电磁兼容1概述与分贝-副本

电磁兼容原理与设计第一章Page

2ElectromagneticInterference，EMI电气和电子设备在正常运行的同时，也往外发射有用或无用的电磁能量，这些能量会影响其它设备的正常工作，这就是电磁干扰。ElectromagneticCompatibility，EMC对电磁干扰进行分析、设计和验证测试的学科领域就是电磁兼容。引言Page

3引言一个让人胆战心惊的星球

电磁干扰对人类危害最大的，实际上还是我们居住的地球，其中雷电干扰对人类的生活危害最大。雷电不但对人类的生存造成很大的威胁，对树木、森林、房屋、建筑，以及电器设备都会造成很大的损害和破坏。Page

4引言地球每一秒钟就有100多次闪电，每次闪电产生的能量可供一个100瓦的灯泡点亮3个月；在雨季，平均每6分钟就有一个人被雷电击中；每年有成千上万的人因雷电击中而丧伤，还有大片的森林因雷电击中而起火烧毁，雷电还经常使高压电网、以及通信出现故障，使城市供电和通信中断，引起城市交通失控出现混乱；连英国的白金汉宫也曾遭受过雷电严重破坏，上个世纪50年代，白金汉宫就是因一块窗帘布被雷电击中而起火燃烧；上海电视台平均每年要遭受33次大的雷击，每次雷击都会使电子设备遭受不同程度的损坏；1992年6月22日，北京国家气象中心多台计算机接口因感应雷击被毁，损失二仟多万元；2006年6月9日，南韩一架大型客机在空中遭受雷击，头部解体脱落，幸好没有人员伤亡。Page

5例子当搅拌机、真空吸尘器或者其他带直流电机的家用电器打开时，在电视机屏幕上出现“线条”。当干扰很强烈时，电视出现雪花。导引Page

6例子某办公设备制造商将新型复印机的第一台样机放在总部办公室了，一个主管发现当有人在复印时，大厅里的时钟有时会复位，或者发生一些怪事。原因：复印机功率调节电路中的SCR整流，含有陡变电流，频谱成分也很丰富，并能通过复印机的交流电源线耦合出去，进入建筑物内的公共电网。导引Page

7例子1967年7月29日，美国Forrestal航空母舰驶离北部越南的海岸，甲板上停留了众多加满燃油的歼击机，机上装载了1000磅的炸弹，还有空对空导弹和空对地导弹。其中一枚导弹不经意间被发射，击中了另一架飞机，造成油箱爆炸，死亡了134名现役军人。原因：大功率搜索雷达在屏蔽连接器的接触片两端产生的射频（RF）电压导致了这场灾难。由此美国军方率先提出电磁兼容，成为EMC技术发展的开端。导引Page

8生物效应人也是一种自然界产生电场和磁场的源。心电图（ECG）指示人的心脏的功能。典型的ECG信号峰值约为1mV、重复率每分钟45—150次。脑电图（EEG）由脑细胞的电信号建立。典型的EEG信号约为30uV—50uV、阿尔法律动约10Hz左右。研究人类和其他生物系统连续暴露在低强度的电场或电磁场中的效应，也是现代流行的很活跃的研究领域。这些场会在人体内感生出电流。人体细胞组织中的小磁性粒子能够受到外来时变场的力矩作用。这有可能影响生物系统的反馈功能，诸如一些通道的开启和关闭，以及由此影响到细胞的行为。导引本门课程的学习方法Page

9本门课程的工程应用性特点非常明显本门课程与多个专业基础课有关联电磁兼容技术很大范围内主要依靠经验本门课程对后续的科研、开发工作意义重大等。教学和学习方法：课堂讨论、工程设计实例分析、搜查资料GB/T：

电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备(分系统、系统，生物体)可以共存并不致引起降级的一门科学。本章内容Page

