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1、承接电子产品研发和技术顾问，欢迎致邮件，QQ: 1014605729电磁兼容基础张 林 昌北京交通大学 抗电磁干扰研究中心2004年10月电磁兼容基础目 录一、电磁兼容定义与重要术语 2二、电磁兼容技术的领域 9三、电磁干扰的危害12四、电磁兼容领域常用测量单位18五、电磁噪声的传播22电磁兼容基础一、电磁兼容的定义与重要术语 Compatibility一词从该术语的英文意义来说，直译应为兼容性。国家标准GB/T 4365-1995制定工作组经过认真讨论达到如下共识：Electromagnetic Compatibility一词，对一门学科、一个领域、一个工业或技术范围来讲，应译为电磁兼容，以
2、便反映整整一个领域，而不仅仅是一项技术指标。而对于设备、分系统、系统的性能参数来说，则应译为电磁兼容性。这一观点已反应在国家标准GB/T 4365-1995电磁兼容术语中了。 IEEE学报(Transaction)的“射频干扰”(Radio Frequency Interference_RFI)分册于1964年改名为“电磁兼容”(EMC)分册，距今已40年了。我们可以此做为电磁兼容学科形成的标志，但是发展最快的还是近二十年时间。与其他重要的新兴学科一样，电磁兼容的定义也有多种，且多少有所差别。在相应的国家标准及国家军用标准中都有明确的规定。按GB/T 4365其定义为：“设备或系统在其电磁环境
3、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”。按国家军用标准GJB 72-85电磁干扰和电磁兼容性名词术语其定义为：“设备(分系统、系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其它设备(分系统、系统)，因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。”作者认为，下列定义可能更深刻：“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。”电磁兼容学科包含的内容十分广泛，实用性很强。几乎所有的现代工业包括
4、电力、通信、交通、航天、军工、计算机、医疗等都必须解决电磁兼容问题。电磁兼容学科涉及的理论基础包括数学、电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析、通信理论、材料科学、生物医学等等。所以可以说电磁兼容学科是一门尖端的综合性学科，同时又紧密的与工业生产、与质量控制相联系。可以说，目前人类享受到高科技带给人们的各种效益，是同人类几十年来在电磁兼容方面所进行的努力密不可分的。与此同时，由于电能的越来越广泛地应用，许多电磁干扰问题仍在困惑着、制约着人们的生产与生活，电磁兼容问题将越来越复杂，电磁兼容的重要性越来越受到人们的重视。工业产品的电磁兼容认证就是优化电磁环境、改善电磁兼容性的必要手段。特别
5、应该注意，国内外大量的经验表明，在产品的研制生产过程中越早注意解决电磁兼容性，则越可以节约人力与物力(图1)。 为了对电磁兼容这一学科的理解，有必要介绍一些重要的或易于出现理解错误的术语及其定义。下列各术语的定义主要引自国家标准GB/T 4365-2003电工术语 电磁兼容。此外，少量引自跨国电气与电子工程师学会的电气与电子标准词典(IEEE Standard Dictionary of Electricaland Electronics Terms)。引自此书的名词，以星号(*)标明。各术语的定义与解释，凡引用的原文，均以引号标明， 图1 早期解决电磁无引号的部分为作者给予的解释。 兼容性的
6、必要性 1.电磁环境 electromagnetic environment “存在于给定场所的所有电磁现象的总和”。 “给定场所”即空间；“所有电磁现象”包括了全部时间与全部频谱。所以电磁环境的三个要素是空间、时间与频谱。 2.无线电环境 radio environment “a.无线电频率范围内的电磁环境。 b.在给定场所内所有处于工作状态的无线电发射机产生的电磁场总和。” 本名词与电磁环境区别之处主要在于频率范围。一般可认为无线电频率从10kHz开始向上。而电磁现象则包括所有频率，除包括无线电频率之外，还包括所有低频与直流电磁现象。类似的使用场合还很多。 3.电磁辐射 electroma
7、gnetic radiation “a.能量以电磁波形式由源发射到空间的现象。 b.能量以电磁波形式在空间传播。 注：电磁辐射一词的含义有时也可引伸，将电磁感应现象也包括在内。”实际上，在环境保护领域，电磁辐射是指能量通过空间传播的所有现象，而不论其是否以电磁波的形式还是以电磁感应或静电感应的形式。也就是说，频率从0Hz开始，能量以电、磁、或电磁波的形式传播的所有现象。从这一角度看，环保领域的电磁辐射对传统的概念有所扩展。4.电磁骚扰 electromagnetic disturbance“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。注：电磁骚扰可能是电磁
