电磁兼容设计.docx

1、 电 磁 兼 容 理 论 与 应 用 技 术 丛 书 电 磁 兼 容 设 计白 同 云 吕 晓 德 编 著北 京 邮 电 大 学 出 版 社北 京 图 书 在 版 编 目 ( CIP) 数 据电 磁 兼容 设 计 / 白 同 云 , 吕 晓 德 编 著 . - 北 京 : 北 京 邮 电 大 学 出版 社 ,2001 .3ISBN 7-5635-0489-3 . 电 . 白 吕 . 电 磁 兼 容 性- 理 论 电 磁 兼 容 性 -应 用 . TN03中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 (2001) 第 01324 号电 磁 兼 容 设 计编 著 白 同 云 吕 晓 德 责

2、任 编 辑 周 明 *北 京 邮 电 大 学 出 版 社 出 版 发 行新 华 书 店 北 京 发 行 所 发 行 各 地 新 华 书 店 经 售 河 北 省 高 碑 店 市 印 刷 厂 印 刷*850 mm1 168 mm 1/ 32 印 张 5 字 数 13 0 千 字200 1 年 3 月 第 1 版 2001 年 3 月 第 1 次 印 刷 印 数 : 1 册ISBN 7-5635-0489-3/ TN222 定 价 : 元前 言20 世 纪 , 人 类 取 得 了 辉 煌 的 科 技 成 就 。 从 量 子 理 论 、 相 对 论 的 创 立 、 脱 氧 核 糖 核 酸 双 螺 旋

3、结 构 的 发 现 、 信 息 科 学 的 诞 生 , 到 人 类 基 因 组 序 列 “ 工 作 框 架 图 ” 的 绘 就 ,世 界 科 技 发 生 了 深 刻 的 革 命 , 社 会 生 产 力 极 大 提 高 。 可 以 预 计 , 21 世 纪 科 学 技 术 的 进 一 步 发 展 ,特 别 是 信 息 技 术 和 生 命 科 学 的 不 断 突 破 , 将 对 世 界 政 治 、 经 济 、 文 化 生 活 产 生 更 加 深 刻 的 影 响 。 本 世 纪 初 , 数 字 化 将 成 为 信 息 技 术 发 展 的 新 动 力 , 集 成 电 路 将 进 入 集 成 系 统 的

4、 新 阶 段 , 密 集 波 分 复 用 通 信 系 统 的 传 输 能 力 将 极 大 提 高 , 个 人 移 动 通 信 、 因 特 网 的 技 术 和 能 力 也 将 成 倍 提 高 。 远 程 教 育 、 远 程 医 疗 、 电 子 商 务 、 电 子 邮 件 、 虚 拟 现 实 的 发 展 , 将 使 人 们 的 生 产 、 学 习 和 生 活 方 式 发 生 深 刻 的 变 化 。电 磁 兼 容 学 是 一 门 尖 端 的 综 合 性 学 科 。 目 前 人 类 取 得 的 科 技 成 就 和 享 受 到 的 、 高 科 技 带 来 的 深 刻 变 化 , 是 同 人 类 几 十

5、年 来 在 电 磁 兼 容 方 面 所 进 行 的 努 力 密 不 可 分 的 。 与 此 同 时 , 由 于 电 能 的 应 用 越 来 越 广 泛 , 许 多 电 磁 干 扰 问 题 仍 在 困 扰 着 人 们 的 生 产 和 生 活 , 电 磁 兼 容 的 重 要 性 将 越 来 越 得 到 重 视 。 工 业 产 品 的 电 磁 兼 容 设 计 就 是 治 理 电 磁 环 境 、 实 现 可 持 续 发 展 的 必 要 手 段 。近 年 来 , 我 国 有 关 的 科 技 工 作 者 , 在 电 磁 兼 容 设 计 方 面 进 行 了 大 量 卓 有 成 效 的 工 作 , 取 得 了

6、 显 著 的 成 果 。 本 书 作 为 “ 电 磁 兼 容 理 论 与 应 用 技 术 丛 书 ” 的 一 个 分 册 , 力 求 概 括 地 反 映 电 磁 兼 容 设 计 的 全 貌 。本 书 共 9 章 。 第 1 章 和 第 2 章 介 绍 电 磁 兼 容 设 计 的 基 本 概 念 1 跨 世 纪 信 息 技 术 丛 书 : 未 来 移 动 通 信 系 统 概 论 2 和 设 计 的 基 础 ; 第 3 章 至 第 7 章 介 绍 分 层 与 综 合 的 设 计 方 法 , 按 照 在 电 磁 兼 容 设 计 中 的 重 要 性 , 依 次 阐 明 有 源 器 件 的 选 择 和

