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电磁兼容理论、检测与设计基础部分讲义电磁兼容理论、检测与设计基础部分讲义
1．电磁兼容概述
1.1什么叫电磁兼容
1.1.1电磁兼容的定义：
国家标准GB/T4365-1995《电磁兼容术语》对电磁兼容（EMC）所下的定义为“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。
”
国家军用标准GJB72-1985《电磁干扰与电磁兼容性名词术语》的定义为“设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自的功能的共存状态。
即：
该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其他设备（系统、分系统）因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。
”
下列定义在阐明电磁兼容方面也有其特色：
“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（分系统、系统；广义的还包括生物体）可以共存并不致引起降级的一门科学。
”
在以上的各定义中，都涉及电磁环境这一概念。
实际上，电磁环境是由空间、时间、频谱三个要素组成的。
在频谱方面，现在由国际电联（ITU）已经规划的可以利用的无线电频谱在10kHz～400GHz之间。
频率再低则进入声频，而再高则进入光波，任何一种无线电业务都脱离不开这一频谱范围。
实际上，要解决电磁兼容问题，离不开空间、时间、频谱这三要素，这也就是我们说的电磁环境。
对于上述的电磁兼容定义，无论文字如何表述，都反映了这样一个基本事实，即：
在共同的电磁环境中，任何设备、分系统、系统都应该不受干扰并且不干扰其他设备。
1.1.2电磁兼容的研究领域：
作为一门科学，电磁兼容涉及的问题可以归结为五大方面：
（1）骚扰源特性的研究
包括电磁骚扰产生的机理，频域与时域的特性，表征其特性的主要参数，抑制其发射强度的方法等等。
（2）敏感设备的抗干扰性能
在电磁兼容领域中，被干扰的设备或可能受电磁骚扰影响的设备称为敏感设备，或者在系统分析中称为骚扰接收器。
如何提高敏感设备的抗干扰性能，是电磁兼容领域中的研究问题之一。
（3）电磁骚扰的传播特性
即研究电磁骚扰如何从骚扰源传播到敏感设备上去，包括辐射与传导两种传播形式。
与一般研究有用信号的天线与电波传播相比，电磁兼容领域中传播特性研究的特点在于：
源的非理想化（源的频域、时域特性的复杂性和源“天线”的几何参数的复杂性）以及宽的频率范围。
（4）电磁兼容测量
包括测量设备、测量方法、数据处理方法以及测量结果的评价等等。
由于上述的电磁兼容问题的复杂性，理论上的结果往往与实际相距较远，因而使得电磁兼容测量显得更为重要。
美国肯塔基大学的帕尔博士曾说过“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。
”此外，由于电磁骚扰源在频域与时域特性的复杂性，为了各个国家、各个实验室测量结果之间的可比性，必须详细规定测量仪器的各方面指标。
当前标准中采用的表征电磁噪声电平的参数有峰值、准峰值、有效值、平均值等。
这些参数有各自不同的定义和测量方法，用来表征电磁噪声的不同方面的频域特性。
对一个恒定的连续正弦波，峰值、准峰值、有效值、平均值的测量结果都是相同的。
（5）系统内与系统间的电磁兼容性
欲解决电磁兼容问题，分别研究源、传播以及被干扰对象是不够的。
在一个系统之内或系统之间，电磁兼容的问题往往要复杂得多。
例如：
干扰源可能同时也是敏感设备；传播的途径往往是多通道的；干扰源与敏感设备不只一个等等。
