电磁兼容课件.

电磁兼容原理与设计技术王玉峰电信学院电话：[phone]邮箱：[e-mail]目录第一章电磁兼容技术概述第二章屏蔽技术第三章滤波技术第五章线路板设计第七章瞬态干扰抑制第八章电磁干扰的诊断与解决技术第四章接地和搭接技术第六章电缆设计第一章电磁兼容技术概述含义：①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而导致或遭受不允许的性能降低；②该设备也不会使同一电磁环境中其它设备（分系统、系统）因受其电磁发射而导致或遭受不允许的性能降低。涉及学科：数学、电磁场理论、电路基础、信号分析等。第一节电磁兼容概念指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各中设备都能正常工作又不互干扰，达到“兼容”状态。电磁兼容：（EMC，ElectromagneticCompatibility）第一章电磁兼容技术概述电磁骚扰：电磁干扰：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生作用的电磁现象。区别：电磁骚扰仅仅是电磁现象，即客观存在的一种物理现象。电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。敏感设备干扰源耦合途径如何形成电磁干扰：第一章电磁兼容技术概述电磁兼容三要素：1.干扰源2.耦合途径3.敏感设备电磁兼容性的实施:a.技术措施：b.组织措施：国际上成立电磁兼容组织，制定电磁兼容标准。控制策略：主动预防、整体规划和“对抗”与“疏导”相结合1.抑制干扰源2.切断干扰耦合途径3.提高敏感设备的抗扰度第一章电磁兼容技术概述电磁干扰源分类：自然干扰人为干扰电磁干扰源有意发射干扰无意发射干扰热噪声宇宙干扰雷电干扰大气干扰广播电视通信雷达导航输电线电气化铁路车辆点火系统开关电源家用、办公用电器工业、科学、医疗设备第一章电磁兼容技术概述电磁兼容技术发展：起始时间：1881年，英国科学家希维赛德发表《论干扰》。电磁兼容组织：国际电工技术委员会（IEC）国际无线电干扰特别委员会（CISPR）跨国电气电子工程师协会（IEEE）重要的电磁兼容组织我国电磁兼容技术的发展：1983年，第一个国家电磁兼容标准《工业无线电干扰基本测量方法》1986年，成立“全国无线电干扰标准化技术委员会”1997年，成立“全国电磁兼容标准化联合工作组”2001年，3C“ChinaCompulsoryCertification”认证第一章电磁兼容技术概述第二节电磁兼容技术术语重要的电磁兼容技术术语：一般术语：电磁兼容性：在不损失有用信号包含信息的条件下，信号和干扰共存的能力电磁环境：存在于给定场所的所有电磁现象的总和干扰术语：传导干扰：沿着导体传播的电磁干扰辐射干扰：通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰发射术语：电磁辐射：将能量以电磁波形式由源发射到空间并且以电磁波形式在空间传播电磁兼容性能术语：抗扰度：装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力第一章电磁兼容技术概述第三节电磁兼容的工程方法电磁兼容性的工程分析：要点：干扰源耦合途径敏感设备策略：（1）根据传统的经验分析电磁兼容性控制技术：a.传输通道抑制:b.空间分离:c.时间分隔:d.频谱管理:e.电气隔离:f.