1、电磁兼容基础 Electromagnetic Compatibility Fundamentals,课时分配,第一章 电磁兼容概述 2课时 讲授 第二章 电磁兼容分析 3课时 讲授 第三章 电磁兼容预测技术 3课时 讲授 第四章 电磁兼容工程方法 2课时 讲授 第五章 电磁兼容应用 4课时 讲授 第六章 战场频谱环境 2课时 讲授 第七章 电磁兼容实验 2课时 讲授 实践 6课时,1822年安培提出了磁现象根源是电流的假说，1831年法拉第发现感应电动势的规律；1864年麦克斯韦总结出麦克斯韦方程，预言电磁波的存在，麦克斯韦的电磁场理论是研究电磁兼容的基础。1881年英国科学家希维塞德发表了“
2、论干扰”的文章，标志着电磁兼容性研究开端。,一、电磁兼容历史及其发展,1888年德国科学家赫兹第一次把电磁波辐射到自由空间，开始了电磁兼容性的实验研究。1889年英国研究了通信中的干扰问题，使电磁兼容性研究开始走向工程化。1944年德国电气工程师协会制定了世界上第一个电磁兼容性规范VDE0878，1945年美国颁布了第一个电磁兼容性军用规范JAN-1-225。,上世纪40年代提出了电磁兼容性概念，由排除干扰发展成为从理论和技术上全面控制。上世纪60年代，大规模集成电路出现把人类带入信息时代，电磁兼容获得大发展。上世纪70年代，电磁兼容技术成为非常活跃的学科，美国等发达国家建立了相应的电磁兼容标
3、准和规范。,1989年欧洲共同体委员会颁发了89/336/EEC指令，明确规定，自1996年1月1日起，所有电子、电器产品须经过电磁兼容性能的认证，否则将禁止其在欧共体市场销售。目前电磁兼容性工程以事后检测处理发展到预先分析评估、预先检验、预先设计。,我国电磁兼容技术起步很晚，无论是理论、技术水平，还是配套产品（屏蔽材料、干扰滤波器等）制造，都与发达国家相差甚远。直到上世纪80年代之后才组织系统地研究并制定国家级和行业级的电磁兼容性标准和规范。随着国民经济和高科技产业的形迅速发展，在航空、航天、通信、电子等部门，电磁兼容技术受到格外重视。,二、电磁兼容对武器效能和作战的影响,武器装备电磁兼容解
4、决得好坏直接关系到武器装备效能发挥与战争胜负。,复杂电磁环境下的电子攻防不仅仅是作战保障，而且已经成为一种直接的作战行动。,电子信息技术含量在飞机中已达50%（在B-2中高达60%）；在舰船中达2530%；在火炮和坦克中达30%；在空间武器中甚至高达65%至70%。海湾战争、伊拉克战争等近期战争表明信息化战争从传统的火力打击为主旨转化为以夺取制电磁权为主旨。信息化作战，对战场环境的适应与否，集中体现在对电磁环境的适应和控制上。,信息化战争是体系的对抗，因此首先必须保证己方体系的兼容。电磁信号的传播和接收，属于“开放”方式，既是电磁环境的组成部分，又受到电磁环境的影响。武器装备通过电磁获取信息，
5、为干扰留了“后门”，埋下失效甚至失能的隐患。,“谢菲尔德”号受重创,“谢菲尔德”被击中瞬间,1982年马岛战争，英军“谢菲尔德”驱逐舰警戒雷达和舰载卫星通信系统不兼容，当该舰进行卫星通信时，警戒雷达只能关机， 阿军“飞鱼”导弹乘虚而入，将其击沉。,案例：英国 “谢菲尔德”被 “飞鱼”击中,1967年7月29日，美国“福莱斯特”级航母CVA59号上大功率雷达照射到机载武器，导致导弹误射并爆炸，死亡134人。,案例：美国“福莱斯特” 航母爆炸,案例：美军黑鹰直升机多次坠毁,美军黑鹰直升机虽然已经装备数年，但是仍然存在较严重的电磁兼容性问题，容易受到大功率微波源和广播塔的干扰，几乎每年都发生由此导致
6、的坠毁事件。,案例：美国 “民兵”导弹发射爆炸,“民兵”导弹与大气摩擦产生电荷，前部电荷比后部多。由于导弹两级之间绝缘，电荷不能流动，电量差越来越大，产生放电，形成的电磁波激发了自毁装置，致使导弹爆炸。在前后两级间采取金属搭接措施，可防止电荷积累放电。,以上案例说明，武器装备不解决电磁兼容问题，后果不堪设想。也提示如果武器装备具备自动或智能的电磁兼容手段，可以避免悲剧发生。,武器装备不能带电磁兼容“硬伤”投入战斗，否则不仅不能发挥效能，而且会带来严重后果；要在作战行动之前解决好武器装备系统间、特别是体系的电磁兼容问题；谋划联合作战时，对武器装备电磁不兼容要有足够认识，要有处置紧急情况预案。,三
7、、为什么当今电磁兼容问题成为新挑战,1、新的军事需求带来的新问题（三高一性） 三高 信息化程度的高度集成性（空间、时间、频率）： 在同一系统内集中众多分系统； 信息化性能指标的高度先进性： 一个综合系统完成原来若干个系统的功能； 使用环境和使用模式的高度复杂性： 应用于各种环境，各分系统同时工作。 一性 电磁兼容性能对其能否发挥作用起到决定性作用。,2、新的技术进步带来的新问题（三高一性） 材料技术进步带来的电磁兼容新问题对成本、尺寸、重量的要求，导致原有的电磁兼容防护措施的使用逐渐减少，如笨重的金属壳体逐渐被轻巧的非金属壳体替代； 工艺技术进步带来的电磁兼容新问题电子系统越来越集成化； 航电