10电磁兼容技术概述电磁兼容的概念及术语电磁兼容的工程方法电磁兼容标准电磁干扰信号的时域与频域分析分贝的概念与应用本章内容Page

11电磁兼容的工程方法电磁兼容的概念及术语电磁兼容标准电磁干扰信号的时域与频域分析分贝的概念与应用电磁兼容的概念及术语Page

12电磁兼容的基本概念1）设备或系统应具有抵抗给定电磁干扰的能力，并且有一定的安全余量，即它应不会因受到处于同一电磁环境中的其它设备或系统发射的电磁干扰而产生不允许的工作性能降低。2）设备或系统不产生超过规定限度的电磁干扰，即它不会产生使处于同—电磁环境中的其它设备或系统出现超过规定限度的工作性能降低的电磁干扰。我国的定义（国家标准）：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能力。IEEE的定义：一个装置在其所处的电磁环境中满意地工作，同时又不产生超过规定值的电磁骚扰。IEEE:美国电气电子工程师协会电磁兼容的概念及术语Page

13一般术语电磁环境：存在于给定场所的所有电磁现象的总和。要素：空间、时间、频谱空间有限性：如美国尼米兹(NIMITZ)航空母舰32.9m，宽48m，甲板上下需装设各种收、发信机数十部、各种天线数十付，还有其他各种用电设备时间：全天24小时，所有的设备与分系统都需要在这些时间内工作，作战时，几乎所有的设备都进入工作状态频谱：现在由国际电联(ITU)已经规划的可以利用的无线电频谱在10kHz～400GHz之间，频率再低则进入音频，而再高则进入光波，任何一种无线电业务都脱离不开这一频谱范围电磁兼容性：在不损失有用信号所包含的信息条件下，信号和干扰共存的能力。电磁兼容的概念及术语Page

14一般术语抗扰性（immunity）：设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。敏感性（susceptibility）：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。电磁发射（electromagneticemission）：从源到外发出电磁能量的现象,即以辐射或传导形式从源发出的电磁能量。电磁辐射（electromagneticradiation）：电磁能量以电磁波辐射的形式发射到空间的现象。电磁发射包含传导和辐射发射，并通常是无意发射；通信发射主要指辐射发射，更多为有意。电磁兼容的概念及术语Page

15一般术语电平

level(oftimevaryingquantity)：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。骚扰限值（limitofdisturbance）：对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平。抗扰性限值（limitofimmunity）：规定的最小抗扰性电平。发射裕量（emissionmargin）：设备或系统的电磁兼容电平与发射限值之间的差值。

抗扰性裕量（inmmunitymargin）：设备或系统的抗扰度限值与电磁兼容电平之间的差值。电磁兼容裕量(electromagneticcompatibilitymargin）：装置、设备或系统的抗扰度电平与骚扰源的发射限值之间的差值电磁兼容的概念及术语Page

16干扰术语信号：对电子电气电路工作“有用”的电信号，包括待处理的电信号、希望产生的输出等。噪声：除“有用”电信号以外的所有电信号，均是噪声。噪声对电路的工作多少都有些影响。干扰：由噪声导致的“不希望”出现的结果称为干扰。噪声是产生干扰的原因，干扰则是噪声的后果；噪声是客观存在的，无法消除，而只能将它减小到不产生明显干扰的程度，即不产生干扰的程度。电磁兼容的概念及术语Page

17电磁干扰现象数字脉冲电路开关电源数字视频设备220AC电磁噪声（骚扰）：任何可能引起设备或系统性能下降的电磁现象——强调任何可能的电磁危害现象原因。电磁干扰：电磁噪声（骚扰）所引起的设备、传输通路或系统性能的下降电磁危害现象——强调产生的结果。雷电等电磁兼容的概念及术语Page

18举例说明：信号、噪声和干扰TTL的最小输出高电平（VOH）>2.4V，最高输出低电平（VOL）<0.4V。TTL的最小输入高电平（VIH）>=2.0V，最高输入低电平（VIL）<=0.8V，TTL的噪声容限是0.4V（意味着幅值小于0.4V的噪声将不会对TTL的工作产生影响）。一些习惯说法：干扰信号、系统受到了干扰等。习惯上所说的“干扰”就是指能够引起干扰的噪声。电磁兼容的概念及术语Page

