北航电磁兼容课件 苏东林 1-电磁场
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1. 电磁场定律在电磁场理论中的地位就如同牛顿力 学定律在理论力学中的地位是一样的。凡真实存 在的电磁场行为必定服从电磁场定律。而在非相 对论范围内，电磁场的行为必定服从积分形式的 电磁场定律。从定律的形式上看，电磁场定律是 电磁场量与他们的源量之间相互关系的表达式， 这可用下图来表达。图中用“→”表示直接关系 ，“～～→”表示时变关系。
精品课程
电磁兼容理论与应用 021305
苏东林
北京航空航天大学
课程教学大纲
1. 课程名称：电磁兼容理论与应用 2. 课程代码 ：021305 3. 课程学时：24学时 4. 课程的目的与地位：电磁兼容现象普遍存在于现 代通信、测量系统中，如主频已达到1GHz以上 的计算机系统、射频通信系统及电器、电气系统 等中都普遍存在电磁兼容问题。为了培养满足社 会需求的合格人才，开设本课程。
d CH ds S J da dt S 0 E 式
磁场
S
0.
E da dV Qnet
V
H da 0
S 0
2式右边 结论：电场与磁场之间不存在相互耦合 第二项
静态场问题
d dQnet 0 dV S J da dt V dt 28
设：F F qE F
E 0
则：H F /( 0 q υ sin )
其中为υ与H的夹角。改变q的运动方向，使 F
21 达到最大值，则有H F υ /( q0 υ （ ) A/ m ）
2
1.1.3 自由空间麦克斯韦方程组
1 2
d CE ds dt S 0 H da
1.1.4 电磁场定律的物理意义
三．电场高斯定律的物理意义
在自由空间中，由一个闭合曲面内穿出的电 通量（电通密度通量）等于曲面所包围的全部体 积内的净电荷量。也就是说，电荷是电通密度矢 量的源。 四．磁场高斯定律的物理意义 在自由空间中，由任何一个闭合曲面内穿出 的净磁通量都为零，也就是说，不存在磁通密度 矢量的源—磁荷。
10
概述——基础知识
电磁场与电磁波 微波技术 天线原理 计算电磁学
1）直流或低频情况下电子电路特性与射频、微波情况下有着本质的差别； 2）即使直流情况下，电压源向电子负载传递的能量也可从自由空间传递； 3）电容、电感、电阻等器件属性，取决于其储电能、储磁能和耗能特性； 4）电壁不一定必需由理想导体构成，“空气”也可以用来实现屏蔽； 5）机箱屏蔽涉及的单导体、双导体传输线特性；线缆布局中的串扰问题； 6）机载天线装机后辐射特性会发生严重变化，这种变化会极大地改变机载 天线的作用距离等功能指标； 7）系统级电磁兼容设计，不仅仅是天线布局； 8）计算电磁学方法基本特点、最佳适用范围，在电磁兼容领域的应用。
– –
2. 考核要求
– 无故缺勤次数>3次，无成绩； – 累计各类缺勤次数>5次，无成绩。
4
学科简介
1. 电磁兼容与电磁环境（080921）
电磁兼容与电磁环境是一门正在发展中的前沿 交叉学科，该学科范围包括在某一特定空间范围 内，能够对设备或系统产生一定影响的电磁信号 和介质，以及电磁环境对电子设备、人类寄生物 的危害影响留在有限的时间、空间及频谱资源条 件下，各种工业生产和人类生活所使用的电气、 电子设备，具有在同一电磁环境中相互共存并正 常工作能力的理论、方法与技术。
基础知识
1. 电磁场与电磁波
1.1 麦克斯韦方程整体物理意义
1.1.1 基本源量 1.1.2 基本场量 1.1.3 自由空间麦克斯韦方程组 1.1.4 电磁场定律的物理意义 1.1.5 电磁场定律的整体物理意义 1.1.6 电路理论与电磁场理论之间的关系 1.2.1 电磁功率流的传输通道 1.2.2电容器的本质——存储电能 1.2.3 电感器的本质——存储磁能
11
概述——系统级电磁兼容量化设计
1、电磁兼容基本概念
2、系统级电磁兼容量化设计技术相关基本概念 3、系统级电磁兼容量化设计与评估技术 4、系统级电磁兼容量化设计工具及应用实例 5、研制过程电磁兼容质量控制相关关键技术与方法 6、电磁兼容质量控制与量化评估软件及应用实例 7、电磁兼容工程实例解析
12
1.1.4 电磁场定律的物理意义
了解电磁场定律的物理意义比记住公式更重要
一．法拉第电磁感应定律的物理意义 在自由空间中，沿一条闭合路径的电动势等于与 该路径交链的磁通量(穿过以闭合路径为边界的任何一 个曲面的磁通量）的减少率（对时间变化率的负值） 。也就是说，时变的磁砀可以产生涡旋电场。 二．修正的安培环路定律的物理意义 在自由空间中，磁场强度沿一条闭合曲线的环流 量（有时亦称磁动势），等于与该曲线交链的电流量 与交链的电通量增加率之和。也就是说，电流和时变 23 的电场都可以产生涡旋磁场。
源量为零区域——电磁场与电磁波
d 电荷 E d s H d a 0 C dt S
法拉第电磁感应定律
d CH ds S J da dt S 0 E da 修正的安培环路定律
3
S
0.