7、印 制 电 路 板 设 计 、 地 线 设 计 、 屏 蔽 设 计 、 滤 波 设 计 以 及 瞬 态 骚 扰 的 抑 制 等 ; 第 8 章 介 绍 电 磁 兼 容 预 测 中 的 主 要 算 法 , 重 要 针 对 场 的 方 法 , 包 括 低 频 类 、 高 频 类 算 法 ; 第 9 章 则 侧 重 电 磁 兼 容 预 测 的 应 用 : 在 介 绍 预 测 步 骤 等 基 本 问 题 的 基 础 上 , 就 辐 射 骚 扰 、 传 导 骚 扰 和 线 间 串 扰 的 典 型 问 题 进 行 预 测 分 析 及 控 制 讨 论 ; 最 后 介 绍 了 几 种 应 用 软 件 , 供

8、工 作 中 参 考 。本 书 的 撰 写 是 在 以 北 京 邮 电 大 学 高 攸 纲 教 授 为 主 编 的 “ 电 磁 兼 容 理 论 与 应 用 技 术 丛 书 ” 编 委 会 和 北 京 邮 电 大 学 出 版 社 李 杰 社 长 的 统 一 指 导 下 进 行 的 , 他 们 给 予 了 作 者 许 多 热 情 的 帮 助 与 支 持 , 特 表 示 衷 心 的 感 谢 !本 书 的 第 1 章 第 1.1 节 至 1.4 节 , 第 2 章 至 第 7 章 由 白 同 云 撰 写 , 第 1 章 1.5 节 、 第 8 章 和 第 9 章 由 吕 晓 德 撰 写 , 最 后 由

9、白同 云 统 稿 成 书 。 由 于 作 者 水 平 有 限 , 不 妥 之 处 在 所 难 免 , 敬 希 指 正 。白 同 云 吕 晓 德 于 中 国 科 学 院 电 子 学 研 究 所2000 年 11 月 目 录1概 论1 .1 电 磁 兼 容 设 计 的 目 的 11 .2 电 磁 兼 容 设 计 的 基 本 内 容 101 .3 电 磁 兼 容 设 计 的 效 费 比 与 方 法 121 .4 电 磁 兼 容 性 管 理 131 .5 电 磁 兼 容 预 测 182电 磁 骚 扰 源 与 耦 合 途 径 212 .1 电 磁 环 境 222 .2 电 磁 骚 扰 的 特 性 与 分

10、 类 242 .3 自 然 骚 扰 源 与 人 为 骚 扰 源 292 .4 综 合 电 磁 环 境 302 .5 电 磁 骚 扰 的 耦 合 途 径 9跨 世 纪 信 息 技 术 丛 书 : 未 来 移 动 通 信 系 统 概 论 3有 源 器 件 的 选 择 和 印 制 电 路 板 设 计3 .1 有 源 器 件 敏 感 度 特 性 和 发 射 特 性 423 .2 表 面 安 装 技 术 ( SMT) 593 .3 在 印 制 板 级 控 制 电 磁 发 射 和 抗 扰 度 624地 线 设 计4 .1 接 地 系 统 914 .2 地 线 阻 抗 1034 .3 接 地 要 求 104

11、4 .4 接 地 技 术 应 用 1054 .5 地 环 路 问 题 1054 .6 屏 蔽 电 缆 的 接 地 1075屏 蔽 设 计5 .1 屏 蔽 原 理 1125 .2 孔 缝 屏 蔽 1175 .3 电 缆 辐 射 及 其 抑 制 135 目 录6滤 波 设 计6 .1 滤 波 器 的 构 造 1146 .2 滤 波 器 元 件 1486 .3 电 源 线 滤 波 器 1556 .4 EMI 信 号 滤 波 器 1636 .5 铁 氧 体 EMI 抑 制 元 件 1676 .6 宽 频 带 抗 电 磁 骚 扰 材 料 1896 .7 几 种 实 用 的 滤 波 器 1917瞬 态 骚

12、 扰 的 抑 制7 .1 电 快 速 瞬 变 脉 冲 群 1947 .2 雷 击 浪 涌 2037 .3 静 电 放 电 产 生 的 电 磁 骚 扰 2147 .4 瞬 变 骚 扰 吸 收 器 2198电 磁 兼 容 预 测 中 的 主 要 算 法8 .1 引 言 2238 .2 场 的 方 法 2348 .3 路 的 方 法 248跨 世 纪 信 息 技 术 丛 书 : 未 来 移 动 通 信 系 统 概 论 9电 磁 兼 容 预 测 应 用9 .1 引 言 2519 .2 预 测 建 模 、 预 测 方 程 及 预 测 步 骤 2829 .3 传 导 骚 扰 预 测 2609 .4 感 应

