电磁兼容概论概要

控制系统抗干扰技术1.1电磁兼容原理和技术1.本课程主要讨论电磁兼容的根本原理和电磁干扰防护技术。通过本课程的学习，对电磁兼容问题和电磁干扰的防护有一个全面的了解，以作为实际工作的入门。课程的性质和任务2.先修课程：电路分析、电子技术、电磁场与电磁波电磁兼容概论电磁干扰预测分析技术电磁干扰特性分析接地与搭接技术滤波技术屏蔽技术电磁干扰抑制技术电磁兼容性设计电磁兼容测试技术教学内容3.2.路宏敏，工程电磁兼容，西安电子科技大学出版社，2003年5.Ott.H.W著,王培清等译，电子系统中噪声的抑制与衰减技术，电子工业出版社，2003年3.白同云等，电磁兼容设计，北京邮电大学出版社，2001年4.蔡仁钢，电磁兼容原理、设计和预测技术，北京航空航天大学出版社，2001年1.邹逢兴等，电磁兼容技术，国防工业出版社，2005年参考资料4.1.1电磁干扰与电磁兼容电磁骚扰〔EMD，ElectromagneticDisturbance〕电磁干扰〔EMI，ElectromagneticInterference〕电磁骚扰〔现象〕——电磁干扰〔结果〕干扰源公共电源TVset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作用的电磁现象。电磁干扰电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降5.

工频干扰：f=50Hz，λ=6000km；

甚低频干扰：f=30kHz以下，λ

=10km

以上；

载频干扰：f=30kHz～300kHz，λ

=1km～10km；

射频、视频干扰：f=300kHz～300MHz，λ=1m～1km；

微波干扰：f=300MHz～300GHz，λ=1mm～1m；

雷电及电磁脉冲干扰：频率范围很宽，f=0Hz～。电磁干扰的频谱6.

形成电磁干扰的三要素：干扰源、耦合路径、敏感设备

电磁干扰源：产生电磁干扰的元器件、设备、系统或自然干扰源。耦合途径：使能量从干扰源耦合〔或传输〕到敏感设备上并使敏感设备产生响应的媒介干扰源耦合途径敏感体123

敏感设备：对电磁干扰发生响应的设备电磁干扰形成三要素7.

电磁干扰效应电磁干扰效应电磁干扰源发出干扰能量通过耦合通道传输至敏感设备，导致敏感设备出现某种形式的响应并产生效果电磁干扰裕量IM＝PI－PSPS〔dB〕——设备或系统的敏感门限值电平PI〔dB〕——设备或系统实际接收的干扰电平当PS<PI时，IM

<0——无干扰效应当PS>PI时，IM

>0——有潜在的干扰效应当PS=PI时，IM=0——处于临界状态8.电磁干扰效应按其危害程度分为五个等级：

灾难性非常危险中等危险严重使人烦恼

电磁易损性

电磁兼容性故障设备或系统发生有限度的性能降级设备或系统发生性能失效，甚至毁坏电磁干扰效应9.开灯、关灯时，对短波收音机信号、电视信号干扰对飞机导航设备的干扰电力系统对通信系统的干扰……

雷达站对通信站的干扰雷达使导弹、火箭误发射机载电子设备的干扰可引起飞机偏航

…

…电磁干扰的危害

对电子设备的危害

对军械装备的危害

对燃油、燃气的危害

对生物体的危害10.

