电磁干扰与电磁兼容

电磁兼容性学科涉及的理论基础包括电磁场理论、 天线与电波传播、电路理论、通信技术、材料科学、生 物医学等等，所以电磁兼容性学科是一门实用性很强的 综合性的前沿学科。 为了实现仪器设备之间的电磁兼容，国家针对各种 电子、电器产品已经颁布了一系列强制性的电磁兼容执 行标准。电磁兼容技术贯穿于电子、电器产品设计、制 造、检验、销售的全过程。 图1－1是表示产品投资效益 的曲线，可以看出：电磁兼容问题解决得越早，投资效 益越高。如果在产品的立项、设计阶段就解决了电磁兼 容技术，电磁兼容措施的有效性最高，产品的成本最低。 如果产品已经成批的制造出来了，才发现不符合国家的 电磁兼容标准，在采取补救措施，产品的成本就会大大 提高。
例1：美国研制B1轰炸机时电子设备之间的电磁 干扰。 例2：民兵Ⅰ导弹的飞行故障。 例3．广州白云机场的导航系统受到严重的干扰。
例4：电磁辐射对人体的影响 1、生物体对电磁辐射能量的吸收 ①、电离辐射和非电离辐射 电磁辐射的量子能量 w＝hf h＝6.62×10-34J· 普朗克 S 常数。 f＞3×1015Hz 量子的能量可以使原子和分子电离―― 电离辐射，例如X射线辐射、γ射线辐射， f＜3×1015Hz 量子的能量不能使原子和分子电离―― 非电离辐射。 电磁干扰和电磁污染一般属于非电离辐射。
⑤、电磁辐射防护限值 国家标准《电磁辐射防护规定》（GB 8702－88）中 规定的公众辐射限值为：
公众辐射限值是指在一天24小时内，电磁辐射场量在 任意连续6分钟内的平均值应符合表中的要求，全身平均 的比吸收率（SAR）应小于0.02W/kg。
二、电磁干扰概述 ㈠、定义：任何可能引起装臵、设备或系统性能降低的 电磁现象。（国标GB/T4365-1995） ㈡、电磁干扰的分类 1、按传播途径分类 传导干扰：通过电路耦合的干扰。（例如导线传输、 电容耦合、电感耦合。） 辐射干扰：通过空间传输的干扰。 2、按干扰的来源分类 ⑴、自然干扰 图2－2 ①、雷电：干扰信号的频率：10～100kHz。 ②、宇宙干扰：来自太阳和其他星系的电磁噪声, 干扰信 号的频率：几十M～几十GHz。例如太阳黑子活动造 成的无线电干扰，可造成通信中断。 ⑵ 、人为干扰
2、电磁兼容研究涉及的领域 电磁兼容性学科研究的对象不仅限于各种电子、电气 设备，而且包括各种电磁环境(自然电磁干扰、核电磁脉冲、 静电放电、人为电磁辐射等）对人体的生态效应，信息处 理设备因电磁泄漏造成的泄密等等。 电磁兼容性涉及的领域十分广泛，通信、广播电视、 科学仪器、信息设备、航空、航天、机车、舰船、电力、 军工、医疗设备、计算机、家用电器等领域中都存在电磁 干扰和电磁兼容性问题。下表是参加全国电磁兼容学术会 议的学术团体：
四、电磁兼容性概述 1、 电磁兼容的定义 采用一定的技术手段，使同一电磁环境中的各种电子、 电气设备都能正常工作，并且不干扰其他设备的正常工作， 这就是电磁兼容（英文：Electromagnetic Compatibility，缩 写为EMC)。在国家标准GB/T4365-1995中对电磁兼容严格 的定义是：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、设备对来自外部环境的电磁干扰必须具有一定的承受 能力（抗扰度）。 ②、设备在正常工作时产生的电磁干扰不超过一定的限值，
2、电磁辐射对人体的影响 目前，一般认为电磁辐射对人体的影响包括三个方面： ①、热效应 辐射功能密度S＞10mW/cm2（E＞110V/m），人体吸 收的辐射能转化为热量，超过人体体温调节能力时，会引 起人体（或局部组织）体温明显升高，或引起生理功能紊 乱（人的体温每升高一度，基础代谢增加约5~14%，组织 中的氧的需求量增加50~100%）。热效应首先损伤人体上 对热比较敏感的器官，例如眼睛、大脑、男性生殖器等， 例如可导致白内障（＞300 mW/cm2）。 S＜10mW/cm2，不会引起体温明显的升高，但可能使 体内局部小范围内出现显著的能量吸收（谐振吸收），引 起生理功能的障碍。
