电磁兼容设计-第一章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,1,章 电磁兼容概述,1.1,电磁兼容简介,1.2,电磁兼容现象,1.3,电磁兼容性的基本概念,1.4,电磁兼容标准和规范,1.1,电磁兼容简介,1,、电磁兼容概念,2,、电磁环境,电磁环境：,军队、系统或平台在预定工作环境中执行任务时可能遇到的在各种频率范围内电磁辐射或传导辐射的功率和时间的分布状况。,电磁环境效应,:,是电磁干扰、电磁脉冲、电磁辐射对人体、兵器和材料的危害以及闪电和天电干扰等自然现象效应的总和。,电磁环境主要取决于下列因素：,（,1,）电子设备的数量；,（,2,）电子设备的使用方案；,（,3,）电子设备的复杂性以及辐射信号的特性；,（,4,）对电子设备的依赖程度；,（,5,）分析、掌握电磁环境的能力和需求等。,当前,电磁环境的主要特征：,（,1,）电磁信号的密度强度越来越大；,（,2,）电子设备杂散辐射多；,（,3,）无意干扰多、电磁环境变得恶劣；,（,4,）有意干扰强；,1.2,电磁骚扰现象,1,、,电磁干扰三要素,电磁干扰源、耦合路径或称耦合途径、敏感设备，是形成电磁干扰的三要素。,电磁干扰源指产生电磁干扰的元件、器件、设备或自然现象；,耦合途径或称耦合通道，指把能量从干扰源耦合到敏感设备上，并使该设备产生响应的媒介和通道；,敏感设备指对电磁干扰产生响应的设备。,1.3,电磁兼容性的基本概念,电磁干扰源,耦合途径,敏感设备,电磁干扰效果,系统间干扰,(,雷达干扰飞机,移动电台干扰电视机,输电线的瞬态变化干扰计算机,),系统内部干扰,(,雷达发射机能量的泄漏对雷达接收机的的干扰,地线回路电流引起无意中的级间耦合，计算机中磁盘驱动器的磁场对低电平的数字电路的干扰，,),电磁,(,骚扰,),干扰源分为：自然干扰源和人为干扰源。,自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。,人为干扰源一部分是专门用来发射电磁能量的装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备，称有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器、工业、医用射频设备等，称无意发射干扰源。,图,1,电磁干扰源类别,图,2,自然干扰源类别,自然干扰源,雷电放电：,干扰脉冲，从极低频到,50MHz,沉积静电干扰：,沙尘埃、雨点等与导体表面摩擦产生静电，放电。,宇宙干扰：,太阳、月亮、星球、行星和银河噪声（可见光、红外、无线电频段），银河系外层空间。,热噪声：,导体、元器件中电子布朗运 动，电子与分子撞击产生短暂的电流小脉冲。,太阳电磁辐射干扰,太阳辐射是太阳射向地球的光能,能量大约为 电子伏特,/,秒,到达地球表面的太阳辐射能量与纬度,/,海拔高度以及时间的变化,(,年、月、日）有关。,太阳辐射光谱,辐射光,波长 微米（）,紫外线,0.001,0.4,紫光,0.4,0.45,蓝光,0.45,0.48,青光,0.48,0.5,绿光,0.5,0.535,黄光,0.55,0.6,橙光,0.6,0.64,红光,0.64,0.75,红外线,0.75,太阳的大气传输,地球上空,20-30,公里的高度,:,臭氧层吸收大量紫外线辐射；,近地面大气层,:,氧气吸收红光辐射,水汽吸收红外线辐射。,太阳电磁辐射对元器件的危害,热效应,太阳辐射引起的高温或局部过热,光化学效应,太阳辐射引起电子电工产品所使用的涂料、油漆、塑料、纤维和橡胶等变形、退色、失去光泽、粉化。,导致电子产品的绝缘性能下降，可引起电子电工产品的老化、氧化、裂缝；,过应力增大,静电、噪声、辐射应力、浪涌冲击,对电性能和机械性能的影响,电阻,瞬时电离效应使电阻阻值下降,永久电离效应使低阻值电阻上升；高阻值电阻下降。