电磁兼容技术第一到第三部分.docx
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电磁兼容技术第一到第三部分
第一部分电磁兼容的基本概念
第一个问题：
电磁干扰的现象
在日常生活中会见到许多电磁干扰现象，一个典型的电磁干扰现象是电视机屏幕上的干扰条纹。
这些干扰条纹来自附近的数字设备，例如个人计算机、VCD、DVD或其他数字视频设备。
根据电磁理论，导体中有变化的电流就会产生电磁场辐射，电流变化率（频率）越高，则辐射效率越高。
因此任何依靠高频电流工作的电子设备在工作时都会产生电场波辐射，这些电场波会对附近的敏感设备产生干扰。
数字视频设备与电视机之间的干扰问题之所以十分突出，就是因为电视机是灵敏度很高的电场波接收设备，而数字脉冲信号中含有丰富的高次谐波，这些高次谐波的辐射效率很高。
数字视频设备中的干扰进入电视机有以下几个途径：
1通过电源线进入电视机；
2通过连接两者的各种电缆进入电视机，包括射频电缆、视频电缆和音频电缆等；
3数字设备的干扰辐射到空间，从空间感应到电视机接收天线或内部电路上；
4数字设备的干扰通过闭路电视电缆进入闭路电视网络。
另外一种常见的干扰现象是：
电感性负载（马达、变压器等），依靠机械触点开关（接通和断开时），干扰共同电网的其他设备，特别是数字设备。
电磁干扰（电磁兼容）三要素：
任何电磁兼容性问题都包含三要素：
干扰源、敏感源和耦合路径，这三个要素中缺少一个，电磁兼容问题就不会存在。
因此在解决电磁兼容问题时，也要从这三个要素入手进行分析，查清这三个要素是什么，然后根据具体情况采取适当的措施消除其中的一个。
电磁干扰的产生原因：
电磁干扰的产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，电压或电流的变化能够使导体产生电磁波辐射。
即凡是有电压和电流突变的场合，肯定会有电磁干扰问题存在。
思考题（作业）：
1试举出几个产生电磁干扰的场合，并分析产生的原因？
第二个问题：
电磁干扰的危害
思考题（作业）：
1电磁干扰可以产生哪些危害？
2电磁干扰的危害程度度可以分为哪5个等级？
第三个问题：
电磁兼容技术的发展及电磁认证
思考题：
1国内外电磁兼技术的发展过程？
国际电磁兼容机构和标准？
我国电磁兼容的发展和标准？
参考论文
（1）高攸纲刁庆安展望21世纪的电磁兼容学及电磁兼容技术邮电设计技术1999年第5、6期
（2）杨风鸣等电磁兼容最新发展动态华北电力技术1999年第2期
2请写一篇论文题为：
展望21世纪我国电磁兼容的发展状况
具体要求：
按发表论文的格式写，有200--300字左右的中英文摘要、有前言、结论、参考文献等，字数在5000字左右。
3何为3C认证？
什么时候开始执行？
4电磁兼容认证执行标准包括哪两方面的内容？
5为何要对电磁干扰发射加以规范，通过什么方法进行规范和管理？
常用频段用途：
⏹波段频率主要用途
⏹长波10-100KHz电报、通讯
⏹中波100-1500KHz无线电广播
⏹短波6-30MHz电报通讯、无线电广播
⏹超短波30-300MHz无线电广播，电视、导航
⏹微波分米波300-3000MHz电视、雷达、导航、接力通信，其他专门用途
⏹厘米波3-30GHz雷达、导航、其他专门用途
⏹毫米波30-300GHz雷达、导航、其他专门用途
重要学术会议：
国际：
⏹IEEEEMCInternationalSymposium,西雅图，每年一次，有光盘
⏹Asia-PatificConfenrenceonEnvironmentalElectromagnetics，四年一次,中国电子学会，日本电工学会，北邮
国内机构：
⏹中国电子学会电磁兼容分会
⏹通讯学会电磁兼容学会
⏹各省市电磁兼容协会
⏹中国科协主办全国电磁兼容学术会议：
两年一次
⏹中国电子学会电磁兼容分会主办全国电磁兼容学术会议：
每年一次
电磁干扰实例