13、 骚 扰 预 测 2649 .5 辐 射 骚 扰 预 测 2689 .6 电 磁 兼 容 预 测 软 件 277附 录 搭 接 中 的 电 化 学 腐 蚀 参 考 书 目 与 文 献 9 1概 论随 着 现 代 科 学 技 术 的 发 展 , 电 气 及 电 子 设 备 的 数 量 及 种 类 不 断 增加 , 使 电 磁 环 境 日 益 复 杂 。 在 这 种 复 杂 的 电 磁 环 境 中 , 如 何 减 少 相 互 间 的 电 磁 骚 扰 , 使 各 种 设 备 正 常 运 转 , 是 一 个 急 待 解 决 的 问 题 ; 另 一 方 面 , 恶 劣 的 电 磁 环 境 还 会 对 人

14、 类 及 生 态 产 生 不 良 的 影 响 。 电 磁 兼 容 学 正 是 为 解 决 这 类 问 题 而 迅 速 发 展 起 来 的 一 门 新 兴 学 科 。1.1 电 磁 兼 容 设 计 的 目 的1 .1 .1 电 磁 骚 扰 及 其 危 害电磁 骚 扰 发 射 ( EMI: Emission ) 是 人 们 早 已 发 现 的 古 老 问 题 。 1881 年 英 国 著 名 科 学 家 希 维 赛 德 发 表 了 论 干 扰 的 文 章 , 这 是 研 究 骚 扰 问 题 最 主 要 的 早 期 文 献 。 1883 年 法 拉 第 发 现 电 磁 感 应 定 律 , 指 出 变

15、 化 的 磁 场 在 导 线 中 将 产 生 感 应 电 动 势 。 1884 年 麦 克 斯韦 引 入 位 移 电 流 的 概 念 , 指 出 变 化 的 电 场 将 激 发 变 化 的 磁 场 , 并 由 此 预 言 电 磁 波 的 存 在 。 这 种 电 磁 场 的 相 互 激 发 并 在 空 间 传 播 , 正 是 电 磁 骚 扰 存 在 的 理 论 基 础 。 1887 年 柏 林 电 气 协 会 成 立 了 “全 部 干扰 问 题 委 员 会 ”, 成 员 包 括 著 名 的 赫 姆 霍 兹 、 西 门 子 等 人 。 1888 年 赫 兹 用 实 验 证 明 了 电 磁 波 的

16、存 在 , 同 时 该 实 验 也 指 出 了 各 种 打火 系 统 向 空 间 发 射 电 磁 骚 扰 , 从 此 开 始 了 对 电 磁 骚 扰 问 题 的 实 验研 究 。 1889 年 英 国 邮 电 部 门 研 究 了 通 信 骚 扰 问 题 , 同 期 美 国 的 电 子 世 界 杂 志 也 刊 登 了 电 磁 感 应 方 面 的 论 文 。 1934 年 英 国 有电 磁 兼 容 理 论 与 应 用 技 术 丛 书 : 电 磁 兼 容 设 计 2 关 部 门 对 1 000 例 骚 扰 问 题 进 行 了 分 析 , 发 现 其 中 50 % 是 电 气 设 备 引 起 的 。民

17、 用 射 频 干 扰 ( RFI: Radio Frequency Interference) 的 研 究 始 于 无 线 电 广 播 。 约 从 20 世 纪 20 年 代 开 始 , 各 国 都 相 继 开 展 了 广 播 业务 , 由 于 接 收 质 量 受 到 环 境 噪 声 的 骚 扰 , 工 程 刊 物 上 开 始 发 表 有 关 文 章 。 1933 年 有 关 国 际 组 织 在 巴 黎 举 行 了 一 次 特 别 会 议 , 研 究 如何 处 理 国 际 性 无 线 电 骚 扰 问 题 。 与 会 者 普 通 认 为 , 为 避 免 商 品 贸易 和 无 线 电 业 务 中

18、出 现 障 碍 , 需 要 在 无 线 电 骚 扰 测 试 方 法 和 限 值方 面 保 证 有 一 定 的 统 一 性 并 制 定 国 际 标 准 。 会 议 建 议 由 国 际 电 工 委 员 会 ( IEC) 和 国 际 广 播 联 盟 ( UIR ) 的 国 家 委 员 会 , 并 邀 请 有 关 国际 组 织 , 共 同 组 织 一 个 联 合 委 员 会 。 1934 年 6 月 28 日 至 30 日 在 巴 黎 举 行 了 国 际 无 线 电 干 扰 特 别 委 员 会 ( CISPR) 第 一 次 正 式 会 议 , 从 此 开 始 了 对 电 磁 骚 扰 及 其 控 制 技

19、 术 的 世 界 性 的 有 组 织 的 研 究 。 那 么 , 究 竟 什 么 是 电 磁 干 扰 ( Electromagnetic Interference ) 和 电磁 骚 扰 ( Electromagnetic Disturbance) 呢 ?电 磁 干 扰 是 指 电 磁 骚 扰 引 起 的 设 备 、 传 输 通 道 或 系 统 性 能 的 下 降 。 这 里 , 电 磁 骚 扰 是 指 任 何 可 能 引 起 装 置 、 设 备 或 系 统 性 能 降 低 , 或 者 对 有 生 命 或 无 生 命 物 质 产 生 损 害 作 用 的 电 磁 现 象 。 可 见 , 电 磁 骚

