電磁兼容課件第2章.ppt

1、電磁兼容基本概念,2.1 基本電磁兼容術(shù)語 2.2 電磁干擾的產(chǎn)生條件 2.3 常用EMC單位及換算關(guān)系 2.4 電纜的功率損耗與信號源特性 2.5 電磁騷擾源 2.6 電磁騷擾的性質(zhì) 2.7 電磁環(huán)境 2.8 電尺寸與電磁波頻譜,2.1.1一般術(shù)語 (1) 設(shè)備（Equipment）： “作為一個獨立單元進行工作， 并完成單一功能的任何電氣、 電子或機電裝置。”(2) 分系統(tǒng)（Subsystem）： “從電磁兼容性要求的角度考慮， 下列任一狀況都可認為是分系統(tǒng): 作為單獨整體起作用的許多裝置或設(shè)備的組合， 但并不要求其中的裝置或設(shè)備獨立起作用；,2.1 基本電磁兼容術(shù)語, 作為在一個系統(tǒng)內(nèi)起

2、主要作用并完成單項或多項功能的許多設(shè)備或分系統(tǒng)的組合。 以上兩類分系統(tǒng)內(nèi)的裝置或設(shè)備， 在實際工作時可以分開安裝在幾個固定或移動的臺站、 運載工具及系統(tǒng)中?！?(3) 系統(tǒng)（System）： “若干設(shè)備、 分系統(tǒng)、 專職人員及可以執(zhí)行或保障工作任務的技術(shù)組合。 一個完整的系統(tǒng)， 除包括有關(guān)的設(shè)施、 設(shè)備、 分系統(tǒng)、 器材和輔助設(shè)備外， 還包括在工作和保障環(huán)境中能勝任工作的操作人員?！?2.1.2噪聲與干擾術(shù)語(1) 電磁噪聲（Electromagnetic noise）： “一種明顯不傳送信息的時變電磁現(xiàn)象， 它可能與有用信號疊加或組合。” 電磁噪聲通常是脈動的和隨機的， 但也可以是周期的。“

3、Electromagnetic noise： A time varying electromagnetic phenomena apparently not JP conveying information and which may be superimposed or combined with a wanted signal.”,(2) 自然噪聲（Natural noise）： “由自然電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的電磁噪聲。 ” 來源于自然現(xiàn)象而不是由機械或其他人造裝置產(chǎn)生的噪聲。 “Natural(atmospheric) noise： Electromagnetic noise having it

4、s source in natural (atmospheric) phenomena and not generated by man made devices.”(3) 人為噪聲（Man made noise）: “由機電或其他人造裝置產(chǎn)生的噪聲?！?“Man made (equipment) noise： Electromagnetic noise having its source in man made devices.”,(4) 無線電噪聲（Radio frequency noise）： “射頻頻段內(nèi)的電磁噪聲。” 一般可以認為無線電頻率從10 kHz開始向上， 而“電磁現(xiàn)象”則包

5、括所有的頻率， 即除包括無線電頻率之外， 還包括所有的低頻（含直流）電磁現(xiàn)象。 “Radio frequency noise： Electromagnetic noise having components in the radio frequency range.”,(5) 電磁騷擾(Electromagnetic disturbance)： “任何可能引起裝置、 設(shè)備或系統(tǒng)性能降級或?qū)τ猩驘o生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。 電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化。” “Electromagnetic disturbance： any electromagnetic phe

6、nomenonJP that may degrade the performance of a device， equipment， or system， or adversely affect living or inert matter. (An Electromagnetic disturbance may be electromagnetic noise， an unwanted signal or a change in the propagation medium itself.)”,(6) 電磁干擾（Electromagnetic interference）： “電磁騷擾引起的設(shè)

7、備、 傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。 ” 電磁騷擾僅僅是電磁現(xiàn)象， 即客觀存在的一種物理現(xiàn)象； 它可能引起降級或損害， 但不一定已經(jīng)形成后果。 而電磁干擾是由電磁騷擾引起的后果。 過去在術(shù)語上并未將物理現(xiàn)象與其造成的后果劃分明確， 統(tǒng)稱為干擾（interference）。 只是進入20世紀90年代， IEC 50（161）于1990年發(fā)布后， 才明確引入了disturbance這一術(shù)語。,為了明確與過去慣用的干擾一詞的區(qū)分， 中譯文稱之為“騷擾”。 這一標準還擴大了電磁騷擾的范疇， 過去稱之為電磁干擾的常僅指電磁噪聲， 現(xiàn)在電磁騷擾還包括了無用信號。 例如， 對于受尋呼臺干擾的電視頻道而言， 該尋

8、呼臺信號對尋呼系統(tǒng)而言是有用信號， 但對被干擾的電視頻道而言則為無用信號。 此外， 電磁騷擾還包括了傳播媒介自身的變化， 這屬于無源騷擾。 例如： 短波通信電離層的變化， 空氣中雨、 霧等對微波通信的影響。 “Electromagnetic interference (EMI)： degradation of the performance of a device， equipment， or system caused by an electromagnetic disturbance.”,(7) 無線電干擾（Radio interference）： “由一個電磁騷擾所引起的， 對接收有用無

9、線電信號的損害?！?“Radio frequency interference (RFI)： Degradation of the reception of a wanted signal caused by radio frequency disturbance.”(8) 工業(yè)干擾： “由輸電線、 電網(wǎng)以及各種電器和電子設(shè)備工作時引起的電磁干擾。”（9 宇宙干擾: “由銀河系（包括太陽）的電磁輻射引起的電磁干擾?！?10) 天電干擾： “由大氣中發(fā)生的各種自然現(xiàn)象所產(chǎn)生的無線電噪聲引起的電磁干擾?！?(11) 輻射干擾： “由任何部件、 天線、 電纜或連接線輻射的電磁干擾?！?12) 傳導干

