电磁场和电磁波

电磁场和电磁波（精选十篇）

电磁场和电磁波 篇1

《大学物理》和《电磁场与电磁波》是电子信息类各专业的必修课程, 在教学环节中起着非常重要的作用。

两门课程在电磁学部分有一定重叠, 但不是简单的重复, 前者为后者的先修课程, 后者以前者为基础, 对电磁学理论及应用进行深入研究与探讨。

1 课程性质不同

《大学物理》是理工科各专业必修的基础课, 受众面广, 内容为力学、热学、电磁学、光学和原子物理五部分, 为后续专业基础课和专业课程的学习打下基础;《电磁场与电磁波》是电子信息类各专业的专业基础课, 是后续专业课 (如《微波技术与天线》等) 的理论基础, 其主要分为电磁场 (静态场) 与电磁波 (时变场) 部分, 其中静态场部分与《大学物理》电磁学部分内容有一定重叠, 但不是简单的重复, 内容的深度和广度都有较大的拓展。

2 理论和分析方法区别

《大学物理》作为基础课程, 引入知识由学生容易接受的物理现象入手, 通过实验得到相关理论, 以电磁学理论的开篇———点电荷之间的作用力为例, 直接引用实验结果描述库仑定律:

其他重要定理如:安培力定律、电磁感应定律等, 也都是直接引用实验结果描述相关理论公式;比较起来, 《电磁场与电磁波》的理论性更强, 首先以一定篇幅讲述矢量分析方法, 引入电磁学内容时, 从电磁场的“源”—电荷与电流出发, 特别注重以散度源和旋度源区分静电场和恒定磁场:

引入理论计算公式时, 理论更为严谨。

《大学物理·电磁学》中解决问题的方法, 较多以积分形式表示, 比如通过上式 (1) , 得到真空中的高斯定理:

《电磁场与电磁波》引入高斯定理时, 一般通过矢量关系:

可以看出, 《电磁场与电磁波》更注重理论公式的推导, 一般理论均以积分和微分两种形式提出, 其中微分形式更能体现矢量场与源的关系。在矢量运算时, 《大学物理·电磁学》一般以直角坐标进行描述;而《电磁场与电磁波》更多在圆柱坐标系和球坐标系中进行矢量运算。

3 基本内容的区别

《大学物理·电磁学》分别对静电场和恒定磁场进行说明后, 引入电磁感应定律和位移电流密度概念, 以麦克斯韦方程组的建立作为结束:

而《电磁场与电磁波》除麦克斯韦方程组的积分形式, 还建立麦克斯韦方程组的微分形式:

并以麦克斯韦方程组为出发点, 展开理论的应用, 研究时变电磁场的特性:建立无源区的波动方程;研究平面波在介质和导电媒质中的传播、均匀平面波的反射与透射等;研究导行电磁波、电磁辐射等。在静态场部分, 《电磁场与电磁波》通过求解二阶微分方程:

标量泊松方程:

标量拉普拉斯方程:

以标量电位作为中间量, 通过电场强度与电位的梯度关系求解电场。以唯一性定理为依据, 用镜像法、分离变量法、有限差分法等多种方法解决静态场边值问题。

4 改进教学方法之探讨

《大学物理》是学生学习的第一门与专业直接相关的基础课, 学生学习热情较高, 加之大学物理涉及的物理现象在中学阶段基本有所了解, 电磁学部分以静态场分析为主, 学时设置较充足, 学生接受起来比较容易;《电磁场与电磁波》是在学生已具备矢量分析与静态场基本计算的前提下, 对电磁场进行深入的分析, 特别是对时变场进行分析运算, 学生需要更深入的数学知识:空间分析能力与矢量微积分运算、二阶微分运算与微分方程求解能力;理论难度相应增加, 作为专业基础课, 面临难度大、课时少等问题, 同时学生反映理论枯燥、推导繁琐, 难以接受。

在教学中, 课堂教学是最重要的环节。课堂教学必须以学生为主体、教师为主导, 师生互动, 知识传授与能力培养相结合。在《电磁场与电磁波》课程的教学中, 不一定总是从理论推导入手, 也可以从实际问题或实验演示引入问题, 或者以《大学物理》已有的结论作为出发点, 应用理论知识进行推导和演绎并进行归纳总结, 得到相应的结论, 如上述真空中高斯定理, 可以直接引述式 (2) , 通过矢量散度定理:

同样得到上述式 (6) 。对于与后续课程 (《微波技术与天线》等) 有内容重叠的导行电磁波、电磁辐射等部分, 可以只选讲部分内容, 留待后续课程进行深入探讨。这样既可以突出重点、节约理论课程的时间, 又能使学生巩固先期理论, 对理论的发展和应用有更为深入的认识, 使得教学达到更好的效果。

在实际教学中, 根据学生的实际情况和对理论的掌握程度, 《大学物理》和《电磁场与电磁波》两门课程不断进行教学改革, 总的改革思想为打好基础和提高实践教学学时的比例。大学物理设置了单独的实验课程。《电磁场与电磁波》也探讨减少理论学时、增设实验实践内容等改革措施。针对《电磁场与电磁波》理论抽象、计算难度大等特点, 探索采用仿真软件 (如Matlab等) 进行辅助教学, 丰富教学手段, 提升学生的学习兴趣;计划建设相关专业实验室, 使学生通过实践教学, 直观认识电磁现象并进行专业操作与测试, 使得电磁学相关课程教学衔接更为顺畅, 更为学生今后从事相关技术工作打下基础。

5 结语

《大学物理》和《电磁场与电磁波》都是电子信息类专业的必修课程。本文针对两门课程的特点, 结合学生的实际情况, 从分析方法的引入、教学内容衔接、教学方法建议等方面对这两门课程进行教学探讨。课程改革是一项长期的任务, 任课教师必将克服困难、开拓创新, 进一步完善教学手段、实践环节等诸多要素, 以期达到更好的教学效果, 为培养技术应用型综合人才贡献力量。

摘要：《大学物理》和《电磁场与电磁波》都是电子信息类各专业的必修课程, 这两门课程在电磁学部分有一定重叠。本文针对两门课程的特点, 结合学生的实际情况, 从分析方法的引入、教学内容衔接、教学方法建议等方面对这两门课程进行教学探讨。

关键词：大学物理,电磁学,电磁场与电磁波

参考文献

[1]谭朝阳, 高玉梅.大学物理学[M].1版.武汉:武汉大学出版社, 2015:65-156.

引力波和电磁波两者之间的关系 篇2

引力波是不是电磁波

什么是“引力波”

在讲引力波之前，我们先说说大家更为熟知的电磁波。

100 多年前人类发现了电磁波，后来我们拥有了微波炉、手机信号、WIFI和GPS定位系统。

和电磁波类似，就万有引力的认识，爱因斯坦这个科学巨人认为牛顿之前的理解太naive，在爱因斯坦的相对论中，认为万有引力是一种跟电磁波一样的波动，称为引力波。

如果无法想象理解我们换个说法。爱因斯坦认为引力是由于时空的扭曲产生的。

就像是一个铁球放在一块平铺的毯子上。球放上去，毯子中间会凹陷进去(时空扭曲)，铁球越重(天体质量越大)，凹陷就会越厉害(时空扭曲越严重)。

而如果这个铁球是运动的，“凹陷”这个状态便会向周围传播开去，就像是平静的水池里丢进了一颗小石头。那么，如果有两个这样的铁球相互“旋转，跳跃，我闭着眼”呢?