19电磁干扰三要素（1）电磁干扰源，指产生电磁干扰的元件、器件、设备、分系统、系统或自然现象；（2）耦合途径或称耦合通道，指把能量从干扰源耦合（或传输）到敏感设备上，并使该设备产生响应的媒介；（3）敏感设备或称被干扰设备、干扰接收设备，指对电磁干扰产生响应的设备。电磁兼容的概念及术语Page

20电磁干扰三要素电磁兼容的概念及术语Page

21常见干扰源无线通信雷电等自然干扰源脉冲电路

人为干扰感性负载通断直流电机、变频调速器（敏感源）电磁兼容的概念及术语Page

22电磁干扰源分类其他分类：根据电磁干扰的耦合途径、性质、方式、频谱宽度、频率范围等进行分类，如：电场干扰、磁场干扰和电磁场干扰；宽带干扰和窄带干扰，传导干扰，辐射干扰等等。电磁兼容的概念及术语Page

23主要的电磁干扰源电磁兼容的概念及术语Page

24主要的电磁干扰源沙尘暴照片尘粒与导电表面或介质表面相撞后，分别带上不同极性的电荷，可能造成放电。电磁兼容的概念及术语Page

25主要的电磁干扰源电磁兼容的概念及术语Page

26主要的电磁干扰源日珥太阳黑子在日全食时，太阳的周围镶着一个红色的环圈，上面跳动着鲜红的火舌，这种火舌状物体就叫做日珥，日珥是在太阳的色球层上产生的一种非常强烈的太阳活动，是太阳活动的标志之一。一般认为，除重力和气体压力外，电磁力在日珥运动中是一个重要因素。日珥运动状态的突变可能与磁场的变化有关。太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气气体的巨大漩涡，温度大约为3000-4500K。。黑子的活动周期为11.2年，活跃时会对地球的磁磁场产生影响，主要是使地球南北极和赤道的大气环流作经向流动，从而造成恶劣天气，使气候转冷。严重时会对各类电子产品和电器造成损害。电磁兼容的概念及术语Page

27主要的电磁干扰源电磁兼容的概念及术语Page

28主要的电磁干扰源热噪声是电阻一类导体或元器件中由于电子布朗运动而引起的电噪声。在一定温度下，导体中电子与分子撞击会产生一个短暂的电流小脉冲。由于随机性，电流小脉冲的平均值为零。但电子的随机运动会产生一个交流成分，这个交流成分即为热噪声。从直流到微波范围，电阻热噪声具有均匀的功率谱密度。电磁兼容的概念及术语Page

29主要的电磁干扰源电磁兼容的概念及术语Page

30开关操作由于开关在通或断的工作过程中会产生快速变化的电压和电流，这些浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。开关中的电弧出现多次熄灭与重燃，整个转换过程中的瞬态电压实际是由一群脉冲组成的。电磁兼容的概念及术语Page

31静电放电（ESD）静电的危害主要是通过静电放电现象引起的。静电放电（ESD），是指物体上积累的静电电荷所产生的电压达到一定值时（可高达35-100kV）就会产生电晕放电或火花放电，将导致电子元器件、设备受到静电的危害。摩擦带电：当两种介质特性不同的材料发生接触或相互摩擦时，两者之间会发生电荷的转移，在材料表面会积累大量正电荷或负电荷。剥离带电流动带电喷出带电冲撞带电电磁兼容的概念及术语Page

32输电线路（1）工频电磁干扰（2）瞬态电磁干扰：电晕放电和间隙击穿+高压（100kV以上）送电线路、变电站的高压设备会因下述现象而产生无线电干扰：①在导线及其它金属配件表面处空气中的电晕放电。（导线或电极表面的电场强度超过碰撞游离阈值时发生的气体局部自持放电现象）②绝缘子承受高压应力区域内放电并产生火花：③触点松动或接触不良处的火花。另：外部环境影响电晕放电。电磁兼容的概念及术语Page