E da dV Qnet
V
电场高斯定律
4
H da 0
S 0
磁场高斯定律
电荷守恒定律
22
5
d dQnet S J da dt V dV dt
i
17
2 ( r , t ) （ c / m ） 面电荷 总电荷 线电荷 ( r , t ) （c / m）
v
s
点电荷
qi ( r , t ) （c）
c
1.1.1 基本源量
1. 四种电荷：体、面、线、点电荷
2. 三种电流：体电流、面电流、线电流
I J ( r , t ) da 体电流 J ( r , t ) ( A / m2 ) s ˆn ds 面电流 K ( r , t ) ( A / m ) 总电流 I K ( r , t ) i C 线电流 I ( r , t ) ( A ) I Ii ( r ,t )
6. 参考教材：系统级电磁兼容量化技术，苏东林
3
关键课时安排及考核要求
1. 关键课时安排
– – 课堂教学：周三上午1、2节，1-12周； 讲座安排：常见电磁兼容故障分析，刘焱 电磁兼容工程管理，刘焱 GJB151A/152A解析，戴飞 电磁兼容实验简介，陈尧 电磁频谱管理简介，王磊 实验安排：实验1：屏蔽性能测试 实验2：传导发射测试 学生交流：学生案例交流(5名学生)
19
1.1.2 基本场量
电场强度
单位：牛顿/库伦（N / C）。由洛伦兹力与速度 无关的部分定义。
F qE qυ 0 H （N）
EF
v0
/q （V / m）
20
1.1.2 基本场量
磁场强度
单位：安培/米（A / m）。由洛伦兹力与速度 相关的部分定义。
F qE qυ 0 H （N）
2
课程教学大纲
5. 讲授及学习方法：课堂教学、实验、讲座与撰写 实习报告
6. 考核方式：考试（30%），实验（20%），
平时（20%：出勤，作业），实习报告（30%）
5. 课程教材：工程电磁兼容——原理、测试、技术 工艺及计算机模型，人民邮电出版社，V.Prasad Kodali 著，陈淑凤、高攸纲、苏东林、周碧华译; 电磁场与电磁波，高等教育出版社，苏东林等
1.2 电磁功率流的概念
1.3 电磁波的反射
1.3.1 理想导体表面电磁场的边界条件 1.3.2 空气电壁
13
作业
1. 复习苏东林《电磁场与电磁波》高等教育出版社
第九章内容
14
1. 电磁场与电磁波
1. 场是客观存在的物质形式，它具有特殊的运动规律，可 以弥漫在空间中。场可以随空间位置和时间的不同而变 化，即场可以表示成空间和时间的函数。在数学上，任 何一个可以表示成空间和时间函数的量都可以称为场。
5
理论基础
1. 电磁兼容与电磁环境学科具有独立的理论体系， 但还处于发展和完善的工程中，其核心是“电磁 场与电磁波”和“电路原理”，一般采用电磁场 、电路理论的方法和结论，进行电磁环境、电磁 兼容的仿真、设计好试验等研究。
6
研究范围
1. 学科研究最终目标：降低任务和自然界的电磁干 扰，减少其危害，提高设备和系统的抗电磁干扰 能力，实现设备和系统的电磁兼容，最大限度地 发挥设备和系统的效能。主要研究内容包括：
3.