这就需要我们对系统内的或系统间的电磁兼容问题进行分析与预测。
为此，人们开发了一些容量很大的软件进行这方面仿真计算，但关键问题在于预测的精确性。
由于电磁兼容问题的复杂性，不可能要求分析系统内与系统间的问题达到非常高的精度，但预测误差过大又失去了实用意义。
近年来，对系统内与系统间的电磁兼容问题的研究，除了“分析”以外，已开始研究“综合”。
这方面的进展将对电磁兼容学科起到十分重要的促进作用。
1.2实施电磁兼容规范的目的
1.2.1电磁干扰及其危害
在电磁环境中，电磁干扰造成的危害是各种各样的，可能从最简单的令人烦恼的现象直到严重的灾难。
下面还可以举出一些电磁干扰可能造成的危害：
①干扰电视机的收看、广播收音机的收听。
②数字系统与数据传输过程中数据的丢失。
③设备、分系统或系统级正常工作的破坏。
④医疗电子设备（例如：
医疗监护仪、心电起搏器等）的工作失常。
⑤自动化微处理器控制系统（例如：
汽车的刹车系统、防撞气囊保护系统）的工作失控。
⑥民航导航系统的工作失常。
⑦起爆装置的意外引爆。
⑧工业过程控制功能的失效。
除以上所举的例子之外，强电场还会对生物体造成影响。
由上可见，电磁环境的恶化，会导致多方面的后果。
开展电磁兼容研究，加强电磁兼容管理，降低电磁骚扰，避免电磁干扰，是整个社会生活、环境保护等工作的当务之急。
1.2.2国内外电磁兼容技术法规
由于电子设备的发展及广泛应用，造成了电磁环境的复杂化；由于频谱资源有限，造成频道拥挤，干扰日益严重。
随着对电子设备的性能要求越来越高，由于相互间的干扰越来越严重，可能造成电子设备或系统不能正常工作，甚至出现故障。
现在很多国家政府、军队部门以及世界组织均成立了相应的管理或部门组织，出台了许多有关标准、规定和措施。
例如欧洲的CE指令、美国的FCC联邦法规都有相应的电磁兼容要求。
这些技术法规的出台则使对电磁兼容管理提高到技术法规的高度，从而进一步地促进了电磁兼容技术的发展。
我国对相关产品的电磁兼容性能也制订了一系列强制性或推荐性标准，并通过市场监督抽查和国家强制性产品认证等措施来保证市场销售的产品的电磁兼容符合性。
2．国内外电磁兼容发展动态
2.1电磁兼容起源及其发展
在人类尚未发明发电机和使用电能之前，地球上就已经存在自然界的电磁现象。
自从1866年世界上第一台发电机发电以来，利用电磁效应工作的电气设备越来越广泛，同时也产生了越来越多的有害的电磁干扰，造成了所谓电磁环境“污染”。
电磁干扰是人们早就发现的电磁现象，它几乎和电磁效应现象同时被发现。
早在19世纪初，随着电磁学的萌芽和发展，1823年安培发表了电流产生磁力的基本定律，1831年法拉第发现电磁感应现象，总结出电磁感应定律，揭示了变化的磁场在导线中产生感应电动势的规律。
1840年美国人亨利成功地获得了高频电磁振荡。
1864年麦克斯韦综合了电磁感应定律和安培全电流定律，总结出麦克斯韦方程，提出了位移电流的理论，全面地论述了电和磁的相互作用并预言电磁波的存在。
麦克斯韦的电磁场理论为认识和研究电磁干扰现象奠定了理论基础。
1881年英国科学家希维赛德发表了“论干扰”的文章，标志着研究干扰问题的开端。
1888年德国物理学家赫兹首创了天线，第一次把电磁波辐射到自由空间，同时又成功地接收到电磁波，用实验证实了电磁波的存在，从此开始了人类对电磁干扰问题的实验研究。
1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题，使干扰技术问题研究开始走向工业化和产业化。
二十世纪以来，由于电气电子技术的发展和应用，随着通信、广播等无线电事业的发展，使人们逐渐认识到需要对各种电磁干扰进行控制。