含义有两个方面设备(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。

电磁兼容(EMC，ElectromagneticCompatibility)

不产生超过规定限度的电磁发射——

发射特性

应具有抗电磁干扰的能力——

敏感特性电磁兼容的概念11.潜在的敏感元件潜在的敏感元件噪声元件噪声元件四个根本的EMC问题辐射发射辐射敏感度传导敏感度传导发射12.S＝PS－PIS〔dB〕——平安系数衡量设备或系统所具有的电磁兼容性宽余程度当PS<PI时，S

<0——设备或系统处于不兼容状态当PS>PI时，S

>0——设备或系统处于兼容状态当PS=PI时，S=0——设备或系统处于兼容的临界状态电磁兼容性平安系数〔平安裕度〕S13.电磁兼容的实施

抑制干扰源的发射

使接收器对发射不敏感

尽可能使耦合路径无效目的：保障设备或系统的电磁兼容性措施：技术措施和组织措施14.“出现什么问题，解决什么问题〞的经验方法。在设备或系统设计研制过程中不进行电磁兼容性设计。以设备或系统遵循的标准和标准所规定的极限值为根底。由于各种标准和标准中的极限值是以同类设备或系统中最严重情况制定的，因而可能导致具体设备或系统设计的过分保守。

从电子设备或系统设计开始就进行电磁兼容性设计的方法。它在设备或系统设计的全过程中贯彻始终，全面综合电磁耦合因素，不断进行电磁兼容性分析、预测，对各阶段设计进行评估，提出修改措施。实施电磁兼容的工程方法

问题解决法

系统法标准法15.可用技术/本钱设计阶段本钱可用技术时间研制阶段生产阶段实施电磁兼容的可用技术与本钱的关系16.实施电磁兼容性的技术步骤

电磁干扰分析与预测

电磁兼容性试验

电磁兼容性设计17.1.2电磁兼容技术电磁干扰特性分析

电磁干扰源的干扰特性分析

敏感设备的敏感特性分析

耦合途径的传输特性分析18.

电磁兼容性预测分析是采用计算机数字仿真技术，将各种电磁干扰特性、传输特性和敏感度特性用数学模型描述，并编制成程序对潜在的电磁干扰进行计算。干扰源模型、传输损耗模型、接受器模型

芯片级分析预测部件级分析预测系统级分析预测电磁兼容性分析与预测

数学模型

电磁兼容性分析预测的级别19.设备内部的电路相互不干扰，到达预期的功能；设备产生的电磁干扰强度低于特定的极限值；设备对外界的电磁干扰有一定的抵抗力。电磁兼容设计技术

电磁兼容设计的目的

设计理念和设计方法20.

屏蔽：主要用于切断通过空间辐射干扰的传播途径滤波：主要用于抑制沿导线传播的传导干扰

接地/搭接：主要用于解决地线、接地体的设置问题抑制电磁干扰的根本技术电磁干扰抑制技术

在时间、空间和频率使用上的管理与控制

新的材料、新工艺方法的研究

降低发射设备的寄生辐射

增强接收设备的抗干扰能力21.标准：一般性准那么，由标准可导出各种标准标准：包含详细数据，必须按合同遵守的文件

规定名词术语规定电磁发射和敏感性限值规定测试方法规定电磁兼容性控制方法或设计方法电磁兼容性标准与标准

内容及特点

主要内容22.电磁兼容性标准与标准23.国际电工技术委员会：IEC61000系列1－6国际无线电干扰特别委员会：CISPR出版物1－25美国联邦通信委员会：FCC标准美军标：MIL－STD系列欧盟：CENELEC制定的EN标准〔欧洲标准〕

国标GB系列国军标GJB系列行列、部门标准军标比目标严格得多，例如传导干扰发射限制，国标从150KHz开始，军标从100Hz就开始要求，而低通滤波器实现起来非常困难。

国际标准

国内标准电磁兼容性标准与标准24.

测试方法测试场地测试设备测试过程的自动化

传导发射辐射发射传导敏感度辐射敏感度电磁屏蔽暗室电磁干扰接收机电磁兼容测量与试验技术电磁兼容测量与试验技术研究的根本内容电磁兼容测量与试验技术研究的根本工程25.序号频段名频率范围/Hz波段名波长范围/m1极低频（ELF）3~30极长波100M~10M2超低频（SLF）30~300超长波10M~1M3特低频（ULF）300~3000特长波1000k~100k4甚低频（VLF）3k~30k甚长波100k~10k5低频（LF）30k~300k长波10k~1k6中频（MF）300k~3000k中波1000~1007高频（HF）3M~30M短波100~108甚高频（VHF）30M~300M米波10~19特高频（UHF）300M~3000M分米波10d~1d10超高频（SHF）3G~30G厘米波10c~1c11极高频（EHF）30G~300G毫米波10m~1m12至高频300G~3000G丝米波1m~0.1m电磁频谱工程频段的划分及命名26.