20、 扰 仅 仅 是 客 观 存 在 的 一 种 物 理 现 象 , 而 电 磁 干 扰 是 由 电 磁骚 扰 引 起 的 后 果 。 电 磁 骚 扰 可 能 是 电 磁 噪 声 、 无 用 信 号 或 传 播 媒 介 自 身 的 变 化 。 严 格 地 说 , 只 要 把 两 个 以 上 的 元 件 置 于 同 一 环 境中 , 工 作 时 就 会 产 生 电 磁 干 扰 的 后 果 。 随 着 科 学 技 术 的 发 展 , 人 们 在 生 产 及 生 活 中 使 用 的 电 气 及 电 子 设 备 的 数 量 越 来 越 多 , 这 些 设备 工 作 的 同 时 , 往 往 要 产 生 一

21、些 有 用 或 无 用 的 电 磁 能 量 , 这 些 能 量 会 影 响 其 他 设 备 或 系 统 的 工 作 , 这 就 是 电 磁 骚 扰 。 在 两 个 系 统 之间 的 骚 扰 , 称 为 系 统 间 骚 扰 ; 在 系 统 内 部 各 设 备 之 间 的 骚 扰 称 为 系 统 内 骚 扰 。 有 人 将 电 磁 骚 扰 的 危 害 程 度 分 为 灾 难 性 的 、 非 常 危 险 的 、 中 等 危 险 的 、 严 重 的 和 使 人 烦 恼 的 五 个 等 级 。 那 么 , 电 磁 骚 扰概 论 3 究 竟 有 些 什 么 危 害 呢 ?首 先 , 介 绍 几 个 国 外

22、 航 天 系 统 的 故 障 事 例 。(1) 土 星 -阿 波 罗 12 事 件1969 年 11 月 14 日 上 午 , 土 星 -阿 波 罗 12 火 箭 载 人 飞 船 发 射 后 , 飞 行 正 常 。 起 飞 后 36 .5 s , 飞 行 高 度 为 1 920 m 时 , 火 箭 遭 到 雷 击 。 起 飞 后 52 s , 飞 行 高 度 为 4 300 m 时 , 火 箭 又 遭 到 第 二 次雷 击 。 这 便 是 轰 动 一 时 的 大 型 运 载 火 箭 载 人 飞 船 在 飞 行 中 诱 发 雷 击 的 事 件 。故 障 分 析 及 试 验 研 究 的 结 果 表

23、 明 , 此 次 事 故 是 由 于 火 箭 及 其火 箭 发 动 机 火 焰 所 形 成 的 导 体 ( 火 箭 与 飞 船 共 长 100 m, 火 焰 折 合导 电 长 度 约 200 m ) 在 飞 行 中 , 使 云 层 至 地 面 之 间 及 云 层 至 云 层 之间 人 为 地 诱 发 了 雷 电 造 成 的 。(2) 丘 比 特 导 弹 雷 击 事 件1961 年 秋 , 一 系 列 的 雷 电 使 部 署 在 意 大 利 的 美 国 丘 比 特 导 弹武 器 系 统 多 次 遭 到 严 重 的 损 坏 。 甚 至 系 统 中 隔 离 较 好 、 原 以 为 与 外 界 环 境

24、 无 关 的 元 件 也 受 到 了 严 重 的 影 响 。(3) 导 兵 导 弹 飞 行 故 障民 兵 导 弹 的 遥 测 试 验 弹 多 次 发 射 成 功 后 , 1962 年 开 始 进 行战 斗 弹 状 态 的 飞 行 试 验 。 前 两 发 弹 均 遭 到 失 败 。 这 两 发 弹 的 故 障 现 象 相 似 , 都 是 在 级 发 动 机 关 机 前 炸 毁 的 。 一 个 高 度 为 7 .6 km,另 一 个 为 21 .8 km。 在 炸 毁 前 , 两 发 弹 的 制 导 计 算 机 均 受 到 脉 冲 干 扰 而 失 灵 。 经 过 分 析 , 故 障 是 由 于 导

25、 弹 飞 行 到 一 定 高 度 时 , 在 相 互 绝 缘 的 弹 头 结 构 与 弹 体 结 构 之 间 出 现 了 静 电 放 电 , 它 产 生 的 骚 扰脉 冲 破 坏 了 计 算 机 的 正 常 工 作 而 造 成 的 。(4) 大 力 神 C 运 载 火 箭 故 障1967 年大 力神 C 运载 火箭 的 C-10 火 箭 在 起 飞 后 95 s , 飞 行 高 度 26 km 时 , 制 导计 算机 发生 故 障。 C-14 火 箭 起 飞 后 76 s , 飞 行 高 度 为 17 km 时 , 制 导 计 算 机 也 发 生 了 故 障 。 经 过 分 析 , 故 障 原