1.1 麦克斯韦方程整体物理意义
1. 通过麦克斯韦方程整体物理意义的学习，了解直流（频 率为0Hz的情况）和低频（频率一般小于100KHz的情况 ）时电路与系统的特性，与射频（频率一般大于1MHz 的情况）和微波（频率一般大于1GHz的情况）时电路与 系统的特性有着本质的不同。
2. 为了更好的理解麦克斯韦方程中的符号，下面首先对本 课中使用的源、场量符号进行定义，包括与电荷、电流 相关的基本源量，与场相关的基本场量。
24
1.1.4 电磁场定律的物理意义
五．电荷守恒定律的物理意义
对于一个体积为，外表面为的系统，只有当 有电荷进出时，系统内的净电荷量才会改变，若 系统与外界没有电荷交换，即系统为一个电荷封 闭系统，则系统内的净电荷量是不变的。也就是 说，电荷只能以电流形式转移，而不能自行产生 或消失。
25
1.1.5 电磁场定律的整体物理意义
16
1.1.1 基本源量
1. 四种电荷：体、面、线、点电荷
2. 三种电流：体电流、面电流、线电流 体电荷
( r , t ) （c / m3）
Q ( r , t )dv Q (r , t )da Q ( r , t )ds Q qi ( r , t )
i
18
1.1.2 基本场量
洛仑兹力公式
实验证明： 一个以速度υ运动的点电荷在自由空间 电磁场中受到的力为F qE qυ 0 H （N）。
其中： 0 4 10 [亨利/米]（H/m ）为自由
7
空间的磁导率。
该式右边第一部分是与运动电荷速度无关的部分， 第二部分则是与运动速度成正比且与其垂直的部分。
9
概述
20多年从事飞机整机电磁兼容 性能分析、工程设计、问题整改
系统级 电磁兼容理论
自顶向下电磁兼容 量化设计方法
基本方法
飞机整机电磁兼容 量化设计实例
技术措施
基本原理
飞机整机电磁兼容论证、设计指标体系构架 系统级电磁兼容量化设计三个核心技术 飞机整机电磁兼容设计案例，介绍 系统级电磁兼容设计软件平台BHEMCD 系统研制过程电磁兼容质量控制平台BHEMCQ
2. 本课论述的是经典电磁场理论，也就是说只考虑宏观统 计的电磁场现象，而不考虑微观的电磁场，不考虑场的 量子效应。因此课中提到的无限小都是宏观的，而不是 真正数学上的无限小。从量子理论角度来看，应是足够 大，不至于产生量子效应。 本节知识是全课的基础，因此，应该注意理解本节包含 的数学物理概念。
15
26
1.1.5 电磁场定律的整体物理意义
5式
电荷
3式
电流
2式右边 第一项
时变部分 电磁波
表示直接关系
电场
1式
磁场
表示时变关系
2式右边 第二项
27
所有物理量均为非时变量 1.1.5 电磁场定律的整体物理意义
5式
电荷
电流
2式右边 第一项
d 0 0 H da CE ds dt S
– 电磁干扰源特性，电磁干扰传播特性，电磁敏感特性 ，电磁兼容标准与规范，电磁频谱测量与管理技术， 电磁干扰抑制技术，电磁兼容测量与试验验证技术， 电磁兼容分析与预测技术，电磁兼容设计方法，电磁 兼容危害效应，电磁兼容工程管理等
7
相关学科
1. 本学科是综合性交叉学科，涉及到的相关学科
– – – – – – – – 电磁场与微波技术 电路与系统 通信工程 自动控制 机械电子 材料及工艺 电磁测量 ……
8
主要讲授内容及授课方式
1. 电磁干扰源特性，电磁干扰传播特性，
电磁敏感特性，电磁兼容分析与预测技术， 电磁兼容设计方法，电磁兼容危害效应（课堂） 2. 电磁干扰抑制技术（讲座） 3. 电磁兼容标准与规范（讲座） 4. 电磁兼容工程管理（讲座） 5. 电磁兼容测量与试验验证技术（讲座）
6. 电磁频谱测量与管理技术（讲座）
精品课程
电磁兼容理论与应用 021305
苏东林
北京航空航天大学
课程教学大纲
1. 课程名称：电磁兼容理论与应用 2. 课程代码 ：021305 3. 课程学时：24学时 4. 课程的目的与地位：电磁兼容现象普遍存在于现 代通信、测量系统中，如主频已达到1GHz以上 的计算机系统、射频通信系统及电器、电气系统 等中都普遍存在电磁兼容问题。为了培养满足社 会需求的合格人才，开设本课程。
d CH ds S J da dt S 0 E 式
磁场
S
0.