特别是工业发达国家格外重视控制干扰，他们成立了国家级以及国际间的组织，如德国的电气工程师协会、国际电工委员会（IEC）、国际无线电干扰特别委员会（CISPR）等，均投入大量人力开始对电磁干扰问题进行世界性有组织的研究。
为了解决干扰问题，保证设备和系统的高可靠性，四十年代初有人提出了电磁兼容性的概念。
1944年德国电气工程师协会制订了世界上第一个电磁兼容性规范VDE0878。
接着美国在1945年颁布了美国最早的军用规范JAN-I-225。
虽然电磁干扰问题由来已久，但电磁兼容这个新兴的综合性学科却是近代形成的。
从四十年代提出电磁兼容性概念起，电磁干扰问题由单纯的排除干扰逐步发展成为从理论上、技术上全面保证用电设备在其电磁环境中正常工作的系统工程。
电磁兼容学科在认识电磁干扰、研究电磁干扰和控制电磁干扰的过程中得到发展。
它深入阐述了电磁干扰产生的原因，分清了干扰的性质，深刻研究了干扰传输及耦合的机理，系统地提出了抑制干扰的技术措施，促进了电磁兼容的系列标准和规范的制订，建立了电磁兼容试验和测量的体系，解决了电磁兼容设计、分析和预测的一系列理论和技术问题。
七十年代以来，电磁兼容技术逐渐成为非常活跃的学科领域之一，每年都会召开几次较大规模的国际性电磁兼容学术会议。
美国最有影响的电子电气工程师协会“IEEE”的权威杂志，专门设有EMC分册。
美国学者B.E.凯瑟撰写了系统性的论著《电磁兼容原理》。
美国国防部编辑出版了各种电磁兼容性手册，广泛应用于工程设计。
到八十年代，美国、德国、日本、前苏联、法国等经济发达国家在电磁兼容研究和应用方面达到了很高的水平。
主要研究和应用的内容包括电磁兼容标准和规范、分析设计和预测、试验测量和开发屏蔽导电材料、培训教育和管理等。
在工程应用方面研制出高精度的电磁干扰及电磁敏感度自动测量系统，开发出多种系统内和系统间电磁兼容性计算机分析和预测软件，形成了一套完整的设计体系，还开发研制成功多种抑制电磁干扰的新材料和新工艺。
电磁兼容设计成为民用电子设备和军用武器装备研制中必须严格遵循的原则和步骤。
在产品设计、加工、检测、试验和使用的各个阶段都要考虑电磁兼容技术和管理。
电磁兼容性成为产品可靠性保证中的重要组成部分。
九十年代，电磁兼容性工程已经从事后检测处理发展到预先分析评估、预先检验、预先设计。
电磁兼容工程师必须与产品设计师、制造商以及各方面的专家共同合作，在方案设计阶段就开展有针对性的预测分析工作。
并把过去用于研制后期试验测量和处理以及返工补救的费用安排到加强事前设计和预测检验中来。
电磁兼容技术已成为现代工业生产并行工程系统的实施项目组成部分。
产品电磁兼容性达标认证已由一个国家范围发展到一个地区或一个贸易联盟采取统一行动。
从1996年1月1日开始，欧洲共同体12个国家和欧洲自由贸易联盟的北欧6国共同宣布实行电磁兼容认证制度，使得电磁兼容性认证与电工电子产品安全性认证处于同等重要的地位。
可以预言，在21世纪，电磁兼容学科将获得更加迅速的发展，将得到全人类的高度重视。
在我国对电磁兼容理论和技术的研究起步较晚，直到80年代初才有组织系统地研究并制订国家级和行业级的电磁兼容性标准和规范。
1981年颁布了第一个航空工业部较为完整的标准HB5662-81《飞机设备电磁兼容性要求和测试方法》。
此后，我国在标准和规范的研究与制订方面有了较大进展，到目前已制定了近百个国家标准和国家军用标准。
八十年代以来，国内电磁兼容学术组织纷纷成立，学术活动频繁开展。
1987年召开了第一届全国性电磁兼容性学术会议。
1990年在北京成功地举办了第一次国际电磁兼容性学术会议，标志着我国电磁兼容学科的迅速发展并开始参与世界交流。
九十年代以来随着国民经济和高科技产业的迅速发展，在航空、航天、通信、电子等部门，电磁兼容技术受到格外重视，并投入了较大的财力和人力建立了一批电磁兼容性试验测试中心，引进了许多先进的电磁干扰及敏感度自动测试系统和试验设备。