,电容器,电容器绝缘电阻下降，漏电损耗加大，电容减小。,晶体三极管增益 值下降,太阳辐射的危害案例,2000,年,7,月,16,日，“太阳风暴”造成严重的电离层暴，电离层的部分临界频率急剧下降或造成无回波。,造成北京、兰州、拉萨等地通讯全部中断。,抗太阳辐射的措施,抗太阳辐射的电路设计,对野外、露天工作的电子元器件、电子设备进行等级实验；,选择满足耐辐射技术指标的电子电器，进行抗辐射电路设计：,元器件（复合管）,电路（反馈）,人为干扰,非功能干扰源,功能干扰源,系统中一部分工作直接影响另一部分工作：,RF,发射机对接收机的影响,系统间的干扰,一些主要的人为电磁噪声源有：,弧焊机；,(3kHz120MH),RF,加热器；,(27MHz),工业、科学和医疗设备；,交流高压输电线；,汽车点火装置；,(100MHz),荧光灯；,(10kHz1MHz),微波炉；,高频电热设备；,通信发射机的有意辐射和杂散辐射；,电动机。,内弹道参数测试系统,95GHz,毫米波前端设计分析,微波：频率,300MHz,3000GHz,，波长,1m,0.1mm,微波频段分：分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波,可见光：,波长,0.4,0.76,人为干扰,由电能转化而来，可分为,:,工频电场与磁场,射频电磁场,工频电场与磁场,彩电、冰箱、洗衣机、电脑、复印机、电熨斗、洗碗机、电动搅拌器、电烤箱、电吹风、暖风机、空调机、立体声接收机、吸尘器、电炉及电灯等，这是家庭及工作场所中工频电磁场的主要发射源；,高压输电线路、变电站及电动机车、轻轨、磁悬浮等，这是公众环境中工频电磁场的主要发射源。,射频电磁场,能够产生射频电磁场的辐射源，其频率要,100KHz,。,常见的辐射源（日常环境中随处可见的射频电磁场发射源）：,广播及电视发射塔、雷达,移动电话手机及基站,卫星地球站、微波站,微波炉、电子防盗系统等,广播电视发射设备,短波、中波广播，高频广播，电视广播等。,主要部门为各地广播电视局,辐射特征为大功率定时全向发射；传输信号送至天线辐射出去。,通信、雷达及导航发射设备,移动通信。包括短波发射台、微波通信站、地面卫星通信站、移动通信基站、专业通信网站、各种雷达设备和导航设备等。,雷达及导航多为定向不定时发射，传输信号同样通过天线辐射出去。,工业、科研、医疗高频设备,该类设备把电能转换为热能或其它能量加以利用，但伴有电磁辐射产生并泄漏出去，引起工作场所电磁污染。,工业用电磁辐射设备,主要为高频炉（包括高频感应炉、高频淬火炉、高频溶炼炉、高频焊接炉及电子管的排气、烤消、退火、封接、钎焊，半导体的外延、区熔、拉单晶等）,工业、科研、医疗高频设备,塑料热合机（包括高频热合机、塑料焊接机等）高频介质加热机,高频烘干机,高频木材烘干机,高频杀菌设备,高频淬火设备,微波破碎机,放电加工机床、各种类型电火花加工设备（包括高频制模机、线切割机和多头点焊机）等。,工业、科研、医疗高频设备,医疗用电磁辐射设备：,主要为高频理疗机,超短波理疗机,紫外线理疗机,高频透热机,微波电疗机,高频烧灼器,微波针灸设备,工业、科研、医疗高频设备,科学研究及其它用途电磁辐射设备,主要为电子加速器及各种超声波装置,电磁灶,电力系统电磁辐射,高压输电线,包括架空输电线和地下电缆，一般所称高压是指工作电压在,110kV,以上；,变电站,包括发电厂（升压站）和变压器电站（降压站）。,交通系统电磁辐射干扰,电气化铁路,轻轨及电气化铁道,有轨电车,无轨电车,磁悬浮列车,汽车的点火系统等。