1、为了处理不断增长的北海石油矿藏，苏格兰建立了两个6MW可变速感应电动泵抽油站，这两台设备一投入运行，本地电站和电话局收到的控诉便如洪水般的涌来，从区域看，投诉集中在距离这两台设备的高空供电线（33kV）12英里以内的范围。
距离供电线4英里的付费电话非常嘈杂，几乎不能使用，然而仅隔一条街道，一住户的电话却不受影响，其他征兆还有：
电视帧同步丢失（屏幕滚动），辉光放电电路振铃。
尽管这两台装置的设计符合电力工业的G5/3谐波标准，这些现象证实它包含的更高次谐波，事实上可达100次（即5kHz），这个问题成为所有些行业工作人员的一个共同头痛的问题。
最终，这些问题引起政府部门的注意，因此迫切需要做些EMC补救工作。
尽管这样极度困难，因为石油泵站停机的代价非常高，但最终还是完成了。
2、1992年，医务工作者在将一心脏病人送往医院的途中，救护车上的监视器/电震发生器始终对她进行观察。
不幸的是，当医务人员一打开无线通话机请求帮助时，心机就会关闭。
结果这位病人死了。
分析表明：
因为救护车顶已由金属材料改为玻璃钢，使得监视器单元暴露在特别高的场内，同时车内又安装有远程无线天线。
因此这证明：
汽车屏蔽效能的降低与强辐射信号的结合对此设备干扰极大。
3、计算机室里，在靠近门边装有高科技猫门（磁感应触发），每当Windows加载或Windows应用程序运行时，猫门上的插销便不停地嗒嗒作响。
4、美国Langley空军基地救援调度中心报告称，他们用于侦探和营救的卫星在频率121.5MHz和243MHz处受到干扰。
其波及范围大约在8英里左右。
这个问题十分严重，因为在这些频率上，仅能在大约一英里的范围内检测到一般的警报发射机发出的信号。
最后终于弄清此问题是由于高空输电线的连接不好所致。
5、大约1990年，艾伦在英国坎伯威尔（Camberwell）铁路段租得一地下废弃的半圆形地下室。
他借钱将它改造成录音室与预演室两间，总计费用达好几万英镑。
直到1991年11月，这里的生意一直不错。
但是，在一个难忘的星期六早上，有三支乐队预订上午演出，另外三支乐队预订下午演出，结果发生了意想不到的故障。
所有摄影设备和功放开始发出颤音。
一开始，乐队工作人员认为他们的设备出了问题。
而在另一间地下室内的其他人员互相打电话，他们都遇到了同样的问题。
艾伦打电话到英国铁路公司，星期一早上，一位英国铁路公司的工程师来到这里，现场听了听后说，导致这种情况的原因新安装的信号系统。
铁路公司通过使电流在铁轨上流动来控制列车照明灯，当列车经过时，在铁轨间形成短路，从而使列车尾部的红灯点亮。
最近，英国铁路公司已决定采用交变电流。
长长的铁轨就象效果极佳的天线一般，辐射很强的交流磁场（在摄影室的许多地方，磁场大约在1安/米）。
交流电属于音频，音调在1kHz——4kHz间。
音调是复杂的颤音，其目的是为了保证整个系统不受外界的干扰。
这种颤音从电源线和连接线上被接收到后，从混音台传出来而可以听到。
甚至从没有加电的音箱中也能听到（将其电缆线拔掉并将终端短接）。
当将电吉它与放大器相连时情况是最糟的。
吉它拾音器的工作原理是失去被钢弦振动调制的磁场，然后将其转化为声音。
它不能识别磁场是来自于英国铁路公司信号系统还是来自吉它振动的弦。
6、据IEE1998年4月出版的“控制与计算月刊”第52页，高强度辐射场枪和电磁脉冲变压器炸弹已经能够用一般的标准元件容易地制成。
甚至手工制作的高强度辐射场枪或电磁脉冲变压器炸弹在几百米远的地方也可以将微处理器毁坏。
也许，在今后几年内，装备了某种电子设备的面包车驶过华尔街后，就可使数以千计的计算机丧失处理信息能力，而这些却不为当地公安部门所知。
7、1994年7月24日，星期日下午1点23分，某炼油厂发生了一起爆炸事件，其爆炸当量与四吨高能炸药相当，它引发了一场大火，一直花了两天多时间才完全扑灭。
距出事地点3公里远的一个商店的窗户被吹进了房屋。
26人受了轻伤。
幸亏爆炸发生在星期日午餐时间，现场人员很少，否则情况将严重得多。
重建费用大约需要800万美圆。
厂内产品也受到严重的损失（极大地影响了英国的炼油能力）。
事故是由星期日早上7点49分至8点30分之间发生的一场电暴引起的，电暴导致炼油厂内的许多电子设备工作异常。
