电磁兼容讲座之电磁干扰分析和特性

1、电磁兼容讲座之电磁干扰分析和特性1 常见的电磁骚扰源2电磁骚扰的特性3 我们目前的电磁环境4 电磁骚扰的危害 5家庭网络的电磁环境 6有意电磁干扰课程内容国内、外目前军用设备的电磁兼容情况PCB实用电路的电磁兼容设计设备结构的屏蔽设计接地设计产品EMC详细设计输入：产品EMC设计规格书、硬件总体设计方案以及单板硬件详细设计方案输出：单板EMC详细设计方案书原理图EMC设计包括：电源滤波方案复位电路EMC设计方案接口电路EMC设计方案时钟电路EMC设计方案板间连接器插针定义方案等PCB EMC设计包括：PCB分层方案元器件布局方案PCB布线方案板级接地设计包括：单板地的种类及定义各地之间的连接方

2、式版权所有 翻版必究 北京泰派斯特电子技术有限公司产品EMC设计技术点产品EMC需求设计产品EMC规格定义产品系统EMC设计结构EMC设计电缆EMC设计系统电源配电EMC设计系统接地设计产品EMC详细设计原理图EMC设计PCB EMC设计板级接地EMC设计产品EMC阶段评审原理图评审PCB评审结构试装评审版权所有 翻版必究 北京泰派斯特电子技术有限公司产品系统EMC设计输入：硬件总体设计方案输出：产品系统EMC设计方案书结构EMC设计包括：结构总体屏效设计方案缝隙屏蔽设计方案进出线屏蔽设计方案通风孔屏蔽设计方案屏蔽材料选择方案电缆EMC设计包括：电缆分类方案电缆线材选型方案连接器选型方案电缆敷

3、设方案电缆出线方式电源配电EMC设计包括：电源配电电路框图滤波器件选型建议系统接地设计方案版权所有 翻版必究 北京泰派斯特电子技术有限公司电磁兼容讲座提纲军用电子设备与系统电磁兼容性技术的特点及发展军用电子设备与系统的电磁兼容性要求电磁耦合机理与干扰发射机理军用电子设备与系统的电磁兼容性设计军用电子设备与系统的电磁兼容性测试技术结束军用电子设备与系统电磁兼容性技术的特点及发展电磁兼容基本概念军用电子设备的特点及研究范畴军用电子系统的特点及研究范畴军用电子设备与系统的关系国内外军用电子设备与系统电磁兼容性发展概况军用电子设备的特点及研究范畴体积小、功率密度高、集成度高电磁耦合方式以线间耦合、近场

4、耦合、电源与地线耦合为主设备性能可由相关标准（如GJB151A/152A97）加以控制已有较为完善的性能测试与评估的理论、方法和手段， 其研究范畴主要针对设备或分系统级的产品性能。军用电子系统电磁兼容性的特点 军事电子系统中电磁兼容问题最为突出和典型的是飞机导弹舰船和车辆，这些系统的电磁兼容的共性特点主要表现为：（1） 频谱高度密集，同时表面存在着大量复杂的反 射结构，致使天线的方向图输入阻抗耦合度的分析非常复杂；（2）体积和空间有限，大量的设备共存于狭小的空间；（3）无线设备多，系统载体表面集中了多部天线；（4）大量不同类型设备共用同一电源和一套地线系统； （5）系统内高低电平设备共存。 军

5、用电子系统电磁兼容性的特点 天线间的耦合将是军事电子系统中最为关键的控制要素。 大功率发射天线对灵敏度很高的天线同频率发射天线对接收天线等都将产生非常强烈的干扰。 尤其是由于天线全向收发功能的要求，致使空间隔离屏 蔽等许多在其他应用环境中行之有效的电磁干扰方法无法使用，因而对其电磁干扰的控制存在着非常大的难度。主要针对系统间电磁环境，如通讯及雷电、核电磁脉冲等的电磁效应等。主要针对系统内部，如分系统间（或系统内各互连模块间）的电磁兼容性能预测、评估以及电磁兼容设计与故障诊断流程控制等。 复杂电子系统的电磁兼容与环境适应性技术系统间电磁兼容研究系统内电磁兼容研究研究范畴 一方面随着通信事业的快速

6、发展，无线电新业务、新技术广泛应用，设置和使用无线电台（站）的数量迅猛增加；一方面无线电干扰逐年上升，相关投诉明显增多，一些无线电发射设备的互调干扰、谐波干扰、杂散干扰超标等现象越来越多，越来越严重，造成大面积的电磁环境恶化，从而出现手机掉线、接收信息中断或乱码、乱呼等现象，严重的已威胁到航空飞行、铁路列调、水上运输和警用通信等方面安全。因此，加强对空中电磁环境保护和电波秩序维护，已经紧迫和现实地摆在了我们面前。军用电子设备兼容性与系统兼容性的关系 各设备的电磁兼容性能直接影响系统的电磁兼容性； GJB151A/152A中所规定的测试项目正是为满足多设备系统正常工作的基本要求； 可依据实际系统