E da dV Qnet
V
H da 0
S 0
2式右边 结论：电场与磁场之间不存在相互耦合 第二项
静态场问题
d dQnet 0 dV S J da dt V dt 28
设：F F qE F
E 0
则：H F /( 0 q υ sin )
其中为υ与H的夹角。改变q的运动方向，使 F
21 达到最大值，则有H F υ /( q0 υ （ ) A/ m ）
2
1.1.3 自由空间麦克斯韦方程组
1 2
d CE ds dt S 0 H da
1.1.4 电磁场定律的物理意义
三．电场高斯定律的物理意义
在自由空间中，由一个闭合曲面内穿出的电 通量（电通密度通量）等于曲面所包围的全部体 积内的净电荷量。也就是说，电荷是电通密度矢 量的源。 四．磁场高斯定律的物理意义 在自由空间中，由任何一个闭合曲面内穿出 的净磁通量都为零，也就是说，不存在磁通密度 矢量的源—磁荷。
10
概述——基础知识
电磁场与电磁波 微波技术 天线原理 计算电磁学
1）直流或低频情况下电子电路特性与射频、微波情况下有着本质的差别； 2）即使直流情况下，电压源向电子负载传递的能量也可从自由空间传递； 3）电容、电感、电阻等器件属性，取决于其储电能、储磁能和耗能特性； 4）电壁不一定必需由理想导体构成，“空气”也可以用来实现屏蔽； 5）机箱屏蔽涉及的单导体、双导体传输线特性；线缆布局中的串扰问题； 6）机载天线装机后辐射特性会发生严重变化，这种变化会极大地改变机载 天线的作用距离等功能指标； 7）系统级电磁兼容设计，不仅仅是天线布局； 8）计算电磁学方法基本特点、最佳适用范围，在电磁兼容领域的应用。
– –
2. 考核要求
– 无故缺勤次数>3次，无成绩； – 累计各类缺勤次数>5次，无成绩。
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学科简介
1. 电磁兼容与电磁环境（080921）
电磁兼容与电磁环境是一门正在发展中的前沿 交叉学科，该学科范围包括在某一特定空间范围 内，能够对设备或系统产生一定影响的电磁信号 和介质，以及电磁环境对电子设备、人类寄生物 的危害影响留在有限的时间、空间及频谱资源条 件下，各种工业生产和人类生活所使用的电气、 电子设备，具有在同一电磁环境中相互共存并正 常工作能力的理论、方法与技术。
基础知识
1. 电磁场与电磁波
1.1 麦克斯韦方程整体物理意义
1.1.1 基本源量 1.1.2 基本场量 1.1.3 自由空间麦克斯韦方程组 1.1.4 电磁场定律的物理意义 1.1.5 电磁场定律的整体物理意义 1.1.6 电路理论与电磁场理论之间的关系 1.2.1 电磁功率流的传输通道 1.2.2电容器的本质——存储电能 1.2.3 电感器的本质——存储磁能
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概述——系统级电磁兼容量化设计
1、电磁兼容基本概念
2、系统级电磁兼容量化设计技术相关基本概念 3、系统级电磁兼容量化设计与评估技术 4、系统级电磁兼容量化设计工具及应用实例 5、研制过程电磁兼容质量控制相关关键技术与方法 6、电磁兼容质量控制与量化评估软件及应用实例 7、电磁兼容工程实例解析
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1.1.4 电磁场定律的物理意义
了解电磁场定律的物理意义比记住公式更重要
一．法拉第电磁感应定律的物理意义 在自由空间中，沿一条闭合路径的电动势等于与 该路径交链的磁通量(穿过以闭合路径为边界的任何一 个曲面的磁通量）的减少率（对时间变化率的负值） 。也就是说，时变的磁砀可以产生涡旋电场。 二．修正的安培环路定律的物理意义 在自由空间中，磁场强度沿一条闭合曲线的环流 量（有时亦称磁动势），等于与该曲线交链的电流量 与交链的电通量增加率之和。也就是说，电流和时变 23 的电场都可以产生涡旋磁场。
源量为零区域——电磁场与电磁波
d 电荷 E d s H d a 0 C dt S
法拉第电磁感应定律
d CH ds S J da dt S 0 E da 修正的安培环路定律
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S
0.