26、 因 是 制 导电 磁 兼 容 理 论 与 应 用 技 术 丛 书 : 电 磁 兼 容 设 计 4 计 算 机 中 采 用 了 液 体 循 环 冷 却 方 案 , 冷 却 液 在 外 部 带 有 钢 丝 编 织 网 套 的 聚 四 氟 乙 烯 软 管 内 流 动 。 此 钢 丝 套 软 管 是 用 经 阳 极 化 处 理 的 铝 支 架 分 段 固 定 的 , 由 于 金 属 网 套 的 不 少 处 因 支 架 阳 极 化 氧 化 层 破 裂 而 接 地 。 但 有 几 段 未 接 地 , 当 冷 却 液 流 动 时 , 金 属 网 套 没 有 接 地 的 部 分 与 火 箭 地 之 间 产

27、生 电 压 , 当 火 箭 飞 行 高 度 增 加 , 气 压 下 降 到 一 定 值 时 , 此 电 压 产 生 的 火 花 放 电 使 计 算 机 发 生 了 故 障 。(5) 欧 罗 巴 火 箭 故 障欧 罗 巴 火 箭 的 第 一 发 ( 代 号 F-11 ) 于 1971 年 11 月 5 日 发 射 。 火 箭 起 飞 后 105 s , 高 度 约 27 km , 制 导 计 算 机 发 生 故 障 , 姿 态 失 控 。 约 1 min 后 , 火 箭 炸 毁 。 故 障 分 析 与 模 拟 试 验 的 结 果 表 明 , 火 箭 在 主 动 段 飞 行 中 产 生 了 静 电

28、 荷 。 这 些 电 荷 逐 渐 积 累 并 贮 存 于 介 质 材 料 的 表 面 。 由 于 气 动 加 热 , 介 质 材 料 温 度 升 高 , 其 电 阻 值 相 应 减 小 。 对 于 静 电 而 言 , 介 质 材 料 便 从 绝 缘 体 变 为 导 体 。 这 样 , 部 分 电 荷 便 转 移 到 相 邻 的 未 接 地 的 金 属 体 上 。 当 飞 行 高 度 增 加 , 气 压 下 降 到 一 定 值 时 , 即 发 生 静 电 放 电 而 引 起 计 算 机 故 障 , 从 而 导 致 飞 行 失 败 。(6) 侦 察 兵 火 箭 飞 行 故 障1964 年 , 美

29、国 的 侦 察 兵 火 箭 发 射 后 飞 行 正 常 , 但 在 级 发 动 机 点 火 后 不 久 即 炸 毁 。 初 步 分 析 认 为 , 由 于 指 令 自 毁 电 路 级 间 连线 与 级 点 火 电 路 共 用 同 一 分 离 插 头 , 点 火 电 路 及 指 令 自 毁 火 工品 电 路 是 由 同 一 电 池 供 电 , 而 且 是 共 用 负 母 线 。 当 气 压 降 低 到 一定 值 时 , 在 级 间 分 离 插 头 的 点 火 电 路 接 点 与 自 毁 电 路 接 点 之 间 出现 电 弧 放 电 , 而 且 在 热 分 离 时 , 在 插 头 护 盖 盖 好

30、之 前 , 发 动 机 火 焰等 离 子 体 使 电 弧 大 为 加 速 。 这 样 形 成 的 低 电 阻 电 离 通 道 使 级 自 毁 系 统 引 爆 而 失 败 。(7) 德 尔 它 火 箭 事 故1964 年 在 肯 尼 迪 角 发 射 场 , 德 尔 它 运 载 火 箭 的 级 X-248 发 动 机 发 生 意 外 的 点 火 事 故 , 死 三 人 。 在 塔 尔 萨 城 对 德 尔 它 火 箭 进概 论 5 行 测 试 时 , 也 发 生 过 一 起 级 X-248 发 动 机 意 外 点 火 事 故 。 分 析结 果 表 明 , 在 肯 尼 迪 角 发 射 场 的 事 故

31、是 由 于 操 作 罩 在 第 三 级 轨 道观 测 卫 星 上 的 聚 乙 烯 罩 衣 时 , 造 成 静 电 荷 的 重 新 分 布 , 结 果 使 漏 电 流 经 过 发 动 机 的 一 个 零 件 达 到 点 火 电 爆 管 的 壳 体 而 引 起 误 爆 。 在 塔 尔 萨 城 发 生 的 事 故 是 由 于 一 个 技 术 员 戴 着 皮 手 套 偶 然 磨 擦 发 动 机 喷 管 的 塑 料 隔 板 , 使 发 动 机 点 火 电 爆 管 引 线 上 感 应 静 电 荷 而 引 起 。(8) 宇 宙 神 导 弹 爆 炸 事 件一 发 宇 宙 神 导 弹 在 起 飞 后 数 秒 即