7、组成特点对设备EMC要求进行标准剪裁； 达到电磁兼容性要求的设备组成的系统未必具有良好的EMC性能，必须进行系统电磁兼容设计（布局设计、电源系统设计、接地系统设计、互连设计等）； 系统电磁兼容设计的优劣影响设备功能的发挥 。 国内对军事电子系统电磁兼容技术的研究，主要集中在飞机、舰艇或导弹方面。 对于地面车载系统的研究： 仅对一些装甲、坦克及指挥车辆在联试过程中所出现的电磁兼容问题进行过故障排除； 对同车工作的电台干扰，仅做过单个电台对单个电台的干扰分析； 装车设计主要依据经验设计。 由于缺乏定量分析方法,导致系统联试时问题突出；由于联试涉及影响因素复杂,往往无法准确的对故障进行定位，后续的抑

8、制措施无法有效贯彻落实到系统中。因此，基于模拟仿真的系统电磁兼容性设计显得尤为必要。国内系统电磁兼容性技术的发展概况 广泛采用了SEMCAP、IPP等系统分析软件，较好解决了电磁兼容的问题； 颁布了多部与系统环境效应相关的标准；如MIL-B-5087(1984)、MIL-E-6051(1988)、MIL-STD-1818(1992)以及MIL-STD-464（1997）（系统电磁环境效应要求）；重视对应用环境的适应性以及防电磁信息泄漏的研究；美国在其各种军用飞机、导弹、信息指挥系统以及舰船等装备的研发中，均有详细而系统的电磁兼容分析报告（例如“美军21世纪特遣部队的机动式指挥中心电磁兼容分析报

9、告“），较好的解决了系统所存在的各种战场电磁干扰问题。 国外系统电磁兼容性技术的发展概况指挥自动化系统的电磁兼容性特点 现代战争将是信息高度集中并融合的作战，指挥自动化系统将成为信息化战争的主角，是现代战争胜败的决定性因素。 某型装甲指挥车同时装备有HF电台、VHF电台及GPS、计算机、车通等多个电子设备。 实际样车装车联试时，只开1部HF电台和1部VHF电台，其他电台及设备完全静默，虽然车内环境尚未达到最恶劣的情况，但两部电台也发生了严重的相互干扰，主要干扰现象如下：lVHF电台在30MHz附近发射时，HF电台在2030MHz范围内受到干扰；lHF电台在其发射频率的各次谐波上对超短波电台均有

10、干扰，在谐波点的150KHz 250KHz带宽内话音通讯无法正常进行；8MHz以上频点发射时，出现对VHF电台的全频段干扰，通信信道完全阻塞！ 指挥自动化系统的典型干扰现象 一个复杂的装甲通信车系统，包含了多种车型，系统内有VHF电台、HF电台、GPS/GLONAS定位导航设备、卫星通讯设备等各类无线设备，组成了各类通信指挥网。实现各分系统协同通讯。 在这样一个比较狭小的空间内，另外还有大量的其它兵种的无线通信设备， 致使有限频带内工作频率高度密集、单位体积内的电磁功率密度急剧增大，再加上车内高低电平设备的混用，使得通信系统的应用环境变得极为恶劣。指挥自动化系统的电磁兼容性特点1号UHF全向定

11、位仪雷达天线HF3号VHF全向定位仪后向ADF2号UHF全向定位仪前向ADF2号接收机2号发射机1号发射机1号接收机1号VHF天线2号DEM1号DEM飞行交通控制信标着陆引导2号UHF天线2号自动定向罗盘1号自动定向罗盘气象雷达HF天线VHF天线塔康系统武器引导雷达对空搜索雷达卫星通信发射机对海监视雷达敌我识别系统舰对空导弹电子战干扰机舰首炮UHF天线对海导航雷达对空监视雷达舰船系统的电磁兼容性特点某自行火炮的炮塔总体布置随着现代科技的高速发展，一种看不见、摸不着的污染源日益受到各界的关注，这就是被人们称为“隐形杀手”的电磁辐射。今天，越来越多的电子、电气设备的投入使用使得各种频率的不同能量的