就像上图所示，那种凹陷的状态会以波的形式向外传递开去。起伏，震颤，波浪……你可以用各种各样的词形容你在上图看到的“时空扰动”。这种变化以波的形式向外传播，用听起来很厉害的说法讲，就是“引力波”，换文艺点的说法讲，就是“时空的涟漪”。

但是，爱因斯坦当时这个想法并没有得到广泛认可和证实。

“引力波”有什么用

首先明确一点，它不能吃，嗯。

然后，由于引力波与物质的相互作用非常弱，在传播途径中基本不会像电磁波那样容易发生衰减或散射，这意味着它们可以揭示一些宇宙角落深处的信息，例如宇宙诞生时形成的引力辐射至今仍然在宇宙间几乎无衰减地传播，这为直接观测大爆炸提供了仅有的可能。

我们可以通过引力波，去窥探宇宙最深处、最原始的奥秘了，甚至是看到宇宙的源头!

当然，还有很重要的一点就是：证明爱因斯坦老爷子的猜想是对的!

3我们怎么探测到它

引力波非常难以测量，因为当他们到达地球的时候已经变得非常非常非常弱了……

但是，这没有难倒智慧勇敢的地球人!地球人发明了激光干涉测量的方法!

简单地说通过测量两条激光束相遇的时候所形成的干涉图样的变化来探测引力波。这些图样依赖于激光束的传播距离，当引力波穿过时会引起激光束的传播距离微小变化，通过干涉图样的变化便可以看出来了。(嗯，如果你本科做过物理光学实验……你懂的)

这种称之为激光干涉计的探测器的灵敏度，是与激光传播的距离成比例的。现在世界上有LIGO和GEO 600这两个工具，用来测量引力波即时空结构中的波动。因为探测器需要寻找的是很微弱的信号，所以需要 LIGO 和 GEO 的尺寸相当大。

而宣布探测到引力波的那个家伙有多大呢?横竖都是4km，你们感受一下。

位于华盛顿州汉福德的一台LIGO。另一台LIGO在美国路易斯安那州的列文斯顿。图片来源：i2u2.org

但是即使是这样大的尺寸还显得很捉急，它每年能遇见的引力波事件大概在万分之一件到一件之间，你看这花了几十年才探测到一次。此生为了遇见你，愿花光我平生所有运气，这大概就是这群科学家们的最佳BGM……4我们为啥这么鸡冻

美国LIGO的科学家说：“所有信号都与爱因斯坦1前所做的预言完全吻合”。爱因斯坦，你真的不是上一个宇宙文明发配到地球指点迷津的??

在电磁波被发现100多年以后的今天，引力波被找到了。它是唯一可以在高维时空中传递的波，引力波可以给我们提供我们宇宙几乎无阻挡的图景，而这个几乎是无法利用我们熟知的电磁波来达到的。比如，利用引力波，我们可以看到宇宙的最早期，宇宙大爆炸之后的1.0E-36秒开始的宇宙形成过程。

可以想象，在《星际穿越》电影中的结尾之时，主人公库珀身处一个5维时空的超体方体中，为了将从黑洞中心所提取出来的信息传递给身处4维时空的女儿墨菲，人为的制造引力波效应，成功将信息传递，从而人类得以解救。说不定在不远的将来，我们也可以依靠引力波来判断多重宇宙的存在与否。

或者和科幻小说《三体》中描述的那样，引力波被人类用于星际通讯领域，小说里的幻想会变成现实吗?

也许你要说，哎，都是科学界的事儿，跟偶们好像没什么影响哦!

大错特错!

连两个黑洞都玩着玩着就在一起了，然后产生引力波发射到地球。这算不算有史以来，在情人节前夕对单身狗最猛烈的一次冲击?!

引力波

各种各样的引力波探测器正在建造或者运行当中，比如 advanced LIGO(aLIGO)从9月份开始运行观测。

可能的引力波探测源包括致密双星系统(白矮星，中子星和黑洞)。在2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号 。

206月16日凌晨，LIGO合作组宣布：2012月26日03:38:53 (UTC)，位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器同时探测到了一个引力波信号;这是继 LIGO 2015年9月14日探测到首个引力波信号之后，人类探测到的第二个引力波信号。

在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年 ，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了引入了相互作用的传播速度有限的概念。相比之下，引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中，因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。

相关阅读：引力波的探测历史

在过去的六十年里，有许多物理学家和天文学家为证明引力波的存在做出了无数努力。其中最著名的要数引力波存在的间接实验证据——脉冲双星 PSR1913+16。1974年，美国麻省大学的物理学家家泰勒(Joseph Taylor)教授和他的学生赫尔斯(Russell Hulse)利用美国的308米射电望远镜，发现了由两颗质量大致与太阳相当的中子星组成的相互旋绕的双星系统。由于两颗中子星的其中一颗是脉冲星，利用它的精确的周期性射电脉冲信号，我们可以无比精准地知道两颗致密星体在绕其质心公转时他们轨道的半长轴以及周期。根据广义相对论，当两个致密星体近距离彼此绕旋时，该体系会产生引力辐射。辐射出的引力波带走能量，所以系统总能量会越来越少，轨道半径和周期也会变短。

泰勒和他的同行在之后的30年时间里面对PSR1913+16做了持续观测，观测结果精确地按广义相对论所预测的那样：周期变化率为每年减少76.5微秒，半长轴每年缩短3.5米。广义相对论甚至还可以预言这个双星系统将在3亿年后合并。这是人类第一次得到引力波存在的间接证据，是对广义相对论引力理论的一项重要验证。泰勒和赫尔斯因此荣获1993年诺贝尔物理学奖。到目前为止，类似的双中子星系统只已经发现了将近10个。但是此次发布会中的双黑洞系统却从来没被发现过，是首次。

探究电磁阻尼现象实验组和教具 篇3

为帮助学生理解、掌握电磁感应的相关知识，我萌生了自制教学仪器的想法。透过仪器分析这些生动有趣的现象，学生能将电磁感应、楞次定律、电磁阻尼这三方面的内容紧密地结合在一起思考，这对锻炼学生的物理思维能力、拓宽学生视野等有很大作用。

一、教具制作

本组合教具包括以下三种常见的电磁阻尼现象实验装置，制作与演示方法如下：

（一）涡流制动

1.材料：“蹄形强磁铁”（由两片长方形强磁体、U型铁块组成）、铝盘（带支持架）。

2.演示方法：如图1所示，拨动铝盘，使铝盘高速转动，让“蹄形强磁铁”靠近铝盘，铝盘在磁体两极之间的磁场中转动。可以看出，加入磁场后，铝盘转动速率明显减小，很快就停下来。

3.原理：铝盘在蹄形磁铁的磁场中转动，会在铝盘中激起涡流，涡流与磁场相互作用产生动态阻尼力，从而提供制动力矩，使铝盘迅速停下来。

4.制作要点：实验用的铝盘、连接铝盘的安放架及U型铁块，都是从废旧电能表上拆下来的。

根据电磁感应公式ε= n（ΔΦ/Δt），要产生更大的动态阻尼力，要求磁场足够大。所以需使用强磁体，以增强实验效果。

另外，局部磁场的强弱还与磁体形状有关，同时靠近两个磁极，比只能利用一个磁极的磁场要强得多，这也是制作“蹄形强磁铁”的原因。

（二）电磁阻尼管

1.材料：空心不锈钢管、圆柱形强磁铁若干、竹子段若干（作为填充物）、两个铜环（其中一个有缺口）。

2.构造：如图2所示，将强磁铁与填充物间隔着塞满空心不锈钢管。钢管下端安装底座，铜环用粗铜线绕成，以刚好穿过不锈钢管为宜，其中一个铜环两端要焊接在一起，另一个保留缺口。

3.演示方法：将两个铜环放入不锈钢管口，闭合的在上，有缺口的在下，使两个线圈沿管壁下落，闭合的铜环从不锈钢管上缓慢下落，有缺口的线圈则以近似自由落体的方式正常下落。