10、擾： “沿著導體附近傳輸?shù)碾姶鸥蓴_?！?13) 窄帶干擾： “一種主要能量頻譜落在測量接收機通帶之內(nèi)的不希望有的發(fā)射?！?14) 寬帶干擾: “一種能量頻譜相當寬的不希望有的發(fā)射。 當測量接收機在2個脈沖帶寬內(nèi)調(diào)諧時， 它對測量接收機輸出響應的影響不大于3 dB?！?2.1.3發(fā)射術(shù)語(1) （電磁）發(fā)射 （Electromagnetic emission）： “從源向外發(fā)出電磁能的現(xiàn)象。 ” 即以輻射或傳導形式從源發(fā)出的電磁能量。 “Emission： radiation produced or the production of radiation， by a radio transmit

11、ting station. (For example， the energy radiated by the local oscillation or a radio receiver would not be an emission but a radiation.) Note： However in the field of EMI/EMC， the term emission is used to describe the electromagnetic interference (both radiated and conducted) generated by an apparatu

12、s or appliance.”,此處的“發(fā)射”與通信工程中常用的“發(fā)射”含義并不完全相同。 電磁兼容中的“發(fā)射”既包含傳導發(fā)射， 也包含輻射發(fā)射； 而通信工程中的“發(fā)射”主要指輻射發(fā)射。 電磁兼容中的“發(fā)射”常常是無意的， 因而并不存在有意制作的發(fā)射部件， 一些本來做其他用途的部件（例如電線、 電纜等）充當了發(fā)射的角色； 而通信中則是由無線發(fā)射臺產(chǎn)生并精心制作發(fā)射部件（例如天線等）。 通信中的“發(fā)射”也使用emission， 但更多的是使用transmission。,（）(電磁)輻射(Electromagnetic Radiation) (電磁)輻射是“由不同于傳導機理所產(chǎn)生的有用信號的發(fā)射

13、或電磁騷擾的發(fā)射”。Electromagnetic Radiation：Thephenomenon by which energy in the form of electromagnetic waves emanates from a source into space. Energy transferred through space in the form of electromagnetic waves.)注意“發(fā)射”與“輻射”的區(qū)別，“發(fā)射”指向空間以輻射形式和沿導線以傳導形式發(fā)出的電磁能量，而“輻射”指脫離場源向空間傳播的電磁能量(Radiation： The outward fl

14、ow of energy from any source in the form of radio waves)，不可將兩者混淆。,(3) 輻射發(fā)射(Radiated Emission) 輻射發(fā)射是“通過空間傳播的、有用的或不希望有的電磁能量”。 (4)傳導發(fā)射(Conducted Emission) 傳導發(fā)射是“沿電源、控制線或信號線傳輸?shù)碾姶拍芰俊薄?(5)寬帶發(fā)射(Broadband Emission): 能量譜分布足夠均勻和連續(xù)的一種發(fā)射。當電磁干擾測量儀在幾倍帶寬的頻率范圍內(nèi)調(diào)諧時，它們的響應無明顯變化”。(Broadband Emission：An emission that ha

15、s a bandwidth greater than that of a particular measuring apparatus or receiver.),(6)窄帶發(fā)射(NarrowbandEmission) 窄帶發(fā)射是“帶寬比電磁干擾測量儀帶寬小的一種發(fā)射”。(Narrowband Emission：An emission that has a bandwidth less than that of a particular measuring apparatus or receiver.) (7)亂真發(fā)射(Spurious Emission) 亂真發(fā)射是“在必要發(fā)射帶寬以外的一個

16、或幾個頻率上的電磁發(fā)射。這種發(fā)射電平降低時不會影響相應信息的傳輸。亂真發(fā)射包括諧波發(fā)射、寄生發(fā)射及互調(diào)制的產(chǎn)物，但不包括為傳輸信息而進行的調(diào)制過程在緊靠必要發(fā)射帶寬附近的發(fā)射?！?(Spurious Emission(of a transmitting station)：Emission on a frequency or frequencies that are outside the necessary bandwidth and the level of which may be reduced without affecting the corresponding transmissi

17、on of information.),2.1.4 電磁兼容性術(shù)語 (1)(性能)降低(Degradation of Performance) (性能)降低是“裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的工作性能與正常性能的非期望偏離”。應注意，此種非期望偏離(向壞的方向偏離)并不意味著一定會被使用者覺察，但也應視為性能降低。(Degradation (of Performance)：An undesired departure in the operational performance of any device, equipment, or system from its intended performance

18、.(The term degradation can apply to temporary or permanent failure.),(2)電磁環(huán)境(Electromagnetic Environment) 電磁環(huán)境是“存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和”。“給定場所”即“空間”；“所有電磁現(xiàn)象”包括了全部“時間”與全部“頻譜”。(Electromagnetic Environment：The totality of electromagnetic phenomena existing at agive location.) (3)無用信號(Unwanted Signal, Undesir

19、ed Signal) 無用信號是“可能損害有用信號接收的信號”。(Unwanted Signal；Undesired Signal：A signal that may impair the reception of awanted signal.),(4)干擾信號(Interfering Signal) 干擾信號是“損害有用信號接收的信號”。比較術(shù)語“無用信號”和“干擾信號”可見，差別僅在于無用信號是“可能損害”，而干擾信號是“損害”，表明無用信號在某些條件下還是無害的，而干擾信號在任何情況下都是有害的。(Interfering Signal：A signal that impairs the