频谱规划频谱管理设备设计频率利用技术频谱工程

频谱工程研究内容27.〔TEMPEST，TransientElectromagneticPulseEmanationStandard〕接收机核心机密电流卡钳核心机密

电子信息设备通过电磁能量发射产生了信息的泄漏发射，使用专用的接受设备，能够在数百米以外接收到计算机系统泄漏的信息。信息设备的电磁泄漏及防护技术

TEMPEST现象

保密系统必须采用适当的TEMPEST防护。28.

电磁脉冲是十分严重的干扰源，对卫星、航天飞机、宇宙飞船、武器系统、雷达、通信、电力和电子仪器设备等都有严重影响。核电磁脉冲〔NEMP〕系统电磁脉冲

频谱覆盖范围宽电场强度高，可达40kV/m以上作用范围广，可达数千km

电磁脉冲环境，电磁脉冲的理论、分析与计算方法，电磁脉冲模拟、测量关键技术，电子设备的电磁脉冲效应及防护，高功率电磁环境。电磁脉冲〔EMP〕及防护

电磁脉冲的类型

电磁脉冲的特点

主要研究内容29.强电线路〔高压输电线〕的电磁场对人体组织将产生有害影响。电磁场的生物效应及机理生物电及人体电机理电磁辐射生物效应的计算方法和平安防护标准生物芯片中的电磁场等方面电磁场的生物效应热效应和非热效应

低频场的生物效应

射频场的生物效应

研究内容30.1.3电磁兼容学科的特点

以电磁场理论为核心，与多学科互相渗透、结合。涉及电磁理论、电路理论、电子技术、材料科学、计算机科学、控制理论、生物医学、机械结构等知识

综合性交叉学科

极大地依赖于测试和试验

很强的实践性31.

电压增益：分贝数（dB）

功率增益：分贝数（dB）

电流增益：分贝数（dB）电压电流电场强度磁场强度功率dBV,dBμVdBA,dBμAdBμV/mdBμA/mdBW,dBmW分贝〔dB〕的使用32.

去掉一个泄漏源：辐射改善辐射改善辐射改善辐射改善辐射改善

去掉两个泄漏源：

去掉三个泄漏源：

去掉四个泄漏源：

去掉五个泄漏源：五个相同泄漏强度的泄漏源dB在实际工程中的应用

33.1.4电磁兼容技术的主要应用领域

军事领域的应用

航空航天领域的应用

无线电通信领域的应用

电力电子领域的应用

环境监测与保护领域的应用

34.1.5电磁兼容学科的历史开展1881年：英国科学家希维赛德发表?论干扰?——研究干扰问题的开端。20世纪20年代：美国设立检测无线电噪声的技术委员会20世纪30年代：开始了无线电干扰及控制的国际性的有组织研究(IEC,IUB,CISPR)20世纪40年代：提出了电磁兼容性的概念(德国VDE—0807，美军JAN—I—225〕20世纪60年代：电磁兼容学科形成(IEEE—EMC〕国外的开展情况35.1966年：一机部制定JB－854－66?船用电气设备工业无线电干扰端子电压测量方法和允许值?；1981年：航空工业部制定HB5662－81?飞机设备电磁兼容性要求和测试方法?；全国无线电干扰标准化工作组成立，提出制定国家标准和标准的方案；1986年：国防科工委公布国军标GJB72、GJB151—86、GJB152—861984年：第一次全国性电磁兼容学术会议召开1992年：召开第一届北京国际电磁兼容学术会议国内的开展情况加载失误加载失误36.电磁兼容技术开展特点