4.原理：闭合导体穿过磁极时切割磁感线，产生感应电流，导体受到总是阻碍相对运动的安培力的作用，所以闭合铜环的下降速度较慢。而开口铜环没有感应电流，不受安培力，按照近似自由落体的规律下落。

5.制作要点：管内磁铁与填充物应间隔均匀分布，而不能只用磁铁装满或将磁铁集中在一起。如果磁铁都集中在一起，就相当于一块很长的条形磁铁，虽然两极磁感线较密集，但中部的磁感线近似与磁铁自身平行，铜环通过这段时，磁通量变化极小，不减速，实验效果差。

铜环质量均匀，而且不能太小。质量均匀下落时才能平衡。铜环质量太小，摩擦力减速的作用本身就已很明显，安培力的作用不易分辨。

（三）电磁阻尼摆

1.材料：圆形厚铝片两块（可用旧版一角硬币代替）、圆柱形强磁铁、支架、线。

2.构造：如图3所示，将圆形铝片中心穿孔，挂在支架两侧，注意使两侧铝片处于同一高度，在其中一侧安放磁铁，磁场对准铝片。

3.演示方法：将两侧铝片拉升到同一高度，同时释放，可以看到，经过磁场一侧的摆的摆动幅度会有明显衰减，先于另一侧停下来。

4.实验原理：有磁场一侧的铝片通过磁场时，铝片的磁通量发生变化，产生感应电流，机械能转化为热能，先停下来。

5.制作要点：摆片材料所含铁杂质要足够低，且质量不能太大；磁场范围的大小应与摆片大小相当。

二、创新性

1.针对性强，效果明显。

2.成本低廉，构造简易。

电磁场和电磁波 篇4

一、Mat lab软件

Mat lab (Matrix LABoratory:矩阵实验室) 软件是由美国新墨西哥州大学的Cleve Moler博士首创的。它是建立在20世纪七八十年代流行的线性代数计算和特征值计算软件包的基础上所研发出来的。最开始的编写语言是Fortran语言, 直至后来改为了C语言编写, 改造过程比较复杂, 使用起来并不简单。而后随着Windows环境的变化Mat lab也就迅速发展起来了。Mat lab就是充分利用了Windows环境的交互性、多任务功能以及图形功能的特点, 开发了矩阵的智能表示方式, 由此创建了一种建立在C语言基础上的MATLAB的专用语, 并使得各方面的计算都变得极为简单。因此, Mat lab语言是一种较为抽象, 较为高级的计算机语言。它拥有了C语言的几乎所有优点, 但是比C语言更加接近人的抽象思维, 具有更好的开放性特征, 使用者能够根据自身需求, 利用Mat lab提供的基本工具, 灵活开发编制自己的程序。由此, Mat lab语言也越来越受到广大科研人员, 工程技术人员以及师生的认可。广泛应用于各个领域内。

Mat lab软件提供了各式的图形设计技术, 包括图形的二维、三维绘制技术, 以及图形用户接口技术等等, 并且MATLAB的某些图形指令还具有让色彩更加精细和图形思维的表现能力, 以及可视化效果极强的动态轨迹以及动画功能等, 并且Mat lab所提供的各类图形设计技术使得使用者能够不去过多地考虑技术的细节方面, 有时往往只要通过一条命令就能够得到直观形象的图形效果出来。利用Mat lab作出平面电磁波的传播图, 电场方向、磁场方向和电磁波的传播方向相互垂直, 电磁场相互激发形成电磁波, 并从远到近在Z方向传播, 可以看到动态的平面电磁波的传播过程。

二、Mat lab的基本功能

(1) Mat lab的图形绘制

利用Mat lab中的Plot3命令 (绘制三维线或者是点型图形) , 可以先设定好坐标轴:X、Y、Z的范围以及绘图数据的值, 就能够比较方便地绘制出三维曲面。而电磁方面, 我们就通过mesh (三维网格图形) 和surf (三维表面图形) 来进行三维曲面的绘制工作。在X, Y轴的平面上建立起网格坐标, 而每一个网格点上的Z坐标就定义了该曲面上的点, 然后再通过直线进行连接相邻的点, 也就构成了三维曲面。常用的指令基本上有这些:linspace (指的是构造线性分布的向量) , quiver (指的是绘制箭头图形) , surfs (常有等实现的三维表面图形) 以及subnormal (绘制曲面法线) 等等。在绘图之前要首先以mesh grid产生在X-Y平面的二维的网格数据, 再以一组Z轴的数据对应到这个二维网格当中, 即可以画出三维的曲面了。

而与三维绘图有关的还有等值线图, 相应的指令为:contour, contour3.contour是将等值线图以二维图表示出来, 它的语法方式为:contour (Z) , contour (Z, n) 其中Z是一个二维矩阵, 而n为等值线的数目。Contour3是将等值线以三维图表示出来, 与contour基本相似, 知识将对应的关键词contour改成了contour3, 其余部分相同。

(2) Mat lab的三维图形视角指定

对于电磁的空间分布, 我们经常讨论其在不同平面的分布规律, Mat lab提供了三维图形视角指定命令View。调整视角, 可以使一幅图显示出来自不同方向的观察效果。对于绘制出的三维电磁分布图, 我们可以利用这项功能观察不同坐标平面的分布规律。一般View有以下几种不同的调用方式: (1) view (az, el) , 设置观察图形的视角, 舷是指方位角 (azimuth) , 指在Z—Y平面内从, 轴负方向绕三轴旋转的角度, 逆时针为负, el是指仰角 (elevation) , 指从Y平面沿Y轴方向仰起的角度, 向Z轴的正方向的仰角为正, 单位均为“度”; (2) View (2) , 设置缺省的二维视角, 缺省值为:az=O。, el=90。; (3) View (3) , 设置缺省的三维视角, 缺省值为:az=-37.5。, el=30。; (4) [az, el]=View, 返回当前的视角。Matlab5.0以上版本增加了rotate3d (三维旋转功能) , 可用鼠标拖动立体图形在空间连续转动。要实现对观察点的高级控制, 还可以Mat lab的照相制图技术。

三、电磁场和电磁波动态模拟

电磁波是时变电磁场相互转换而来的, 它在空间中传播的状态时不被我们肉眼所看到, 但是可以依靠麦克斯韦方程以及边界调节来模拟出来, 有一点必须要提及的是, 电磁波是出于被动状态的, 它每时每刻的位置都在发生着变化。这点可以由均匀平面电磁波的电场E的表达式得知:电场E是沿着正轴Z传播的, 它是时间T和变量Z的函数。行波的动态模拟均匀平面电磁波在无线大理想介质中传播时, 能量始终都沿着一个确定的方向传播着, 称之为行波。首先依据EH的参数建立三维坐标系。因为电场、磁场的方向始终不变, 所以使电场的图形与X轴平行, 磁场的图形与Y轴平行。然后, 分别以T和Z的自变量, EH的大小为因变量设置双重循环, 并根据它们的数值, 利用Mat lab提供的实现动态动画效果的指令和函数作出动态图形。但这样得到的效果, 只能是两个图形随着时间而移动。为更形象地表现行波随着传播举例的变化, 特设置两个不同质点于电场与磁场的波形上, 使它们的移动规律也满足电磁场方程。这样, 就能够通过图形及质点的瞬间变化的样子, 再现动态行波了。