我国在电磁兼容性工程设计和预测分析方面也开展了研究并逐渐开始实际应用。
近年来，部分高等院校中相继开设了电磁兼容原理及设计课程，翻译和编写了一批教材。
1993年由国家军用标准化中心组织编写了《电磁兼容性工程设计手册》，表明我国军用设备的电磁兼容性工程设计进入全面实施阶段。
2.2世界主要国家、地区的电磁兼容管理及实施情况
经济发达国家和地区对电磁兼容问题都较为重视，政府甚至采取立法和认证程序来管理相关产品的电磁兼容性能，对不符合者采取非常严厉的处罚行动。
欧盟的“CE
EMC”指令和美国的FCC法规的对世界的影响尤为深远。
世界各国对于EMC的管理，一般可分为两种管理型式：
部份的国家只管制电机、电子产品的电磁辐射干扰部份（EMI），如美国；另有部份国家也增加了电磁抗扰性（EMS）的管制，如欧盟地区。
以下将介绍世界各国对于EMC的管制项目及依据标准。
2.2.1欧盟
（1）CE指令
欧盟地区为了让市场内的货品能在加盟国内自由流通，欧盟执行委员会即通过欧洲标准委员会（CEN）制定出各种标准并颁布了指令。
其中电机、电子产品的标准（包括电磁兼容标准）由欧洲电器标准委员会（CENELEC）所制定。
早期欧盟所制定的EMC标准，主要取自于国际电工委员会（IEC）及国际无线电干扰特别委员会（CISPR）的标准。
欧盟EMC指令，即1989年所公布的89/336/EEC指令。
欧盟89/336/EEC
EMC指令要求从1996年开始，凡欲进入欧共体市场的电子、电器和相关产品一定要符合有关电磁兼容标准要求，并在产品上粘贴符合性标记“CE”。
欧盟对有关产品的电磁兼容性要求一般包括电磁骚扰和抗扰度两个方面的内容。
（2）CE标记
欧洲联盟包括十五个国家：
英、法、荷、比利时、西班牙、卢森堡、奥地利、芬兰、瑞典、丹麦、德、希腊、葡萄牙、爱尔兰、意大利。
CE指令由欧盟总部所制订，于发布时并不具有强制执行意义，但该指令落实到各会员国，由会员国立法成为国内法令之后，就具有强制性。
而CE标记的“CE”二个字是法语欧共体的简写。
CE标记是采取自我宣告（ECDeclarationofconformity
Doc）的方式。
如果产品满足了EMC要求，检测单位会将产品的型式试验（Type
Test）报告等证明文件给厂商，此时厂商建立产品技术档案，自我宣告产品已符合相关指令，按规定作成CE标记，贴示于适当位置。
2.2.2美国
（1）FCC法规
美国是世界比较早对电子、电器产品及相关设备的电磁兼容性进行控制的国家之一，并利用认证体系进行强制性管理。
认证所依据的技术文件和管理条例便是具有法律效力的《联邦法规法典》（Code
ofFederalRegulation-CFR）第47篇“FCC法规”（FCCRules）。
FCC法规，即CFR47由美国联邦通信委员会（FederalCommunicationsCommission
FCC）制定。
FCC目前对有关产品的电磁兼容要求主要是电磁骚扰特性。
分别包含在FCC
Part15、Part18、Part68之中（涉及射频设备（含广播接收机、数字设备等）、工-科-医射频设备和通信设备的电磁骚扰特性内容）。
可能与国内厂商最有关的部份为FCC
Part15，本部分将设备分为非有意辐射（Unintentional）与有意辐射（Intentional）产品两大类。
非有意辐射产品为信息产品（不含无线产品发射器）、电视与收音机等，有意辐射产品为无线电遥控器、无线定位器等。
可以发现，目前FCC制定电磁辐射干扰限值和测量方法已逐渐朝着国际无线电干扰特别委员会（CISPR）的标准一致的方向发展。
（2）FCC标记
自1996年8月起，部分产品采用通过制造商自我宣告（DOC）的模式。
