電磁兼容原理與設(shè)計技術(shù)

前言

　　電磁兼容（EMC，ElectroMagnetic Compatibility）是指，在復雜的電磁環(huán)境中，每臺電子、電氣產(chǎn)品除了本身要能抗住一定的外來電磁干擾保持正常工作以外，還不能產(chǎn)生對該電磁環(huán)境中的其他電子、電氣產(chǎn)品所不能容忍的電磁干擾，或者說，既要滿足有關(guān)標準規(guī)定的電磁敏感度極限值要求，又要滿足其電磁發(fā)射極限值要求，這就是電子、電氣產(chǎn)品電磁兼容應當解決的問題，也是電子、電氣產(chǎn)品要通過電磁兼容認證的必要條件。　　電磁兼容技術(shù)是一門迅速發(fā)展的交叉學科，涉及電子、計算機、通信、航空航天、鐵路交通、電力、軍事以及人民生活的各個方面。在當今信息社會中，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，一個系統(tǒng)中采用的電氣及電子設(shè)備數(shù)量大幅度增加，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬，功率逐漸增大，信息傳輸速率提高，靈敏度提高，連接各種設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)也越來越復雜，因此，電磁兼容問題日顯重要?！　‖F(xiàn)在，許多國家對電子產(chǎn)品的電磁兼容性都做了強制性限制。我國已加入WTO，電磁兼容技術(shù)壁壘將是我國電子產(chǎn)品出口的更大障礙，我國對部分電子產(chǎn)品的電磁兼容性也做了強制性要求，自2003年5月1日起，未獲得強制性產(chǎn)品認證證書和未加施中國強制性認證標志的產(chǎn)品不得出口和在國內(nèi)銷售。但是，我國產(chǎn)品的電磁兼容性指標與先進的國際標準比還有相當差距，因此學習和借鑒國外先進技術(shù)和經(jīng)驗，掌握電磁兼容技術(shù)，培養(yǎng)自己的技術(shù)人才，尤為緊迫?！　檫m應形勢，一個學習電磁兼容技術(shù)、培訓電磁兼容技術(shù)人才的熱潮已經(jīng)掀起，各種“電磁兼容技術(shù)培訓班，，如雨后春筍。本書突出實用性，系統(tǒng)、全面講述電磁兼容技術(shù)及基本概念，正好迎合了這種形勢，不失為一本學習電磁兼容技術(shù)，培訓電磁兼容技術(shù)人才的好教材?！　∪珪卜?0章。第1章介紹電磁兼容的基本概念，系統(tǒng)概述電磁兼容技術(shù)的基本知識。第2～4章詳細介紹了最常用的三項基本電磁兼容技術(shù)，即屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)和接地技術(shù)，敘述了它們的技術(shù)原理、使用方法及應注意的事項。第5章講述線路板設(shè)計，從元器件的選擇、干擾的抑制技術(shù)、新技術(shù)的發(fā)展到具體的設(shè)計技巧都做了詳細敘述。第6章講述電纜設(shè)計，詳細地敘述了干擾耦合的機理及抑制干擾的具體措施。第7章介紹了瞬態(tài)干擾，如電快速瞬變脈沖群（EFT）、雷擊浪涌（Surge）和靜電放電（ESD）的特性及常用的抑制器件。第8章詳細講述電磁干擾的診斷與解決技術(shù)，包括使用的儀器設(shè)備。第9章講述無線電通信系統(tǒng)中的電磁兼容技術(shù)，著重介紹無線電波傳播中產(chǎn)生的電磁波干擾以及為抑制這種電磁波干擾而發(fā)展起來的新技術(shù)。第10章講述計算機系統(tǒng)中的電磁兼容技術(shù)，針對計算機電磁兼容性問題的特殊性，重點介紹了工控環(huán)境中計算機的抗干擾技術(shù)和計算機電磁信息泄露與防護技術(shù)。

內(nèi)容概要

　　本書系統(tǒng)介紹電磁兼容技術(shù)的基本知識、概念，以及國內(nèi)、外電磁兼容技術(shù)標準，著重從工程實踐角度闡述電磁兼容技術(shù)的原理、應用方法及應注意事項。全書共分10章，內(nèi)容包括：屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)、接地技術(shù)、線路板設(shè)計、電纜設(shè)計、瞬態(tài)干擾抑制、電磁干擾診斷與解決技術(shù)以及在無線電通信系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)中的EMC技術(shù)。
　　全書內(nèi)容豐富，深入淺出，具有較強的實用性，適合從事電氣和電子產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、管理、檢驗與維護的工程技術(shù)人員使用，同時也可供電氣與電子工程、無線電與通信工程、計算機與自動控制、儀器與測量技術(shù)等專業(yè)的師生參考。