8、综合技术进步带来的电磁兼容新问题总线、射频综合，孔径综合； 日益严重的有害射频电磁环境（EME）,四、电磁兼容的特点与难点,电磁兼容性指标与其它电气电器指标不同 电磁兼容性设计与其它电气电器设计不同 电磁兼容试验与其它电气电器试验的不同 系统级电磁兼容性试验与设备分系统电磁兼容性试验不同,1.电磁兼容性指标与其它电气电器指标不同,电磁兼容极限值：概率统计意义上的要求 满足系统级电磁兼容指标要求，意味着出现故障的概率极小； 电磁兼容未达标但仍能工作，只是一种临界现象,裕度,敏感,临界,临界,安全,测试可见,测试不可见,Q：如何确定该极限值？,极限值,Q：电磁兼容的统计特性？,2. 电磁兼容性设计
9、与其它电气电器设计不同,电磁兼容设计=（正常信号）设计+（正常信号+干扰信号）设计将设计信号与干扰信号共同作为设计输入，分析系统的响应，预测系统的降级，设计加固方案电磁兼容模型正常信号设计模型 电磁兼容模型=正常设计信号模型+干扰信号模型,3.电磁兼容试验与其它电气电器试验不同,系统级电磁兼容试验特点与难点 想定不已知的内部隐藏问题； 全机电磁兼容试验似中医看病 通过外观表象，判定内部隐藏性问题； 检测方案、测检手段、结果分析、结论认定、检测标准、专家系统； 全机电磁兼容试验要求：必须了解 被试品电磁兼容隐患产生根源（被试品工作原理）； 被试品设计研制定型过程中曾暴露出的问题；,4.系统级试验
10、与设备分系统级试验不同,“单位一理论”：三个设备级被试品A、B、C， 分系统试验：EMI=1为合格（被试品A、B、C对外发射不大于单位1）；EMS=1为合格（被试品A、B、C能抵抗外界不大于单位1的干扰）； 系统级试验：将A、B、C集成为一个系统的情况：1) A、B空间发射由于电磁波相干，会出现某些方向场强为0，某些方向场强为22) C与A、B集成在一起，将C（EMS合格）放置在场强为1的位置上，会敏感。,反思： 1、总体应使分系统了解其装机条件 2、总体集成时，应考虑分系统能达到的性能 3、GJB151A是通用武器装备EMC标准,3dB波瓣宽度,被试品,设备级试验：被试品电尺寸较小 单幅天线
11、3dB波瓣宽度可均匀照射被试品,系统级试验：被试品电尺寸较大单幅天线3dB波瓣宽度只能 照射被试品局部,单幅天线,组阵天线,A点,B点,监测A点场强,波束、波束为单一波束；波束为组合波束,Q：系统级试验方法研究？,1、电磁兼容基础研究电磁兼容机理；电磁兼容标准；电磁兼容测量；复杂战场电磁环境下电磁兼容战略研究。,五、研究内容,2、电磁兼容应用研究武器装备抗电磁干扰技术；飞机、舰船、导弹等电磁兼容研究；战场的电磁环境仿真与预测。,第1章 电磁兼容概述,1.1 电磁兼容简介 1.2 电磁兼容现象 1.3 电磁兼容性的基本概念 1.4 电磁兼容标准和规范,1.1 电磁兼容简介,1、电磁兼容概念电磁兼
12、容(EMC)是指设备在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态，即设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致不允许的降级；也不会使同一电磁环境中其他设备因受其电磁发射而导致不允许的降级。,电磁干扰特性：不对其他设备产生电磁干扰。,电磁敏感特性：不受其他设备的电磁干扰。,电磁兼容是一门综合性学科，主要研究如何使在同一电磁环境下各种电气电子设备和元器件都能正常工作，互不干扰，达到兼容状态。显而易见，电磁兼容技术是解决电磁干扰相关问题的技术。,电磁兼容有时又称作电磁兼容性，某些场合两者通用，但是电磁兼容含义更广，电磁兼容性更偏重于从性能方面描述。,2、电磁环境电磁环境：军队、系统或
13、平台在预定工作环境中执行任务时可能遇到的在各种频率范围内电磁辐射或传导辐射的功率和时间的分布状况。电磁环境效应（E3）:是电磁干扰、电磁脉冲、电磁辐射对人体、兵器和材料的危害以及闪电和天电干扰等自然现象效应的总和。,影响电磁环境因素：（1）电子设备的数量； （2）电子设备的使用方案； （3）电子设备的复杂性以及辐射信号的特性； （4）对电子设备的依赖程度； （5）分析、掌握电磁环境的能力和需求等。,电磁环境主要特征：（1）电磁信号的密度强度越来越大； （2）电子设备杂散辐射多 ； （3）无意干扰多、电磁环境变得恶劣 ； （4）有意干扰强 ；,电磁环境主要特点 ：（1）客观真实性 ； （2）动态
14、交织性 ； （3）激烈对抗性 ； （4）人为可控性 ； （5）相对复杂性 。,1.2 电磁骚扰现象,（1）电子设备的电磁干扰 （2）信息设备的电磁泄漏 （3） 设备与人身安全 （4）雷电干扰的危害,1、 电磁干扰三要素 电磁干扰源、耦合路径或称耦合途径、敏感设备，是形成电磁干扰的三要素。电磁干扰源指产生电磁干扰的元件、器件、设备或自然现象；耦合途径或称耦合通道，指把能量从干扰源耦合到敏感设备上，并使该设备产生响应的媒介；敏感设备指对电磁干扰产生响应的设备。,1.3 电磁兼容性的基本概念,由电磁干扰源发出的电磁能量，经过某种耦合通道传输到敏感设备，导致敏感设备出现某种形式的响应并产生效果。当电磁