现有最大干扰值
例如：对于干扰电压， 对于干扰场强，
V0 V0 m , 或 m(dB) 20 lg , Vm Vm
E0 E0 m , 或 m(dB) 20 lg , Em Em
Sm Sm
对于干扰功率密度，m S0 , 或 m(dB) 10 lg S0 , 在美国军用标准中规定： 系统的电磁干扰安全系数 m≥6dB， 武器和电爆装臵 m≥20dB。 4、电磁兼容的条件： ①、干扰源产生的电磁干扰满足规定的限值， ③、敏感设备具有规定的抗干扰能力。
④、决定电磁辐射对生物体影响程度的几个因素 a、场强：场强越大，影响越大。 b、频率：在谐振吸收频率处，影响最大。一般是频率升 高，影响增大，微波段影响最大。 c、作用时间：电磁辐射对生物体的影响具有积累作用， 作用时间越长，影响越大。 d、与辐射源的距离:对于偶极子天线，在天线近区E∝1/r3， 在天线远区E∝1/r，辐射场强随距离 的增大迅速衰减，影响减小。 e、环境温度和湿度：温度高、湿度大，生物体不易散热， 影响增大。 f、辐射特性：脉冲波比连续波的影响大。
⑵、标准和规范的内容 ①、规定名词术语； ②、规定电磁发射和敏感度的极限值； ③、规定统一的测量方法； ④、规定电磁兼容性控制方法或设计规范； ⑶、影响比较大的国外标准 例如：美国FCC(联邦通信委员会)标准; 美国军用电磁兼容标准; 欧洲EMC标准。
②、抗扰度允许值：导致设备或系统性能下降的干扰信号 的幅值（可以是电压、电流、电场强度、磁场强度、 功率密度……）。 例如：在国标GB／T13838－92中 声音和电视广播接收机的音频功能辐射抗扰度允许值： 0.15～150MHz，125dB（μV／m）。 电视广播接收机的接收功能辐射抗扰度允许值： 48.5～92MHz， 109dB（μV／m）， 92～150MHz， 125dB（μV／m）。 3、电磁干扰安全系数 定义， 抗扰度允许值 m ，也可用dB表示。
电磁干扰与 电磁兼容技术
一、电磁辐射的危害 二、电磁干扰概述 三、电磁敏感性 四、电磁兼容性概述 五、电磁兼容测量内容 六、屏蔽技术 七、滤波技术 八、接地技术 九、电磁兼容设计 十、频谱管理
一、电磁辐射的危害 随着科学技术的发展，越来越多的电子、电气设备进 入了我们生活和生产的各个领域……，这些设备在正常运 行的同时也向外辐射电磁能量，可能对其他设备产生不良 的影响，甚至造成严重的危害，这就是电磁干扰。据统计， 全世界空间电磁能量平均每年增长7－14％。在有限的空间 和有限的频率资源条件下，由于各种电子，电气设备的数 量与日俱增，使用的密集程度越来越大，电磁干扰的严重 性就越来越突出。 电磁能的广泛应用一方面推动了社会的进步，丰富了 人类的物质文化生活,同时也使空间各种频率的电磁辐射越 来越强，对人类造成了危害： ①、干扰广播、电视、通信信号的接收； ②、干扰电子仪器、设备的正常工作，可能造成信息失误、 控制失灵等事故； ③、可能引燃一些易燃易爆物质，引起爆炸和火灾； ④、较强的电磁辐射对人体的健康有很大的影响。
②、非热效应 S＜1mW/cm2（E＜61.4 V/m），长时间照射也不会引 起体温明显的升高，但会出现烦躁、头晕、疲劳、失眠、 记忆力减退、脱发、白血球升高、植物神经功能紊乱、脑 电图和心电图的变化等症状。这些一般称为电磁辐射的非 热效应，这些症状在脱离辐射源后一般是可以逐渐恢复的。 ③、三致作用（致癌、致畸、致突变作用） 这是电磁辐射的远期效应，在国内外已经引起了重视， 但尚无一致的意见。一些研究者的实验表明：长时间的电 磁辐射可能诱发癌症，也可能引起染色体的畸变，具有致 畸、致突变作用。