20、reception of awanted signal.),(5)(對騷擾的)抗擾度(I mmunity to A Disturbance) (對騷擾的)抗擾度是“裝置、設(shè)備或系統(tǒng)面臨電磁騷擾不降低運行性能的能力”。(I mmunity(to A Disturbance)：The ability of a device, equipment, or system to perform without degradation in the presence of an electromagnetic disturbance.),(6)抗擾度電平(I mmunity Level): 抗擾度電平是“

21、將某給定的電磁騷擾施加于某一裝置、設(shè)備或系統(tǒng)而其仍能正常工作并保持所需性能等級時的最大騷擾電平”。也就是說，超過此電平，該裝置、設(shè)備或系統(tǒng)就會出現(xiàn)性能降低。而“敏感性電平”是指剛剛出現(xiàn)性能降低的騷擾電平。所以對某一裝置、設(shè)備或系統(tǒng)而言，抗擾度電平與敏感性電平是同一個數(shù)值。(I mmunity Level：The maximum level of agiven electromagnetic disturbance incident on a particular device, equipment, or system for which it remains capable of opera

22、ting at a required degree of performance.),(7)抗擾度限值(I mmunity Limit) 抗擾度限值是“規(guī)定的最小抗擾度電平”。“限值”是人為規(guī)定的參數(shù)，而“電平”是裝置、設(shè)備或系統(tǒng)本身的特性。(I mmunity Limit：The specified minimum immunity level.) (8)抗擾度裕量(Immunity Margin) 抗擾度裕量是“裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的抗擾度限值與電磁兼容電平之間的差值”。(Immunity Margin：The difference between the immunity limit of

23、a device, equipment, or system and the electromagnetic compatibility level.),(9)電磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility, EMS) 電磁敏感性是“在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力”。實際上，抗擾度與敏感性都反映的是裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的抗干擾能力，僅僅是從不同的角度而言。敏感性高，則抗擾度低，反之亦然。(Electromagnetic Susceptibility：The inability of adevice, equipment, or system

24、 to perform without degradation in the presence of an electromagnetic disturbance. (susceptibility is a lack of immunity.),(10)輻射敏感度(Radiated Susceptibility) 輻射敏感度是“對造成設(shè)備降級的輻射干擾場的度量”。 (11)傳導敏感度(Conducted Susceptibility) 傳導敏感度“當引起設(shè)備不希望有的響應或造成其性能降級時，對在電源、控制或信號引線上的干擾信號電流或電壓的度量”。,(12)電磁兼容電平(Electromagne

25、tic Compatibility Level) 電磁兼容電平是“預期加在工作于指定條件的裝置、設(shè)備或系統(tǒng)上規(guī)定的最大電磁騷擾電平”。(Electromagnetic Compatibility Level：The specified maximum electromagnetic disturbance level expected to be impressed on a device, equipment, or system operated in particular cond -itions.),(13)電磁兼容裕量(Electromagnetic Compatibility Ma

26、rgin) 電磁兼容裕量是“裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的抗擾度限值與騷擾源的發(fā)射限值之間的差值”。(Electromagnetic Compatibility Margin：The radio of the immunity level of a device, equipment, or system to the reference disturbance level.) (14)騷擾抑制(Disturbance Suppression) 騷擾抑制是“削弱或消除電磁騷擾的措施”，是施加于電磁發(fā)射源上的措施。(Disturbance Suppression：Action that reduces or

27、 eliminates electromagnetic disturbance.),(15)干擾抑制(Interference Suppression) 干擾抑制是“削弱或消除電磁干擾的措施”。(Interference Suppression：Action that reduces or eliminates electromagnetic Interference.) (16)(時變量的)電平(Level of Time-varying Quantity) (時變量的)電平是“用規(guī)定方式在規(guī)定時間內(nèi)求得的諸如功率或場參數(shù)等時變量的平均值或加權(quán)值”。 (17)騷擾限值(允許值)(Limit

28、of Disturbance),騷擾限值(允許值)是“對應于規(guī)定測量方法的最大電磁騷擾允許電平”。限值是人為制定的一個電平，在規(guī)定限值時一定要規(guī)定測量方法。“允許值”一詞是我國過去對limit一詞的譯法。按國家標準應首選“限值”這一譯名。(Limit of Disturbance：The maximum permissible electromagnetic disturbance level,as measured in a specified way.),(18)干擾限值(允許值)(Limit of Interference) 干擾限值(允許值)是“電磁騷擾使裝置、設(shè)備或系統(tǒng)最大允許的性能

29、降低”。干擾限值是性能降低的指標，不是電磁現(xiàn)象的指標。(Limit of Interference：Maximum permissible degradation of the performance of adevice, equipment, or system due to an electromagnetic disturbance.),(19)(騷擾源的)發(fā)射電平(Emission Level of A Disturbanc Source) (騷擾源的)發(fā)射電平是“用規(guī)定的方法測得的由特定裝置、設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)射的某給定電磁騷擾電平”。所謂“特定裝置”是根據(jù)particular一詞譯出的

