3kHz120MH) RF加热器；(27MHz)工业、科学和医疗设备；交

7、流高压输电线；汽车点火装置；(100MHz)荧光灯；(10kHz1MHz)微波炉；高频电热设备；通信发射机的有意辐射和杂散辐射；电动机。内弹道参数测试系统内弹道参数测试系统95GHz95GHz毫米波前端设计分析毫米波前端设计分析微波：频率300MHz3000GHz，波长1m0.1mm 微波频段分：分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波 可见光：波长0.40.76 人为干扰 由电能转化而来，可分为:工频电场与磁场射频电磁场 工频电场与磁场 彩电、冰箱、洗衣机、电脑、复印机、电熨斗 、洗碗机、电动搅拌器、电烤箱、电吹风、暖 风机、空调机、立体声接收机、吸尘器、电炉 及电灯等，这是家庭及工作场所中工频电磁

8、场 的主要发射源； 高压输电线路、变电站及电动机车、轻轨、磁 悬浮等，这是公众环境中工频电磁场的主要发 射源。 射频电磁场 能够产生射频电磁场的辐射源，其频率要 100KHz。 常见的辐射源（日常环境中随处可见的射频电 磁场发射源） ： 广播及电视发射塔、雷达 移动电话手机及基站 卫星地球站、微波站 微波炉、电子防盗系统等广播电视发射设备 短波、中波广播，高频广播，电视广播等。 主要部门为各地广播电视局辐射特征为大功率定时全向发射；传输信号送 至天线辐射出去。 通信、雷达及导航发射设备 移动通信。包括短波发射台、微波通信站、地 面卫星通信站、移动通信基站、专业通信网站 、各种雷达设备和导航设备

9、等。 雷达及导航多为定向不定时发射，传输信号同 样通过天线辐射出去。工业、科研、医疗高频设备 该类设备把电能转换为热能或其它能量加以利 用，但伴有电磁辐射产生并泄漏出去，引起工 作场所电磁污染。 工业用电磁辐射设备 主要为高频炉（包括高频感应炉、高频淬火炉 、高频溶炼炉、高频焊接炉及电子管的排气、 烤消、退火、封接、钎焊，半导体的外延、区 熔、拉单晶等） 工业、科研、医疗高频设备 塑料热合机（包括高频热合机、塑料焊接机等 ）高频介质加热机 高频烘干机 高频木材烘干机 高频杀菌设备 高频淬火设备 微波破碎机 放电加工机床、各种类型电火花加工设备（包 括高频制模机、线切割机和多头点焊机）等。工业、

10、科研、医疗高频设备 医疗用电磁辐射设备： 主要为高频理疗机 超短波理疗机 紫外线理疗机 高频透热机 微波电疗机 高频烧灼器 微波针灸设备工业、科研、医疗高频设备 科学研究及其它用途电磁辐射设备主要为电子加速器及各种超声波装置电磁灶电力系统电磁辐射 高压输电线包括架空输电线和地下电缆，一般所称高压是指工 作电压在110kV以上； 变电站包括发电厂（升压站）和变压器电站（降压站）。 交通系统电磁辐射干扰 电气化铁路 轻轨及电气化铁道 有轨电车 无轨电车 磁悬浮列车 汽车的点火系统等。 频频率范围围干扰扰源 工频频及音频频 干扰扰50HZ及其谐谐波输电线输电线 ，电电力牵牵 引线线，有线线广播 甚低

11、频频干扰扰 源30KHZ以下雷电电等载频载频 干扰扰源10300KHZ高压压直流输电输电 高次 谐谐波 射频频、视频视频 干扰扰源300KHZ 300MHZ工业业、科学、医疗疗 设备为设备为 、电动电动 机 微波干扰扰源300M 100GHZ微波炉、微波拉力 通信、卫卫星通信发发 射机、雷达电磁干扰频率范围分类家庭中测得的磁场强度测量辐射的环境电平，用电场强度V/m来度 量。除了RF电磁场以外，在工频下始终也存在磁 场，也需关心磁场对健康的潜在危害性。家庭中测测量的位置磁场场强度/（A/m） 离电电炉顶顶20cm4.86离微波炉门门20cm0.4离电电子食品搅搅拌器20cm4离电电气面板20c