EMC标准国际化EMC要求标准化

EMC设计智能化

EMC测试自动化

EMC评价综合化37.1.2电磁兼容概念及理论根底38.课程内容1．电磁兼容概述1.1电磁兼容的定义1.2电磁兼容的研究领域1.3实施电磁兼容的目的2．电磁兼容理论根底2.1根本名词术语2.2电磁兼容测试中常用单位2.3电磁干扰形成的三要素3．电磁兼容测量3.1几个重要的电磁兼容标准对照表3.2常用电磁兼容测量工程39.1.1电磁兼容的定义国家标准GB/T4365-2003?电工术语电磁兼容?：“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。〞1．电磁兼容概述40.军标GJB72-1985?电磁干扰与电磁兼容性名词术语?“设备〔分系统、系统〕在共同的电磁环境中能一起执行各自的功能的共存状态。即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他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他设备〔系统、分系统〕因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。〞特色定义：“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，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。〞1.1电磁兼容的定义(续)41.要素：电磁环境是由空间、时间、频谱三个要素组成的。要解决电磁兼容问题，离不开空间、时间、频谱这三要素。这也就是我们说的电磁环境。电磁兼容要求：在共同的电磁环境中，任何设备、分系统、系统都应该不受干扰并且不干扰其他设备。

1.1电磁兼容的定义(续)42.电磁兼容涉及的问题可以归结为五大方面：〔1〕骚扰源特性的研究包括电磁骚扰产生的机理，频域与时域的特性，表征其特性的主要参数，抑制其发射强度的方法等等。〔2〕敏感设备的抗干扰性能在电磁兼容领域中，被干扰的设备或可能受电磁骚扰影响的设备称为敏感设备，或者在系统分析中称为骚扰接收器。如何提高敏感设备的抗干扰性能，是电磁兼容领域中的研究问题之一。1.2电磁兼容的研究领域43.〔3〕电磁骚扰的传播特性研究电磁骚扰如何从骚扰源传播到敏感设备上去，包括辐射与传导。电磁兼容领域中传播特性研究的特点：源的非理想化〔源的频域、时域特性的复杂性以及源的几何参数的复杂性〕以及宽的频率范围。1.2电磁兼容的研究领域〔续〕44.〔4〕电磁兼容测量包括测量设备、测量方法、数据处理方法以及测量结果的评价等等。由于电磁兼容问题的复杂性，理论上的结果往往与实际相距较远，因而使得电磁兼容测量显得更为重要。由于电磁骚扰源在频域与时域特性的复杂性，为了各个国家、各个实验室测量结果之间的可比性，必须详细规定测量仪器的各方面指标，并且各个国家的仪器指标应该严格地相同。标准中采用的表征电磁噪声的参数〔例如：峰值、准峰值、有效值、平均值〕都是用等效于某一个特定参数的正弦信号定标的。亦即：测量得到的电磁噪声电平是等效于某个正弦信号的电平。1.2电磁兼容的研究领域〔续〕45.〔5〕系统内与系统间的电磁兼容性在一个系统之内或系统之间，EMC问题往往要复杂得多：干扰源可能同时也是敏感设备；传播的途径往往是多通道的；干扰源与敏感设备不只一个等等。这就需要我们对系统内的或系统间的电磁兼容问题进行分析与预测。近年来，对系统内与系统间的电磁兼容问题的研究，除了“分析〞以外，已开始研究“综合〞。这方面的进展将对电磁兼容学科起到十分重要的促进作用。1.2电磁兼容的研究领域〔续〕46.1.3.1电磁干扰及其危害在电磁环境中，电磁干扰造成的危害是各种各样的，可能从最简单的令人烦恼的现象直到严重的灾难。一些电磁干扰可能造成的危害：