30、，實際上是指“某一個”的意思?！澳辰o定電磁騷擾電平”指的是某種電磁現(xiàn)象的量，例如功率、電壓、場強等，也包括頻率在內(nèi)。,(20)(來自騷擾源的)發(fā)射限值(Emission Limit from A Disturbance Source) (來自騷擾源的)發(fā)射限值是“規(guī)定電磁騷擾源的最大發(fā)射電平”。此術(shù)語應按其解釋去理解，也就是說，是人為規(guī)定的，而不是騷擾源本身的特性。所以，此術(shù)語中的“來自”二字不應譯出。 (21)試樣或受試設(shè)備(EUT) 試樣或受試設(shè)備是“待試驗或正在試驗中的裝置、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)”。(Equipment Under Test(EUT)：A device or system

31、used for evaluation that is representative of a product to be marketed.),(22)關(guān)鍵點 關(guān)鍵點是“分系統(tǒng)中對干擾最敏感的點，它與靈敏度、固有的敏感度、任務目標的重要性以及所處的電磁環(huán)境等因素有關(guān)。實際上這是一個電氣點，通常處于分系統(tǒng)輸出級之前”。 (23)電磁干擾測量儀 電磁干擾測量儀是“測量各種電磁發(fā)射電壓、電流或場強的儀器。它實質(zhì)上是一種按規(guī)定要求專門設(shè)計的接收機”。 (24)敏感度門限 敏感度門限是“使試樣呈現(xiàn)最小可辨別的、不希望有的響應的信號電平”。,(25)電磁干擾安全系數(shù) 電磁干擾安全系數(shù)是“敏感度門限與出現(xiàn)

32、在關(guān)鍵試驗點或信號線上的干擾之比”。 (26)電磁兼容性故障 電磁兼容性故障是“由于電磁干擾或敏感性原因，使系統(tǒng)或有關(guān)的分系統(tǒng)及設(shè)備失靈，從而導致使用壽命縮短、運載工具受損、飛機失事或系統(tǒng)效能發(fā)生不允許的永久性下降”。,2.1.5 相關(guān)術(shù)語之間的關(guān)系 上述相關(guān)術(shù)語之間的關(guān)系如圖2-1和圖2-2所示。,圖2-1 發(fā)射設(shè)備和敏感設(shè)備的限值與電平和獨立變量(例如頻率)的關(guān)系,圖2-2 各個限值、電平、裕量與獨立變量(例如頻率)的關(guān)系,2.2.1 電磁干擾三要素 在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中大量使用了電子信息裝備， 顯示了信息戰(zhàn)的優(yōu)勢。信息戰(zhàn)電磁信號類型眾多、影響各異、無形無影、無處不在、變幻莫測、密集交疊、無

33、限寬廣、 密度不均、 數(shù)量繁多、 波形復雜。 電子信息裝備不僅數(shù)量龐大、 體制復雜、種類多樣，而且功率大，使得戰(zhàn)場空間的電磁信號非常密集，形成了極為復雜的電磁環(huán)境。 電磁環(huán)境效應直接影響著武器裝備的戰(zhàn)斗效能發(fā)揮和戰(zhàn)場生存能力。 圖23為戰(zhàn)斗機的電磁環(huán)境效應試驗及電子器件的電磁毀傷。,2.2 產(chǎn)生電磁干擾的條件,圖23電磁環(huán)境效應示例,圖24電磁干擾源的耦合途徑,一般地，電磁干擾源發(fā)出的電磁能量通過某種耦合通道傳輸至敏感設(shè)備，導致敏感設(shè)備出現(xiàn)某種形式的響應并產(chǎn)生效果，這一作用過程及其效果稱為電磁干擾效應。電磁干擾效應普遍存在于人們周圍，如果電磁干擾效應表現(xiàn)為設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生有限度的降級，這就是電磁

34、兼容性故障。,圖2-5 電磁干擾源作用于敏感設(shè)備的耦合途徑,不論復雜系統(tǒng)還是簡單裝置，任何一個電磁干擾效應必須具備三個基本條件：首先應該具有電磁干擾源，即要有產(chǎn)生電磁能量的物體或現(xiàn)象，如日光燈的開關(guān)、汽車的點火系統(tǒng)、雷達、大功率用電設(shè)備、處理數(shù)字信息的設(shè)備、雷電放電等；其次要有傳輸干擾能量的途徑(或通道)；第三還必須有被干擾對象(敏感設(shè)備)的響應。在電磁兼容理論和實踐中，敏感設(shè)備是被干擾對象的總稱，它可以是一個很小的元件或一個電路板組件，也可以是一個單獨的用電設(shè)備，甚至可以是一個大系統(tǒng)。電磁干擾源是指產(chǎn)生電磁干擾的任何元件、器件、設(shè)備、系統(tǒng)或自然現(xiàn)象。使電磁干擾能量傳輸至敏感設(shè)備的通路或媒介則

35、被稱為干擾傳播途徑(或耦合途徑、耦合通道)。,電磁干擾源、干擾傳播途徑和敏感設(shè)備稱為電磁干擾三要素。圖2-6是電磁干擾三要素的示意圖。如果用時間t、頻率f、距離r和方位的函數(shù)S(t，f，r,)、C(t，f，r,)、R(t，f，r,)分別依次表示電磁干擾源、電磁能量的干擾耦合、敏感設(shè)備的敏感性，則產(chǎn)生電磁干擾時，必須滿足如下關(guān)系：S(t,f,r,)C(t,f,r,)R(t,f,r,),圖2-6 電磁干擾三要素的示意圖,從上式可以看出，形成電磁干擾時，電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備這三個要素缺一不可。這就是說，能產(chǎn)生巨大電磁能量的干擾源，如大功率雷達、核爆炸、雷電放電等，未必一定能夠形成電磁干擾，

