精品课程电磁兼容理论与应用021305课件.ppt
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1、精品课程精品课程电磁兼容理论与应用电磁兼容理论与应用021305 苏东林苏东林 北京航空航天大学北京航空航天大学2课程教学大纲课程教学大纲1.课程名称:电磁兼容理论与应用课程名称:电磁兼容理论与应用 2.课程代码课程代码:0213053.课程学时:课程学时:48学时学时4.课程的目的与地位:电磁兼容现象普遍存在于现课程的目的与地位:电磁兼容现象普遍存在于现代通信、测量系统中,如主频已达到代通信、测量系统中,如主频已达到1GHz以上以上的计算机系统、射频通信系统及电器、电气系统的计算机系统、射频通信系统及电器、电气系统等中都普遍存在电磁兼容问题。为了培养满足社等中都普遍存在电磁兼容问题。为了培养
2、满足社会需求的合格人才,开设本课程。会需求的合格人才,开设本课程。3课程教学大纲课程教学大纲1.讲授及学习方法:课堂教学、实验、讲座与撰写讲授及学习方法:课堂教学、实验、讲座与撰写实习报告实习报告 2.考核方式:考试(考核方式:考试(30%),实验(),实验(20%),),平时(平时(20%:出勤,作业),实习报告(:出勤,作业),实习报告(30%)1.课程教材:工程电磁兼容课程教材:工程电磁兼容原理、测试、技术原理、测试、技术工艺及计算机模型,人民邮电出版社,工艺及计算机模型,人民邮电出版社,V.Prasad Kodali 著,陈淑凤、高攸纲、苏东林、周碧华著,陈淑凤、高攸纲、苏东林、周碧华
3、译译 4目录目录一一导论导论二二设备和电路产生的电磁干扰设备和电路产生的电磁干扰三三概率和统计物理模型概率和统计物理模型5一一.导论导论1.电磁环境电磁环境2.历史沿革历史沿革3.EMI和和EMC概念与有关定义概念与有关定义4.频谱管理频谱管理5.EMI和和EMC综述综述6.分析计算举例分析计算举例61.电磁环境电磁环境 我们生活中不可缺少的部分;我们生活中不可缺少的部分;许多设备:无线电、电视广播台、通信发射机、许多设备:无线电、电视广播台、通信发射机、雷达导航设备等,在正常工作时,会同时辐射电雷达导航设备等,在正常工作时,会同时辐射电磁能量磁能量有意将电磁能量辐射到空中;有意将电磁能量辐射
4、到空中;另一些设备:汽车点火系统、工业控制装置等工另一些设备:汽车点火系统、工业控制装置等工作时,也会向外辐射电磁能量作时,也会向外辐射电磁能量无意辐射电磁无意辐射电磁能量;能量;上述有意或无意辐射的电磁能量达到一定程度时上述有意或无意辐射的电磁能量达到一定程度时,会干扰许多电子电气设备和系统的正常工作。,会干扰许多电子电气设备和系统的正常工作。7电磁环境电磁环境1.电磁辐射,无线电频谱电磁辐射,无线电频谱Some Intentional Radiators:1.Broadcast and Cell Towers2.Radars3.Cellular Phones8Electromagnetic
5、 Radiation 101and Some UnintentionalMotor ComponentsPowerful ElectronicsArc WeldersFluorescent Lights92.历史沿革历史沿革 第二次世界大战前第二次世界大战前l 20世纪世纪20年代:认识到电磁环境干扰年代:认识到电磁环境干扰l 20世纪世纪30年代:出版相关标准、开发相应测试技术年代:出版相关标准、开发相应测试技术l 高架输电线近旁电场强度和无线电广播电台产生的电场强度高架输电线近旁电场强度和无线电广播电台产生的电场强度的测量方法、测量无线电噪声和场强的仪表、确定无线电噪的测量方法、测量无线电
6、噪声和场强的仪表、确定无线电噪声容限;声容限;l 国际电工委员会(国际电工委员会(IEC)和国家广播联盟联手处理电磁干扰)和国家广播联盟联手处理电磁干扰问题;问题;l 关心的频率为关心的频率为18MHz;l 1933年成立国际无线电干扰特别委员会(年成立国际无线电干扰特别委员会(CISPR),规定了),规定了干扰容限:以调幅深度为干扰容限:以调幅深度为20%的的1mV/m的场强为参考,信噪的场强为参考,信噪比达到比达到40dB。102.历史沿革历史沿革 第二次世界大战第二次世界大战l 战争使战争使CISPR活动停顿下来活动停顿下来l 军事用途促使可靠测量电磁干扰的仪器和军用标准迅军事用途促使可