,频率范围,干扰源,工频及,音频干扰,50HZ,及其谐波,输电线，电力牵引线，有线广播,甚,低频干扰源,30KHZ,以下,雷电等,载频,干扰源,10300KHZ,高压直流输电高次谐波,射,频、视频干扰源,300KHZ300MHZ,工业、科学、医疗设备为、电动机,微波干扰源,300M100GHZ,微波炉、微波拉力通信、卫星通信发射机、雷达,电磁干扰频率范围分类,家庭中测得的磁场强度,测量辐射的环境电平，用电场强度,V/m,来度量。除了,RF,电磁场以外，在工频下始终也存在磁场，也需关心磁场对健康的潜在危害性。,家庭中测量的位置,磁场强度,/,（,A/m,）,离电炉顶,20cm,4.86,离微波炉门,20cm,0.4,离电子食品搅拌器,20cm,4,离电气面板,20cm,0.82,离,120250V,自耦变压器,20cm,46.2,离烤面包器,20cm,0.81,厨房中心（冰箱）,0.1,非电离的电磁场暴露安全限值,非电离辐射,表示诸如微波炉、天线和高射频电流载流导线等辐射源产生的辐射。,电离辐射,表示,X,射线，电磁粒子可引起气体分子电离的辐射。,在西欧、美国和加拿大最早广泛采用的功率限制是,10mW/cm,2,；,频率范围,E,场场强,/,（,V/m,）,H,场强度,/,（,A/m,）,1Hz,_,3.2*10,4,18Hz,10000,3.2*10,4,/f,2,825Hz,10000,4000/f,0.0250.8kHz,250/f,4/f,0.83kHz,250/f,5,3kHz150kHz,87,5,0.151MHz,87,0.73/f,110MHz,87/f,1/2,0.73/f,10400MHz,28,0.073,4002000MHz,1.375/f,1/2,0.0037f,1/2,2300GHz,61,0.16,ICNIRP,推荐的时变电磁场通用公众暴露参考电平,the International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection(ICNIRP,国际非电离辐射防护委员会）,SAR=,比吸收率,=,按细胞组织质量所吸收的功率（,W/kg,）,条件,SAR,限值,/(W/kg),对整个身体质量取平均的,SAR,0.08,对于头、颈和躯干，对任何,1g,细胞组织取平均的局部,SAR,1.6,在四肢中，对,10g,细胞取平均的,SAR,4,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所示。,干扰传播的途径如图所示。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“辐射干扰”。,这些噪声并不单一存在，而且在传播过程中又会出现新的复杂噪声。,电磁干扰的性质,为了确定电磁干扰源产生的干扰效应，必须确定电磁干扰源发射的电磁能量的空间、时间、频率、强度和形式。,电磁干扰的性质可以由以下的参数来描述,.,频谱,(,窄带干扰,宽带干扰,),窄带干扰,:,带宽从几十到几百,Hz.AM,FM,PSK(,相移键控,),SSB(,单边带调制,),的单工无线系统,.,基本电源输出及其谐波,.,宽带干扰,:,带宽分布在几十到几百,MHz,甚至更宽的范围,.,这种干扰通常是由上升沿和下降沿的窄脉冲形成的,.,脉冲周期愈短,频谱能量越分散,上升和下降沿越快,频谱的范围就越宽,.,传导干扰与辐射干扰,在进行电路分析的时候,低频时按集中参数处理,高频时按分布参数处理,当频率再高的时候,由于导体损耗,(,趋肤效应,),分布电感和分布电容的作用,使传导的电流大为衰减,因而,干扰波在低频时侧重于传导干扰，微波频段更趋向于辐射干扰,.,传导干扰,-,幅度,用,概率表示,:,正弦的或随机的,热噪声,:,具有高斯分布的幅度概率,:,P(x)=,标准正态分布,传导干扰,-,波形,电气干扰有不同的干扰波,:,矩形波,三角波,余弦波,高斯波形,.,它们的特点是,上升的斜率越陡,所占的带宽就越宽,.,在可靠工作的情况下设计的脉冲波形具有尽可能慢的上升时间,.,传导干扰,-,出现率,干扰信号在时间轴上出现的规律称为出现率,周期性的,非周期性的,随机,的,.,辐射干扰,-,除了传导干扰的一些特性描述外，还需用天线理论描述,传导干扰必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象。