15、干扰超过敏感设备的敏感度时，就会产生电磁干扰。这一作用过程及其效果，称为电磁干扰效应。,电磁干扰源分为：自然干扰源和人为干扰源。自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。人为干扰源一部分是专门用来发射电磁能量的装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备，称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等，称为无意发射干扰源。,干扰耦合可分为传导耦合和辐射耦合。传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象。这个传输
16、电路可包括导线，设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见辐射耦合三种： 甲天线发射的电磁波被乙天线接受，称为天线对天线耦合；空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；两根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。,电磁兼容EMC（Electromagnetic Compatibility） 电磁干扰EMI（Electromagnetic Interference） 辐射发射RE (Radiated Emission) 传导发射CE (Conducted Emissio
17、n) 电磁敏感性EMS（Electromagnetic Susceptibility） 辐射敏感度RS（Radiated Susceptibility） 传导敏感度CS（Conducted Susceptibility） 电磁环境EME（Electromagnetic Environment） 电磁噪声EN（Electromagnetic noise）,1.3 电磁兼容性的基本概念,电磁骚扰与电磁干扰电磁骚扰是指任何可能引起设备性能降低或对有生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁干扰则是指由电磁骚扰引起的设备或传输通道性能的下降。所以骚扰和干扰的含义是不同的。从概念上讲，骚扰是一种电磁能量，干扰
18、是骚扰产生的结果或后果。电磁干扰产生于骚扰源；大量骚扰源的存在造成电磁环境污染，导致电磁兼容性问题尖锐化。,电磁敏感（EMS）和电磁兼容（EMC）EMS其意是指由于电磁能量造成性能下降的难易程度。为通俗易懂，我们将电子设备比喻为人，将电磁能量比做感冒病毒，敏感度就是是否易患感冒。如果不易患感冒，说明免疫力强，即抗电磁干扰性强。EMC这个术语有其非常广的含义。电磁能量的检测、抗电磁干扰性试验、检测结果的统计处理、电磁能量辐射抑制技术、雷电和地磁等自然电磁现象、电场磁场对人体的影响、电场强度的国际标准、电磁能量的传输途径、相关标准及限制等均包含在EMC之内。,国际电磁兼容标准化组织 国际电工委员会
19、(IEC) 国际大电网会议(CIGRE)国际发供电联盟(UNIPEDE)国际电报电话咨询委员会(CCITT)国际无线电咨询委员会(CCIR)国际电信联盟(ITU)电气电子工程师学会(IEEE)等,1.4 电磁兼容标准和规范,国内：1986年成立了全国无线电干扰标准化委员会后，我国才开始有组织有系统地对应CISPR/IEC开展国内EMC标准化工作。国家标准化管理委员会所属的从事EMC标准化技术工作的组织，有全国无线电干扰标准化技术委员会和全国电磁兼容标准化技术委员会，分别对应CISPR、TC77。,电磁兼容标准基础标准、通用标准、产品类标准和专用标准。基础标准是制订其他EMC标准的基础，它描述了
20、EMC现象，规定了电磁骚扰发射和抗扰度的测试方法、测试设备和布置，定义试验等级和性能判据。产品类标准和专用标准是针对某种产品系列和专用产品的EMC测试而制订的。引用基础标准的内容，根据产品的特殊性对测试做出更加详细的规定。通用标准是按照产品使用的环境来分类的，规定了设备应该在哪些端口作发射和抗扰度试验，包括设备的交、直流电源端口、信号和数据线端口、机壳、接地点等，同时也规定了可以依据的基础标准。,产品依照标准的原则：专用产品类标准产品类标准通用标准。即一个产品如果有专用产品类标准，则产品的EMC性能应该满足专用产品类标准的要求；如果没有，则应该采用产品类标准进行EMC试验，如果没有产品类标准，则用通用标准进行EMC试验，以此类推。,