其它技术①滤波；②屏蔽；③接地；④搭接；⑤布线加大电磁干扰源和敏感设备之间的空间距离使电磁干扰源和敏感设备不同时出现（飞机、手机）①机械耦合；②电磁耦合；③光电耦合由信息产业部无线电管理局划分频段（2）利用计算机软件预测与分析第一章电磁兼容技术概述电磁兼容性分析方法：（3）系统法：建立元器件、模块等数学模型，利用计算机辅助设计计算（1）问题解决法：按常规设计建立系统，然后再对现场实验中出现的电磁干扰问题，设法予以解决（2）规范法：按电磁兼容标准所规定的极限值进行计算、设计电磁兼容设计方法：（1）电磁兼容设计的具体内容：①分析系统所处的电磁环境②选择频谱和频率③制定电磁兼容要求与控制计划④设备及电路的电磁兼容设计（2）电磁兼容设计的主要参数：①敏感度门限和干扰允许值②电磁干扰安全系数③敏感度阈值④失效干扰电平⑤费效比第一章电磁兼容技术概述（3）电磁兼容设计的要点：①抑制电磁干扰源的设计要点②抑制干扰耦合的设计要点③对敏感设备的设计要点电磁兼容性测量与试验技术：意义：在投入使用前，确保产品电磁兼容设计的正确性和可靠性内容：a.电磁干扰发射测量b.电磁敏感度测量试验环境:（1）开阔试验场地；（2）屏蔽室；（3）电波暗室；（4）TEM－横电磁波传输小室（5）GTEM－吉赫横电磁波传输小室注意：测量仪的干扰量比被测电压或电流小20dB第一章电磁兼容技术概述第四节电磁兼容标准一、与电磁兼容技术标准有关的组织机构1．国际上重要的组织机构①国际电工委员会（IEC,InternationalElectrotechnicalcommission）②国际电信联盟③美国电气电子工程师协会（IEEE,InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）④美国国家标准学会⑤欧洲电工技术标准化委员会⑥欧洲电信标准化协会2．我国相关的组织机构①全国无线电干扰标准化技术委员会②全国电磁兼容标准化技术委员会③中国通信学会电磁兼容委员会④中国电子学会电磁兼容分会第一章电磁兼容技术概述二、我国电磁兼容标准体系基础标准通用标准产品类标准基础标准基础标准不涉及具体产品,它就现象、环境、试验和测量方法、试验仪器和基本试验装置给出定义和描述。针对不同的试验仪器和测量方法,可规定不同的试验电平范围。但是这类标准不给出指令性的限值,也不包括判定试品性能的直接判据。基础标准是编制其他各级电磁兼容性标准的基础。第一章电磁兼容技术概述通用标准通用标准对给定环境中的所有产品提出一系列最低的电磁兼容性要求(限值)。通用标准中的各项标准化试验方法都可在相应的基础标准中找到。通用标准中所给定的试验环境、试验要求,可以成为产品族标准和专用产品标准编制的指导原则。同时对那些暂时还没有相应产品族(或专用产品)标准的产品,可使用通用标准来进行电磁兼容性试验。与基础标准一样,通用标准也有电磁发射和抗扰度两方面。通用标准还将环境分成两类:一类是住宅、商业和轻工业环境，另一类是工业环境。产品类标准这类标准针对特定的产品类别,规定了对这些类别产品的电磁兼容性要求(包括电磁发射和抗扰度)以及详细的测量方法。产品族标准所规定的试验方法和限值应与通用标准相一致,但较之通用标准,产品族标准含有更多的特殊性和详细的性能规范,如有必要,还可以增加试验项目和提高试验的限值。产品族标准是国际电磁兼容性。第一章电磁兼容技术概述第五节电磁干扰信号的时域与频域分析变换原理：时域（t）：频域（w）频域（w）：时域（t）时域和频域分析的意义:在时域可以看出电磁干扰信号的波形；在频域可以看出电磁干扰信号的特性，据此可以进行电磁兼容设计。时域与频域波形：第一章电磁兼容技术概述第六节分贝的概念与应用贝尔：两个相同量比值的常用对数。分贝：贝尔的十分之一。测量值（bel）＝lg（测量量/基准量）测量值（dB）＝10lg（测量量/基准量）用途：可以表示变化范围很宽的数值关系特点：无量纲的单位，可以表示不同单位的测量值的大小应用：取“基准参考量”第一章电磁兼容技术概述（1）功率：10lg(/1)10lg()dB10lg(/1)10lgdBmwmWmWPPmWP10lg(/1)10lgdB换算关系：10lg()10lg()10lg()3010lg()10lg()60dBWWdBmWmWWdB（2）电压:20lg(/1)20lgdBVVVUUVU20lg(/1)20lgdBmVmVmVUUmVU20lg(/1)20lgdBVVVUUVU换算关系：自己推导第一章电磁兼容技术概述（3）电流：20lg(/1)20lgdBAAAIIAI20lg(/1)20lgdBmAmAmAIImAI20lg(/1)20lgdBAAAIIAI思考：为什么P的系数是10，而U，I的系数是20？