只要厂商的产品在FCC法规分类中属于DOC类，产品满足了EMC要求后，便可以依检验单位提供的产品型式试验报告等证明文件，实行自我宣告。
若厂商的产品在FCC法规分类中属于认证（Certification）类产品，则厂商必须先加入FCC会员，产品如满足EMC要求，便可以依检验单位提供的产品型式试验报告等证明文件向FCC认可的TCB（Telecommunications
CertificationBody）申请FCCID。
按规定做成FCC标记，贴于产品适当位置。
2.2.3日本
日本自1985年起，由机械、电子等四个产业公会联合起来，成立一个类似财团法人团体VCCI（VOLUNTARYCONTROLCOUNCILFOR
INTERFERENCE），制定出一个自愿性认证法。
其中VCCI法规的V-2便是电磁辐射干扰规定。
1995年起，厂商只要加入VCCI会员，并每年缴交年费，便可依检验单位提供的产品型式试验报告等证明文件，向日本VCCI报备登录。
报备之后按规定作成VCCI标记，贴于产品适当位置。
日本对产品的电磁兼容管理方面的法规还有“电气取缔法”。
该法规对产品的电磁兼容的要求与CISPR差异较多，而与FCC较接近。
2.2.4新西兰与澳大利亚
新西兰与澳大利亚的电磁兼容管理主要是依据1992年公告的无线电波法（RadioCommunication
Act）。
该法于1996年1月1日生效，并于1997年1月1日起强制实施。
对信息技术设备产品需符合AS/NZS3548电磁辐射干扰规定。
澳洲在EMC方面管制的架构与欧盟CE-Marking大致雷同，均采自我认证的方式。
依产品标准执行且通过测试后，签署一自我宣告书（DOC）即可。
所不同的是宣告书必须由澳洲境内的进口商、供货商或制造商签署宣告。
另澳洲政府还要求每一澳洲本地的供货商或进口商必须向其执行单位ACA（Australian
CommunicationsAuthority）登录。
按规定作成C-Tick标记，贴于产品适当位置。
2.2.5台湾地区
台湾“标准检验局”（BSMI）为了岛内电子、电机产品的电磁辐射干扰，于1995年5月公布《商品电磁兼容性管理办法》，并于1996年7月正式公告自1997年1月1日起管制复印机等产品的电磁兼容性能，之后陆续管制信息周边产品、家电与广播音响产品。
而“标准检验局”也依据CISPR与IEC的EMC标准，逐渐修订岛内相应标准CNS，例如CNS13438就是信息类产品的标准。
岛内申请厂商其产品符合了EMC要求后，便可以依检验单位提供的产品电磁兼容型式试验报告正本一份（含外观及内部结构照片），并加附下列资料：
中文使用手册及规格，登录号码（ID）标示位置及式样说明，电路方框图，对策元件及干扰源一览表。
再填具申请书后，向所在地检验机构申请，由检验机构核发检磁号码证书。
2.3国内电磁兼容的发展与3C认证的电磁兼容要求
为了减少电磁干扰所造成的危害，提高产品的电磁兼容性能，保护人身健康、设备安全和电磁环境，保护用户和消费者的利益，自二十世纪八十年代以来，中国国家质量技术监督局开始系统地组织制定有关电磁兼容的国家标准，到目前已制定了一百个左右。
这些标准的实施，为提高产品和系统的电磁兼容性能起到了极大的促进作用。
随着这些电磁兼容国家标准的制定和实施，我国从九十年代开始逐步开始对电子电器及其他相关产品的电磁兼容性能进行相应的管理。
欧盟自一九九六年开始对进入欧盟的电子电气产品要求必须符合相应的电磁兼容标准要求，我国相应的质量管理部门当时主要通过以下几种方法来逐步展开对电磁兼容的质量管理。
对国内生产销售的产品主要通过①国家或地方、行业质量管理部门组织的产品质量市场监督抽查；②工业产品生产许可证制度；③电磁兼容认证等方式进行管理。
对进口产品，则通过进口商品安全质量许可证制度和电磁兼容强制检验来进行管理。
