电磁兼容性——电磁干扰与电磁兼容技术基础知识系列讲座（电磁兼容实验室）
第一讲 序言
1－1 电磁能的广泛应用
随着科学技术的发展，越来越多的电子、电气设备进入了我们生活和生产的各个领域，例如：
- 通信：电话、电报、传真、无线通信（移动通信）、微波通信、光纤通信、卫星通信……
- 广播电视：中波广播、短波广播、调频广播、电视广播……
- 家用电器：各种家用电器都要利用电磁能量，例如：电磁炉、微波炉、遥控玩具、红外取 暖、红外烤箱……
- 生物医学：灭菌（食品、流动票券、饲料……）、诊断（CT……）、理疗、手术（激光手 术刀、微波手术刀……）……
- 工业应用：电解（电解铝、生产电石……）、电镀、加热或烘干（微波或红外）、高频炉、 电炉（炼钢……）、灭虫（木材、卷烟……）、遥控、遥测、遥感……
- 农业应用：灭虫（种子……）、育苗、磁化水……
- 电磁检测：防盗、探测文物、无损检测、测厚、测湿、测温、测速……
- 雷达：导航（航空、航海）、气象预报、交通管制……
- 军事应用：雷达、电子对抗（电子干扰、反干扰）、激光武器、电磁武器……
- 射电天文学：天文观测……
这些设备在正常运行的同时也向外辐射电磁能量，可能对其他设备产生不良的影响，甚至造成严重的危害，这就是电磁干扰。据统计，全世界空间电磁能量平均每年增长7－14％。在有限的空间和有限的频率资源条件下，由于各种电子，电气设备的数量与日俱增，使用的密集程度越来越大，电磁干扰的严重性也就越来越突出。
1－2 电磁辐射的危害
电磁能的广泛应用一方面推动了社会的进步，丰富了人类的物质文化生活,同时也使空间各种频率的电磁辐射越来越强，对人类造成了危害：
- 干扰广播、电视、通信信号的接收；
- 干扰电子仪器、设备的正常工作，可能造成信息失误、控制失灵等事故；
- 可能引燃一些易燃易爆物质，引起爆炸和火灾；
- 较强的电磁辐射对人体的健康有很大的影响。
例1：美国研制B1轰炸机时电子设备之间的电磁干扰。
B1轰炸机的机头上装有大量的电子设备，分离试验时这些设备都符合技术标准，把这些设备装上机头再测试，许多设备的性能大幅度下降，经过专家们大量的试验和分析，发现是由于这些设备之间相互的电磁干扰造成的。
例2：民兵Ⅰ导弹的飞行故障。
1962年，民兵Ⅰ导弹进行实弹飞行试验时，前两次都失败了，故障现象相似，都是在Ⅰ级发动机关机前炸毁了，炸毁前，用于制导的计算机都受到了脉冲干扰。经过分析和试验，发现故障是由于导弹飞行到一定高度时，在相互绝缘的弹头和弹体之间发生了静电放电，使导弹提前爆炸。
例3．广州白云机场的导航系统受到严重的干扰。（录像片断）
例4：电磁辐射对人体的影响
1、生物体对电磁辐射能量的吸收
电离辐射和非电离辐射
电磁辐射的量子能量 w＝hf h＝6.62×10-34J·S 普朗克常数，f：频率，Hz
f＞3×1015Hz 量子的能量可以使原子和分子电离――电离辐射，例如X射线辐射、γ射线辐射
f＜3×1015Hz 量子的能量不能使原子和分子电离――非电离辐射。
电磁干扰和电磁污染一般属于非电离辐射。
①、比吸收率（SAR）specific energy absorption rate
定义：生物体单位时间内、单位质量吸收的电磁辐射能量（W/kg）
p ：功率密度，即单位时间内、单位体积吸收的电磁辐射能量，
ρ：生物体密度，
σ：电导率
E ：电场强度振幅
吸收辐射场能量，引起体温（或局部体温）升高。
②、谐振吸收
当辐射频率与生物体（或某些器官，例如眼睛、大脑……）的固有频率谐振时，吸收最强。人体固有谐振频率的范
围大约为30M～3000MHz，一般成年人的谐振吸收频率约为400 MHz。
2、电磁辐射对人体的影响
目前，一般认为电磁辐射对人体的影响包括三个方面
-
热效应
辐射功能密度S＞10mW/cm2（E＞110V/m），人体吸收的辐射能转化为热量，超过人体体温调节能力时，会引起人体（或局部组织）体温明显升高，或引起生理功能紊乱（人的体温每升高一度，基础代谢增加约5～14%，组织中的氧的需求量增加50～100%）。热效应首先损伤人体上对热比较敏感的器官，例如眼睛、大脑、男性生殖器等，例如可导致白内障（＞300 mW/cm2）
S＜10mW/cm2，不会引起体温明显的升高，但可能使体内局部小范围内出现显著的能量吸收（谐振吸收），引起生理功能的障碍