（4）电场强度：（5）磁场强度：(/)//20lg(/1/)20lgdBVmVmVmEEVmE(/)//20lg(/1/)20lgdBAmAmAmHHAmH习题：（1）先将40W转换为dBW？再将参考单位转化为dBmW？（2）将8mV转换为？dBV解：40(40)10lg10lg40101.602161dB(40)(40)30163046dBmWdBWWdBmW(8)(8)6020lg86078dBVdBmVmVmVdBV第二章屏蔽技术第一节电磁屏蔽原理电磁屏蔽（ElectromagneticShielding）：以某种材料（导电或导磁材料）制成的屏蔽壳体将所需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离，即其内的电磁场不能越出这一区域，而外来的辐射电磁场不能进入这一区域。用途：抑制以场的形式传播的电磁干扰。作用原理：利用屏蔽体对电磁能量的反射、吸收和引导作用。电磁屏蔽类型：第二章屏蔽技术AB一、静电屏蔽静电平衡条件：（1）导体内部任何一点的电场为零；（2）导体表面任何一点的电场强度矢量的方向与该点的导体表面垂直；（3）整个导体是一个等位体；（4）导体内部没有静电荷存在，电荷只能分布在导体的表面上。静电屏蔽原理：把有空腔的导体引入电场，由于导体的内表面无净电荷，空腔空间中也无电场，所以该导体起到了隔绝外电场的作用。使外电场对空腔空间无影响。一、B空间干扰A空间：把导体接地，即使空腔内有带电体产生电场，在腔体外面也无电场。二、A空间干扰B空间：第二章屏蔽技术B空间干扰A空间：A空间干扰B空间：（a）无屏蔽（b）屏蔽体不接地（c）屏蔽体接地一、完整的屏蔽体二、良好的接地设计方法：第二章屏蔽技术二、交变电场屏蔽交变电场屏蔽原理：减小干扰源和敏感器件间的分布电容未采取电场屏蔽措施的干扰电压：1()abssgabgsjCZUUjCZZ采取电场屏蔽措施后的干扰电压：11()ajJjajgJjCZUUjCZZ1()bjssjbjJsjCZUUjCZZZJ越小，Us越小设计方法：采用电导率高的材料作屏蔽体隔开干扰源和敏感设备，且屏蔽体需可靠接地。第二章屏蔽技术三、低频磁场屏蔽磁路理论：电路理论：mmmURURImSBdSbmaUHdl其中：所以：bamsHdlHllRBSuSBdSlRS分流分磁原理：对干扰磁场进行分路第二章屏蔽技术分流：提供低电阻通路与要分流的电路并联分磁：提供低磁阻通路与要保护的空间并联设计方法：采用高磁导率的铁磁材料（如铁、硅钢片、坡莫合金等）进行屏蔽。设计时应注意的问题：a.屏蔽体的磁导率μ越高，屏蔽罩越厚，则磁阻越小，磁屏蔽效果越好。b.用铁磁材料做的屏蔽罩，在垂直磁力线方向不应有开口或有缝隙，否则会切断磁力线，使磁阻增大，屏蔽效果变差。c.铁磁材料的屏蔽不能用于高频磁场屏蔽。应为高频时铁磁材料中的磁性损耗很大，导磁率明显下降。思考：低频磁场屏蔽的方法适不适用于高频？为什么？第二章屏蔽技术四、高频磁场屏蔽原理：利用电磁感应现象在屏蔽体表面产生的涡流的反磁场对原磁场的排斥作用进行屏蔽的。当高频磁场穿过金属板时，金属板中会产生感应电动势，从而形成涡流。涡流电流产生的反向磁场将抵消穿过金属板的原磁场，从而起到屏蔽的作用。设计方法：采用低电阻率的良导体材料，如铜、铝等材料进行屏蔽。第二章屏蔽技术设计时应注意的问题：a.高频时，屏蔽盒上的感应涡流与频率无关，其产生的反磁场足以抵消原磁场的影响。当频率上升到一定程度后，涡流不随频率的增大而变化。b.频率低时产生的涡流小，涡流反磁场不能抵消原磁场的影响，只适用于高频屏蔽。c.屏蔽体电阻越小，产生的感应涡流越大，屏蔽体自身的损耗越小，应选用电导率大的铝、铜及铜镀银等材料。d.由于高频电流的集肤效应，涡流仅在屏蔽盒的表面薄层流