第二部分电磁兼容理论基础
电磁兼容学是一门综合性的边缘学科，其核心是电磁场理论，其理论基础涵盖很广，包括数学、电磁场理论、电路理论、通信理论、材料科学、计算机与控制理论、机械等内容。
第一个问题：
各种信号的频谱分析
信号的频谱分析是从频率域对信号进行分析，即把信号表示为一组不同频率的复指数函数或正弦信号的加权和称为信号的频谱分析或傅立叶分析。
一、信号的分类
信号：
连续时间信号、离散时间信号
信号：
确定信号、随机信号
确定信号：
周期信号、非周期信号
周期信号：
简谐周期信号、复杂周期信号
非周期信号：
准非周期信号、瞬变信号
随机信号：
平稳随机信号、非平稳随机信号
二、信号的时域分析与频域分析
信号的时域分析是以时间轴为坐标表示动态信号关系。
信号的频域分析是把信号以频率为坐标表示出来。
信号的时域分析与信号的频域分析既相互独立又密切相关，可以通过傅立叶变换把他们联系起来并相互转换。
1连续时间周期信号分析
连续时间周期信号和连续时间周期信号的频谱的关系：
2连续时间非周期信号分析
连续时间非周期信号和连续时间非周期信号的频谱的关系：
3离散时间周期信号分析
取样定理：
离散时间周期信号和离散时间周期信号的频谱的关系：
4离散时间非周期信号分析
离散时间非周期信号和离散时间非周期信号的频谱的关系：
第二个问题：
电路与磁路
1电路：
理想电源：
电压源和电流源
电阻元件：
电感元件：
电容元件：
2磁路：
一、磁场的基本概念和基本定律
（1）磁场的基本概念
A磁感应强度B
定义：
B=F/LI
单位：
T
特点：
空间点函数
大小：
用磁力线
B磁通Ф
定义：
Ф=BS
单位：
Wb
特点：
标量
C磁场强度H和磁导率μ：
μH=B
H单位：
A/m
μ单位：
H/m真空磁导率μ0，相对磁导率μr=μ/μ0
（2）磁场中的基本定律
A磁通连续性原理∮BdS=0
B安培环路定律∮HdL=∑I
C介质性能方程μH=B
二、磁路的基本概念和基本定律：
（1）磁路
（2）磁路的基本物理量
A磁通势FmFm=Ni
B磁压降UmUm=HL
（3）磁路中的基本定律
A磁路的基尔霍夫第一定律∑Ф=0
B磁路的基尔霍夫第二定律∑Fm=∑Um
C磁路的欧姆定律磁阻
Um=RmФRm=L/μS
（4）铁磁性材料特性
A铁磁性材料的高导磁性
B饱和性
C磁滞性
第三个问题：
电磁场原理
麦克斯为方程组：
真空中的麦克斯韦方程组
各向同性介质中的麦克斯韦方程组
其中，
∙
是电位移矢量（单位库伦/平方米，C/m²）；
∙
是磁通量密度（单位特斯拉，T），也称磁感强度；
∙
是电场强度（单位伏特/米，V/m）；
∙
是磁场强度（单位安/米，A/m）；
∙ρ是自由电荷体密度（单位库伦/立方米，C/m³）；
∙
是自由电流面密度（单位安/平方米，A/m²）；
∙
是真空介电常数；
∙μ0是真空磁导率。
全电流定律：
电磁感应定律：
电通量定律：
磁通量定律：
磁化、极化和导电性能方程：
第四个问题：
分贝的概念
1分贝定义：
分贝是两功率的比值的对数，分贝数=10lg（P2/P1）dB
P2、P1是两个功率数值，对于电压或电流定义如下：
电压增益的分贝数=20lg（U2/U1）dB同一阻抗成立
电流增益的分贝数=20lg（I2/I1）dB同一阻抗成立
2为什么电磁兼容喜欢用分贝：
使用分贝的好处是用较小的坐标可以描述很宽的范围。
由于EMC中干扰的幅度和频率范围都很宽。
3用分贝表示物理量绝对值：
分贝也可以表示各个物理量的绝对值，表示这个物理量与某一个参考值的比较。
当以1为参考值时，各个物理量的单位就变成用分贝表示的形式。
常用单位：
电压：
dBV,dBµV1µV=0dBµV100µV=40dBµV
电流：
dBA,dBµA
电场强度：
dBµV/m
功率：
dBW,dBµW
4dB在实际工程中的应用：
牢牢记住dB仅表示一个相对概念，在看xxdB这样一个数时，一定要问一下参考值是什么。
5电磁干扰场强单位间的相互换算：
第三部分电磁环境及电磁污染途径