3、电磁兼容研究机构 例如 ①、国际电工委员会(IEC)，制定了一系列电磁兼容标准： IEC 61000标准。 ②、国际无线电干扰专门委员会(CISPR)，下设7个分委 员会， 将有使用价值的研究报告发表在一系列的 CISPR出版物上，成为世界各因公认的电磁兼容性 的标准和规范， ③、电气与电子工程师协会（IEEE），出版电磁兼容性 专业期刊:IEEE Transactions on EMC，定期召开国 际电磁兼容学术会议。 ④、中国电子学会、中国通信学会、中国电工技术学会、 中国电机工程学会等许多一级学会下都设有电磁兼 容专委会。
㈢、产生电磁干扰的三个要素 ①、电磁干扰源。 ②、对此类干扰敏感的仪器设备（被干扰体）。 ③、干扰信号耦合的通道（传播途径：传导、辐 射）。
㈣、系统内部的干扰与系统之间的干扰 ①、系统内部的干扰：系统内一部分电路对另一部分电 路的干扰。 例1 汽车内发动机点火系统对车内通信系统的干扰。 例2 电路板上振荡电路对其它单元电路的干扰。 ②、系统之间的干扰：一个系统对另一个系统的干扰。 例1 计算机对收音机的干扰。 例2 高压输电线路对通信线路的干扰。 ㈤、干扰信号的传播 1、干扰信号，由干扰源发生，经过一定的传播途径到达 接收机，造成干扰。
4、电磁兼容性标准和规范 ⑴、我国制定了一系列电磁兼容国家标准和行业标准。 例如: GB／T4365-1995 电磁兼容术语； GB／T6113-1995 无线电干扰和抗扰度测量设备 规范； GB／T3907-83 工业无线电干扰基本测量方法； GB／T15658-1995 城市无线电噪声测量方法； GB／T8702-88 电磁辐射防护规定； GB／T4824-1996 工业、科学和医疗(ISM)射频设 备电磁骚扰特性的测量方法和 限值； GB9254-88 信息技术设备的无线电干扰极 限值和测量方法。
3、按信号的功能分类 功能性干扰：设备正常工作时产生的信号对其它设备 的干扰。 非功能性干扰：无用的电磁泄漏产生的干扰。 4、按场的性质分类：电场干扰，磁场干扰 5、按干扰的特性分类 频率：射频干扰（低频、高频、微波） 工频干扰（50Hz） 静态场干扰（静电场、恒定磁场）。 波形：连续波干扰、脉冲波干扰ຫໍສະໝຸດ Baidu 带宽：宽带干扰、窄带干扰。 周期性：有规则干扰：周期性干扰信号 非周期性干扰信号 随机干扰
公共地阻抗耦合 电阻性耦合 公共电源内阻耦合 传导耦合 电容性耦合 电感性耦合 干扰信号 导线对导线 辐射耦合 天线对天线 场对导线
2、电磁干扰耦合模型（右图） C：电容耦合， L：电感耦合， Z：共阻抗耦合， NC：近场耦合， FR：远场辐射。
不干扰其它设备的正常工作。
例：共用天线系统的电磁兼容。 ⑴、系统简介 图4一1
一组天线（各频道)，宽带放大器，变频器（ 可以把一 个频道的电视信号转换到另一个频道），同轴传输线，多终 端接收机（电视机、调频广播接收机)。 ⑵、外部电磁兼容问题 ①、外部电磁噪声的干扰，例如房间中家用电器的电磁干扰 （辐射、通过电源线传导）。 ②、系统内各设备的电磁噪声对外部设备的干扰（辐射，通 过电源线传导）。 ⑶、内部电磁兼容问题 最突出的是变频器和各接收机本振产生的电磁干扰（基 波、各次谐波，辐射，通过电源线传导）。
②、比吸收率（SAR）specific energy absorptionrate 定义：生物体单位时间内、单位质量吸收的电磁辐 射能量（W/kg） E2 SAR ρ：生物体密度，即单位时间内、单位体积吸收 的电磁辐射能量， σ：电导率 E ：电场强度振幅 生物体吸收辐射场能量，引起体温（或局部体温） 升高。 ③、谐振吸收 当辐射频率与生物体（或某些器官,例如眼睛、大脑） 的固有频率谐振时，吸收最强。人体固有谐振频率的范 围大约为30M～3000MHz，一般成年人的谐振吸收频率 约为400 MHz。
三、电磁敏感性（抗扰性） 1、定义 ①、 电磁敏感性：电子设备或系统对电磁干扰的 响应特性， 电磁敏感性越高，抗干扰能力越低。 传导敏感性：对传导干扰……， 辐射敏感性：对辐射干扰……。 ②、电磁抗扰性：设备或系统抵制电磁干扰的能力。 2、敏感频率和抗扰度允许值 ①、敏感频率：在该频率上，设备对电磁干扰的响应比 较敏感。