E da dV Qnet
V
电场高斯定律
4
H da 0
S 0
磁场高斯定律
电荷守恒定律
22
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d dQnet S J da dt V dV dt
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2 ( r , t ) （ c / m ） 面电荷 总电荷 线电荷 ( r , t ) （c / m）
v
s
点电荷
qi ( r , t ) （c）
c
1.1.1 基本源量
1. 四种电荷：体、面、线、点电荷
2. 三种电流：体电流、面电流、线电流
I J ( r , t ) da 体电流 J ( r , t ) ( A / m2 ) s ˆn ds 面电流 K ( r , t ) ( A / m ) 总电流 I K ( r , t ) i C 线电流 I ( r , t ) ( A ) I Ii ( r ,t )
6. 参考教材：系统级电磁兼容量化技术，苏东林
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关键课时安排及考核要求
1. 关键课时安排
– – 课堂教学：周三上午1、2节，1-12周； 讲座安排：常见电磁兼容故障分析，刘焱 电磁兼容工程管理，刘焱 GJB151A/152A解析，戴飞 电磁兼容实验简介，陈尧 电磁频谱管理简介，王磊 实验安排：实验1：屏蔽性能测试 实验2：传导发射测试 学生交流：学生案例交流(5名学生)
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1.1.2 基本场量
电场强度
单位：牛顿/库伦（N / C）。由洛伦兹力与速度 无关的部分定义。
F qE qυ 0 H （N）
EF
v0
/q （V / m）
20
1.1.2 基本场量
磁场强度
单位：安培/米（A / m）。由洛伦兹力与速度 相关的部分定义。
F qE qυ 0 H （N）
2
课程教学大纲
5. 讲授及学习方法：课堂教学、实验、讲座与撰写 实习报告
6. 考核方式：考试（30%），实验（20%），
平时（20%：出勤，作业），实习报告（30%）
5. 课程教材：工程电磁兼容——原理、测试、技术 工艺及计算机模型，人民邮电出版社，V.Prasad Kodali 著，陈淑凤、高攸纲、苏东林、周碧华译; 电磁场与电磁波，高等教育出版社，苏东林等
1.2 电磁功率流的概念
1.3 电磁波的反射
1.3.1 理想导体表面电磁场的边界条件 1.3.2 空气电壁
13
作业
1. 复习苏东林《电磁场与电磁波》高等教育出版社
第九章内容
14
1. 电磁场与电磁波
1. 场是客观存在的物质形式，它具有特殊的运动规律，可 以弥漫在空间中。场可以随空间位置和时间的不同而变 化，即场可以表示成空间和时间的函数。在数学上，任 何一个可以表示成空间和时间函数的量都可以称为场。
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理论基础
1. 电磁兼容与电磁环境学科具有独立的理论体系， 但还处于发展和完善的工程中，其核心是“电磁 场与电磁波”和“电路原理”，一般采用电磁场 、电路理论的方法和结论，进行电磁环境、电磁 兼容的仿真、设计好试验等研究。
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研究范围
1. 学科研究最终目标：降低任务和自然界的电磁干 扰，减少其危害，提高设备和系统的抗电磁干扰 能力，实现设备和系统的电磁兼容，最大限度地 发挥设备和系统的效能。主要研究内容包括：
3.
