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欢迎各位同学选修电磁兼容课程

我是清华大学电机系的何金良

这里有一个图片

如果你打开计算机看它的反面

你会发现有各种各样的符号

各种各样的符号实际上都是代表不同的认证

用电设备

进入市场之前需要通过各种各样的认证

如在我国需要通过CCC认证

也就是中国的强制性的产品的认证

在这些认证中就包含了电磁兼容的认证

过去我们点煤油灯，它没有电也没有磁

所以说它不存在电磁兼容的问题

后来爱迪生发明了电灯

有了电也有了电磁

因此电磁兼容是人类文明的伴随产品

人类为了追求更舒适更安全

现代科技的发展给人类带来了更快速的交通工具

更便利的生活

但也带来了很多的问题

其中之一就是电磁兼容的问题

那什么是电磁兼容呢

电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作

且不对环境中任何事物

构成不能承受的电磁骚扰的能力

也就是说设备不相互干扰

都能够正常工作

达到一种相互协调

实现和谐共处

我们在2010年主办的亚太电磁兼容国际会议中

他的口号就是电磁兼容使世界更加和谐

那我们来看看电磁兼容的定义是什么

电磁兼容是研究在有限的空间

有限的时间

有限的频谱资源条件下

各种用电设备

广义上还包括生物体

可以共存

并不致引起性能降级的一门学科

它的三个基本要素是空间、时间和频谱

频谱的话从直流达到了400GHz

电磁兼容学科的范围日益在扩大

它也不只限于电子设备

研究对象除了传统设施之外

涉及到芯片级

直至各种舰船、航天飞机、洲际导弹

甚至整个地球的电磁环境

以及电磁污染等生态问题

对于一门学科、一个工业和技术范围

我们称之为电磁兼容

反映了整整一个领域

而对于设备、分系统、系统的性能来说

我们称之为电磁兼容性

那一个电磁兼容问题包括了哪些部分呢

电磁兼容

包括了骚扰源、耦合途径和敏感设备

一个骚扰源要通过特定的传导和辐射的途径

作用在敏感设备才会产生电磁干扰

骚扰源、传播途径、敏感设备

就构成了电磁兼容的三要素

电磁兼容的历史起源于西维塞德

在1881年写了一篇“论干扰”的论文

1933年有关的国际组织

在巴黎举行了一次特别的会议

研究如何处理国际性的无线电骚扰的问题

在1920年后

工业先进国家都日益重视电磁兼容的研究

因此电磁兼容经历了从"路"到"场"

从低频到高频

从狭义的电磁干扰到广义的电磁兼容的过程

电磁兼容可以说是一门既古老又年轻的学科

说它古老

电磁干扰的研究可以追溯到19世纪

从无线电波作为通讯媒质开始

就存在

说它年轻

只是到了近几十年

随着数值计算技术的发展

才得到了快速的发展

在世界上有四大公认的污染源

水质污染、大气污染、噪声污染

还有我们的电磁污染

电磁环境

一旦受到严重污染

就会带来一系列的经济和社会问题

治理恢复都非常困难

电磁兼容学

正是为解决这些问题而发展起来的学科

与电磁兼容有关的国际组织有

国际电工技术委员会IEC

它是1906年成立的

它是以国家为单位

国际无线电干扰特别委员会（CISPR)