33无线电干扰源无线电是指在自由空间（空气和真空）传播的电磁波，其频率范围为一个有限频带，上限频率为300GHz。广播电视、通讯工具、空中交通管理雷达、远程导航仪器等先进设备，它们的发射机发射很强的电磁波。对于它们相应的接收设备来说，这些电磁波是传送信息的重要载体，但是对于其它各种电子仪器和设备来说却是无用而有害的干扰源。电磁干扰源的基本性质Page

34为了确定干扰源所产生的干扰效应，通常可从干扰源的电磁能量的频率特性、空间分布特性、时间分布特性以及强度等几个方面来综合描述频率特性波形空间分布特性时间（出现率）分布特性幅度电磁干扰源的基本性质Page

35频率特性从电磁干扰信号频谱宽度，可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。

他们是相对于指定感受器的带宽大或小来加以区别的。干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的成为宽带干扰，反之称为窄带干扰源。宽带电磁骚扰：传导与辐射的电磁信号，其振幅随频率变化（频谱密度函数）的频率范围大于指定感受器的带宽。宽带信号的频谱密度振幅函数，除了是频率的函数外，还要用指定的带宽来表示。宽带噪声可定义成一个函数，其频谱密度在感兴趣的频率范围内是频率的连续函数。

窄带电磁骚扰：其振幅随频率变化（频谱密度函数）的频率范围窄于指定感受器的带宽。在窄带噪声环境中，一旦感受器的带宽大于噪声信号的频率范围时，感受器的响应就与其带宽无关。窄带噪声可用数学来定义时，其频谱密度在感兴趣的频率范围内作为频率函数的一根谱线。电磁干扰源的基本性质Page

36频率特性电磁干扰源的基本性质Page

37频率特性图中给出了典型的雷达脉冲及其幅度频谱图这是一个周期性矩形脉冲，脉冲宽度为τ、脉冲周期为T、幅度为A。利用傅里叶级数分析即可得到各个谐波分量幅值随频率变化的表达式，作出幅度频谱图。由此归纳出周期性干扰信号频谱有如下特性：离散性——周期性信号的频谱由许多不连续谱线组成，每条谱线对应一个谐波分量；收敛性——各个谐波的幅度随频率增加而减小，因此频谱是收敛的。Page

38电磁干扰源的基本性质波形特性电磁干扰源的基本性质Page

39空间分布特性有意辐射发射天线的方向性特性

极化特性

空间扩散因子等有意辐射干扰发射功率密度可表示为：无意辐射干扰源只能通过统计测量来获取干扰能量的分布。传导干扰不存在空间分布特性。电磁干扰源的基本性质Page

40时间（出现率）分布特性电磁干扰能量的时间分布特性与干扰源的工作时间和干扰的出现率有关。

周期性干扰

非周期性干扰

随机干扰周期性干扰是指在确定的时间间隔（称其为周期）内能重复出现的干扰。非周期性干扰虽然不是在确定的时间内重复出现的，但其出现的时间是确定的，且是可以预测的。随机干扰则以不可预测的方式出现，其变化也没有规律，通常采用概率统计的方法来描述随机干扰。通常，干扰问题中遇到的周期电压和电流是功能性的，它们的产生是为了特定的目的，如50Hz电源及其谐波或遥测信号。许多非周期性电压和电流也是用于特定目的，如指令脉冲。然而随机电压电流则是无用副产品，或是自然产生的，如热噪声。电磁干扰源的基本性质Page

41幅度

电磁干扰的幅度或电平，一般用各频段内的干扰磁场（或功率）随时间的分布来表示。骚扰幅度可表现为多种形式，除了用不同形式的幅度分布（即概率，它是确定的幅度值出现次数的百分率）表示外，还可用正弦的（具有确定的幅度分布）或“随机的”概念来说明骚扰性质。电磁兼容的概念及术语Page