1.1 麦克斯韦方程整体物理意义
1. 通过麦克斯韦方程整体物理意义的学习，了解直流（频 率为0Hz的情况）和低频（频率一般小于100KHz的情况 ）时电路与系统的特性，与射频（频率一般大于1MHz 的情况）和微波（频率一般大于1GHz的情况）时电路与 系统的特性有着本质的不同。
2. 为了更好的理解麦克斯韦方程中的符号，下面首先对本 课中使用的源、场量符号进行定义，包括与电荷、电流 相关的基本源量，与场相关的基本场量。
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1.1.4 电磁场定律的物理意义
五．电荷守恒定律的物理意义
对于一个体积为，外表面为的系统，只有当 有电荷进出时，系统内的净电荷量才会改变，若 系统与外界没有电荷交换，即系统为一个电荷封 闭系统，则系统内的净电荷量是不变的。也就是 说，电荷只能以电流形式转移，而不能自行产生 或消失。
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1.1.5 电磁场定律的整体物理意义
16
1.1.1 基本源量
1. 四种电荷：体、面、线、点电荷
2. 三种电流：体电流、面电流、线电流 体电荷
( r , t ) （c / m3）
Q ( r , t )dv Q (r , t )da Q ( r , t )ds Q qi ( r , t )
i
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1.1.2 基本场量
洛仑兹力公式
实验证明： 一个以速度υ运动的点电荷在自由空间 电磁场中受到的力为F qE qυ 0 H （N）。
其中： 0 4 10 [亨利/米]（H/m ）为自由
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空间的磁导率。
该式右边第一部分是与运动电荷速度无关的部分， 第二部分则是与运动速度成正比且与其垂直的部分。
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概述
20多年从事飞机整机电磁兼容 性能分析、工程设计、问题整改
系统级 电磁兼容理论
自顶向下电磁兼容 量化设计方法
基本方法
飞机整机电磁兼容 量化设计实例
技术措施
基本原理
飞机整机电磁兼容论证、设计指标体系构架 系统级电磁兼容量化设计三个核心技术 飞机整机电磁兼容设计案例，介绍 系统级电磁兼容设计软件平台BHEMCD 系统研制过程电磁兼容质量控制平台BHEMCQ
2. 本课论述的是经典电磁场理论，也就是说只考虑宏观统 计的电磁场现象，而不考虑微观的电磁场，不考虑场的 量子效应。因此课中提到的无限小都是宏观的，而不是 真正数学上的无限小。从量子理论角度来看，应是足够 大，不至于产生量子效应。 本节知识是全课的基础，因此，应该注意理解本节包含 的数学物理概念。
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1.1.5 电磁场定律的整体物理意义
5式
电荷
3式
电流
2式右边 第一项
时变部分 电磁波
表示直接关系
电场
1式
磁场
表示时变关系
2式右边 第二项
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所有物理量均为非时变量 1.1.5 电磁场定律的整体物理意义
5式
电荷
电流
2式右边 第一项
d 0 0 H da CE ds dt S
– 电磁干扰源特性，电磁干扰传播特性，电磁敏感特性 ，电磁兼容标准与规范，电磁频谱测量与管理技术， 电磁干扰抑制技术，电磁兼容测量与试验验证技术， 电磁兼容分析与预测技术，电磁兼容设计方法，电磁 兼容危害效应，电磁兼容工程管理等
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相关学科
1. 本学科是综合性交叉学科，涉及到的相关学科
– – – – – – – – 电磁场与微波技术 电路与系统 通信工程 自动控制 机械电子 材料及工艺 电磁测量 ……
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主要讲授内容及授课方式
1. 电磁干扰源特性，电磁干扰传播特性，
电磁敏感特性，电磁兼容分析与预测技术， 电磁兼容设计方法，电磁兼容危害效应（课堂） 2. 电磁干扰抑制技术（讲座） 3. 电磁兼容标准与规范（讲座） 4. 电磁兼容工程管理（讲座） 5. 电磁兼容测量与试验验证技术（讲座）
6. 电磁频谱测量与管理技术（讲座）