自2000年开始对六种进口商品（个人计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和音响设备）实施电磁兼容强制检验。
即对这六种进口商品的电磁兼容强制检验作为对进口商品实施进口商品安全质量许可证制度的一部分内容来管理。
到本世纪初，随着我国的经济的进一步发展和对外开放的持续深入的实施，我国在进口产品质量安全许可和强制性产品认证工作上存在内外不一致的问题日益突出，这既不符合WTO的基本原则，也不符合我国经济发展的需要。
为此，国务院领导做出了对进口产品质量安全许可制度和国产品强制性认证制度实行“四个统一”的批示，即：
统一标准、技术法规和合格评定程序；统一目录；统一标志；统一收费。
这一批示已经作为我国入世谈判WTO/TBT协议项下的承诺。
因此，制定有关国家强制性产品认证方面的管理规定对我国加入WTO、适应国际经济一体化和落实国务院领导“四个统一”的批示有着重要意义。
基于以上理由，由国家质量监督检验检疫总局和国家认证认可监督管理委员会共同制定的《强制性产品认证管理规定》（以下简称为《规定》）于2001年11月21日国家质量监督检验检疫总局局务会审议通过，自2002年5月1日起施行，过渡期为一年。
强制性产品认证的主管单位为国家认证认可监督管理委员会。
认证标志的名称为“中国强制认证”（英文名称为“China
CompulsoryCertification”，英文缩写为“CCC”，该标志可简称为“3C”标志，该认证也简称为CCC认证或3C认证）。
国家质量监督检验检疫总局和国家认证认可监督管理委员会于2001年12月3日发布《第一批实施强制性产品认证的产品目录》（以下简称为《目录》）。
目录内共有19类132种产品。
第一批实施强制性产品认证的产品包括以下类别：
一、电线电缆（共5种）
二、电路开关及保护或连接用电器装置（共6种）
三、低压电器（共9种）
四、小功率电动机（共1种）
五、电动工具（共16种）
六、电焊机（共15种）
七、家用和类似用途设备（共18种）
八、音视频设备类（不包括广播级音响设备和汽车音响设备）（共16种）
九、信息技术设备（共12种）
十、照明设备（共2种）（不包括电压低于36V的照明设备）
十一、电信终端设备（共9种）
十二、机动车辆及安全附件（共4种）
十三、机动车辆轮胎（共3种）
十四、安全玻璃（共3种）
十五、农机产品（共1种）
十六、乳胶制品（共1种）
十七、医疗器械产品（共7种）
十八、消防产品（共3种）
十九、安全技术防范产品（共1种）
按《规定》要求：
为完善和规范强制性产品认证工作，切实维护国家、社会和公众利益，凡列入强制性产品认证目录的产品，必须经国家指定的认证机构认证合格、取得指定认证机构颁发的认证证书、并加施认证标志后，方可出厂销售、进口和在经营性活动中使用。
对列入目录内的产品，从2002年5月1日起受理申请，自2003年5月1日起，未获得强制性产品认证证书和未加施中国强制性认证标志的产品不得出厂、进口、销售。
按原规定要求，该规定应于2003年5月1日起开始强制实施。
后由于客观原因，国家认证认可监督管理委员会（CNCA）发布2003年第38号公告，将强制实施日期推迟到2003年8月1日。
根据《规定》要求，自实施之日起，强制性产品认证取代此前的中国电工产品认证委员会（CCEE）实施的电工产品安全认证（简称长城认证或CCEE认证）、中国进出口质量认证中心（CQC）实施的进口商品安全质量许可制度（简称CCIB认证）、中国电磁兼容认证中心实施的电磁兼容认证（简称CEMC认证）。
列入目录的产品也同时取消相应的生产许可证制度。
与此前的管理方式不同的是，3C认证首次在国内将电磁兼
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