36、只能說它們是潛在的電磁干擾源。 同樣，對電磁能量比較敏感的設(shè)備，如計算機、信息處理設(shè)備、通信接收機等，也未必一定能夠受干擾，也只能說它們是潛在的電磁敏感設(shè)備。此外，上式也表明,要想抑制電磁干擾，排除電磁干擾故障，使用電設(shè)備或系統(tǒng)在工作時電磁兼容，必須使SCR。,事實上，任何一臺用電設(shè)備，既可能是電磁干擾源，又可能是電磁敏感設(shè)備。在電磁兼容性設(shè)計中，電磁兼容性工程師通常對電磁干擾源的特性、電磁敏感設(shè)備的性能提出具體的電磁兼容技術(shù)要求，由器件、設(shè)備供應商考慮這些電磁兼容性技術(shù)要求，并按要求提供器件、設(shè)備。電磁干擾耦合的分析、預測，系統(tǒng)的電磁兼容性，則主要由電磁兼容性工程師依據(jù)系統(tǒng)的組成、布局和系統(tǒng)

37、的電磁兼容性技術(shù)要求，從總體上進行系統(tǒng)設(shè)計。,1.電磁干擾安全系數(shù) 為了說明電磁騷擾源是否對敏感設(shè)備造成干擾，人們引入了電磁干擾安全系數(shù)M，它被定義為敏感度門限與出現(xiàn)在關(guān)鍵試驗點或信號線上的干擾電平之比。設(shè)I表示出現(xiàn)在關(guān)鍵試驗點或信號線上的干擾電平，N表示敏感設(shè)備的噪聲電平(因為只有外來信號或騷擾電平超過其噪聲電平時，敏感設(shè)備才能有響應，因此N一般可看成受感設(shè)備的靈敏度或敏感度門限值)，所以電磁干擾安全系數(shù)(安全裕量)可寫為,2.2.2 敏感設(shè)備,顯然，當IN時，M1,表示存在潛在電磁干擾；當IN時，M1，表示電磁兼容；當IN時，M1，表示處于臨界狀態(tài)。 電磁兼容工程中，通常采用分貝( dB)

38、表示電磁干擾安全系數(shù)，即 M( dB)N( dB)I(dB)M0 dB，表示電磁兼容；M0 dB，表示處于臨界狀態(tài)。為了保證設(shè)備、系統(tǒng)的電磁兼容性，一般取M36 dB，對于軍用設(shè)備還需提出更高的要求。,值得注意的是，不能認為只要M0 dB，設(shè)備或系統(tǒng)就能兼容地工作，而是M大于一定數(shù)值時，設(shè)備或系統(tǒng)就會以一定概率兼容地工作。M值越大，設(shè)備或系統(tǒng)兼容工作的概率就越大。,2.模擬電路的敏感度 模擬電路的敏感度通常表示為式中：SU為以電壓表示的模擬電路敏感度；NU為熱噪聲電壓；B為模擬電路的頻帶寬度；K為與干擾有關(guān)的比例系數(shù)。 為了比較各類敏感設(shè)備的相對敏感性能，取K1，這樣,模擬電路的敏感度與頻帶寬

39、度B的依賴關(guān)系f(B)，隨干擾源的性質(zhì)不同而不同。當干擾源的干擾信號特性在相鄰的頻率分量間做有規(guī)則的相位和幅度變化時(例如瞬變電壓或脈沖信號等)，模擬電路的敏感度與頻帶寬度B的依賴關(guān)系f(B)是線性關(guān)系。設(shè)f(B)B，則有當干擾源的干擾信號特性在相鄰的頻率分量間的相位和幅度變化是無規(guī)則的隨機變化時(例如熱噪聲、非調(diào)制的電弧放電等)，模擬電路的敏感度與頻帶寬度B成正比。,設(shè) ,則有 模擬電路的靈敏度GU與熱噪聲NU之間常有依賴關(guān)系NU2GU，因此，常用靈敏度表示敏感度：或,模擬電路的敏感度還可以用功率表示，記為SP,它與以電壓表示的敏感度SU成平方關(guān)系，即由于以電壓度量的熱噪聲NU可以轉(zhuǎn)換成以功

40、率表示的熱噪聲NP，所以上式可以表示為式中R是模擬電路的輸入阻抗。,3.數(shù)字電路的敏感度 數(shù)字電路的敏感度通?？梢员硎緸槭街校篠d為數(shù)字電路的敏感度；B為數(shù)字電路的頻帶寬度；Ndl為數(shù)字電路的最小觸發(fā)電平。一般地，數(shù)字電路的最小觸發(fā)電平遠比模擬電路的噪聲電平大得多，因此數(shù)字電路的敏感度值比模擬電路的敏感度值要小得多，這表明數(shù)字電路具有較強的抗干擾能力。,在電磁兼容工程中，敏感度常常以分貝(dB)表示，這樣，模擬電路與數(shù)字電路的敏感度還可以依次表示為,2.3常用EMC單位及換算關(guān)系,測量單位的特殊性是電磁兼容學科的主要特點之一。 在電磁兼容測量中， 常用不同的單位表示測量值的大小。EMC問題中人

41、們主要感興趣的量是傳導發(fā)射（電壓，以伏特（V）為單位；電流，以安培（A）為單位）和輻射發(fā)射（電場，以伏特每米（V/m）為單位；磁場，以安培每米（A/m）為單位）。與電壓、 電流、電場和磁場相聯(lián)系的就是以瓦特（W）為單位的功率和以瓦特每平方米（W/m2）為單位的功率密度。 EMC領(lǐng)域中這些量的取值范圍相當大。,例如， 電場可以從1 V/m到200 V/m，這意味著電場幅值的動態(tài)范圍達到了8個數(shù)量級（108）。因為EMC領(lǐng)域中以V、 A、V/m、 A/m、 W和W/m2為單位表示的量的范圍相當大，所以EMC單位常采用分貝（dB）來表示。 數(shù)量以分貝（dB）表示的單位，不是它的絕對單位，它具有能夠?qū)?/p>