1.3实施电磁兼容的目的47.①干扰电视的收看、播送收音机的收听。②在数字系统与数据传输过程中数据的丧失。③在设备、分系统或系统级正常工作的破坏。④医疗电子设备〔例如医疗监护仪、心电起搏器等〕的工作失常。⑤自动化微处理器控制系统〔例如：汽车的刹车系统、防撞气囊保护系统〕的工作失控。⑥导航系统的工作失常。⑦起爆装置的无意爆炸。⑧工业过程控制功能〔例如：石油或化工〕的失效。除此之外，强电场还会对生物体造成影响。由此可见，电磁环境的恶化，会导致多方面的后果。开展电磁兼容研究，加强电磁兼容管理，降低电磁骚扰，防止电磁干扰，是当务之急。1.3.1电磁干扰及其危害〔续〕48.由于电子设备的开展及广泛应用，造成了复杂的电磁环境，干扰日益严重。这就促使电磁兼容〔ElectromagneticCompatibility简称为EMC〕技术的出现并迅速开展起来。相应的国家及国际标准出台那么使对电磁兼容管理提高到法律的高度，从而进一步地促进了电磁兼容的开展。

现在各国家、军队部门以及世界组织均成立了相应的管理组织或部门，出台了许多有关标准、规定和措施。例如欧洲的CE指令、美国的FCC联邦法规都有相应的电磁兼容要求。我们国家对产品的电磁兼容性能也制订了一系列强制性或推荐性标准，并通过市场监督抽查和国家强制性产品认证〔即3C认证〕等措施来保证市场销售的产品的电磁兼容符合性。因此，产品的电磁兼容符合性是国家标准及国际标准的要求。

1.3.2国家标准及国际标准的要求49.2.1根本名词术语〔电磁〕发射〔electromagnetic〕emission“从源向外发出电磁能的现象。〞电磁兼容中的发射既包含传导发射，也包括辐射发射。电磁骚扰electromagneticdisturbance“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。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。〞电磁骚扰还包括了无用信号。电磁干扰electromagneticinterference“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：电磁骚扰仅仅是电磁现象，即指客观存在的一种物理现象，它可能引起降级或损害，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。2．电磁兼容理论根底

50.〔性能〕降低degradation〔ofPerformance〕“装置、设备或系统的工作性能与正常性能的非期望偏离。〞此种非期望偏离〔指向坏的方向偏离〕并不意味着一定会被使用者觉察，但也应视为性能降低。电磁环境electromagneticenvironment“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〞包括全部“时间〞与全部“频谱〞。51.电磁噪声electromagneticnoise“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。〞一般认为无线电频率从10kHz开始向上。而“电磁〞现象那么包括所有的频率，除无线电频率外，还包括所有的低频(包括直流)电磁现象。无用信号unwantedsignal，undesiredsignal“可能损害有用信号接收的信号。〞干扰信号interferingsignal“损害有用信号接收的信号〞。比较以上两条术语可见，差异仅在于无用信号是“可能损害…〞，而干扰信号是“损害…〞。说明无用信号在某些条件下还是有用的无害的；而干扰信号任何情况下都是有害的。52.〔对骚扰的〕抗扰度immunity〔toadisturbance〕“装置、设备或系统面临电磁骚扰下降低运行性能的能力。〞〔电磁〕敏感性〔electromagnetic〕susceptibility—EMS“在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能防止性能降低的能力。注：敏感性高，抗扰度低。〞抗扰度与敏感性都反响的是装置、设备或系统的抗干扰的能力，仅仅是从不同的角度而言。在国际与国内，军用标准体系常用敏感性这一术语；而民用标准体系惯用抗扰度一词。53.骚扰限值〔允许值〕limitofdisturbance“对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平。〞干扰限值〔允许值〕limitofinterference“电磁骚扰使装置、设备或系统最大允许的性能降低。〞(来自骚扰源的)发射限值emissionlimit(fromadisturbsource)“规定电磁骚扰源的最大发射电平。〞发射裕量emissionmargin“装置、设备或系统的电磁兼容电平与发射限值之间的差值。〞54.〔时变量的〕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。〞(骚扰源的)发射电平emissionlevel(ofadisturbancesource)“用规定的方法测得的由特定装置、设备或系统发射的某给定电磁骚扰电平。〞(电磁)兼容电平(electromagnetic)compatibilitylevel“预期加在工作于指定条件的装置、设备或系统上规定的最大电磁骚扰电平。〞注：实际上磁兼容电平并非绝对最大值，而可能以小概率超出。55.抗扰度电平immunitylevel“将某给定的电磁骚扰施加于某一装置、设备或系统而其仍能正常工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平。〞也就是说：超过此电平，该装置、设备或系统就会出现性能降低。而敏感性电平，是指刚刚开始出现性能降低的电平。所以对某一装置、设备或系统而言，扰抗度电平与敏感性电平是同一个数值。抗扰度限值immunitylimit“规定的最小抗扰度电平。〞56.抗扰度裕量immunitymargin“装置、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(electromagnetic)compatibilitymargin“装置、设备或系统的抗扰度限值与骚扰源的发射限值之间的差值。〞骚扰抑制disturbancesuppression“削弱或消除电磁骚扰的措施。〞骚扰抑制是加于电磁发射器〔源〕上的措施。干扰抑制interferencesuppression“削弱或消除电磁干扰的措施。〞干扰抑制是加于敏感设备〔被干扰对象〕上的措施。57.几个术语之间的相互关系