当均匀平面电磁波由理想截止I垂直入射到理想导体II表面上时, 由于在入射波的作用下, 理想截止I垂直入射到理想导体II表面上时, 由于在入射波的作用下, 理想导体表面产生了感应电流和感应电荷, 这些电流和电荷激发的层次波, 在介质I中形成反射波。入射波与反射波在介质I中叠加, 形成驻波。行波与驻波的一个显著区别在于行波的能量是沿着一个明确的方向传播的, 而驻波不能形成电磁能量的传播。动态模拟驻波形成过程的Mat lab程序要计算的是Ei (z, t) 、Er (z, t) 以及合成波E (z, t) 在Mat lab命令运行窗口中, 我们除了能够看到动态变化的行波和驻波, 还能够看到不同的波色彩的变化。

结语:

本文将Mat lab软件的强大的计算功能以及图像功能应用于电磁波和电磁场的空间传播当中, 对于电磁场和电磁波的分析研究, 科研教学等都具有极高的实用性, Mat lab软件的应用也使得我们能够更加直观的分析和理解问题。

摘要：本文根据Mat lab软件的图形技术, 动态模拟了电磁场和电磁波在空间传播中的状态, 希望能够达到概念清晰, 以及让电磁场的规律更深入的效果。

关键词：Matlab软件,电磁场和电磁波

参考文献

[1]李丹.“电磁场与电磁波”课程教学改革探[1].实验室研究与探索, 2005 (9) :157-159

磁铁和电磁铁复习课教学设计 篇5

（一）教学目标

一、科学概念

复习磁铁和电磁铁的性质。

1、磁铁有磁性，电磁铁通电也有磁性。

2、磁铁和电磁铁都有磁极，磁极的表示方法。

3、磁极之间的相互作用。

4、电磁铁的磁极可以改变以及改变的条件。

5、磁铁和电磁铁的磁力大小，电磁铁的磁力大小可以改变以及改变的条件。

6、通过比较有效地巩固磁铁和电磁铁之间关系。

二、过程与方法

1、通过指南针的原理，复习并引出磁铁。

2、通过填写表格，复习磁铁和电磁铁之间的关系。

3、学生通过做练习卷，巩固单元知识技能和实验分析方法。

三、情感态度价值观

1、激发学生复习科学的兴趣，培养学生科学复习的良好习惯。

2、掌握自然规律能更好地生产和生活。

（二）教学准备

教师：教学课件 学生：练习卷1张/人

（三）教学过程

教学环节 环节一：

课前谈你知道我国的四大发明吗？ 话，明确要求

教师

听 回答

学生

1、你知道其中的指南针是根据什么科学原理制成边看边想

环节二： 的吗？

出示四大

2、指名回答 发明的图回答补充 片

3、那么关于磁铁你已经知道哪些知识？

磁铁、电板书 磁铁的图

4、过渡，对电磁铁你又有哪些了解

回答补充

重点板书

1、磁铁和电磁铁都有磁性、磁极和磁力，它们之独立思考

环节三： 间有什么不一样的地方吗？

认真填表

交流讨

2、请完成基础检测站的表格

论，复习磁铁和电提示填写方法 磁铁之间反馈补充板书 的异同点

1、做练习题。

独立做题，完成基础检测 反馈

环节四：

2、巡视指导。

巩固练

3、组织交流

习，4、完成实验探究园1和2 讲评解惑 今天这节课，我们回顾了《磁铁和电磁铁》相关

听

观看欣赏 的知识。其实人们利用这些原理发明了很多东西，如电磁继电器、磁悬浮列车、电磁起重机、记录环节五： 课堂小结 信息等等……用学到的科学知识去帮助人们解决

思考回答

拓展延伸 生活中的难题，课后继续寻找生活中的电磁铁的练习纸

电磁场和电磁波 篇6

关键词：电气线路互联系统 电磁防护 电缆 连接器

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0089-02

随着现代民用飞机航空电子技术的发展与应用，各个系统正在向着多电化以及全电化方向发展，飞机的电气线路互联系统（EWIS）的复杂程度越来越高，涉及专业范围越来越广，飞机电磁防护问题日显突出。在恶劣的电磁环境中，电磁干扰轻则影响机载系统和设备的性能；重则可能造成飞机的重大事故。电缆和连接器作为EWIS的重要电气元件，其设计的好坏，直接影响着EWIS电磁防护设计的效果。

1 适航要求

2007年底，美国联邦航空当局（FAA）颁布的25-123修正案中正式提出EWIS概念，即任何导线、线路装置，或其组合，包括端点装置，安装于飞机的任何部位用于两个或多个端点之间传输电能（包括数据和信号）。修正案在FAR25部中新增了H分部—EWIS，将以往分散于各个系统中的EWIS设计要求单独归纳成部。

FAR 25部对EWIS电磁干扰防护做出了相关规定，如25.1707规定：每个EWIS的设计和安装必须使任何在飞机上可能发生的电气干扰，不会对飞机或其系统造成危险影响；承载大电流的电线和电缆（及其相关的EWIS部件），其设计和安装必须确保足够的物理分离和电气隔离，使得在故障情况下，对主要功能相关电路的损害最小[1]。因此，有必要对EWIS重要元件—电缆和连接器采取电磁防护设计，减少EWIS方面的电磁干扰以保证飞机的安全性和可靠性。

2 电缆电磁防护设计

电缆作为连接电气设备、传输电能或数据的重要载体，常具有较长的物理尺寸，不但容易受到外界干扰源的电磁干扰，也可能作为干扰源向外发射干扰信号。因此，对电缆本身进行电磁防护设计有助于减小电磁干扰，从而达到保护系统正常工作的目的。使用金属屏蔽层以及对电缆进行分类敷设安装是电缆电磁防护设计的重要手段。

2.1 电缆屏蔽光覆盖率

电缆电磁屏蔽效果通常取决于金属屏蔽编织层在电缆外部覆盖的百分比，光覆盖率为屏蔽层上的孔洞数量的表示方法。屏蔽光覆盖率越高，屏蔽层上的孔洞数量越小，电缆屏蔽层的屏蔽效果就越高。外界电磁能量能够穿透电缆屏蔽层上的小孔或缝隙而进入电缆内部，在电缆芯线上产生电磁干扰使传输信号失真从而影响系统，反之电缆芯线上传输电信号产生的电磁能量也同样会穿透孔缝而影响其他电缆或电气设备的正常工作。因此，屏蔽电缆光覆盖率的选择对于电缆的电磁防护设计尤为重要。电缆屏蔽光覆盖率最小应为85%，具体可依系统关键性、工作频率以及安装区域的电磁环境进行选择。电磁暴露区通常指飞机起落架区域、翼身整流罩、襟翼、垂尾及平尾区域等区域，电磁保护区通常是指飞机增压区包括客舱、货仓等区域。

2.2 电缆分类及敷设安装设计

电缆中承载的电流会在临近的电缆芯线中产生干扰，称为串扰。控制串扰影响的方法有很多，其中最有效的方法就是增加电缆间的距离。因此多根电缆并行敷设时，按照承载电流的信号进行分类，确定每根电缆的隔离代码并按电磁敏感程度排序，同时在空间允许的情况下，电缆应尽量分组成束并保持合适的距离以确保布线隔离符合安全性要求。

电缆隔离代码通常包含电磁兼容分类代码、系统/电源余度代码以及额外的系统敷设代码。电磁兼容分类代码主要根据承载电流的电压、载流量以及电路频率等特性把电缆分类，并考虑不同类别导线的电磁敏感度以及发射特性。敷设代码是用于识别像飞控（电传）、燃油测量系统、发动机控制与监测等特殊系统的电缆，这些系统易受外界电磁干扰影响，除使用金属屏蔽保护外，应与其他系统电缆分离敷设。

电缆敷设时，相同隔离代码的导线可被绑扎敷设在一起组成线束，彼此间没有空间隔离。不同隔离代码的线束之间，结合电磁敏感程度因素以及上述三种隔离代码隔离间距的要求，采用最大隔离距离敷设。尽可能确保不兼容导线/电缆不被绑扎在一起，如果此要求不能完全满足，应使绑扎在一起的不兼容导线在敷设时尽快分离[2]。