42、較大的數(shù)量壓縮成較小數(shù)量的特性。為了在EMC領(lǐng)域中變換、 理解和使用以dB表示的單位， 回顧對數(shù)運算是非常必要的。,以m為底的對數(shù)運算定義為,（21）,A為以m為底的n次冪， 即,（22）,其他對數(shù)運算的主要特性為,（23）,（24）,（25）,注意:,分貝起初是為了描述電話機電路中的噪聲影響而引入，因為人的聽力趨于對數(shù)形式，所以很自然地以dB為單位來描述噪聲影響?？紤]如圖2-7所示的放大器電路，開路電壓VS和源電阻RS組成信號源，信號源發(fā)送一個信號通過放大器傳送到負載RL。,圖27分貝定義和使用舉例,放大器的輸入電阻用Rin表示， 信號源傳送到放大器輸入端的功率為,（26）,式中, 輸入電壓

43、表示為有效值（均方根(RMS)）， 不同于正弦電壓的峰值Upeak， 。,有兩種表示電壓和電流的方法： 峰值和有效值。 如果將正弦電壓表示為u=U sin(t+)， 那么其波形的最大值或者峰值為U。 如果該電壓施加于電阻R兩端， 那么饋給電阻的平均功率為Pav=(1/2)（U2/R)； 另一方面， 測量設(shè)備幾乎都以有效值（RMS）來校準， 而不是以峰值來校準。 這種情況下， 饋給電阻的平均功率為Pav=U2RMS/R，不需要因子1/2。,放大器的輸出功率， 即負載上獲得的功率為,(27),則放大器的功率增益GP為,（28）,以dB表示的功率增益GP（dB)定義為,（29）,類似地，放大器的電壓

44、增益GU、 電流增益GI分別定義為,（210）,（211）,以dB為單位定義的GU(dB)、 GI（dB)分別為,（212）,（213）,顯然，如果放大器的輸入電阻等于輸出電阻，即Rin=RL， 那么式（28）變?yōu)?（214）,對應的以dB為單位的功率增益為,（215）,2.3.1功率電磁兼容測量中， 干擾的幅度可用功率來表述。 功率的基本單位為瓦(W)， 即焦耳/秒(J/s) 。對于變化范圍很寬的數(shù)值關(guān)系， 常常應用兩個相同量比值的常用對數(shù)(以“貝爾”(B)為單位）來表示。 但是貝爾是一個較大的值， 為使用方便，常以貝爾的1/10， 即分貝(dB)為單位， 這樣功率可用分貝(dB)表示為,(

45、216),式中P1和P2應采用相同的單位。 必須明確分貝僅為兩個量的比值， 是無量綱的。 隨著分貝表示式中的基準參考量的單位的不同， 分貝在形式上也帶有某種量綱。 比如基準參考量P1為1 W， 則P2/P1是相對于1 W的比值， 即以1 W為0 dB。 此時是以帶有功率量綱的分貝dBW表示P2的， 所以有,（217）,式中： PW是實際測量值，以W為單位； PdBW是用dBW表示的測量值。,功率測量單位通常用分貝毫瓦(dBmW)來表示， 更常用dBm來表示。 它是以1 mW為基準參考量， 即以1 mW為0 dBm，即,（218),顯然,（219）,類似地， 以1 W作為基準參考量，表示0 dB

46、W， 稱為分貝微瓦。 dBW、 dBm、 dBW與W的換算關(guān)系為,（2-20）,因為,可以將功率值通過10 lg運算變換為dBW（相對于1 W的dB值），然后加上30得到dBm值。 電磁兼容工程中， 除了功率習慣用分貝單位表示外，電壓、電流和場強也都常用分貝單位表示。,2.3.2電壓 電壓的分貝單位表示為,（221）,電壓以V為單位和以dBV、 dBmV、 dBV為單位的換算關(guān)系為,（222）,功率與電壓間的單位換算需要考慮測量設(shè)備的輸入阻抗， 對于純電阻有,式中： P表示功率，單位為W； U表示電壓，單位為V；R表示電阻， 單位為。 若以分貝表示，上式可以寫為,（223）,式(223)中右端

47、的第一項為電壓分貝值，通常以dBV為單位。 顯然， 0 dBV=-120 dBV。 考慮到式（223）， 則有關(guān)系：,（224）,式中表示以為單位的電阻值。對于50的系統(tǒng)，則滿足下式：,（225）,2.3.3電流 電流常以dBA為單位，即,（226）,式中, IA表示以A為單位的電流； IdBA表示以dBA為單位的電流。,2.3.4功率密度 有時用功率密度表示空間的電磁場強度。 功率密度定義為垂直通過單位面積的電磁功率， 即坡印廷矢量S的模。 坡印廷矢量表示電場強度矢量E、 磁場強度矢量H之間的關(guān)系， 即,（227）,式中：S表示坡印廷矢量， 以W/m2為單位；E表示電場強度矢量，以V/m為單