32、 发 生 爆 炸 , 并 造 成 发 射 台 严重 损 坏 。 这 是 因 为 接 地 汇 流 条 与 连 接 面 之 间 连 接 件 紧 固 不 够 而 产 生 锈 蚀 , 此 锈 蚀 表 面 形 成 了 非 线 性 整 流 结 ( 锈 螺 栓 效 应 ) , 从 而 产 生 了 可 使 指 令 接 收 机 收 到 虚 假 指 令 信 号 而 引 起 爆 炸 。(9) 民 兵 导 弹 系 统 故 障民 兵 导 弹 系 统 按 MIL-E-6051C 军 标 进 行 测 试 时 , 出 现 了 一 些 由 于 大 的 瞬 态 过 程 引 起 的 系 统 问 题 。 比 较 典 型 的 问 题

33、是 接 至 喷 管 控 制 装 置 的 大 的 启 动 电 流 ( 约 为 1 000 A) 产 生 了 虚 假 状 态 显 示 。(10) 土 星 故 障在对 土 星 SA-5 火 箭 进 行 发 射 前 测 试 时 , 并 未 向 火 箭 发 出 自毁 指 令 , 但 自 毁 指 令 接 收 机 却 收 到 了 自 毁 信 号 。 这 是 由 于 对 另 外一 个 火 箭 发 出 的 自 毁 信 号 与 两 个 遥 测 通 道 的 载 频 相 混 频 , 形 成 了与 自 毁 指 令 接 收 机 所 需 频 率 相 同 的 信 号 。 混 频 作 用 是 由 围 绕 火 箭 的 金 属 框

34、 架 与 服 务 结 构 之 间 出 现 的 “锈 螺 栓 效 应” 造 成 的 。(11) 土 星 S-I-3 级 的 骚 扰当 土 星 S-I-3 级 进 行 自 动 发 射 程 序 测 试 时 , 在 电 缆 网 中 出 现 了 大 的 瞬 态 过 程 。 此 骚 扰 电 平 使 检 测 工 作 难 以 正 常 进 行 。 经 研 究 发现 , 此 骚 扰 是 箭 上 发 射 机 的 射 频 能 量 经 过 解 调 及 网 络 作 用 引 起 的 。(12) 其 他 骚 扰 问 题电 磁 兼 容 理 论 与 应 用 技 术 丛 书 : 电 磁 兼 容 设 计 6 在运 载 火 箭 进 行

35、 系 统 测 试 时 , 由 于 电 源 切 换 、 技 术 状 态 变 换 、 继 电 器 或 步 进 电 磁 元 件 动 作 时 所 引 起 的 瞬 态 骚 扰 , 会 对 制 导 计 算机 、 稳 定 控 制 电 子 电 路 等 敏 感 电 路 产 生 骚 扰 而 使 之 不 能 正 常 工 作 。其 次 , 我 们 再 介 绍 一 些 其 他 事 例 :美 国 航 空 无 线 电 委 员 会 RTCA 曾 在 一 份 文 件 中 提 到 , 由 于 没 有 采 取 对 电 磁 骚 扰 的 防 护 措 施 , 一 位 旅 客 在 飞 机 上 使 用 调 频 收 音机 , 使 导 航 系

36、统 的 指 示 偏 离 10以 上 。 因 此 , 在 国 际 上 , 对 舰 载 、 机 载 、 星 载 及 地 面 武 器 、 弹 药 的 电 磁 环 境 都 有 严 格 要 求 。 1993 年 美 国 西 北 航 空 公 司 曾 发 表 公 告 , 限 制 乘 客 使 用 移 动 电 话 、 调 频 收 音 机 等 , 以 免 骚 扰 导 航 系 统 。雷 击 引 起 的 浪 涌 电 压 , 属 于 高 能 电 磁 骚 扰 , 具 有 很 大 的 破 坏 力 。 1976 年 至 1989 年 我 国 南 京 、 茂 名 、 秦 皇 岛 等 地 的 油 库 以 及 武 汉 石 化 厂

37、, 均 因 遭 受 雷 击 引 爆 原 油 罐 , 造 成 惨 剧 。 1992 年 6 月 22 日 傍 晚 , 雷 电 击 中 北 京 国 家 气 象 局 , 造 成 一 定 的 破 坏 和 损 失 。 因 为 雷 击 有 直 接 雷 击 和 感 应 雷 击 两 种 , 避 雷 针 只 能 局 部 地 防 护 直 接 雷击 , 对 感 应 雷 击 则 无 能 为 力 , 对 感 应 雷 击 则 需 采 用 电 磁 兼 容 防 护 措 施 。此 外 , 长 期 受 到 电 磁 辐 射 还 将 影 响 人 体 健 康 并 造 成 电 磁 污 染 。 高 频 辐 射 大 于 一 定 限 值 时

