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1、电磁兼容概论,孙亚秀哈尔滨工程大学 舰船电磁兼容研究中心,课程中文名称：电磁兼容概论 英文名称 ：Introduction to Electromagnetic Compatibility 学时/学分：32/2适用方向：舰船电磁兼容任课教师： 孙亚秀,教学目的,电磁干扰和电磁污染的危害日益严重在科技飞速发展的现代社会，人们已经进入了一个高度文明的电子信息时代，同时由于现代科技的高速发展，射频设备功率成倍增加，地面上的电磁辐射大幅度增加，目前已达到直接威胁人体健康的程度。而且随着电子技术、计算机技术的发展，一个系统中采用的电气及电子设备数量也在增加，信息传输速率提高，灵敏度提高，因此，电磁兼容问
2、题日益突出。 电磁兼容标准强制实施为了规范电子产品的电磁兼容性，所有的发达国家和部分发展中国家都制定了电磁兼容标准。 市场竞争日益激烈电子、电器产品的电磁兼容性是一项非常重要的质量指标，随着中国国家强制认证的出台和不断完善，企业对电磁兼容的要求日益提高，所以要想使产品能先占领市场，必须缩短产品的开发周期而且要满足相应的电磁兼容标准。,教学方式,理论讲授: 幻灯片、板书课堂讨论自学,教材和参考文献,电磁兼容导论，clayton R.Paul 著，闻映红译，机械工业出版社，2005 电磁兼容原理与应用，韦斯顿（加拿大），机工业出版社，2006 电磁兼容设计基础及干扰抑制技术，钱照明，浙江大学出版社
3、，2000 电磁兼容性原理及应用 ， 湖北省电磁兼容学会 编，国防工业出版社，1996,电磁兼容概论,第一部分 电磁兼容基础知识 介绍电磁兼容的历史、基本概念和术语、国内外标准及制定标准的委员会、电磁干扰测量设备和方法、测量单位、电磁干扰形成的三要素等。 第二部分 电磁兼容的基本抑制技术 简单介绍屏蔽技术、滤波技术、接地和搭接技术。 第三部分 线路板和电缆的电磁兼容性设计 介绍PCB板的电磁兼容性设计原则和电缆的干扰耦合机理的产生及相应的抑制措施，并结合实际情况介绍电磁干扰的诊断过程及解决方法。,第四部分 通信系统中的电磁干扰 介绍发射机的杂散发射、无线电波的杂散干扰和移动通信的电波干扰等 第
4、五部分 通信系统中的电磁兼容技术 介绍无线通信的频率配置、频道间隔和频道的分组方式，无线电频率的电磁兼容技术、蜂窝移动通信的电磁兼容技术等。 第六部分 通信系统中的电磁兼容标准和测量方法 介绍国内外通信系统的电磁兼容标准和相应的测量设备及方法。,第一部分 电磁兼容基础知识,电磁干扰与电磁污染的危害案例 电磁兼容的重要术语 电磁兼容的测量单位 电磁耦合机理与干扰发射,常见案例 汽车发动机的点火会对电视机造成干扰，并以条纹方式出现在电视画面上; 手机来电时使电视或计算机显示器出现杂乱的画面，使收音机收到噪声; 冰箱压缩机启动时，造成家用计算机的错误动作等。,电磁干扰与电磁污染的危害案例,民航领域
5、1992年，深圳国际机场由于雷电导致设备过电压，25套通讯、雷达、导航设备中有5套损坏，几乎使机场停业; 1996年，广州白云机场由于雷电导致指挥系统故障而被迫关闭机场。 美国航空无线电委员会曾在一份文件中提到，由于没有采取对电磁骚扰的防护措施，一位乘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。因此，1993年美国西北航空公司发表公告，限制乘客在飞机上使用移动电话、调频收音机等，以免骚扰导航系统。,航天军事领域 1971年，欧罗巴型火箭首次发射，升空后105s，高度约27km，制导计算机发生故障，姿态失控，约lmin后，火箭炸毁。调查发现，火箭在主动段飞行中产生了静电荷，静电放电
6、引起计算机故障，从而导致飞行失败。 1982年至1988年间，美国黑鹰直升机发生了多起坠机事件，导致22名现役军人死亡。调查表明，大多数坠机事件都是由于直升机飞得距无线电发射机太近，飞行控制系统受这些电磁发射的影响，导致了这些坠机事件。,1992年医疗设备的失灵塑料焊接机对病人的监控系统产生了干扰，致使没有探测到病人手臂中的血液循环停止，后来这位病人的手臂被切除 1989年南京的雷电引起的油库爆炸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,人类健康的潜在危险电磁辐射大于一定限值时，会使人产生失眠、嗜睡等植物神经功能紊乱，以及脱发、白血球下降、视力模糊、晶状体混浊、心电图改变等症状。手
7、机20%的辐射功率都被脑部吸收了，平时对基站的无线电信号的接受对波及范围的人影响不大，但当发话时，其顶部的发射天线附近会产生较强的高频电磁波，510cm处范围可达100500W/cm2 微波老鼠丧失记忆报告对老鼠进行了45分钟的低能量辐射，大体上相当于一部移动电话发射的能量，结果发现，老鼠在接受辐射后短时间内产生了头脑混乱的现象,1982年马岛战争的谢菲尔德号击沉事件,被AM-39“飞鱼”反舰导弹击中的“谢菲尔德”号驱逐舰,法国“超军旗”舰载攻击机,“飞鱼”反舰导弹击中目标的瞬间,电磁兼容的重要术语,电磁骚扰 (Electromagnetic Disturbance)任何可能引起装置、设备或系