12、电磁波充斥着地球的每一个角落乃至更加广阔的宇宙空间。对于人体这一良导体，电磁波不可避免地会构成一定程度的危害。一.电磁辐射情况英国谢菲尔德号导弹驱逐舰惨剧英阿马岛之战,英国谢菲尔德号导弹驱逐舰由于雷达与通讯网络相互干扰,不能同时工作,当英国谢菲尔德号导弹驱逐舰与英国本土通讯时,恰遇阿根廷的飞鱼导弹来袭,导致了舰毁人亡的惨剧.民兵I导弹飞行故障民兵I导弹的遥测试试验弹多次发射成功后, 1962年开始进行战斗弹炸毁战斗的飞行试验.前两发子弹均遭到失败.这两发子弹的故障现象相似,都是在I级发动机关机前炸毁.炸毁时的高度一个为7.6KM,另一个为21.8KM.在炸毁前,两发导弹的制导计算机均受到脉冲干

13、扰而失灵.经过分析,故障是由于导弹飞行到一定高度时,在相互绝源的弹头结构与弹体之间出现了静电放电,它产生的骚扰脉冲破坏了计算机的正常工作而造成了此次故障.实例在我军砺剑2004演习中，由系统庞大，连接关系复杂，整个投影显示系统存在严重的干扰，无法消除。电磁骚扰危害雷达的电波辐射可能引爆航空母舰的武器弹药。雷达干扰的例子，山坡的草和日光灯加油站不准使用手机导弹误发射德国高速公路屏蔽的问题胶合机干扰小区闭路电视对讲机的干扰医疗设备概念在电子设备及电子产品中，电磁干扰（Electromagnetic Interference）能量通过传导性耦合和辐射性耦合来进行传输。为满足电磁兼容性要求，对传导性耦

14、合需采用滤波技术，即采用EMI滤波器件加以抑制；对辐射性耦合则需采用屏蔽技术加以抑制。在当前电磁频谱日趋密集、单位体积内电磁功率密度急剧增加、高低电平器件或设备大量混合使用等因素而导致设备及系统电磁环境日益恶化的情况下，其重要性就显得更为突出。 自然环境因素一般电磁环境构成因素人为环境因素 雷电电磁辐射源。 静电电磁辐射源。 太阳系和星际电磁辐射源。 地球和大气层电磁场等。 各种电磁发射系统： 电视、广播发射台，无线电台、站，导航系统，通信系统，差转台，干扰台，微波接力站等。 工频电磁辐射系统： 高电压送、变电系统，大电流工频设备，轻轨和干线电气化铁道等。 工业、科学、医疗、商业领域应用的有电

15、磁辐射的各种设备或系统。 以电火花点燃内燃机为动力的各种交通工具和机器设备。 各种家用电器、现代化办公设备、电动工具等。 用于军事目的的强电磁脉冲源： 核电磁脉冲及非核电磁脉冲源如电磁脉冲武器、高功率微波弹和各种电子对抗辐射源等构成电磁环境的各种因素 复杂电磁环境下训练是一种科技含量较高的训练形式，掌握必要的电子战科技知识和作战理论不仅是有效组织与实施复杂电磁环境下部队作战的基础，更是开展复杂电磁环境下训练的前提。 在50年代，一部50W的短波电台通信距离可达1000km；到了80年代，一部250W的短波电台通信距离一般小于500km。 1998年2月12日晚，CCTV1“焦点访谈”节目专门报

16、导了电磁干扰妨碍民航春运事件：该年元月20日，由于大功率寻呼发射机干扰广州机场与飞行在航线上的飞机间的无线电通信联络指挥调度.严重的电磁污染严重的电磁污染 地球上同时工作的发射机有数百万台，最大功率可达兆瓦级。发射机数目逐年增多，功率随之加大，电磁干扰场强也不断增大。面对这种状况，人类会不会陷入“发射机功率增大和数量增多电磁干扰场强增大信噪比下降再次增大和增多发射机功率和数目”的恶性循环?这确实是一个值得注意的问题。 电磁干扰在军事上的应用 在科索沃战争中，北约南联盟的空袭，无论是大战还是小战，只要飞机出动，只要采取军事行动，就必须使用电子干扰装备。采用的装备主要是EC-130H专用通信干扰机

17、和EA-6B“徘徊者”电子战飞机，对预定攻击区域实施全频谱强电磁干扰。EA-6B电子战飞机上装有雷达欺骗、通信干扰、战术杂音干扰和卡盘式箔片撒布等高技术电子对抗装置，主要是远距离干扰和护航干扰任务。具体方式包括发射强干扰电磁波，在进行远距离干扰时，它通常飞行在攻击编队的正前方，用布撒金屑条、投掷红外诱骗弹和实施积极干扰等方法掩护攻击编队。该机还装有反辐射导弹，对南联盟防空、雷达 进行 压制和打击。电磁干扰导弹致使敌方导弹偏离目标 西方军事强国在科索沃战争、伊拉克战争中利用电磁脉冲武器上演的一幕幕“电磁珍珠港事件”给世人敲响了警钟，电磁脉冲武器已成为21世纪的大规模电子破坏性武器；西方某些专家甚

