电磁兼容原理和技术讲解

随着科学技术的发展，对电磁兼容和标准不断提 出新的要求，其研究范围也日益扩大，现在的电磁兼 容已不限于电子和电气设备本身，还涉及到信息泄漏 及电磁污染、电磁饥饿等一系列生态效应及其它一些 学科领域。所以某些学者已将电磁兼容改称为环境电 磁学。联合国确定电磁污染是继环境中的空气、水质、 噪声等污染之后的第四大环境污染。
电磁兼容原理和技术讲解
第一章 概论
电磁兼容的含义
根据我国军用标准（GJB72－85）中给出的定义： “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。即：该设备不会由于受到处于同 一电磁环境中其它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它设备（分系统、 系统）因受其电磁发射导致或遭受不允许的降级。”
电磁兼容理论和技术的发展历史
1881年英国人希维赛德发表“论干扰”；
1833年法拉弟发现电磁感应定律，指出变化的磁场在导线 中产生电动势；
1864年麦克斯韦引入位移电流的概念，指出变化的电场将 激发磁场，并由此预言电磁波的存在。电磁场的相互激发并在 空间传播，是电磁干扰的理论基础；
1887年柏林电气协会成立了全部干扰问题研究委员会；
如果对所有的电子产品不进行综合设计和 规划，任其发展下去，其后果将是带来史无前 例的大灾难。
有关国际组织和许多国家对电子、电气产品规定了电 磁兼容质量标准，不满足电磁兼容要求的产品不准进 入市场。电磁兼容性标准已成为西方发达国家限制进 口产品的一道坚固的技术壁垒。入世后，这种技术壁 垒对我们的障碍更大。
根据国际电工技术委员会（IEC）所给出的定义： “ 电磁兼容是设备的一种能力，它在其电磁环境中能完 成它的功能，而不至于在其电磁环境中产生不能容忍的 结果，电子设备的密集度已成为衡量现 代化程度的一个重要指标，大量的电子设备在同一电磁环境中 工作，电磁干扰的问题呈现出前所未有的严重性。现代电子产 品的一个主要特征是数字化、集成化和密集化越来越高，随之 而来的是宽频干扰和对电磁脉冲很高的敏感性。在电子系统、 设备以及元器件的生产中必须进行电磁兼容设计才能保证正常 工作； 据统计，世界范围内的工业、科学和医疗（ISM）设备的数 量已经接近3亿台，并以每年5％的速度逐年递增。这些设备的 输出功率多为千瓦或兆瓦级，而且有相当数量的ISM 设备工作 在国际电信联盟（ITU）指定的频段之外，或者超过国际无线电 干扰特别委员会（CISPR）对 ISM设备所规定的辐射干扰极限值 的要求，其功率泄漏及高次谐波将造成强烈的干扰。在一些发 达国家，电子设备的数量每4到5年增加一倍。
电磁兼容技术的应用范围
电力、电源、通信、交通、金融、计算机、 航空、航天军工、医疗…..
几乎包含所有的现代工业。
电磁兼容技术的理论基础
数学、电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、信 号分析与处理、机械结构、自动控制、材料科学、工 艺测量、生物医学…..
是一门尖端的综合性学科，同时又与工业生产 和质量控制紧密相关。
从军用电子设备角度看，在战争模式发展到电子战、 信息战的今天，电子对抗、制电磁权的争夺使得强化 电子设备的电磁兼容性是确保在战争环境中人员、武 器装备、信息情报的安全、获得战争胜利的关键环节。
电磁兼容的内容
电磁干扰是如何产生的？ 电磁干扰是如何传播和发生作用的？ 电磁干扰作用的后果和危害如何？ 电磁干扰的形态及性质如何？ 如何测量电磁干扰的大小？ 如何预测和分析电磁干扰的影响？ 如何防止电磁干扰的产生？ 如何抑制或消除电磁干扰？
第二次世界大战促进了电磁兼容技术的发 展，战后电磁兼容技术得到了进一步广泛应用。
在电磁干扰问题的长期研究中，从理论上认 识了电磁干扰产生的原因，明确了干扰的性质 及其数学物理模型，逐步完善了干扰传输及耦 合的计算方法，提出了抑制干扰的一系列技术 措施，建立了电磁兼容的各种组织及电磁兼容 系列标准和规范，解决了电磁兼容分析、预测 设计及测量等方面一系列理论问题和技术问题， 逐步在电子学中形成一个新的分支。
1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在，同时指出了各种 打火系统将向空间发出电磁波，从此开始了对干扰问题的实验 研究；
1889年英国邮电部门研究了通信干扰问题；
1904年国际电工委员会（IEC）成立；
1934年英国有关部门对1000例干扰问题进行了分析，发现 其中50％是电气设备引起的。国际无线电干扰特别委员会CISPR） 成立。
工业化、城市化和航空、航天活动的快速发展 使我们人类的电磁环境也变得越来越恶劣；电 磁背景噪声功率的增加、频谱资源越来越紧张， 各种电子产品的发射功率越来越大，灵敏度越 来越高，使电磁兼容正变得越来越迫切和困难。
据估算，人为无线电辐射能量密度年增长率 可达到（7～10）％， 城市中辐射能量密度为 每5～10年增加一倍。
上个世纪80年代以来，电磁兼容已成为十 分活跃的学科领域，美国、德国、日本、法国 等国家在电磁兼容标准与规范，分析预测、设 计、测量及管理等方面均达到了很高的水平， 有高精度的EMI及EMS自动测量系统，可进行各 种系统间的EMC试验，研制出系统内及系统间的 各种EMC计算机程序，有的程序已经商品化，形 成了一套比较完整的EMC设计体系，在电磁干扰 的抑制技术方面，已研制出许多新材料、新工 艺及规范的设计方法。一些国家还建立了对军 品和民品的EMC检验及管理机构，不符合EMC质 量要求的产品不准投入市场。
电磁兼容所涉及的技术领域
电磁场与传输线(耦合与干扰） 电磁脉冲 强电干扰与静电放电 雷电 电磁兼容测量 电磁兼容标准、规范 屏蔽、滤波和接地 电磁环境和生物场效应 频谱管理和通信抗干扰 数字电路和计算机泄密 信息泄漏与防护技术（Tempest） 印刷电路板中的电磁兼容 电磁传感器、探头和天线 电磁兼容分析和设计（预测、数学模型和物理模型） 应用领域中的电磁兼容性 电磁兼容教育 电磁生物效应
我国过去工业基础比较薄弱，电磁环境的危害影 响尚未充分暴露，对电磁兼容的研究起步较晚。但近 年来由于实际生产和科研的需求，对电磁兼容逐渐重 视，技术发展较快。各部门、各行业纷纷成立了与 EMC有关的学术组织、学术活动频繁。