書籍目錄

第1章　電磁兼容技術(shù)概述　11.1　電磁兼容的概念　11.1.1　電磁干擾　11.1.2　電磁兼容的含義　61.1.3　電磁兼容性的實施　61.1.4　電磁兼容技術(shù)的發(fā)展　71.2　電磁兼容技術(shù)術(shù)語　91.2.1　一般術(shù)語　91.2.2　干擾術(shù)語　111.2.3　發(fā)射術(shù)語　121.2.4　電磁兼容性能術(shù)語　121.3　電磁兼容的工程方法　151.3.1　電磁兼容性的工程分析　151.3.2　電磁兼容性控制技術(shù)　161.3.3　電磁兼容性分析與設(shè)計方法　201.3.4　電磁兼容性測量與試驗技術(shù)　251.4　電磁兼容標準　311.4.1　與電磁兼容技術(shù)標準有關(guān)的組織機構(gòu)　311.4.2　我國的電磁兼容技術(shù)標準體系　341.4.3　電磁兼容技術(shù)標準與規(guī)范的內(nèi)容特點　341.4.4　電磁兼容認證　361.5　電磁干擾信號的時域與頻域分析　361.6　分貝的概念與應用　371.6.1　分貝的定義　371.6.2　分貝的應用　40第2章　屏蔽技術(shù)　412.1　電磁屏蔽原理　412.1.1　電磁屏蔽的類型　412.1.2　靜電屏蔽　412.1.3　交變電場的屏蔽　422.1.4　低頻磁場的屏蔽　432.1.5　高頻磁場的屏蔽　452.1.6　電磁屏蔽　472.2　屏蔽效能　472.2.1　屏蔽效能的表示　472.2.2　屏蔽效能的計算　482.3　屏蔽材料的特性　562.3.1　導磁材料　562.3.2　導電材料　572.3.3　薄膜材料與薄膜屏蔽　572.3.4　導電膠與導磁膠　582.4　屏蔽體的結(jié)構(gòu)　592.4.1　電屏蔽的結(jié)構(gòu)　592.4.2　磁屏蔽的結(jié)構(gòu)　612.4.3　電磁屏蔽的結(jié)構(gòu)　622.5　孔縫泄漏的抑制措施　632.5.1　裝配面處接縫泄漏的抑制　632.5.2　通風冷卻孔泄漏的抑制　652.5.3　觀察窗口(顯示器件)泄漏的抑制　682.5.4　器件調(diào)諧孔(有連接桿的操作器件)泄漏的抑制　69第3章　濾波技術(shù)　703.1　電磁干擾濾波器　703.2　濾波器的分類及特性　733.2.1　反射式濾波器　743.2.2　吸收式濾波器　783.2.3　濾波連接器　803.2.4　鐵氧體抑制電磁干擾的應用　813.2.5　穿心電容濾波　843.3　電源線濾波器　853.3.1　共模干擾(騷擾)和差模干擾(騷擾)信號　853.3.2　電源線濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　863.3.3　電源線濾波器的安裝　86第4章　接地和搭接技術(shù)　884.1　地回路干擾　884.1.1　接地公共阻抗產(chǎn)生的干擾　884.1.2　接地電流與地電壓的形成　894.1.3　地回路干擾　904.2　抑制地回路干擾的技術(shù)措施　914.2.1　接地點的選擇　914.2.2　差分平衡電路　954.2.3　隔離變壓器　974.2.4　縱向扼流圈　984.2.5　光電耦合器　1004.3　接地及其分類　1004.3.1　接地的概念　1004.3.2　接地的要求　1014.3.3　接地的分類　1014.4　安全接地　1024.4.1　設(shè)備安全接地　1024.4.2　接零保護接地　1034.4.3　防雷接地　1044.4.4　安全接地的有效性　1044.5　信號接地　1054.5.1　單點接地　1054.5.2　多點接地　1074.5.3　混合接地　1084.5.4　懸浮接地　1084.6　搭接技術(shù)　1104.6.1　搭接的概念　1104.6.2　搭接方法與類型　1114.6.3　搭接的有效性　1124.6.4　搭接的實施　1134.6.5　搭接質(zhì)量的測試　114第5章　線路板設(shè)計　1165.1　元器件的選擇　1165.1.1　常用元器件的選擇和電路設(shè)計　1165.1.2　有源器件敏感度特性和發(fā)射特性　1255.2　線路板上的電磁騷擾輻射　1305.2.1　共模輻射與差模輻射　1305.2.2　差模輻射　1315.2.3　共模輻射　1335.3　表面安裝技術(shù)(SMT)　1355.3.1　表面安裝技術(shù)的發(fā)展　1365.3.2　新型片式器件的發(fā)展　1375.3.3　高密度電子組裝技術(shù)　1375.4　印刷電路板(PCB)的設(shè)計　1375.4.1　單面板　1385.4.2　雙面板　1425.4.3　單面板和雙面板幾種地線的分析　1425.4.4　多層板　147第6章　電纜設(shè)計　1526.1　傳導耦合　1526.1.1　電容性耦合　1526.1.2　電感性耦合　1586.1.3　電容性耦合與電感性耦合的綜合考慮　1636.2　高頻耦合　1656.2.1　分布參數(shù)電路的基本理論　1666.2.2　高頻線間的耦合　1686.2.3　低頻情況的耦合　1706.3　