第1章+电磁兼容基础课件.ppt
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- 电磁 兼容 基础 课件
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1、电磁兼容基础电磁兼容基础Electromagnetic Compatibility Fundamentals课时分配课时分配第一章第一章 电磁兼容概述电磁兼容概述2 2课时课时讲授讲授第二章第二章 电磁兼容分析电磁兼容分析3 3课时课时讲授讲授第三章第三章 电磁兼容预测技术电磁兼容预测技术3 3课时课时讲授讲授第四章第四章 电磁兼容工程方法电磁兼容工程方法2 2课时课时讲授讲授第五章第五章 电磁兼容应用电磁兼容应用 4 4课时课时讲授讲授第六章第六章 战场频谱环境战场频谱环境 2 2课时课时讲授讲授第七章第七章 电磁兼容实验电磁兼容实验 2 2课时课时讲授讲授实践实践 6 6课时课时 1822
2、年安培提出了磁现象根源是电流的假年安培提出了磁现象根源是电流的假说,说,1831年法拉第发现感应电动势的规律;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。究电磁兼容的基础。1881年英国科学家希维塞德发表了年英国科学家希维塞德发表了“论干论干扰扰”的文章,标志着电磁兼容性研究开端。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年德国科学家赫兹第一次把电磁波辐射到自由
3、空间,开始了电磁兼容性的实验辐射到自由空间,开始了电磁兼容性的实验研究。研究。1889年英国研究了通信中的干扰问题,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。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上第一个电磁兼容性规范VDE0878,1945年年美国颁布了第一个电磁兼容性军用规范美国颁布了第一个电磁兼容性军用规范JAN-1-225。上世纪上世纪40年代提出了电磁兼容性概念,由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。排除干扰发展成为从理论和技术上全面控制。上世纪上世
4、纪60年代,大规模集成电路出现把人年代,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。类带入信息时代,电磁兼容获得大发展。上世纪上世纪70年代,电磁兼容技术成为非常活年代,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跃的学科,美国等发达国家建立了相应的电磁兼容标准和规范。兼容标准和规范。1989年欧洲共同体委员会颁发了年欧洲共同体委员会颁发了89/336/EEC指令,明确规定,自指令,明确规定,自1996年年1月月1日起,所有电子、电器产品须经过电磁兼日起,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容性能的认证,否则将禁止其在欧共体市场销
5、售。销售。目前电磁兼容性工程以事后检测处理发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。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、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干扰滤波器等)制造,都与发达国家相差甚远。直到上世纪远。直到上世纪80年代之后才组织系统地研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和规范。随着国民经济和高科技产业的形
6、迅速发展,在航空、航天、通信、电子等部门,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。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决得好坏直接关系到武器装备电磁兼容解决得好坏直接关系到武器装备效能发挥与战争胜负。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。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电子信息技术含量在飞机中已达50%50%(在(在B-2B-2中高达中高达60%60%);在舰
7、船中达);在舰船中达252530%30%;在火炮和坦;在火炮和坦克中达克中达30%30%;在空间武器中甚至高达;在空间武器中甚至高达65%65%至至70%70%。海湾战争、伊拉克战争等近期战争表明信息海湾战争、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。电磁权为主旨。信息化作战,对战场环境的适应与否,集中信息化作战,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。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。保证己方体系的兼容
8、。电磁信号的传播和接收,属于电磁信号的传播和接收,属于“开放开放”方方式,既是电磁环境的组成部分,又受到电磁环式,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,为干境的影响。武器装备通过电磁获取信息,为干扰留了扰留了“后门后门”,埋下失效甚至失能的隐患。,埋下失效甚至失能的隐患。“谢菲尔德谢菲尔德”号受重创号受重创“谢菲尔德谢菲尔德”被击中瞬间被击中瞬间 1982 1982年马岛战争,英军年马岛战争,英军“谢菲尔德谢菲尔德”驱逐舰警戒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,信时,警戒
9、雷达只能关机,阿军阿军“飞鱼飞鱼”导弹乘虚导弹乘虚而入,将其击沉。而入,将其击沉。案例:英国案例:英国“谢菲尔德谢菲尔德”被被“飞鱼飞鱼”击中击中 1967 1967年年7 7月月2929日,美国日,美国“福莱斯特福莱斯特”级航母级航母CVA59CVA59号上大功率雷达照射到机载武器,导致导号上大功率雷达照射到机载武器,导致导弹误射并爆炸,死亡弹误射并爆炸,死亡134134人。人。案例:美国案例:美国“福莱斯特福莱斯特”航母爆炸航母爆炸案例:美军黑鹰直升机多次坠毁案例: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