42频谱宽度

—按照电磁骚扰能量的频率分布特性，可以确定其频谱宽度。连续波交流声骚扰的频谱宽度最窄，单价脉冲函数的频谱诺宽度最宽。

波形幅度或电平出现率辐射骚扰的极化特性辐射骚扰的方向特性天线的有效面积

—表征敏感设备接收骚扰场强能力的参数，等于传送到匹配负载的平均功率密度与入射到天线上的电磁波平均功率密度之比。天线有效面积越大，敏感设备接收电磁骚扰的能力就越强。电磁兼容处理问题的原则是留有一定量的裕度电磁骚扰（源）的性质电磁兼容的概念及术语Page

43产生电磁干扰的条件

突然变化的电压或电流，即dV/dt或dI/dt很大频谱宽度大，辐射强/传导抑制（滤波等）困难。实际问题中，遇到电压、电流的突然变化，需要考虑潜在的电磁干扰问题

辐射天线或传导导体（载体）本章内容Page

44电磁兼容标准电磁干扰信号的时域与频域分析分贝的概念与应用电磁兼容的概念及术语电磁兼容的工程方法电磁兼容的工程方法Page

45电磁兼容性控制技术②空间分离地点位置控制、自然地形隔离、方位角控制、电场矢量方向控制。③时间分隔时间共用准则、雷达脉冲同步、主动时间分隔、被动时间分隔。①传输通道抑制具体方法有滤波、屏蔽、搭接、接地、合理布线。⑤电气隔离变压器隔离、光电隔离、继电器隔离、DC/DC变换。⑥其他技术。电磁干扰控制技术④频谱管理频谱规划/划分、制定标准规范、频率管制等。电磁兼容的工程方法Page

46①传输通道抑制：滤波：是将信号频谱划分为有用频率分量和骚扰频率分量，剔除和抑制骚扰频率分量，切断骚扰信号沿信号线或电源线传播的路径。屏蔽：是利用屏蔽体（具有特定性能的材料）阻止或衰减电磁骚扰能量的传输。接地：接地是电子设备工作所必需的技术措施。接地有安全接地和信号接地，同时接地也引入接地阻抗及地回路干扰，事实证明接地设计对各种干扰的影响是很大的。搭接：是指导体间的低阻抗连接，只有良好的搭接才能使电路完成其设计功能，使干扰的各种抑制措施得以发挥作用，而不良搭接将向电路引入各种电磁干扰。布线：布线时印制电路板（PCB）电磁兼容性设计的关键技术。电磁兼容的工程方法Page

47②空间分离：空间分离是抑制空间辐射骚扰和感应耦合骚扰的有效方法，通过加大骚扰源和接受器敏感设备之间的空间距离，使骚扰电磁场到达敏感设备时的强度已衰减到低于接受设备敏感度门限，从而达到抑制电磁干扰的目的。由电磁场理论可知，场强在近区感应场中以1/r3的方式衰减，远区辐射场的场强分布按1/r方式减小。因此，为了满足系统的电磁兼容性要求，尽量将组成系统的各个设备间的空间距离增大。在设备、系统布线中，限制平行线缆的最小间距，以减少串扰。在PCB设计中，规定引线条间的最小间隔。另外，空间分离也包括在空间有限的情况下，对骚扰源辐射方向的方位调整、骚扰源电场矢量与磁场矢量的空间取向的控制。例如船舰、飞机上有许多通信设施控制天线方向图的方位角来实现空间分离。电磁兼容的工程方法Page

48③时间分隔：当骚扰源非常强，不易采用其他方法可靠抑制时，通常采用时间分隔的方法，使有用信号在骚扰信号停止发射的时间内传输，或者当强骚扰信号发射时，使易受骚扰的敏感设备短时关闭，以避免遭受损害。时间分隔控制有两种形式，一种是主动时间分隔，适用于有用信号出现时间与干扰信号出现时间有确定先后关系的情况；另一种是被动时间分隔，按照干扰信号与有用信号出现的特征使其中某一信号迅速关闭，从而达到时间上不重合、不覆盖的控制要求。电磁兼容的工程方法Page