7、靠测量电磁干扰的仪器和军用标准迅速发展;速发展;l 关心的频率为关心的频率为20MHz40年代,年代,30MHz50年代,年代,1000MHz60年代;年代;l 电磁干扰概念以及有效消除干扰是航空航天系统及卫电磁干扰概念以及有效消除干扰是航空航天系统及卫星中的头等大事;星中的头等大事;战后的前战后的前25年年l CISPR恢复活动恢复活动l 1967年出版年出版MIL-STD-462“电磁干扰特性的测量电磁干扰特性的测量”l 1968年出版年出版MIL-STD-461“用于控制电磁干扰的电磁用于控制电磁干扰的电磁发射和敏感度要求发射和敏感度要求”112.历史沿革历史沿革 战后的后战后的后25年
8、年l 出版涵盖出版涵盖EMI技术的定义和测量单位的技术的定义和测量单位的MIL-STD-463l 出版出版MIL-STD-461和和MIL-STD-462 的修订版的修订版l 出版的标准涵盖了系统电磁兼容性,包括:雷达、飞出版的标准涵盖了系统电磁兼容性,包括:雷达、飞机电源、空间系统、海军泊场、移动通信等设计和性机电源、空间系统、海军泊场、移动通信等设计和性能要求;能要求;l 80年代:关注数字设备和仪器对电磁噪声敏感问题;年代:关注数字设备和仪器对电磁噪声敏感问题;以及数字电路和设备产生的宽带噪声问题;时钟频率以及数字电路和设备产生的宽带噪声问题;时钟频率产生电磁噪声;固体元器件和集成电路容
9、易受到瞬态产生电磁噪声;固体元器件和集成电路容易受到瞬态电磁感干扰;电磁感干扰;l 今后不同国家之间的贸易壁垒将建立在工艺和技术性今后不同国家之间的贸易壁垒将建立在工艺和技术性能指标的基础上,而不再是迄今惯用税率及其制度。能指标的基础上,而不再是迄今惯用税率及其制度。123.EMI和和EMC概念与有关定义概念与有关定义 关于电磁骚扰和电磁干扰关于电磁骚扰和电磁干扰电磁骚扰:可能引起一个器件、一台设备或一个系统电磁骚扰:可能引起一个器件、一台设备或一个系统性能降级的任何一种电磁现象;性能降级的任何一种电磁现象;电磁干扰:由电磁骚扰造成的一个器件、一台设备或电磁干扰:由电磁骚扰造成的一个器件、一台
10、设备或一个系统的性能下降。一个系统的性能下降。射频干扰与射频干扰射频干扰与射频干扰射频骚扰:具有射频范围分量的电磁骚扰;射频骚扰:具有射频范围分量的电磁骚扰;射频干扰:接收有用信号时由射频骚扰造成的接收效射频干扰:接收有用信号时由射频骚扰造成的接收效果下降;果下降;1314电磁兼容定义电磁兼容定义lJoint Pub 1-02,DoD Dictionary Military And Associated Terms With JMTGM Changes,23 MARCH 1994 defines EMC as:所有使用电磁频谱工作的系统、装备和装置的所有使用电磁频谱工作的系统、装备和装置的一种
11、能力。这种能力保证它们在既定的工作条件一种能力。这种能力保证它们在既定的工作条件下,不会因电磁发射或响应而造成不能接受的或下,不会因电磁发射或响应而造成不能接受的或者未预知的性能降级。者未预知的性能降级。The ability of systems,equipment,and devices that utilize the electromagnetic spectrum to operate in their intended operational environments without suffering unacceptable degradation or causing uni
12、ntentional degradation because of electromagnetic radiation or response.15电磁兼容三要素电磁兼容三要素干扰源干扰源 耦合通道耦合通道 敏感体敏感体 产生产生电磁干电磁干扰的实扰的实体、自体、自然现象然现象或环境或环境 指把能量指把能量从干扰源耦从干扰源耦合(或传输)合(或传输)到敏感体所到敏感体所通过的媒介通过的媒介 指对指对电磁干电磁干扰发生扰发生响应的响应的实体实体16电磁干扰如何从源传播到接收机电磁干扰如何从源传播到接收机源源接收机接收机公用电源线公用电源线电源线缆电源线缆电源线缆电源线缆信号线缆信号线缆控制线缆控