48、位；H表示磁場強度矢量，以A/m為單位。而空間任意一點的電場強度與磁場強度的幅度關(guān)系可用波阻抗描述為,（228）,電壓以V為單位和以dBV、 dBmV、 dBV為單位的換算關(guān)系為,（222）,功率與電壓間的單位換算需要考慮測量設(shè)備的輸入阻抗， 對于純電阻有,式中： P表示功率， 單位為W； U表示電壓， 單位為V； R表示電阻， 單位為。 若以分貝表示，上式可以寫為,（223）,式(223)中右端的第一項為電壓分貝值，通常以dBV為單位。 顯然，0 dBV=-120dBV?？紤]到式（223）， 則有關(guān)系：,（224）,式中, R表示以為單位的電阻值。 對于50的系統(tǒng)， 應滿足下式:,（225）

49、,2.3.3電流 電流常以dBA為單位， 即,（226）,式中, IA表示以A為單位的電流； IdBA表示以dBA為單位的電流。,2.3.4功率密度 有時用功率密度表示空間的電磁場強度。 功率密度定義為垂直通過單位面積的電磁功率， 即坡印廷矢量S的模。 坡印廷矢量表示電場強度矢量E、 磁場強度矢量H之間的關(guān)系， 即,（227）,式中：S表示坡印廷矢量， 以W/m2為單位；E表示電場強度矢量，以V/m為單位；H 表示磁場強度矢量，以A/m為單位。而空間任意一點的電場強度與磁場強度的幅度關(guān)系可用波阻抗描述為,（228）,式中, Z表示波阻抗，以為單位。 但對于滿足遠場條件的平面波(TEM波)， 電

50、場強度矢量與磁場強度矢量在空間上相互垂直， 其波阻抗在自由空間為,此時，S=E2/Z0。 功率密度的基本單位為W/m2， 常用單位為mW/cm2或W/cm2。這些功率單位之間的關(guān)系為,（229）,采用分貝表示時， 對于滿足遠場條件的平面波有,即,2.3.5電場強度與磁場強度 電場強度的單位有V/m、 mV/m、V/m，采用dB表示時，有,顯然,磁場強度雖然在電磁兼容領(lǐng)域中經(jīng)常使用，但它并非國際單位制中的具有專門名稱的導出單位，導出單位是磁感應強度B（磁通密度）。磁感應強度與磁場強度的關(guān)系為,式中：B表示磁感應強度矢量，以特斯拉（T）為單位，1T=1Wb/m2；H表示磁場強度矢量，以A/m為單位

51、；表示介質(zhì)的絕對磁導率，以H/m為單位。磁場強度的單位還有mA/m、A/m，采用分貝表示時,有,顯然,對于實際EMC工程應用而言，以dB表示的單位的變換和使用很重要。下面討論如何將以dB為單位的值轉(zhuǎn)換為絕對單位值。,【例21】將108dBV變換為相應的絕對單位值?！窘狻恳詃B為單位的值定義為,常見的轉(zhuǎn)換式為：,轉(zhuǎn)換步驟為： （1）將以dB為單位的值除以20（電壓或電流）或者10（功率）。（2）求以10為底的冪值。（3）對于dBV和dBW，將結(jié)果乘以10-6；對于dBmV和dBmW，將結(jié)果乘以10-3。同樣的規(guī)則適用于以dBV/m、dBmV/m為單位的電場量和以dBA/m、dBmA/m為單位的磁

52、場量。例如：,表21分貝轉(zhuǎn)換,表21中最有用的數(shù)是2和3。比值為2的電壓/電流的以dB為單位的值近似為6dB，而相同比值的功率以dB為單位的值近似為3dB；類似地，比值為3的電壓/電流的以dB為單位的值近似為10dB，而相同比值的功率以dB為單位的值近似為5dB；把（絕對）數(shù)值寫成10的冪次方與數(shù)字2、3和10的乘積，就可以不使用計算器，合理地精確估計某個量以dB為單位的值。例如:,其精確值在式末括弧內(nèi)給出。同樣的例子如下：,利用dB表示EMC單位，可以使系統(tǒng)中功率的計算變得簡單。這里用圖28舉例說明。,圖28使用分貝計算系統(tǒng)中功率的傳輸,放大器的功率增益GP定義為輸出功率與輸入功率的比值，即

53、,給定放大器輸入功率時，其輸出功率為,對上式兩邊取10倍的以10為底的對數(shù)可得,（231）,將Pout和Pin轉(zhuǎn)換為dB（PoutdB和PindB）時所用的參考量可選擇任何方便的基準量，所以式（231）可以寫成多種形式，如,（232a）,（232b）,注意，這兩種情況下以dB為單位的增益是相同的。它是兩個功率的比值，只要兩個功率用相同的單位（比如dBW、dBm等）表示，以dB為單位的增益就是不變的。因為信號源的輸出通常用功率形式來表示，典型地以dBm給出，所以這使得系統(tǒng)中功率的計算變簡單了。,【例22】某放大器的功率增益為60dB，輸入功率是-30dBm，求其輸出功率?！窘狻恳李}意，由式（23

54、2a）得,同樣地，當傳輸函數(shù)用dB表示時，傳輸函數(shù)的乘積就轉(zhuǎn)換成了求和。在圖27中，當Rin=RL時，傳輸函數(shù)是兩個電壓或兩個電流的比值，或者是電壓與電流的比值。雖然定義dB的方式不一樣（功率用10lg，電壓和電流用20lg），但輸出與輸入都可以簡單地通過以dB為單位的增益相聯(lián)系，如,（233a）,（2-33b）,（233c）,（2-33d）,【例23】某系統(tǒng)中的放大電路由放大器A和放大器B級聯(lián)構(gòu)成，放大器A的輸入電壓為20dBV、電壓增益為30dB，放大器B的電壓增益為60dB，求此放大電路的輸出電壓?！窘狻恳李}意，放大電路的輸出電壓為,2.4電纜的功率損耗與信號源特性2.4.1電纜的功率損