10、问题,容易受到大功率微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的波源和广播塔的干扰,几乎每年都发生由此导致的坠毁事件。坠毁事件。案例:美国案例:美国“民兵民兵”导弹发射爆炸导弹发射爆炸自毁自毁装置装置摩擦摩擦电荷电荷绝缘绝缘密封圈密封圈导弹导弹前部前部 导弹导弹后部后部导弹飞行时外壳摩擦起电导弹飞行时外壳摩擦起电 “民兵民兵”导弹与大气摩擦产生电导弹与大气摩擦产生电荷,前部电荷比后部多。由于导弹两荷,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,形成的电磁波越来越大,产生放电,形成的
11、电磁波激发了自毁装置,致使导弹爆炸。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,在前后两级间采取金属搭接措施,可防止电荷积累放电。可防止电荷积累放电。金属金属搭接搭接 以上案例说明,武器装备不解决电磁兼容问以上案例说明,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。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武器装备不能带电磁兼容“硬伤硬伤”投入战斗,投入战斗,否则不仅不能发挥效能,而且会带来严重后果;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
12、之前解决好武器装备系统间、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,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。紧急情况预案。三、为什么当今电磁兼容问题成为新挑战三、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、新的军事需求带来的新问题(三高一性)(三高一性)三高三高 信息化程度的高度集成性(空间、时间、频率):信息化程度的高度集成性(空间、时间、频率):u 在同一系统内集中众多分系统;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:信息
13、化性能指标的高度先进性:u一个综合系统完成原来若干个系统的功能;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:使用环境和使用模式的高度复杂性:u应用于各种环境,各分系统同时工作。应用于各种环境,各分系统同时工作。一性一性1.电磁兼容性能对其能否发挥作用起到决定性作用。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(、新的技术进步带来的新问题(三高一性三高一性)材料技术进步带来的电磁兼容新问题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
14、,如笨重的金属壳体逐渐被轻巧的非金属壳体替代;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;电子系统越来越集成化;航电综合技术进步带来的电磁兼容新问题航电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;总线、射频综合,孔径综合;日益严重的有害射频电磁环境(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四、电磁兼容的特点与难点1.电磁兼容性电磁兼容性指标指标与其它电气电器指标不同与其它电气电器指标不同2.电磁兼容性电磁兼容性设计设计与其它电气电器设计不同与其它电气电器设计不
15、同3.电磁兼容电磁兼容试验试验与其它电气电器试验的不同与其它电气电器试验的不同4.系统系统级电磁兼容性试验与级电磁兼容性试验与设备分系统设备分系统电磁兼容性电磁兼容性试验不同试验不同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裕度 敏感敏感 临界临界 临界临界 安全安全 测试可见测试可见测试不可见测试不可见 Q:如何确定:如何确定 该极限值?该极限值?极限值极限值 Q:电磁兼容:电磁兼容的统计特性?的统计特性?2.电磁兼容性
16、设计与其它电气电器设计不同电磁兼容性设计与其它电气电器设计不同电磁兼容设计电磁兼容设计=(正常信号)设计(正常信号)设计+(正常信号(正常信号+干扰信号)设干扰信号)设计计 将设计信号与干扰信号共同作为设计输入,分析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,设计加固方案系统的响应,预测系统的降级,设计加固方案电磁兼容模型电磁兼容模型正常信号设计模型正常信号设计模型电磁兼容模型电磁兼容模型=正常设计信号模型正常设计信号模型+干扰信号模型干扰信号模型3.3.电磁兼容试验与其它电气电器试验不同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系统级电磁兼容试
17、验特点与难点 想定不已知的内部隐藏问题;想定不已知的内部隐藏问题;全机电磁兼容试验全机电磁兼容试验似中医看病似中医看病 通过外观表象,判定内部隐藏性问题;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、检测方案、测检手段、结果分析、结论认定、检测标准、专家系统;专家系统;全机电磁兼容试验要求:必须了解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;被试品设计研制定型过程中曾暴露出的问题;4.系统级试验与设备分系统级试验不同系统级试验与设备分系统
18、级试验不同“单位一理论单位一理论”:三个设备级被试品三个设备级被试品A、B、C,分系统试验:分系统试验:EMI=1为合格(被试品为合格(被试品A、B、C对外发射不大于单位对外发射不大于单位1););EMS=1为合格(被试品为合格(被试品A、B、C能抵抗外界不大于单位能抵抗外界不大于单位1的干扰);的干扰);系统级试验:系统级试验:将将A、B、C集成为一个系统的情况: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,某些方向场强为2 2)C与与A、B集成在一起,将集成在一起,将C(EMS合格)放置在场强为合
19、格)放置在场强为 1的位置上,会敏感。的位置上,会敏感。反思:反思:1、总体应使分系统了解其装机条件、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、总体集成时,应考虑分系统能达到的性能3、GJB151A是通用武器装备是通用武器装备EMC标准标准3dB波瓣宽度波瓣宽度被试品被试品发射天线发射天线设备级试验:被试品电尺寸较小设备级试验:被试品电尺寸较小单幅天线单幅天线3dB波瓣宽度可均匀照射被试品波瓣宽度可均匀照射被试品系统级试验:系统级试验:被试品电尺寸较大被试品电尺寸较大 单幅天线单幅天线3dB波瓣宽度只能波瓣宽度只能 照射被试品局部照射被试品局部单幅天线单幅天线组阵组
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