8、噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。”对于环境系统，值得重点关注的是无用信号对有生命物质产生的损害作用的电磁现象。disturbance是进入20世纪90年代才引入的术语。用来区分物理现象本身与其造成的后果。5.电磁干扰 electromagnetic interference“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。”由以上两个术语可见，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。 6.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。”由此可见，噪声
9、与信号的区别，主要在于是否携带信息。 7.无用信号 unwanted signal, undesired signal “可能损害有用信号接收的信号。” 无用信号可以有两种情况。一种情况是，该信号对本系统是有用的，而对其他系统是有害的。例如：传呼台的基站信号如果可能损害公众的电视接收，则对传呼台来说该信号为有用信号，而对于电视接收机来说，为无用信号。另一种情况是，对本系统和其他系统都是无用的。例如：某发射机如果其寄生辐射(谐波等)超过相应的国家标准，则有可能损害在其谐波频段工作的其他接收设备。这些寄生辐射不但对于被损害的系统，对该发射机来说，也是属于无用信号。 8.干扰信号 interferi
10、ng signal“损害有用信号接收的信号。”比较以上两条术语可见，差别仅在于无用信号，是“可能损害”，而干扰信号是“损害”。表明无用信号在某些条件下还是无害的，而干扰信号在任何情况下都是有害的。9.(性能)降低 degradation(of Performance)装置、设备或系统的工作性能与正常性能的非期望偏离。注：“降低”一词可用于暂时失效，或永久失效。10.电磁发射 electromagnetic emission“从源向外发出电磁能的现象。”11.(无线电通信中的)发射 emission(in radio communication) “由无线电发射台产生并向外发出无线电波或信号的现
11、象”。由上可见，在电磁兼容领域中的电磁发射与无线通信中的发射含义并不完全相同。电磁发射既包括辐射发射也包括传导发射，一些本来做其他用途的部件(如电线、电缆等)也可能充当了发射部件的作用。而无线通信中的发射则专指由发射台及专门设计的发射部件(如天线)发出的以无线电波形式传播的电磁能量。虽然无线通信中的发射也使用emission，但更多的是使用transmission。在环境保护领域，电磁发射和无线通信中的发射两个术语均经常出现。12.(时变量的)电平 level(of atine varying guantity)“用规定方式在规定时间间隔内求得的诸如功率或场参数等时变量的平均值或加权值。注：电
12、平可用对数表示，例如相对于某一参考值的分贝数。”level一词，在强电领域习惯译为“水平”。13.(电磁波的)场强 field strength(of electromagnetic wave)* “为通用术语，常用于表示场矢量的幅值。一般用伏每米表示。但也可表示磁场矢量的幅值，用安(安匝)每米表示。注：对于高于100MHz或甚至高于1GHz的远区场强有时用功率(流)密度表示。在自由空间，对于线极化波： S=E 2/(/) 1/2 式中：S功率密度，W/m2； E电场强度，V/m； ，分别为自由空间的磁导率与电导率，(/)1/2=120”。14.电场强度 electric field stre
13、ngth*电场强度的定义，对不同领域，略有不同。下面仅列举两个与环境保护有关的内容。对源于交流电源线的工频电场强度的定义为：“对于空间某点，位于该点的正电荷所受的力对该电荷电量的比值(当该电量趋近于零时)的极限。”空间某点的电场强度是一个矢量，该矢量被沿着直角坐标轴的三个分量所确定。对于稳态的正弦场，每个空间分量又都是一个复量(或向量)。该分量的幅值以其每米的均方根植(rms)电压表示(Vrms/m)。但该分量的相角就不那么简单。实际上，它除了有一个空间方向(角度)之外，它还有一个是时间函数的相角。这就是我们常说的正弦工频电压的相位。当测量工频电场强度时，如果仪器的探头不是全向的，则应改变探头
14、方向以寻找空间矢量的方向；而时间函数的相角，则在仪器内部求均方根值的过程中予以考虑(见均方根值检波术语)。对于无线电波的传播，电场强度的定义为：“电场矢量的幅值。”15.磁场强度 magnetic field strength*由电流产生的磁场强度反应了电流在空间某点产生的力。其定义为：“邻近一个流有电流电路的某点P，该点的磁场强度可以在下列假设下计算：电路的每个非常小长度(长度元)的电流(电流元)都在该点产生一个非常小的磁力。这样，在该点的磁力是电路中所有电流元作用的矢量和。在P点，由于距该点r处长度元ds的电流元di作用的磁力dH，具有垂直于ds(即垂直于电流i)的方向。其幅值等于ids sin/r 2式中：长度元ds与r方向的夹角。以矢量表示： dH=irds/r 2 对于无线电波传播，磁场强度的定义为：“磁场矢量的幅值。”16.功率密度 power density*对于电磁波的功率密度，其定义为：“垂直于波传播方向的单位截面积的发射功率。”对于无线电波传播，功率密