第一个问题：
电磁干扰源
电磁干扰源分类：
自然和人为两种。
自然干扰源：
雷电、太阳噪声、宇宙噪声、静电放电
人为干扰源：
功能性发射和非功能性发射
功能性发射：
利用电磁能量发射实现功能：
雷达、导航设备、通信系统、高频加热设备
非功能性发射：
开关触点产生的：
直流电机、电抗性负载通断。
非线性负载：
开关电源、可控硅
高压/大功率设备：
马达、输电线
含高频或数字脉冲电路的设备：
DVD
1自然干扰源：
雷电是一种主要的自然干扰源：
雷电产生的干扰可以传到数千里以外的地方。
雷电干扰的时域波形是叠加在一串小随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。
宇宙噪声是电离辐射产生的，在一天中不断变化。
太阳噪声则随着太阳的活动情况剧烈变化。
自然界的噪声主要会对通信造成干扰。
2人为干扰源：
电磁干扰的产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，电压或电流的变化能够使导体产生电磁波辐射。
一方面人们可以利用这特点实现特定的功能，例如无线电通信、雷达等功能，另一方面在电子设备工作时由于导体中dV/dt、dI/dt会产生伴随电磁辐射。
无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。
虽然在功能性发射（为了实现一定的功能，而发射电磁能量）中，发射能量是不可避免的，但是要限制那些功能发射以外的伴随发射这主要指谐波的泄漏发射。
非功能性发射都是要限制的，这在过去的产品设计中从来不考虑，但是在今后的产品设计中是一定要考虑的内容。
国家对产品实施了3C认证，如果产品产生过度的电磁干扰发射就不能在市场上销售。
因此限制电子设备的电磁干扰发射已经成为直接关系到产品能否顺利在市场上销售的因素。
注意：
凡是有电压和电流突变的场合，肯定会有电磁干问题存在。
问：
最近出现很多带有干扰这个名词的东西，什么是干扰？
答：
最近“干扰”的概念使用越来越广泛，与必须存在的东西相对应，一切不希望有的东西都可称做“干扰”。
具体到“电磁干扰”，可以按照下面所列七类进行划分：
按照发生源划分
按照传播路径划分
按照辐射干扰的产生原因划分
按照不同设备的工作原理划分
按照发生的频率划分
按照频率范围划分
不同的交流电源
而且可以在每一类中进一步分类。
根据发生源可将干扰细分如图1～图4。
图1电磁干扰源类别
图2自然干扰源类别
图3人为干扰源类别
图4内部干扰源类别
从受干扰方面来看，外来噪声是外界干扰，内部噪声是机内噪声。
除此之外，噪声按传递途径分类如图5所示。
图5按照干扰传输路径分类
干扰传播的途径如图6所示。
有通过电源线、信号线、地线、大地等途径传播的“传导干扰”，也有通过空间直接传播的“空间干扰”。
这些噪声并不独立存在，在传播过程中又会出现新的复杂噪声。
图6干扰传播路径
造成数字电路工作不正常的干扰可分为：
①电源干扰，②反射，③振铃（LC共振）：
上冲、下冲，④状态翻转干扰，⑤串扰干扰（相互干扰、串音），⑥直流电压跌落。
造成开关电源质量下降的干扰分为：
①出现在输出入端子上的干扰（电流交流声，尖峰脉冲噪声，回流噪声）；②影响内部工作的干扰（开关干扰，振荡，再生噪声）。
按发生的频率分为：
突发干扰，脉冲干扰，周期性干扰，瞬时干扰，随机干扰，跳动干扰。
造成交流电源质量下降的干扰分为：
高次谐波干扰，保护继电器，开关的震颤干扰，雷电涌，尖峰脉冲干扰，喷射环电弧，瞬时浪涌。
另外还干扰按频率分为：
低频干扰，高频干扰。
如上所述，干扰可以分成很多类别，这些干扰既产生于电气电子设备，又干扰电气电子设备，造成设备的故障和停用，带来经济和人员伤害。
为了使各种设备能够互不干扰，正常工作，应运而生了EMC技术。
简而言之，EMC是“不发干扰，不受干扰”。
现在国内外都在研究开发EMC技术，并应用于电气电子设备的制造中。
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