38、, 会 使 人 产 生 失 眠 、 嗜 睡 等 植 物 神 经 功 能 紊 乱 , 以 及 脱 发 、 白 血 球 下 降 、 视 力 模 糊 、 晶 状 体 混 浊 、 心 电 图 改 变 等 症 状 。由 于 电 磁 骚 扰 的 频 谱 很 宽 , 可 以 覆 盖 0 40 GHz 频 率 范 围 , 电 磁 污 染 已 和 水 与 空 气 受 到 的 污 染 一 样 , 正 在 引 起 人 们 极 大 的 关 注 。综 上 所 述 , 可 以 看 到 , 电 磁 骚 扰 有 可 能 使 设 备 或 系 统 的 工 作 性 能 偏 离 预 期 的 指 标 或 使 工 作 性 能 出 现 不

39、 希 望 的 偏 差 , 即 工 作 性 能发 生 了 “降 级” 。 甚 至 还 可 能 使 设 备 或 系 统 失 灵 , 或 导 致 寿 命 缩 短 , 或 使 系 统 效 能 发 生 不 允 许 的 永 久 性 下 降 , 严 重 时 , 还 能 摧 毁 设 备 或 系 统 。 而 且 还 将 影 响 人 体 健 康 。 若 不 引 起 重 视 , 人 类 将 受 到 不 同概 论 7 程 度 的 惩 罚 , 甚 至 为 此 付 出 巨 大 的 代 价 。为 了 保 障 电 子 设 备 和 系 统 的 正 常 工 作 , 许 多 国 家 和 国 际 组 织都 先 后 开 展 了 控 制

40、 和 抑 制 电 磁 骚 扰 的 研 究 。 早 期 的 研 究 还 只 是 局 限 于 抗 电 磁 骚 扰 , 只 是 被 动 地 从 防 范 或 补 救 出 发 , 不 仅 费 用 高 , 而 且 效 果 差 。 自 从 电 磁 兼 容 这 个 新 概 念 出 现 以 后 , 抗 电 磁 骚 扰 技 术才 进 入 了 一 个 新 的 时 期 , 即 从 防 范 或 补 救 的 时 期 , 进 入 到 主 动 进 行 预 测 分 析 、 主 动 进 行 设 计 、 主 动 采 取 防 护 措 施 的 新 时 期 。1 .1 .2 电 磁 兼 容电 磁 兼 容 ( EMC: Electroma

41、gnetic Compatibility) , 对 于 设 备 或 系 统 的 性 能 指 标 来 说 , 直 译 为 “电 磁 兼 容 性” , 但 作 为 一 门 学 科 来 说 , 应 该 译 为 “电 磁 兼 容” 。 美 国 IEEE 学 报 Transaction RFI 分 册 于 1964 年 改 名 为 EMC 分 册 , 若 以 此 作 为 电 磁 兼 容 学 科 形 成 的 标 志 , 距 今 已 40 余 年 了 。 40 多 年 来 , 电 磁 兼 容 的 基 础 不 断 深 化 , 内 容 不 断 发展 , 范 围 不 断 扩 大 , 系 统 不 断 完 善 。电

42、磁 兼 容 是 研 究 在 有 限 的 空 间 、 时 间 和 频 谱 资 源 等 条 件 下 , 各种 用 电 设 备 ( 广 义 的 还 包 括 生 物 体 ) 可 以 共 存 , 并 不 致 引 起 降 级 的一 门 科 学 。 电 磁 兼 容 性 是 指 设 备 或 系 统 在 其 电 磁 环 境 下 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 。 它 有 以 下 三 方 面 的 含 义 :(1) 电 磁 环 境 应 是 给 定 的 或 可 预 期 的 。(2) 设 备 、 分 系 统 或 系 统 不 应 产

43、生 超 过 标 准 或 规 范 所 规 定 的 电 磁 骚 扰 发 射 ( EMI ) 限 值 的 要 求 ; 电 磁 骚 扰 发 射 就 是 从 骚 扰 源 向 外 发 出 电 磁 骚 扰 能 量 的 现 象 , 它 是 引 起 电 磁 骚 扰 的 原 因 。(3) 设 备 、 分 系 统 或 系 统 应 满 足 标 准 或 规 范 所 规 定 的 电 磁 敏 感性 ( EMS) 限 值 或 抗 扰 度 ( immunity) 限 值 的 要 求 ; 电 磁 敏 感 性 , 即 在 存 在 电 磁 骚 扰 的 情 况 下 , 设 备 、 分 系 统 或 系 统 不 能 避 免 性 能 降 低