12、m0.82离120250V自耦变压变压 器 20cm46.2离烤面包器20cm0.81厨房中心（冰箱）0.1非电离的电磁场暴露安全限值非电离辐射表示诸如微波炉、天线和高射频 电流载流导线等辐射源产生的辐射。电离辐射表示X射线，电磁粒子可引起气体 分子电离的辐射。在西欧、美国和加拿大最早广泛采用的功率 限制是10mW/cm2；频频率范围围E场场场场 强/（V/m）H场场强度/（A/m）1Hz_3.2*10418Hz100003.2*104/f2825Hz100004000/f0.0250.8kHz250/f4/f0.83kHz250/f53kHz150kHz8750.151MHz870.73/f

13、110MHz87/f1/20.73/f10400MHz280.0734002000MHz1.375/f1/20.0037f1/22300GHz610.16ICNIRP推荐的时变电磁场通用公众暴 露参考电平the International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP,国际非电离辐射防护委员会）SAR=比吸收率=按细胞组织质量所吸收的功率（W/kg）条件SAR限值值 /(W/kg)对对整个身体质质量取平均的SAR0.08对对于头头、颈颈和躯干，对对任何1g细细 胞组织组织 取平均的局部SAR1.6在四肢中，对对1

14、0g细细胞取平均的 SAR4从受干扰方面来看，外来噪声是外界干扰， 内部噪声是机内噪声。除此之外，噪声按传递途径分类如图所示。干扰传播的途径如图所示。有通过电源线、信号 线、地线、大地等途径传播的“传导干扰”，也有 通过空间直接传播的“辐射干扰”。这些噪声并不单一存在，而且在传播过程中又会 出现新的复杂噪声。电磁干扰的性质 为了确定电磁干扰源产生的干扰效应，必须确 定电磁干扰源发射的电磁能量的空间、时间、 频率、强度和形式。 电磁干扰的性质可以由以下的参数来描述. 频谱(窄带干扰,宽带干扰) 窄带干扰:带宽从几十到几百Hz. AM,FM,PSK(相移键控),SSB(单边带调制) 的单工无线系统

15、.基本电源输出及其谐波. 宽带干扰:带宽分布在几十到几百MHz, 甚至更宽的范围.这种干扰通常是由上升沿 和下降沿的窄脉冲形成的.脉冲周期愈短,频 谱能量越分散,上升和下降沿越快,频谱的范 围就越宽. 传导干扰与辐射干扰在进行电路分析的时候,低频时按集中 参数处理, 高频时按分布参数处理, 当频 率再高的时候,由于导体损耗(趋肤效应),分 布电感和分布电容的作用,使传导的电流大 为衰减,因而干扰波在低频时侧重于传导干扰，微波频段更趋向于辐射干扰.传导干扰-幅度 用概率表示:正弦的或随机的 热噪声:具有高斯分布的幅度概率:P(x)=标准正态分布传导干扰-波形 电气干扰有不同的干扰波:矩形波,三角波,余弦波,高斯波形.它们的特点是, 上升的斜率越陡,所占的带宽就越宽. 在可靠工作的情况下设计的脉冲波形具有尽可 能慢的上升时间.传导干扰-出现率 干扰信号在时间轴上出现的规律称为出现率 周期性的,非周期性的,随机的.辐射干扰-除了传导干扰的一些特性 描述外，还需用天线理论描述传导干扰必须在干扰源和敏感器之间 有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连 接电路传递到敏感器，发生干扰现象。这 个传输电路可包括导线，设备的导电构件 、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻 、电感、电容和互感元件等。辐射干扰是通过介质以电磁波的形式 传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空 间发