8、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。注：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。电磁干扰 (Electromagnetic Interference - EMI)由电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。区别：电磁骚扰仅仅是指客观存在的一种电磁现象，它可能造成损害，但不一定已经形成 后果。而电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。“电磁骚扰”和“电磁干扰”分别表 示“原因”与“后果”。过去“骚扰”与“干扰”常混用。,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。噪声和信号的区别在于是否携带信
9、息。电磁兼容 (Electromagnetic Compatibility EMC)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”GB/T 4365-2003电工术语 电磁兼容“电磁兼容是研究在有限的空间、时间、频谱资源条件下，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。”,（对骚扰）抗扰度（immunity to a disturbance） 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 susceptibilityEMS）在存在电磁骚扰的情况下，设备或系统不能避免性能降低的能力。注
10、：敏感度高，抗扰度低。 电磁发射（electromagnetic emission）从源到外发出电磁能量的现象 电磁辐射（electromagnetic radiation）电磁能量以电磁波辐射的形式发射到空间的现象。,耦合途径（coupling path）电磁能量从源到另一电路或装置所经的途径。传导耦合(conducted coupling )在骚扰源与敏感设备之间存在有完整的电路连接，电磁骚扰连接电路从骚扰源传输电磁骚扰至敏感设备。从广义上说，传导发射还包括不同设备、不同电路使用公共地线或公共电源线所产生的公共阻抗耦合。辐射耦合 (radiated coupling)电磁骚扰通过其周围的媒
11、介以电磁波的形式向外传播，骚扰电磁能且按电磁场的规律向周围空间发射。辐射发射有时也将感应现象包括在内。具体包括静电耦合、磁场耦合以及电磁耦合。,差模电压（differential mode voltage）一组规定的带电导体任意两根之间的电压。 共模电压（common mode voltage）每个导体与规定参考点（通常是机壳或地）之间的电压。,电磁兼容的测量单位,1、功率功率的基本单位为瓦(W)，即焦耳/秒(J/s)。为了表示宽的量程范围，常常引用两个相同量比值的常用对数，以“贝尔”为单位。,贝尔是个较大的值。为了使用方便，采用贝尔的1/10，即分贝(dB),采用分贝作单位的优点：压大增小、
12、乘除变加减,绝对分贝：如P1为1W，P2/ P1是相对于1W的比值，即以1W为0dB。 此时，是以带有功率量纲的dB表示P2，则,若以1mW为0dB，则此时的P2亦应以mW为单位，分贝毫瓦的表示式为:,换算关系：0dBm=-30dBW (注：dBm、dB),注意：dBm代表分贝毫瓦，0dBm代表30dBW,2.电压,式中：P功率，W；V降在纯电阻R上的电压，V；R电阻，。 若以分贝表示，上式可写为：,式中的第一项即为电压的分贝值。,电压分贝,在电磁兼容领域，电压分贝常用V为单位， 此时V11V，即dB以1V为0dB。,0dB即120dBV,注意：dB代表电压分贝,dB与dBm之间的关系,式中：
13、P功率，W；V降在电阻R上的电压，V；R电阻，若令R =50 。 若令R =50 ,将上式取分贝：,3.电流,功率与电流的量纲换算：,式中：IA以A为单位的电流。,4.功率密度,功率密度：单位时间垂直通过单位面积的电磁场能量， 也叫能流密度或坡印廷矢量,功率密度的基本单位为W/m2(电场强度Vm;磁场强度A/m), 常用的单位为mW/cm2或W/cm2。 某个以W/m2为单位的量，若换算为mW/cm2或W/cm2为单位。 则换算关系应如下式：,1W/m2=0.1 mW/cm2=100W/cm2,亦即，mW/cm2这一单位比W/m2大十倍。,Z0为波阻抗：,式中：E电场强度，Vm；H磁场强度，A
14、/m；Z空间的波阻抗，,上述公式适用于空间的任意场点，包括远场和近场。但对于满足远场条件的平面波，Z0为自由空间波阻抗，则,则上式变为：,5.磁场强度,写成分贝的形式：,则：,远场平面波的条件下,磁场强度虽然在电磁兼容领域中经常使用，但它并非在国际单位制中的具有专门名称的导出单位。实际工作中，导出单位磁通密度（磁感应强度）B常被采用。,磁通密度与磁场强度的关系,式中:BT以特斯拉为单位的磁通密度,T；介质的绝对磁导率，亨/米(H/m)。在真空中0=410-7H/mHA/m磁场强度,A/m。磁通密度与磁场强度的对数关系（真空中）：,总结：,(远场条件),(真空中),( 50系统),( 50系统),