49④频谱管理：频谱的规划划分是把各频段划分给各种无线电业务，为特定用户制定频段。制定国家标准规范是防止干扰以及在某些情况下确保通信系统达到所需通信性能的基础。这包括无线电设备的核准程序，无线电发射机、接收机和其他设备型号核准所要求的最低性能标准文件。电磁兼容的工程方法Page

50⑤电气隔离：电气隔离是避免电路中传导干扰的可靠方法，同时还能使有用信号正常耦合传输。常见的电气隔离耦合形式有机械耦合、电磁耦合、光电耦合等。DC/DC变换器是一种应用广泛的电器隔离器件，它将一种直流电压变换成另一种直流电压，为了防止多个设备共用一个电源引起共电源内阻干扰，应用DC/DC变换器单独对各路供电，以保证电路不受电源中的信号干扰。本章内容Page

51电磁干扰信号的时域与频域分析分贝的概念与应用电磁兼容的概念及术语电磁兼容的工程方法电磁兼容标准电磁兼容标准Page

52美国FCC标准欧洲EMC标准CE我国的EMC标准

我国在1983年发布了第一个关于电磁兼容的标准（即GB3907－1983），到2000年已经发布了80多项有关电磁兼容的标准。我国电磁兼容标准和国际上类似，可分为4大类：即基础标准（BasicStandards）、通用标准（GenericStandards）、产品类标准（ProductFamilyStandards）和系统间电磁兼容标准（StandardsofIntersystemCompatibility）。

电磁兼容标准Page

53CCC国家质量监督检验检疫总局和国家认证认可监督管理委员会共同制定的《强制性产品认证管理规定》（以下简称为《规定》）于2001年11月21日国家质量监督检验检疫总局局务会审议通过，自2002年5月1日起施行，过渡期为一年。强制性产品认证的主管单位为国家认证认可监督管理委员会。认证标志的名称为“中国强制认证”（英文名称为“ChinaCompulsoryCertification”，英文缩写为“CCC”，该标志可简称为“3C”标志，该认证也简称为CCC认证或3C认证）。

本章内容Page

54电磁干扰信号的时域与频域分析分贝的概念与应用电磁兼容的概念及术语电磁兼容的工程方法电磁兼容标准电磁干扰信号的时域与频域分析EMC分析更多是在频域中进行，且不考虑相位因素

所有的电场兼容标准中对发射的限制范围都是在谱域中规定的电磁兼容技术措施与频率关系密切，例如滤波器的截止频率电磁兼容分析侧重于干扰在特定频率上的能量分布，时间和相位等关注很少Page

55时域：引起电磁干扰的重复性信号，单脉冲干扰（闪电、静电放电、电力线浪涌等），频域：滤波器的性能、屏蔽材料、许多EMC元件等。电磁干扰信号的时域与频域分析Page

56时域波形频谱分量傅里叶级数（周期信号）傅里叶变换（非周期信号）示波器观察频谱分析仪观察频域分析Page

57电磁干扰信号的时域与频域分析本章内容Page

58电磁干扰信号的时域与频域分析电磁兼容的概念及术语电磁兼容的工程方法电磁兼容标准分贝的概念与应用分贝表示一种单位，即两种电或声功率之比或两种电压或电流值或类似声量之比EMC中各种干扰电压、电流、场强、功率、功率密度的跨度范围是很大的，所以EMC单位用分贝来表示。这种表示方法更大的优点是可以把相乘的比值变成简单的相加。Page

59为什么要用分贝？什么叫分贝？分贝的概念与应用电磁兼容测量中，干扰的幅度可用功率来表述。功率的基本单位为瓦（W），为了表示变化范围很宽的数值关系，常常应用两个相同量比值的常用对数，以贝尔（bel）为单位。对于功率损失，贝尔定义为：当输入功率等于10倍的输出功率时，其损失为lg10=1bel；换言之，1bel的损失对应于10:1的功率损失。Page

60贝尔分贝的概念与应用贝尔是一个较大的值，为使用方便，工程技术人员常采用1/10的贝尔单位，简称分贝（dB）。这样dB被定义为：dB也常应用来表示两个相同量比值的大小，如