-
非热效应
S＜1mW/cm2（E＜61.4 V/m），长时间照射也不会引起体温明显的升高，但会出现烦躁、头晕、疲劳、失眠、记忆力减退、脱发、白血球升高、植物神经功能紊乱、脑电图和心电图的变化等症状。这些一般称为电磁辐射的非热效应，这些症状在脱离辐射源后一般是可以逐渐恢复的。
-
三致作用（致癌、致畸、致突变作用）
这是电磁辐射的远期效应，在国内外已经引起了重视，但尚无一致的意见。一些研究者的实验表明：长时间的电磁辐射可能诱发癌症，也可能引起染色体的畸变，具有致畸、致突变作用。
-
决定电磁辐射对生物体影响程度的几个因素
-
场强：场强越大，影响越大。
-
频率：在谐振吸收频率处，影响最大。一般是频率升高，影响增大，微波段影响最大。
-
作用时间：电磁辐射对生物体的影响具有积累作用，作用时间越长，影响越大。
-
与辐射源的距离：对于偶极子天线，在天线近区E∝1/r3，在天线远区E∝1/r，辐射场强随 距离的增大迅速衰减，影
-
响减小。
-
环境温度和湿度：温度高、湿度大，生物体不易散热，影响增大。
-
辐射特性：脉冲波比连续波的影响大。
-
电磁辐射防护限值
国家标准《电磁辐射防护规定》（GB 8702－88）中规定的公众辐射限值为：
频率范围 MHz |
电场强度 V/m |
磁场强度 A/m |
功率密度 W/cm2 |
| 0.3～3 |
40 |
0.1 |
40 |
| 3～30 |
67/f1/2 |
0.17/f1/2 |
12/f |
| 30～3000 |
12 |
0.032 |
0.4 |
| 3000～15000 |
0.22f1/2 |
0.001f1/2 |
f/7500 |
| 15000～30000 |
27 |
0.073 |
2 |
公众辐射限值是指在一天24小时内，电磁辐射场量在任意连续6分钟内的平均值应符合表中的要求，全身平均的比吸收率（SAR）应小于0.02W/kg。
1－3 电磁兼容性概述
1、电磁兼容的定义
采用一定的技术手段，使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作，并且不干扰其他设备的正常工作，这 就是电磁兼容（英文：Electromagnetic Compatibility，缩写为EMC)。在国家标准GB/T4365-1995中对电磁兼容严格的定
义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
2、 电磁兼容研究的内容
电磁兼容性学科研究的对象不仅限于各种电子、电气设备，而且包括各种电磁环境(自然电磁干扰、核电磁脉冲、静电放电、人为电磁辐射等）对人体的生态效应，信息处理设备因电磁泄漏造成的泄密等等。
电磁兼容性涉及的领域十分广泛，通信、广播电视、科学仪器、信息设备、航空、航天、机车、舰船、电力、军工、医疗设备、计算机、家用电器等领域中都存在电磁干扰和电磁兼容性问题。下表是参加全国电磁兼容学术会议的学术团体 ：
| 中国通信学会 |
中国电子学会 |
中国电工技术学会 |
中国计算机学会 |
| 中国电机工程学会 |
中国航空学会 |
中国宇航学会 |
中国仪器仪表学会 |
| 中国铁道学会 |
中国造船学会 |
中国电源学会 |
中国环境学会 |
电磁兼容性学科涉及的理论基础包括电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、通信技术、材料科学、生物医学等等，所以电磁兼容性学科是一门实用性很强的综合性的前沿学科。
为了实现仪器设备之间的电磁兼容，国家针对各种电子、电器产品已经颁布了一系列强制性的电磁兼容执行标准。电磁兼容技术贯穿于电子、电器产品设计、制造、检验、销售的全过程。 图1－1是表示产品投资效益的曲线，可以看出：
电磁兼容问题解决得越早，投资效益越高。如果在产品的立项、设计阶段就解决了电磁兼容技术，电磁兼容措施的有效 性最高，产品的成本最低。如果产品已经成批的制造出来了，才发现不符合国家的电磁兼容标准，在采取补救措施，产品的成本就会大大提高。
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