为减少由线束回路产生的电磁干扰，电缆敷设应尽量靠近飞机金属结构（包括金属蒙皮、隔框、长桁、地板梁等），并远离机身开口区域，如：机窗、舱门、维修口盖等；如果电缆敷设在开口区域或主金属结构可提供的屏蔽作用很小的区域时，电缆外部应增加金属外屏蔽层。在驾驶舱，电缆应敷设在仪表板后部、遮光罩下部，并尽量靠近金属机身和风挡的下部。敷设在电磁暴露区关键系统的导线必须具有双层屏蔽，敷设在机身内部关键系统电缆应敷设在金属走线槽内或具有一层屏蔽。

3 连接器电磁防护设计

连接器是实现设备之间或线束之间电气连接的部件。合理选择与使用连接器是所有飞机EWIS系统设计的重要部分。连接器的电磁防护设计很大程度上对飞机安全性和可靠性造成影响。对于连接器电磁防护，除考虑连接器壳体材料和表面处理方式等自身因素外，还需考虑屏蔽电缆端接方式、连接器插针布局以及连接器与结构搭接等因素。

3.1 连接器屏蔽端接设计

屏蔽电缆抑制干扰的能力除与其屏蔽层自身属性有关外，还与屏蔽层的端接方式密切相关。即使同一种电缆，由于传输信号的频率不同，屏蔽层也应采用不同的端接方式。在工程上，电缆屏蔽层的端接必须根据具体情况来确定。

屏蔽层端接方式主要分为pigtail式端接和360 °屏蔽端接。pigtail式端接是将屏蔽引线以接线柄方式搭接到连接器尾附件或就近的金属结构上。如果采用pigtail式端接，引线可等效为电感，则线束屏蔽层产生的干扰电流将在引线上产生共模电压，通过屏蔽层与电缆芯线之间的杂散电容而作用在芯线上，另外也会通过芯线与引线之间的耦合而在芯线上产生电磁干扰。但由于其结构形式简单，对现场工艺要求不高以及重量轻等特点，广泛用于对系统要求不高的情况。360 °屏蔽端接是指将电缆或线束的金属屏蔽层与连接器尾附件金属表面环绕接触。360 °屏蔽端接通常用于以下三种情况：（1）多根电缆组成线束使用的外金属屏蔽层在连接器尾附件处的屏蔽端接；（2）同轴电缆屏蔽层在连接器尾附件处的屏蔽端接；（3）线束中单独多芯屏蔽电缆使用特殊金属环在连接器尾附件处的屏蔽端接。如果采用360 °屏蔽接地，电缆屏蔽层的电流将通过连接器外壳流入大地，屏蔽层与外壳之间没有共模电压产生，且屏蔽层上无电磁泄漏窗口，因此电磁防护最好的办法是屏蔽层在连接器处以360 °方式端接。

屏蔽层端接方式的选择也与系统关键性、工作频率、安装区域的电磁环境有关。如果线束从电磁暴露区进入电磁保护区时，则线束屏蔽应采用360 °端接。同轴电缆的屏蔽层接地不能使用pigtail式，否则无法给信号提供良好的共模抑制或降噪能力，且还会引起电缆绝缘层的退化和电缆特性阻抗的不匹配。

3.2 连接器其他电磁防护设计

连接器插针布局，需要考虑所连接导线的电磁防护要求。应尽可能确保电磁兼容的导线使用同一连接器，当无法满足时，优化插针布局使干扰最小，防止因插针分配不当造成电路之间的相互影响，例如尽量避免交流115 V、400 Hz的插针与低功率插针（如直流28 V和5 V）相邻布局。工程上选用足够插针数的连接器，充分利用空针或接地备用插针隔离不同电磁类别的导线。由于射频电路易与其他电路产生干扰，所以同轴电缆应尽量单独使用同轴连接器。此外，音频信号线应和其回路安排在相邻的插针上，输入信号线和输出信号线不允许绑扎在一起通过同一个连接器。

连接器与金属结构之间的搭接也会影响EWIS设计的电磁防护，工程上要求连接器外壳到机身参考地之间应采用直接接触形式搭接，且搭接阻抗需小于2.5 mΩ，以维持电缆屏蔽层的完整性和保持电缆低损耗传输的特性。

4 结语

解决好电缆和连接器的电磁防护问题是一项系统工程，不仅需要考虑导线和连接器本身的电磁防护设计，还应考虑EWIS系统内部件之间协同工作时的电磁防护要求以及EWIS与其他系统互联而产生的电磁防护设计要求。此外，飞机上某些区域由于空间限制或其他原因，无法满足设计要求时，可采取其他效果相当的措施电磁防护偏离设计，但必须通过相应的分析或试验验证，证明其不会危及飞机的安全运行。由于篇幅有限，仍然存在不少问题和不足之处尚待更深入研究和探讨。

参考文献

[1]FAA.CFR Part25.Airworthiness Standards：Transport Category Airplanes[S].FAA.2008.

电磁干扰的危害和电磁兼容性设计 篇7

一、电磁干扰对人类的危害

1电磁干扰是无线电的大敌

在上世纪五十年代, 一部50W的短波电台通信距离可达1000km, 到了八十年代, 一部250W的短波电台通信距离一般小于500km, 其根本原因是八十年代电磁干扰比五十年代增强了许多倍。现代社会日益增多的电磁干扰正在侵入地球空间的每一个角落, 像毒雾般污染无线电频谱资源。无线电通信首当其冲地受到电磁干扰的危害, 受害规模越来越大。

2电磁干扰刺激功率竞赛, 加剧电磁污染

无线电通信需要一定的信号噪声比, 电磁干扰大, 信噪比就会下降, 使无线电通信距离变短。为保证一定的通信距离, 只好增大发射机功率, 以保证接收机所需要的信噪比。这就是八十年代250W短波电台勉强完成五十年代50W短波电台工作的原因。发射机数目逐年增多, 功率随之加大, 电磁干扰场强也不断增大。面对这种状况, 人类会不会陷入“发射机功率增大和数量增多→电磁干扰场强增大→信噪比下降→再次增大和增多发射机功率和数目”的恶性循环!这确实是一个值得注意的问题。电磁干扰危害的加剧, 可能会刺激发射机功率和数目竞赛, 复又导致更严重的电磁污染。

3电磁干扰日益社会化

电磁干扰社会化趋势, 给人民生活带来许多不便。从机场起飞或降落的飞机会对下面的电视机产生严重干扰, 飞机起降时地处飞机下面的居民区电视图像抖动;使用大功率无绳电话、手机、家用游戏机等能发射电磁波的电子装置时, 电视屏幕上会出现讨厌的明暗条纹、雪花、闪烁和抖动;病房内使用手机很容易引起电子心脏起搏器停搏、输液泵电子开关误动作, 中断病人输液等, 直接危及病人的安全。电磁干扰日趋社会化, 给人们的和平生活带来不安和危险。

电磁干扰与无线电是一对孪生兄弟, 人类发明了无线电它便诞生了。无线电频谱线上每一个频率只能供一个客户使用, 如果在有限的空间内, 两个以上客户同时使用一个频率, 就会产生干扰。由于收信、发信均占有一定的带宽, 这就增大了干扰机会。电磁理论指出, 一切用电设备在运转的过程中均会伴随着电磁现象发生, 并以电磁场形式向四周传播。例如, 日光灯开启瞬间, 收音机会传出“喀, 喀喀”声音。这是由于电灯开关和荧光灯起辉闪烁瞬间有电磁干扰辐射场产生, 被收音机接收而发出声响。当今社会的生产与生活已经实现电子化、电气化和自动化, 伴随产生的无用的电磁场就像烟雾一样笼罩着地球, 无所不在, 无处不有。因此, 环保科学把电磁辐射列为继水污染、空气污染、噪声污染、环境污染之后的第五公害, 称之为电磁污染。