这个传输电路可包括导线，设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。,辐射干扰是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见三种：甲天线发射的电磁波被乙天线接受，称为天线对天线耦合；空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；两根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。,干扰侵入到受干扰的设备中的途径：,有电压、电流通过电源线或信号线的,传导传输,电磁波在,空间辐射传输,二种途径。,共模干扰和差模干扰,电磁兼容,EMC,（,Electromagnetic Compatibility,）,电磁干扰,EMI,（,Electromagnetic Interference,）,辐射发射,RE(Radiated Emission),传导发射,CE(Conducted Emission),电磁敏感性,EMS,（,Electromagnetic Susceptibility,）,辐射敏感度,RS,（,Radiated Susceptibility,）,传导敏感度,CS,（,Conducted Susceptibility,）,电磁环境,EME,（,Electromagnetic Environment,）,电磁噪声,EN,（,Electromagnetic noise,）,静电放电,ESD(Electrostatic,Discharge),2,、其他基本概念,骚扰电平：对给定装置、设备或系统电磁骚扰程度的度量。,抗扰度电平：给定装置、设备或系统能正常工作并保持性能等级时的最大骚扰电平。,抗扰度限值：规定的最小抗扰度电平。,发射限值：规定的骚扰源的最大发射电平。,发射电平：给定装置、设备或系统发射的最大骚扰电平。,抗扰度裕量：抗扰度限值与电磁兼容电平之间的差值。,电磁兼容性电平：加于给定装置、设备或系统的规定的最大电磁骚扰电平。,电磁兼容性裕量：抗扰度限值与发射限值之间的差值。,发射裕量：电磁兼容电平与发射限值之间的差值。,电磁骚扰与电磁干扰,电磁骚扰是指任何可能引起设备性能降低或对有生命物质产生损害作用的电磁现象。,电磁干扰则是指由电磁骚扰引起的设备或传输通道性能的下降。,骚扰是一种电磁能量，干扰是骚扰产生的结果或后果。电磁干扰产生于骚扰源；大量骚扰源的存在造成电磁环境污染，导致电磁兼容性问题尖锐化。,电磁敏感（,EMS,）和电磁兼容（,EMC,）,EMS,其意是指由于电磁能量造成性能下降的难易程度。,EMC,有非常广的含义。电磁能量的检测、抗电磁干扰性试验、检测结果的统计处理、电磁能量辐射抑制技术、雷电和地磁等自然电磁现象、电场磁场对人体的影响、电场强度的国际标准、电磁能量的传输途径、相关标准及限制等均包含在,EMC,之内。