18、至将其称为“21世纪的原子弹”。 强电磁脉冲已成为电子设备的“绝命杀手” 战时，各种电子设备将处于十分恶劣的电磁环境中，一旦其屏蔽和加固条件受到破坏，就将面临严重后果。就目前电子设备的防护现状来说，越是数字化、信息化程度高的基础设施、设备越容易受到攻击。 电磁武器还是隐形武器的克星。除了造型上的独特设计之外，隐形武器的主要秘密在于靠吸波材料吸收电磁波，从而减少电磁波的反射和被发现的概率。普通雷达发射的电磁波因能量弱可以被吸波材料吸收，因此能达到隐身的效果，而电磁脉冲武器的脉冲能量密度大，瞬间就能使吸波材料的温度上升从而使其“原形毕露”。 就象有矛必有盾一样，电磁脉冲打击和防护这一对矛盾正是如此

19、，在对手电磁防护的盾牌尚未铸就之前，电磁打击必然拥有致命的威胁。目前少数国家军队拥有的电磁打击优势在信息化战场上造成了不对称的局面，以至于大多数国家和军队的基础设施和信息化(或者半信息化)装备的软肋完全暴露在潜在敌手的打击下。这种现状如不及时改变，制胜未来就可能变成一句空话 一枚电磁炸弹可能摧毁整个城市的通讯 电磁脉冲武器，轻则可破坏一个城市的供电或金融系统、瘫痪一个战场的指挥控制网络，重则甚至威胁到一个国家的综合安全。透过科索沃战争和伊拉克战争的硝烟，石墨炸弹造成的贝尔格莱德的大停电，微波炸弹造成的巴格达电视转播信号的消失都给世人留下了极其深刻的印象。 美国的一份权威杂志曾对未来战争作过一次

20、有趣的预测：下一次世界灾难降临的时候，你可能看不到蘑菇云，只听见一声遥远的咔嚓声，你还以为是无辜的闪电，你的电脑连同里边的所有数据都将被“烤焦”。这时你发现世界听上去开始有所不同标志文明世界的声音都消失了，你听不到内燃机的轰鸣。除了 柴油机，所有引擎都罢工了，再也发动不了。世界仿佛倒退到200年前，而你却毫发未伤。这并非耸人听闻，因为电磁脉冲武器破坏后的世界就会是这样。 近年来爆发的几场高技术局部战争，美军在每次战争前都首先派出多架电磁干扰飞机，对预定空袭区域进行定向强电磁干扰，“战斧”巡航导弹携带高功率微波弹，以非核爆炸方式产生类似于高空核电磁脉冲的强电磁辐射，直接摧毁或损伤各种敏感电子部件

21、，使对手的雷达、计算机系统等电子装备和互联网失去工作能力，既剪除了对手的“耳目”，又挑断了对手的“神经”，为随后的军事打击铺平了道路。 目前世界上少数国家已经开发出的具有实战价值的电磁脉冲武器可分为三大类：核电磁脉冲武器、高功率微波炮和超宽带电磁辐射器。 1962年7月8日，美国在约翰斯顿岛上空400公里进行了兆吨TNT当量的高空核试验，爆炸引起距离1300公里之外的夏威夷瓦胡岛30多条路灯同时发生故障；电力线路中许多断路器跳闸，数百个报警器响成一片，与威克岛之间的短波通信也一时中断；通信和指挥控制系统失灵，警戒雷达故障丛生，荧光屏出现无数回波和亮点。 高功率微波炮是另一种电磁脉冲武器，就像探照灯和手电筒射出的光束一般，可瞬间击毁电子元器件。在高功率微波武器开发方面，美国和俄罗斯居领先地位。1977年，苏联克格勃曾利用高功率微波对美驻莫斯科大使馆进行照射，造成一个机房的电器设备短路起火，火情在使馆的机要房间蔓延开来，伪装成消防人员的克格勃特工则伺机安装窃听装置。 除俄罗斯和美国外，英、法、德、日等国 家也都在进行高功率微波武器的研制和开发。 在现代战场上，以过密电磁辐射频谱运行的武器系统迅速增加，造成战场上各军兵种武器系统间电磁干扰(EMI)的可能性不断增大，当两个系统以足够接近的频率和间距运行时，就会出现电磁干扰。这其中就包括信息不准确、无法探测敌方目