二、电磁干扰对电子装置造成的危害

电磁干扰对电子设备造成的各种损失是通过电子装置有效性能或技术指标下降来体现的。

1降低技术性能指标

(1) 话音系统

无线和有线电话, 受到电磁干扰会使信号发生畸变失真, 严重时可完全被电磁干扰淹没。电磁干扰使语言清晰度变坏, 电磁干扰越强, 信噪比越小, 语言清晰度越差。

(2) 图像显示系统

雷达显示器、传真、电视、图示和字母数字读出器等图像显示系统, 在电磁干扰作用下会变得模糊并出现差错。轻微干扰也会使图像质量变差、清晰度变低和误差变大。而出现严重干扰时则根本无法判读和观看。

(3) 数字系统

电磁干扰使数字系统误码率增大, 降低了信息的可靠性, 严重时会发生错误和信息丢失。由于电磁干扰的存在, 无线电通信误码率只能维持在10-5水平 (一般数据传输误码率在10-7水平, 电子计算机内总数据传输误码率在10-12水平) 。

(4) 指针式仪表系统

传统电子设备和仪器仪表中有许多是指针式的。电磁干扰会使指针指示错误、抖动和乱摆, 降低系统使用功能。

(5) 控制系统

自动控制系统受到电磁干扰时, 可能出现失控、误控或误动作, 使控制系统的可靠性和有效性降低, 并危及安全。控制系统中除灵敏电子设备、装置和电路对电磁干扰敏感外, 灵敏电机、电器 (如低压电磁开关、继电器、微型电机等) 也对电磁干扰十分敏感而成为电磁干扰接受器。

2电磁兼容性故障

电磁干扰降低系统 (设备) 技术性能指标的现象极为普遍。日常生活中最容易受到干扰的就是电视机和收音机, 但当干扰源关机或者远离时干扰随之消失, 一切又都恢复正常。出现灾难性电磁干扰危害, 被称为“电磁兼容性故障”。

3误燃

电磁干扰使金属之间因电磁感应电压而产生电火花或飞弧, 引燃该处易燃气体导致易燃物燃烧。燃油等易燃液 (气) 体在容器内或管道内流动摩擦产生静电积累, 在一定条件下发生静电放电也可能误燃。

4误爆

电爆装置暴露在强电磁干扰的环境中有可能发生误爆。在安装有电爆装置的系统设备中, 同电爆装置相连接的导线电缆、金属构件、器件等, 由电磁干扰产生的感应电流或来自其它设备的电磁干扰传导电流施加到电爆装置上时, 就可能发生误爆。电磁干扰误爆会使功能爆炸失控、早爆和误爆, 危及系统设备和人员的安全。

5电磁泄密

电磁干扰中含有大量信息, 电脑产生的电磁辐射中就含有各种数据信息。除经过专门反窃密设计的电子系统设备外, 一般电子系统设备均有电磁泄漏。现代侦测系统很容易从电磁干扰中得到重要信息。电磁干扰辐射可能造成政治、军事、经济和工业等保密信息的泄密。

6电磁暴露

电磁干扰是严重的电磁暴露。国家利益需要的科研、军事、工业等隐蔽设施项目, 在成果尚未投入使用前, 试制调整试验过程产生的外泄电磁干扰可能会造成电磁暴露。

7电磁辐射危险

电磁波作用到人体和动植物上, 可以被反射、吸收和穿透。这种非电离射频辐射生物效应, 一直被人类关注。因为在一定条件下, 电磁辐射可导致中枢神经系统机能障碍和植物神经功能紊乱、眼睛损伤、诱发癌症或免疫缺陷性疾病。电磁辐射危险, 强场比弱场严重, 高频比低频严重, 时间长比时间短严重。人类应远离大功率设备, 但也不应忽视小功率危险。

三、电磁兼容性设计

电子、电气产品电磁兼容性设计的目的, 是使产品在预期的电磁环境中能正常工作、无性能降低或故障, 并具有对电磁环境中的任何事物不构成电磁干扰的能力。电磁兼容性设计的基本方法是指标分配和功能分块设计。也就是说, 首先要根据有关标准和规范, 把整个产品的电磁兼容性指标要求, 细分成产品级的、模块级的、电路级的、元器件级的指标要求;然后, 按照各级要实现的功能要求和电磁兼容性指标要求, 逐级进行设计, 采取一定的防护措施等。如果在产品的开发阶段, 同时进行电磁兼容性设计, 就可以把80%—90%的电磁兼容性问题解决在产品定型之前。那种不顾电磁兼容性, 只按常规进行产品设计, 然后对样品进行电磁兼容性技术测试, 发现问题再进行补救的做法, 非但在技术上会造成很大问题, 而且还会造成人力、财力的极大浪费, 这是—种非常冒险的做法。所以, 对于任何一种产品, 尽早进行电磁兼容性设计都是非常必要的。

1电磁兼容性设计的方法

(1) 有源器件选择与电子电路分析

在完成产品的电子线路设计后, 应对各有源器件和电子电路进行仔细分析, 特别注意分析那些容易产生干扰或容易受到干扰的器件和电路。一般来说, 高速逻辑电路、高速时钟电路、视频电路和一些含有电接点的电器等, 都是潜在的电磁干扰源, 这些电路以及微处理器、低电平模拟电路等也很容易被干扰而产生误动作;组合逻辑电路、线性电源及功率放大器等, 则不易受到干扰的影响。模拟电路具有一定的接收频带宽度, 如果电磁干扰的有效频带全部或部分地落在模拟电路的接收带宽内, 则干扰就被接收并迭加在有用信号上, 与之一起进入模拟电路, 当干扰与有用信号相比足够大时、就会影响设备的正常工作。一些频带宽度达几兆赫的视频电路通常还同时成为干扰源;模拟电路的高频振荡也将成为干扰源, 因此要正确选择相位和反馈, 以避免自激振荡。数字电路工作在脉冲状态, 其高频分量可延伸到数百兆赫以上。另一方面, 外来干扰脉冲很容易使数字电路误触发。所以, 数字电路既是干扰源, 又容易受到干扰。选用较低的脉冲重复频率和较慢的上升/下降沿, 将降低数字电路产生的电磁干扰。由于只有当干扰脉冲的强度超过一定容许程度后, 才能使数字电路误触发, 这种“容许程度”就是敏感度门限, 包括直流噪声容限、交流噪声容限和噪声能量容限。CMOS和HTL电路具有效高的噪声容限, 应优选使用。在对有源器件的电磁干扰发射特性和敏感特性进行筛选, 并对电子电路进行改进后, 应对干扰源电路, 易受干扰影响的电路进行分类和集中, 以减小相互影响和便于采取防护措施。