13、制线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆17电磁干扰如何从源传播到接收机电磁干扰如何从源传播到接收机源源接收机接收机公用电源线公用电源线从源直接辐射到接收机从源直接辐射到接收机途径途径1 电源线缆电源线缆电源线缆电源线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆18电磁干扰如何从源传播到接收机电磁干扰如何从源传播到接收机源源接收机接收机公用电源线公用电源线从源直接辐射,然后被与接收机连接的电源电缆或信号从源直接辐射,然后被与接收机连接的电源电缆或信号/控控制线线缆拾取,电磁干扰经传导过程到达接收机制线线缆拾取,电磁干扰经传导过程到达接收机途径途径2 电源线缆电源线缆电源线缆
14、电源线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆19电磁干扰如何从源传播到接收机电磁干扰如何从源传播到接收机源源接收机接收机公用电源线公用电源线电磁干扰由源的电源电缆、信号电缆或控制线缆辐射电磁干扰由源的电源电缆、信号电缆或控制线缆辐射途径途径3 电源线缆电源线缆电源线缆电源线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆20电磁干扰如何从源传播到接收机电磁干扰如何从源传播到接收机源源接收机接收机公用电源线公用电源线电源线缆电源线缆电源线缆电源线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆电磁干扰从源通过公用电源电缆或通过公用信
15、号线缆电磁干扰从源通过公用电源电缆或通过公用信号线缆/控制线缆直接传导到接收机控制线缆直接传导到接收机途径途径4 21电磁干扰如何从源传播到接收机电磁干扰如何从源传播到接收机源源接收机接收机公用电源线公用电源线电磁干扰由与源相连的各种电源电磁干扰由与源相连的各种电源/信号信号/控制电缆携带时,它会耦合进与接收控制电缆携带时,它会耦合进与接收机相连接的电源机相连接的电源/信号信号/控制电缆控制电缆中,尤其是把这些线缆绑扎成捆时。中,尤其是把这些线缆绑扎成捆时。电源线缆电源线缆电源线缆电源线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆22电磁干扰如何从源传播到接收机电磁干扰如
16、何从源传播到接收机源源接收机接收机公用电源线公用电源线电磁干扰由与源相连的各种电源电磁干扰由与源相连的各种电源/信号信号/控制电缆携带时,它会耦合进与接收控制电缆携带时,它会耦合进与接收机相连接的电源机相连接的电源/信号信号/控制电缆控制电缆中,尤其是把这些线缆绑扎成捆时。中,尤其是把这些线缆绑扎成捆时。电源线缆电源线缆电源线缆电源线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆信号线缆信号线缆控制线缆控制线缆电磁干扰从源到达接收机主要机制:电磁干扰从源到达接收机主要机制:传导传导+辐射辐射23回忆电磁兼容定义回忆电磁兼容定义 接收机即能够在他所处的电磁环境中满意的发挥接收机即能够在他所处的电磁环境中满意
17、的发挥其功能,有没有把超过容限的电磁骚扰引入此环其功能,有没有把超过容限的电磁骚扰引入此环境中而影响任何其它任何系统正常工作的能力。境中而影响任何其它任何系统正常工作的能力。电磁干扰的一些实例电磁干扰的一些实例a)输电线:高电场强度不仅存在于输电线的正下方,而且存在于离输电线:高电场强度不仅存在于输电线的正下方,而且存在于离开中心线一定距离处;开中心线一定距离处;b)电源线:架空输电线容易拾取来自闪电和雷暴的电磁噪声;工厂电源线:架空输电线容易拾取来自闪电和雷暴的电磁噪声;工厂和家庭中的电源线会携带由开关、断路器、重负载开关等产生的和家庭中的电源线会携带由开关、断路器、重负载开关等产生的瞬态脉
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