在1933年成立

它是IEC的下属组织

是IEC用字母符号表示

而不用数字表示的唯一的委员会

再就是国际电信联盟

他是1865年成立

1947年该联盟已成为联合国的一个专门的机构

还有国际无线电咨询委员会

是1929年成立

他是国际电信联盟的下属组织

他的责任是研究与无线电通讯有关的

技术和运营问题

还有国际无线电科学联盟

是1919年成立

是国际科学联合会的组织机构

IEEE的电磁兼容专业委员会

是1964年成立

下面我们来谈一谈电磁兼容设计的重要性

工业发达国家从1996年1月1日开始

规定所有电子设备都要经过电磁兼容性认证

否则会禁止销售

我国的电磁兼容认证管理办法

于1999年10月颁布

从2003年8月起对电子设备

实行电磁兼容强制性的认证

电磁兼容测试

已成为了电子设备研发和发展过程中

一个不可或缺的重要的环节

作为电磁兼容的设计

它的目的是

实现电子设备达到预期的功能

同时对外界电磁环境不构成污染

要满足电磁兼容标准的要求

如果我们在一个电子设备开发的不同阶段

来考虑电磁兼容问题

它的代价和成本是完全不同的

在设计阶段考虑电磁兼容问题

它的代价非常低

如果你在生产阶段再来考虑

它的代价就非常高

所以每推迟一步考虑电磁兼容问题

实际上它的成本要增加10倍

为什么成本会增加

因为每到了下一个环节

可以采取的电磁兼容的措施

相对就会很少

这样导致它的费用会增加很快

电磁干扰作用会导致电子设备的破坏

破坏有两种形式

一个是绝缘的破坏

另外就是发热而烧坏

设备的耐受能力与什么有关呢

它与频率、与耐受时间、与波形等有关

对于任何一个电子设备

它都有一个损坏的阈值

它可能是一个电压的阈值

也可能是一个电场的阈值

磁场的阈值、以及能量的损坏的阈值

计算机对雷电极为敏感

几公里外的高空雷击或闪电

都有可能导致计算机控制系统的

误动作或者损坏

0.03高斯磁场强度可以造成误动

2.4高斯可以使元件击穿

计算机一般工作在小于1V/m的外界电场中

大于5V/m就不安全了

存储器一般在15V/m下

是没法正常工作的

美国每年因电磁干扰

包括雷电在内

而导致的设备的损坏的损失就达到了260亿美元

电磁干扰会对各行各业产生危害

我们以航空航天为例

美国航空无线电委员会文件指出

在没有采取电磁骚扰防护措施的前提下

旅客在飞机上使用调频收音机

会使导航系统指示偏差10度以上

1969年11月

美国土星"V-阿波罗12"载人飞船

在起飞阶段就出现了雷击事故

1971年11月5号

欧罗巴Ⅱ火箭发射后105秒

高度约27公里

制导计算机就发生了故障

约一分钟后火箭炸毁

火箭在飞行过程中会产生静电荷

静电荷是如何导致火箭爆炸的呢？

因为火箭在飞行中会产生高温

高温的话会导致绝缘性能变差

这样的话外部的电荷就可以转移到内部电路

形成电磁干扰

来导致火箭的爆炸

长期以来

人们错误地认为

干扰抑制技术是纯经验的实验技巧

但实际上改善敏感设备的抗干扰能力

是一项系统工程

不能片面地强调某种措施的抗干扰的性能

电磁兼容设计也成为了一门多学科的

综合性学科的分支

它与电路、电磁场、数值计算方法、

电磁测量、材料学等诸多学科都有交集

电磁兼容实际经历了三个发展阶段

第一个阶段是问题解决阶段

采用的是测试修改法

第二个阶段

规划设计阶段

是按照规范进行设计和测试

采用的是系统设计法

第三个阶段

电磁兼容分析预测阶段

采用的是分层与综合设计法

电磁兼容问题非常复杂

它的理论结果往往会与实际结果相差很远

因此使得电磁兼容测试显得尤为重要

美国肯塔基大学的C. R. Paul教授曾经说过

在判定最后结果方面

也许没有任何其他学科

像电磁兼容那样更依赖于测量

如图所示

给出了电磁兼容研究的一个基本的框架体系

它的内容包括电磁骚扰源以及传播特性

防护电磁干扰的电磁屏蔽

接地与搭接

滤波

隔离与抑制等技术

以及电磁兼容预测原理以及主要方法

印刷电路板的电磁兼容设计

电磁兼容的测试技术及测试方法等

这门课程的目标是

目前

电磁兼容是确保电气

及电子系统安全可靠运行的关键技术

在科学研究 设备开发

电路板及微电磁设计

解决实际工作问题等方面

都具有非常重要的作用

电磁兼容是电类及机电类工科研究生

及高年级本科生必须掌握的基本技能

本课程的目的是让工科研究生

全面系统地学习电磁兼容技术

进行电磁兼容的科学训练

通过学习

能够全面系统地掌握电磁兼容的基础理论

为进一步开展电磁兼容领域的科学研究

从事设备开发及电路板和微电子的设计

解决工程实际中的电磁兼容问题等方面

打下坚实的理论和技能的基础

这门课程的参考书是本人编写的

电磁兼容概论是科学出版社2010年出版的

另外还有几本参考书供大家参考

我们最后简单地总结一下本讲的内容

电磁兼容问题是广义的

其次电磁兼容问题无处不在

设备的电子兼容设计

与它的功能设计是同样重要的

电磁兼容的三要素为

骚扰源、耦合途径以及敏感设备

电磁兼容的三个基本要素是

空间、时间和频谱

电磁设备开发中要想经济

必须在设计的初始阶段

就考虑电磁兼容问题

以上就是这一讲的内容

谢谢各位