2印制电路板设计

数字电路是一种最常见的宽带干扰源, 而瞬态地电流和瞬态负载电流是传导干扰和辐射干扰的初始源, 必须通过印制电路板设计予以减小。当数字电路工作时, 其内部的门电路将发生高低电压之间的转换, 在转换的过程中, 随着导通和截止状态的变换, 会有电流从电源流入电路, 或从电路流入地线, 从而使电源线或地线上的电流产生不平衡而发生变化, 这就是瞬态地电流, 亦称ΔI噪声电流。由于电源线和地线存在一定电阻和电感, 其阻抗是不可忽略的, ΔI噪声电流将通过阻抗引发电源电压的波动, 即ΔI噪声电压, 严重时将干扰其它电路或芯片的工作。为此, 应尽量减小印制板地线和电源线的引线电感, 如果使用多层板中的一层作为电源层, 另选合适的一层作为接地层, ΔI噪声电压将减至最小。瞬态负载电流是由于门电路驱动线对地电容和门电路输入电容在数字电路转换时所产生的瞬变电流。瞬态负载电流与瞬态地电流复合后构成传导干扰和辐射干扰。所以应尽量缩短驱动线的长度和选用单门输入电容小的门电路。为了控制印制电路板的差模辐射, 还应将信号和回线紧靠在一起, 减小信号路径形成的环路面积。因为信号环路的作用就相当于辐射或接收磁场的环天线。共模辐射是由于接地面存在地电位造成的, 这个地电位就是共模电压。当连接外部电缆时, 电缆被共模电压激励形成共模辐射。控制共模辐射, 首先要减小共模电压, 例如采用地线网络或接地平面, 合理选择接地点;其次可采用板上滤波器或滤波器连接器滤除共模电流;也可以采用屏蔽电缆抑制共模辐射, 但应注意使屏蔽层与屏蔽机箱构成完全的屏蔽体, 才能取得较好的效果。当然, 降低信号频率和电平也是减小辐射的重要措施。为了减小印制板导线的辐射, 设计时还应满足20H准则, 这里, H是双面板的厚度, 即元件面应比接地面缩小20H宽度, 避免因边缘效应引起的辐射。高频或高速电路还应满足2W准则, 这里, W是印制板导线的宽度, 即导线间距不小于两倍导线宽度, 以减小串扰。此外, 导线应短、宽、均匀、直, 如遇转弯, 应采用45°角, 导线宽度不要突变, 不要突然拐角。

应当注意, 单面板虽然制造简单、装配方便, 但只适用于一般电路要求, 不适用于高组装密度或复杂电路的场合;而双面板适用于只要求中等组装密度的场合;因此应当优选多层板, 并将数字电路和模拟电路分别安排在不同层内, 电源层应靠近接地层, 干扰源应单独安排一层, 并远离敏感电路, 高速、高频器件应靠近印制板连接器。

有源器件选择与电子电路分析以及印刷电路板设计, 是使产品达到电磁兼容性指标要求的关键, 必须予以足够的重视。完成印制电路板设计后, 应使得板上各部分电路都能正常工作.相互之间不会产生干扰, 并能减小电磁干扰发射, 提高抗干扰性能。

3地线设计

地线设计是最重要的设计, 往往也是难度最大的一项设计。“地线”可以定义为信号流回源的低阻抗路径, 它可以是专用的回线, 也可以是接地平面, 有时也可以采用产品的金属外壳。理想的“地”应是零电阻的实体, 各接地点之间没有电位差。但在实际产品内, 这种“地”是不存在的, 任何“地”或“地线”既有电阻又有电抗, 当有电流通过时, 必然产生压降, 使地线上的电位如同大海中的波浪一样, 此起彼伏, 并非处是零电位, 两个不同的接地点之间就存在地电压。因此, 当电路多点接地、并且电路间有信号联系时, 就将构成地环路干扰电压, 并在信号连线中产生共模电流, 叠加在有用信号上一起加到负载端, 由于电路的不平衡性, 每根连线上的电流不同, 还会转换成差模干扰电压, 对电路造成干扰。为了减小地环路干扰, 一般可采用切断地环路的方法。但这样做仅在低频时有效, 当频率较高时, 电路板与机壳之间的分布电容仍有可能构成地环路。此外, 可以用平衡电路代替不平衡电路, 使电路间信号连线上的共模电流相等, 而不会转换成差模干扰电压。也可以在两个电路之间插入隔离变压器、共模扼流圈或光电耦合器等, 均可取得一定效果。目前流行的方法是在屏蔽机壳上安装滤波器连接器, 由于它的每根插针或每个插扎上都装有一个低通滤波器, 可以有效地滤除因地环路干扰引起的高频共模电流。此外, 在两个电路之间的连线或电缆上套以铁氧体磁环, 也可以有效地滤除高频共模干扰。

大型复杂的产品中往往包含多种电子电路以及各种电机、电器等干扰源, 这时地线设计需按以下步骤进行:

(1) 分析产品内各电路单元的工作电平、信号类型等干扰特性和抗干扰能力;

(2) 将地线分类, 例如分为信号地线、干扰源地线、机壳地线等, 信号地线还可分为模拟地线和数字地线等;

(3) 画出总体布局图和地线系统图。

4综合使用接地、屏蔽、滤波等措施

要有效地抑制电磁干扰, 必须综合使用接地、屏蔽、滤波等措施。

静电屏蔽的必要条件是屏蔽体接地, 为了同时屏蔽磁场和高频电场, 当然, 也应将屏蔽体接地。而电磁屏蔽则是用屏蔽体阻止电磁波在空间传播的一种措施, 为了避免因电磁感应引起屏蔽效能下降, 屏蔽体也应接地。同时, 为了避免地电压在屏蔽体内造成干扰, 还应当单点接地。屏蔽电缆是在绝缘导线外面再包一层金属薄膜, 即屏蔽层。屏蔽层的屏蔽效能主要不是因反射和吸收所得到的, 而是由屏蔽层接地所产生的。也就是说, 屏蔽电缆的屏蔽层只有在接地以后才能起到屏蔽作用。如果把屏蔽层接地, 则干扰被短路至地, 不能再耦合到馈线上, 屏蔽层起到了屏蔽作用。但电缆用于磁场屏蔽时则要求屏蔽层两端接地。对于低频电路, 可单端接地, 当信号源公共端接地, 放大器不接地时, 屏蔽层应接信号源公共端。对于高频电路, 应双端接地, 而且当电缆长于1/20波长时, 应每隔1/10波长距离接一次地。屏蔽层接地的方法是使屏蔽层与连接器屏蔽外壳呈360度良好焊接;同时, 将连线器屏蔽外壳与屏蔽机壳严密相连, 使屏蔽电缆成为屏蔽机箱的延伸, 才能取得良好的屏蔽效果。由此可见, 屏蔽与接地是有密切关系的。

电磁干扰入侵屏蔽体的主要途径是I/O接口和电源线输入口。实际上, 屏蔽体内部的电磁干扰可以耦合到连接I/O接口的导线或电缆以及电源线上, 并产生干扰电流, 传导到屏蔽体外, 造成传导干扰和辐射干扰;同样, 外界电磁干扰也可以通过连接到I/O接口的导线或电缆以及电源线传导进入屏蔽体, 或通过电磁感应产生干扰电流进入屏蔽体, 同时又对屏蔽体内造成辐射干扰。为了抑制干扰电流流入或流出, 使屏蔽体保持较高的屏蔽效能, 可以在I/O接口和电源线输入口分别采用滤波器连接器或馈通滤波器。此外, 屏蔽体上安装的蜂窝状通风窗口是由截止波导管组成的高通滤波器, 当面板上需要穿过可调器件的非金属轴承时, 也可以将轴承穿过截止波导管。用导电玻璃制成的屏蔽视窗, 实质上也是高通滤波器。由此可见, 为了保证屏蔽效能, 屏蔽与滤波是密切相关的。

除了特别说明允许不接地的滤波器外, 各类滤波器都必须接地。因为滤波器中的共模旁路电容只在接地时才能有作用。特别是л型滤波器, 当接地不良时, 等于将电容和电感并联, 完全失去了滤波作用。此外, 安装滤波器时, 还应借助于屏蔽, 将输入端和输出端完全隔离, 才能发挥滤波器的抑制作用。所以滤波与接地、屏蔽都有密切的关系。

参考文献

[1]蔡建国, 杨忠旭.电子设备结构与工艺[M].武汉:湖北科学技术出版社, 2003.