55、耗開始長連接電纜功率損耗的討論之前，首先需要簡要回顧傳輸線理論?？紤]如圖29所示的長度為L的傳輸線。傳輸線通常用其特性阻抗Zc和傳輸線上波的傳播速度v來表征其特性。雖然這里感興趣的是當給傳輸線施加任意的時域脈沖時傳輸線呈現(xiàn)的特性，但是人們常常關(guān)注其正弦穩(wěn)態(tài)特性，也就是當所有瞬態(tài)現(xiàn)象消失后，傳輸線對單一頻率的正弦激勵的響應特性。,圖29傳輸線符號定義,正弦穩(wěn)態(tài)激勵下，傳輸線上坐標z處的電壓和電流方程如下：,（234a）,（234b）,（235a）,（235b）,式中,（236a）,（236b）,傳輸線上坐標z處的電壓和電流方程的相量式（235）可以轉(zhuǎn)換成對應的時域形式：,（237a）,（237b

56、）,（238）,（239）,傳輸線上任意位置處的反射系數(shù)與負載端的反射系數(shù)相關(guān)，即,（240）,可用反射系數(shù)表示傳輸線上任意位置處的電壓和電流相量方程（234）：,（241a）,（241b）,傳輸線上任意位置處的輸入阻抗可由電壓與電流相量的比值得到，即,（242）,（243a）,（2-43b）,匹配傳輸線上任意位置處的輸入阻抗為,（244）,傳輸線上任意位置z處向負載方向傳輸?shù)钠骄β蕿?（245）,式中,星號“*”表示共軛復數(shù)運算。式（245）引出了用于測量儀器之間相互連接的電纜上的功率損耗的概念和特性。典型的連接電纜是同軸電纜，由位于內(nèi)部軸心處的內(nèi)導體和圓柱形屏蔽層構(gòu)成，波在整個屏蔽層的內(nèi)

57、部空間傳輸，這個空間通常充滿用相對介電常數(shù)r和相對磁導率r=1表征的介質(zhì)。同軸電纜內(nèi)部傳輸?shù)碾妷翰ê碗娏鞑ǖ乃俣葹?（246）,電纜生產(chǎn)商通常給出以下同軸電纜的以下特性參數(shù)：假設(shè)損耗很小的特性阻抗的幅值（如同軸電纜RG58U，內(nèi)部填充的是聚四氟乙烯，r=2.1,Zc=50;作為自由空間傳播速度百分比的傳播速度（對于RG58U，v=0.69v0）；給定頻率上每100ft(1ft=0.3048m)電纜的損耗（例如，100MHz時，RG58U同軸電纜的損耗為4.5dB/100ft）。,傳輸線的損耗是傳輸線導體的損耗及其周圍介質(zhì)的損耗。常用頻率范圍內(nèi)的主要損耗是傳輸線導體的損耗。由于集膚效應，導體的阻

58、抗以正比于f的速率增加，所以必須在每個感興趣的頻率上規(guī)定電纜損耗。通常，電纜生產(chǎn)商會在幾個選定的頻率上規(guī)定電纜損耗，規(guī)定損耗時假設(shè)電纜是匹配的（）。匹配傳輸線上的反射系數(shù)為零，只存在正向行波，將式（243）代入式（245），可得傳輸線上任意位置z處向負載方向傳輸?shù)钠骄β蕿?（247）,電纜的輸入功率為,（248）,傳輸?shù)截撦d端的功率為,（249）,因此，電纜的功率損耗定義為,（250）,電纜生產(chǎn)商不是像式（250）那樣描述電纜損耗的，而是將電纜損耗定義為電纜輸入功率與輸出功率的比值，即,（251）,電纜生產(chǎn)商通常以dB/長度為單位給出電纜損耗，這意味著,（252）,式中,L選擇為某些長度，如

59、100ft。通過測量傳輸?shù)皆撻L度電纜上的功率和匹配負載上的功率可以獲得電纜損耗，所以將式（251）轉(zhuǎn)換成以dB為單位的值可得,式中,dBx表示參考某種基準電平的功率，典型地用dBm。,已知生產(chǎn)商規(guī)定的電纜損耗，由式（252）可以獲得該頻率上的衰減常數(shù)為,式中的L是生產(chǎn)商用來規(guī)定電纜損耗時采用的長度。例如規(guī)定100MHz時，RG58U同軸電纜的損耗為4.5dB/100ft，所以在100MHz時的衰減常數(shù)為,2.4.2信號源特性信號源（脈沖或者正弦）可以用圖210所示的戴維南等效電路來描述，UOC是開路電壓，RS是源阻抗。實際上，現(xiàn)在所有的信號源都是RS=50。而且用來測量信號的大部分儀器的輸入阻抗也都是50，其特性可以用如圖211所示的等效電路來描述。圖中，Cin=0,Rin=50。信號測量儀的等效電路有些例外，特別是電壓表和某些示波器。一般地，如果測量儀的輸入阻抗不能設(shè)計為50，那么將被設(shè)計為非常大，并且輸入電路一般可以用一個電容和一個大電阻并聯(lián)來表示。要確定一臺特定信號測量儀輸入端的特性是很容易的，因為生產(chǎn)商都明確給出了輸入連接器附近的參數(shù)。例如，用來顯示信號頻譜的典型頻譜分析儀，其Cin=0，Rin=50；示波器的高輸入阻抗，典型的是C