輻射耦合　1716.3.1　基本振子的電磁場分布　1716.3.2　輻射耦合　1776.4　處在電磁場中的傳輸線和電纜　1806.4.1　場到線的共模耦合與異模耦合　1806.4.2　場對高頻傳輸線的耦合　1816.5　干擾耦合的抑制措施　1846.5.1　電容性耦合干擾抑制措施　1846.5.2　電感性耦合干擾的抑制措施　1846.5.3　輻射干擾耦合的抑制措施　187第7章　瞬態(tài)干擾的抑制　1897.1　電快速瞬變脈沖群(EFT)　1907.1.1　EFT概述　1907.1.2　EFT干擾的抑制　1937.2　雷擊浪涌　1967.2.1　直擊雷、感應雷與浪涌　1967.2.2　雷擊與瞬變脈沖電壓　2007.2.3　雷害的防護　2027.3　靜電放電(ESD)產(chǎn)生的電磁干擾　2047.3.1　ESD的基本概念　2047.3.2　ESD對電子設(shè)備的影響　2077.3.3　防護ESD影響的設(shè)計及措施　2077.4　抑制瞬變騷擾的常用器件　2117.4.1　氣體放電管　2117.4.2　壓敏電阻　2137.4.3　硅瞬變電壓吸收二極管　2157.4.4　TVS應用的有關(guān)問題　2177.4.5　幾種抑制瞬變騷擾器件的比較　219第8章　電磁干擾的診斷與解決技術(shù)　2228.1　樣機(模型)和鑒定階段中的電磁干擾問題　2228.1.1　實際的電磁干擾(EMI)問題　2238.1.2　符合規(guī)范的問題　2238.1.3　安排好開發(fā)/預測試的順序　2238.2　檢查是否符合發(fā)射規(guī)范　2258.2.1　測試場所的最低要求　2258.2.2　儀器設(shè)備　2258.2.3　待測設(shè)備(EUT)/樣品的安裝　2288.2.4　傳導發(fā)射(CE)符合性測試　2288.2.5　設(shè)備不能接入LISN時采取的措施　2318.2.6　輻射發(fā)射(RE)測量的替代方法　2328.3　符合抗干擾性規(guī)范的檢測　2438.3.1　測試場合的最低要求　2438.3.2　傳導敏感性測試的準備工作　2438.3.3　瞬變脈沖群(EFT)干擾測試　2448.3.4　ESD測試　2478.4　現(xiàn)場電磁干擾問題的排查　2498.4.1　排查的準備　2498.4.2　現(xiàn)場檢查　2508.4.3　檢測電磁干擾電流　2528.4.4　診斷、排查電磁干擾故障問題的“強行損壞”技術(shù)　2528.5　診斷、排查電磁干擾問題的思路概括　2578.5.1　診斷、排查電磁干擾故障的儀器和工具箱　2578.5.2　診斷、排查電磁干擾故障的過程　2588.5.3　診斷、排查電磁干擾故障問題的流程　259第9章　無線電通信系統(tǒng)中的電磁兼容技術(shù)　2639.1　無線電通信系統(tǒng)中的電磁波干擾(無線電干擾)　2639.1.1　無線電發(fā)射機的雜散發(fā)射　2639.1.2　無線電波傳播的雜散干擾(雜散波)　2669.1.3　移動通信中的電磁波干擾　2699.1.4　共信道干擾與鄰道干擾　2719.2　無線電通信系統(tǒng)中的電磁兼容技術(shù)　2739.2.1　頻率的指配與管制　2739.2.2　無線電發(fā)射機的雜散發(fā)射功率電平限值　2749.2.3　干擾協(xié)調(diào)區(qū)　2789.2.4　頻譜共用中的電磁兼容技術(shù)　2789.2.5　蜂窩移動通信系統(tǒng)中的電磁兼容技術(shù)　2799.2.6　無線電通信系統(tǒng)中的其他電磁兼容技術(shù)　2969.3　無線電通信系統(tǒng)中的電磁兼容標準　2999.3.1　我國有關(guān)無線電通信業(yè)務(wù)電磁兼容的國家標準與行業(yè)標準　3009.3.2　國際電聯(lián)(ITU)有關(guān)無線電通信業(yè)務(wù)的電磁兼容標準　300第10章　計算機系統(tǒng)中的電磁兼容技術(shù)　30610.1　計算機電磁兼容性問題的特殊性　30610.1.1　數(shù)字計算機中的干擾　30610.1.2　特殊環(huán)境中的計算機電磁兼容問題　30810.1.3　計算機病毒　30910.1.4　計算機的電磁泄漏　30910.2　工控環(huán)境中計算機的抗干擾技術(shù)　30910.2.1　工控計算機硬件的抗干擾設(shè)計　31010.2.2　工控計算機軟件的抗干擾設(shè)計　31010.2.3　工控計算機抗干擾用到的軟件技術(shù)　31410.3　計算機電磁信息泄漏與防護　31710.3.1　計算機電磁信息輻射泄漏的途徑　31710.3.2　計算機電磁信息輻射的特點　31810.3.3　計算機電磁信息輻射泄漏的防護技術(shù)　318附錄A　電磁兼容國家標準　322附錄B　部分電磁兼容國際標準　328附錄C　電磁兼容認證的有關(guān)文件　332附錄D　電磁干擾(騷擾)源的頻譜　343附錄E　傳導、無線輻射、ESD和EFT數(shù)據(jù)報表　346附錄F　無線輻射限值轉(zhuǎn)換為共模電流限值　350參考文獻　351