58.59.

在电磁兼容测量中常用不同的量纲，单位也不尽相同。分述如下：功率电压电流功率密度与电场强度磁场强度2.2电磁兼容测试中常用单位60.2.2.1功率P贝尔功率的根本单位为瓦(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。61.分贝(dB)

P2与P1应采用相同的单位。应该明确dB为两个量的比值，是无量纲的。

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)62.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，那么假设以1mW为0dB，那么此时的P亦应以mW为单位，分贝毫瓦的表示式为:63.2.2.2电压式中P——功率，W；V——降在纯电阻R上的电压，V；R——电阻，Ω。假设以分贝表示，上式可写为：式中的第一项即为电压的分贝值。64.电压分贝

在电磁兼容领域，电压分贝常用μV为单位，此时V1＝1μV，即dBμ以1μV为0dB。0dBμ即－120dBV65.dBμ与dBm之间的关系式中P——功率，W；V——降在电阻R上的电压，V；R——电阻，Ω，假设令R=50Ω。假设令R=50Ω,将上式取分贝：66.2.2.3电流式中：IμA——以μA为单位的电流。67.2.2.4磁场强度与电场强度68.磁通密度(磁感应强度)B磁通密度(磁感应强度)B,磁通密度的根本单位为特斯拉(T)，其定义为：1T＝1Wb/m2磁通密度的单位有时也使用高斯(Gs)1Gs=10-4T1mGs=10-7T69.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；μ——介质的绝对磁导率，亨/米(H/m)。在真空中μ0=4π×10-7H/m；(注意区分电磁单位亨(H)与磁场强度的符号H)HA/m——磁场强度,A/m。由上式，如磁通密度用μT为单位，那么在真空中：70.2.2.5功率密度功率密度的根本单位为W/m2(电场强度V／m;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xx，假设更改为或为mW/cm2或μW/cm2为单位。那么换算关系应如下式：〔xx〕W/m2=0.1(xx)mW/cm2=100(xx)μW/cm2亦即，mW/cm2这一单位比W/m2大十倍。71.Z0为自由空间波阻抗，那么72.除需要进行场强换算外，一般功率密度不再转换为分贝形式。但有时转换也是必要的：Z0为自由空间波阻抗：Z0＝120πS=E2/Z0。那么在自由空间，功率密度S与电场强度E的关系化为分贝：SdB〔W/m2〕=EdB〔V/m〕–25.8dBSdB〔mW/cm2〕=EdB〔μV