,国际电磁兼容标准化组织,国际电工委员会,(IEC),国际大电网会议,(CIGRE),国际发供电联盟,(UNIPEDE),国际电报电话咨询委员会,(CCITT),国际无线电咨询委员会,(CCIR),国际电信联盟,(ITU),电气电子工程师学会,(IEEE),等,CISPR,：国际无线电干扰特别委员会,1.4,电磁兼容标准和规范,相关国际组织,UNO,：,联合国组织,ICSU,：,国际科学联合会理事会,URSI,：,国际无线电科学联合会,ISO,：国际标准化组织,IFRB,：,国际频率登记委员会,国家或组织,制订单位,标准名称,IEC,CISPR,CISPR,Pub.XX,TC77,IEC XXXXX,欧共体,CENELEC,EN XXXXX,美国,FCC,FCC Part XX,MIL,MIL-STD.XXX,德国,VDE,VDE XXX,日本,VCCI,VCCI,国内：,1986,年成立了全国无线电干扰标准化委员会后，我国才开始有组织有系统地对应,CISPR/IEC,开展国内,EMC,标准化工作。国家标准化管理委员会所属的从事,EMC,标准化技术工作的组织，有全国无线电干扰标准化技术委员会和全国电磁兼容标准化技术委员会，分别对应,CISPR,、,TC77,。,国际电工委员会,（,IEC,）,IEC,主要是各国民间制造商组成的关于电气标准规范的国际组织，有,2,个标准化技术委员会：国际电磁兼容委员会（,TC77,），下设,3,个分会；国际无线电干扰特别委员会（,CISPR,），下设,7,个分会。,跨国电气电子工程师学会电磁兼容专业委员会,（,IEEE,EMC,）,美国无线电工程师学会（,IRE,）于,1957,年成立了射频干扰专业学组，,1959,年召开了学术讨论会。同年射频干扰学组改名为电磁兼容专业学组并召开了首届电磁兼容学术讨论会。,跨国电气电子工程师学会电磁兼容专业委员会,（,IEEE,EMC,）,1963,年无线电工程师学会与美国电气工程师学会和美国电子工程师学会（,AIEE,）合并，成立跨国电气电子工程师学会（,IEEE,），在全世界发展会员。,1964,年跨国电气电子工程师学会将无线电工程师学会的射频干扰学报改为跨国电气电子工程师学会电磁兼容学报。,1978,年电磁兼容学组改为电磁兼容专业委员会。,跨国电气电子工程师学会电磁兼容专业委员会,（,IEEE,EMC,）,自,1959,年以来，每年召开电磁兼容学术讨论会。该专业委员会创办电磁兼容学报，其宗旨包括：,a,维护技术标准；,b,即时发表权威性文章；,c,介绍学会所关心的各个领域的新发展。专栏有,EMC,标准、测量技术、非需求源、电缆与接地、屏蔽与滤波、设备电磁兼容、系统电磁兼容、天线与传播、频谱利用、电磁脉冲、雷电、辐射与危害、沃尔什函数等。,标准和规范,标准：标准是一个一般性的准则，由它可以导出各种规范。,规范：规范则是一个包含详细数据、必须按合同遵守的文件。,中国的电磁兼容性标准和规范：,GB,国家标准：民用。,GJB,国家军用标准：军用。,电磁兼容标准,基础标准、通用标准、产品类标准和专用标准。,基础标准是制订其他,EMC,标准的基础，它描述了,EMC,现象，规定了电磁骚扰发射和抗扰度的测试方法、测试设备和布置，定义试验等级和性能判据。,产品类标准和专用标准是针对某种产品系列和专用产品的,EMC,测试而制订的。引用基础标准的内容，根据产品的特殊性对测试做出更加详细的规定。,通用标准是按照产品使用的环境来分类的，规定了设备应该在哪些端口作发射和抗扰度试验，包括设备的交、直流电源端口、信号和数据线端口、机壳、接地点等，同时也规定了可以依据的基础标准。,产品依照标准的原则：,专用产品类标准产品类标准通用标准。,即一个产品如果有专用产品类标准，则产品的,EMC,性能应该满足专用产品类标准的要求；如果没有，则应该采用产品类标准进行,EMC,试验，如果没有产品类标准，则用通用标准进行,EMC,试验，以此类推。,测量单位及换算关系,功率,dBW,电压,dBV,电流,dBA,功率密度,dB(W/m,2,),电场强度,dB(V/m,),、磁场强度,dB(A/m,),测量单位及换算关系,功率,dBW,功率可用分贝,(dB),表示,:,基准参考量的单位不同,:,:,:,:,测量单位及换算关系,电压,dBV,基准参考量的单位不同,:,:,:,:,测量单位及换算关系,电流,基准参考量,:,