章節(jié)摘錄

　　第1章　電磁兼容技術(shù)概述　　1．1電磁兼容的概念　　1．1．1　電磁干擾　　1．電磁干擾的定義　　（1）電磁騷擾（EMD，ElectroMagnetic Disturbance）　　電磁騷擾是“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”。　?。?）電磁干擾（EMI，ElectroMagnetic Interference）　　電磁干擾是“電磁騷擾引起的設(shè)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，它可能引起設(shè)備性能的降級或損害，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)象與其造成的后果明確劃分，統(tǒng)稱為干擾（Interference）。IECSO（161）于1990年發(fā)布后，引入了Disturbance這一術(shù)語（中文譯為“騷擾”），給出了明確的區(qū)分。但是為了方便，通常人們在分析電磁干擾問題時常常是與電磁騷擾聯(lián)系在一起討論，或統(tǒng)稱為電磁干擾?！　?．電磁干擾（騷擾）源的分類　　電磁干擾的分類可以有許多種分法，例如，按傳播途徑分，有傳導干擾和輻射干擾，其中傳導干擾的傳輸性質(zhì)有電耦合、磁耦合及電磁耦合；按輻射干擾的傳輸性質(zhì)分，有近區(qū)場感應耦合和遠區(qū)場輻射耦合；按頻帶分，有窄帶干擾和寬帶干擾；按干擾頻率范圍分，可細分為5種（見表1—1）；按實施干擾者的主觀意向分，可分為有意干擾源和無意干擾源；按干擾源性質(zhì)分，有自然干擾和人為干擾（如圖1—1所示），等等。后面我們將詳細說明自然干擾和人為干擾。

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