44、 的 能 力 ; 抗 扰 度 即 设 备 、 分 系 统 或 系 统 面 临 电 磁 骚 扰 不 降 低 运 行 性电 磁 兼 容 理 论 与 应 用 技 术 丛 书 : 电 磁 兼 容 设 计 8 能 的 能 力 。1 .1 .3 电 磁 兼 容 设 计 的 目 的怎 样 才 能 实 现 电 磁 兼 容 呢 ? 这 要 从 分 析 形 成 电 磁 干 扰 后 果 的 基 本 要 素 出 发 。 由 电 磁 骚 扰 源 发 射 的 电 磁 能 量 , 经 过 耦 合 途 径 传输 到 敏 感 设 备 , 这 个 过 程 称 为 电 磁 干 扰 效 应 。 因 此 , 形 成 电 磁 干 扰 后

45、 果 必 须 具 备 三 个 基 本 要 素 :(1) 电 磁 骚 扰 源任 何 形 式 的 自 然 或 电 能 装 置 所 发 射 的 电 磁 能 量 , 能 使 共 享 同一 环 境 的 人 或 其 它 生 物 受 到 伤 害 , 或 使 其 他 设 备 、 分 系 统 或 系 统 发 生 电 磁 危 害 , 导 致 性 能 降 级 或 失 效 , 即 称 为 电 磁 骚 扰 源 。(2) 耦 合 途 径 耦 合 途 径 即 传 输 电 磁 骚 扰 的 通 路 或 媒 介 。 (3) 敏 感 设 备 ( Victim )敏 感 设 备 是 指 当 受 到 电 磁 骚 扰 源 所 发 射 的

46、 电 磁 能 量 的 作 用 时 , 会 受 到 伤 害 的 人 或 其 它 生 物 , 以 及 会 发 生 电 磁 危 害 , 导 致 性 能降 级 或 失 效 的 器 件 、 设 备 、 分 系 统 或 系 统 。 许 多 器 件 、 设 备 、 分 系 统 或 系 统 可 以 既 是 电 磁 骚 扰 源 又 是 敏 感 设 备 。为 了 实 现 电 磁 兼 容 , 必 须 从 上 面 三 个 基 本 要 素 出 发 , 运 用 技 术 和 组 织 两 方 面 措 施 。 所 谓 技 术 措 施 , 就 是 从 分 析 电 磁 骚 扰 源 、 耦 合 途 径 和 敏 感 设 备 着 手 ,

47、 采 取 有 效 的 技 术 手 段 , 抑 制 骚 扰 源 、 消 除 或 减弱 骚 扰 的 耦 合 、 降 低 敏 感 设 备 对 骚 扰 的 响 应 或 增 加 电 磁 敏 感 性电 平 ; 为 了 对 人 为 骚 扰 进 行 限 制 , 并 验 证 所 采 用 的 技 术 措 施 的 有 效 性 , 还 必 须 采 取 组 织 措 施 , 制 订 和 遵 循 一 套 完 整 的 标 准 和 规 范 , 进 行 合 理 的 频 谱 分 配 , 控 制 与 管 理 频 谱 的 使 用 , 依 据 频 率 、 工 作 时 间 、 天 线 方 向 性 等 规 定 工 作 方 式 , 分 析 电

48、 磁 环 境 并 选 择 布 置 地 域 , 进 行 电 磁 兼 容 性 管 理 等 。电 磁 兼 容 性 是 电 子 设 备 或 系 统 的 主 要 性 能 之 一 , 电 磁 兼 容 设概 论 9 计是 实 现 设 备 或 系 统 规 定 功 能 、 使 系 统 效 能 得 以 充 分 发 挥 的 重 要 保 证 。 必 须 在 设 备 或 系 统 功 能 设 计 的 同 时 , 进 行 电 磁 兼 容 设 计 。电 磁 兼 容 设 计 的 目 的 是 使 所 设 计 的 电 子 设 备 或 系 统 在 预 期 的电 磁 环 境 中 实 现 电 磁 兼 容 。 其 要 求 是 使 电 子

49、设 备 或 系 统 满 足 EMC 标 准 的 规 定 并 具 有 两 方 面 的 能 力 : 能 在 预 期 的 电 磁 环 境 中 正 常 工 作 , 无 性 能 降 低 或 故 障 ; 对 该 电 磁 环 境 不 是 一 个 污 染 源 。为 了 实 现 电 磁 兼 容 , 必 须 深 入 研 究 以 下 五 个 问 题 :第 一 , 对 于 电 磁 骚 扰 源 的 研 究 , 包 括 电 磁 骚 扰 源 的 频 域 和 时 域 特 性 , 产 生 的 机 理 以 及 抑 制 措 施 等 的 研 究 。第 二 , 对 于 电 磁 骚 扰 传 播 特 性 的 研 究 , 即 研 究 电 磁 骚 扰 如 何 由 骚 扰 源 传 播 到 敏 感 设 备 , 包 括 对 传 导 骚 扰 和 辐 射 骚 扰 的 研 究 。 传导 骚 扰 是 指 沿 着 导 体 传 输