[2]邱川弘.电子技术基础操作[M].北京:电子工业出版社, 1998.

[3]盛菊仪.电子产品的工艺管理及技术[M].北京:高等教育出版社, 2000.

电场、磁场和电磁场的环境问题 篇8

近年来, 随着我国经济的不断发展, 用电需求与日俱增。为了满足市场的用电需求, 各种高压输电工程正在建设中。在进行工程建设的同时, 由于人们没有掌握相关的电磁知识, 并且对电磁辐射缺乏科学的认识, 对输变电设备产生的工频电场、磁场存在一定程度的误解, 甚至与核辐射相联系。进而造成输变电工程电磁环境引发的问题日益突出, 相应的环保纠纷也随之而来。

1 电磁场概述

1.1 静电场和恒定磁场

在电荷周围存在某种人类肉眼看不到的物质, 这种物质就是电场。相对于观察者来说, 如果电场是静止的, 并且随着时间的变化, 其电荷所带的电量保持不变, 这种电场被称为静电场。通常情况下, 根据静止电荷在电场中的的受力情况来反映电场的强弱程度, 也就是说, 借助一个带电体在电场中的受力来确定电场的性质。场强是表征电场强弱程度的物理量, 通常用符号E表示, 它是一个矢量:

式中f (x, y, z) 表示带电体qt在点f (x, y, z) 所受的力。

电荷的定向移动形成电流, 在电流的周围存在着电场和磁场。随着时间的变化而保持不变的磁场, 即为恒定磁场。借助场中运动电荷的受力情况对磁感应强度进行反映, 它是一个矢量, 用B表示。在磁场中引入磁场强度H, 则

μ为相对磁导率。在空气中, μ=μ0。

1.2 时变电、磁场

所谓时变场是指随时间变化而发生变化的电磁场。电磁场之间的相互关系: (1) 电场和磁场是统一的。 (2) 变化的电场产生磁场, 变化的磁场产生电场。电磁感应现象是由法拉第发现的, 同时得出电磁感应定律:当穿过导体横截面的磁通量发生变化时, 在导体中就会形成感应电流, 即

根据变化的电场与变化的磁场之间的转换关系, 可知电场和磁场不断向空中传播, 进而形成电磁波, 如图1所示:

2 辐射场分析

2.1 传播能量分析

2.1.1 场量传播特性。

标量电位φ和向量磁位A是表征电场和磁场特性的物理量, 经过一系列的验算, 得出在场中, 在时刻t, 某点P的动态位以及此点的场值, 决定着前一时刻 (t-rv) 时波源的情况。电磁波的波源随着时间作正弦变化, 角频率为ω, 空间的各场量、动态位也做正弦函数变化, 滞后时间为rv, 相位滞后角为ωrv=kr。通过分析与计算, 在数值上, P点的动态位与波源所推迟的时间之比, 与电磁波从波源传播到P点所需要的时间相同。

2.1.2 能量的传播。

我们知道, S作为坡印亭向量, 是一个表征功率密度的物理量:

(4) 式中物理量H和E可以根据动态位A求得。表达式中各分量H和E, 分别与kr、k2r2和k3r3成反比, 各项的作用因kr不同而有所差异。当距离波源较近时, 也就是在rλ/2π时, 场量中起作用的是 (kr) 方次较高的那些项。如果忽略 (kr) 方次较低的项, 在似稳场中, 各点的坡印亭向量的平均值为零:

通常情况下, 能量可以沿着输电导线的方向进行传播, 但是, 一, 能量在传播的过程中, 不可能与输电线路的方向相互脱离;二, 能量在输电线路方向上是同步瞬时传输的, 并且仅在导线附近传输。场中 (kr) 方次较低的那些项, 在远场条件下起主要作用, 并且随着距离的增加磁场强度逐渐衰减, 这部分电磁场才是“辐射场”。电磁场与波阻之间的关系, 如图2所示:

2.2 相关术语

(1) 电磁辐射。通常情况下, 随着时间的变化, 电流或电荷发生变化, 并且一部分电磁能量进入附近的空间, 人们将这种现象称电磁辐射。关于电磁辐射的含义, 在《电磁兼容术语》 (GB 4365-2003) 中有两种解释, 一种是能量由源通过电磁波的形式发射到空间;另外一种是能量通过电磁波形式在空间进行传播。另外, 在《电磁辐射环境保护管理办法》中, 也有关于电磁辐射的介绍, 其中, 对电磁辐射的定义为:通过电磁波的形式向空间传播能量流, 这种辐射仅限于信息传递过程中发射的电磁波, 工业、科学、医疗应用中的电磁辐射, 以及高压送变电中产生的电磁辐射等非电离辐射。 (2) 电离辐射与非电离辐射。电子与原子在强大能量的作用下彼此相互分离, 同时产生相应的辐射, 这种辐射称为电离辐射。通常情况下, 一些不稳定的原子形成辐射, 通过核释放出次级和高能光量子, 这些不稳定的原子进而变得更加的稳定。例如, 自然界中存在的镭、氡、铀、钍等天然放射性物质, α, β和γ射线是主要的辐射产物, 其中, 原子核的外层电子引起的辐射形成x射线。如图3所示, 在电磁波谱中, 一些电磁波的波长大于100nm, 受这些电磁波能量相对比较低的影响和制约, 这些电磁波不能引发水和组织电离, 人们将这种辐射称为非电离辐射。光和电磁辐射是非电离辐射的主要形式。

3 输变电设施产生的工频电场和磁场

根据波长公式:λ=C/f, 式中, λ—波长, C—光速, 值为300000km/s, f—工频值为50Hz, 通过计算求得λ为6000km。根据输变电设施的规格以及人与输变电设施之间的距离, 通常按照近电场的处理方式对输变电设施产生的电场和磁场进行处理。

3.1 工频电场

由输变电设施产生的工频电场, 其特点主要表现在以下两个方面:一方面电场强度随着离开导线距离的增大逐渐变弱, 同时, 电场强度在距地面2m的空间内几乎是均匀的;另一方面树木、房屋等会屏蔽工频电场, 进而降低电场的强度。

3.2 工频磁场

由输变电设施产生的工频磁场, 其特点也表现在两个方面:一方面随着导线用电负荷的变化, 导致线路中的电流发生变化, 进而引发工频磁场的变化, 如图4所示;另一方面随着输电线路距离的增加, 磁场强度明显地下降。同电场强度相比, 磁场强度的下降速度更快。

4 结束语

从宏观上说, 电磁场与电磁两者在辐射方面是相同的。从影响环境的角度来说, 需要明确两者的概念, 避免与“核辐射”相联系造成恐慌。

参考文献

[1]冯慈璋.电磁场 (电磁原理Ⅱ) [M].北京:人民教育出版社, 1979.

[2]国际大电网会议第36.01工作组.邵方殷译.输电系统产生的电场和磁场现象实用计算导则[M].北京:水利电力出版社, 1984.

电磁场和电磁波 篇9

ESD的放电过程可形成高电压、强电场、瞬时大电流并伴随有强烈的电磁辐射;ESD辐射电磁场的频谱范围在0～3 GHz的范围[1]。国际电工委员会规定了2种ESD抗扰度试验方法:接触式放电和空气放电模式[2], 其中空气ESD最能模拟受试设备 (EUT) 所遭遇的ESD辐射电磁场所产生的骚扰环境, 成为研究难点和热点。ESD辐射电磁场的近场以电场为主远场以磁场为主, 可从时域和频域2个方面对其进行研究[3,4,5,6]。带静电电荷物体 (放电电极) 在接近EUT时不同的接近速度会产生不同的ESD辐射骚扰[7], 这是因为电极接近速度对空气ESD的影响是通过动态改变空气间隙间距的方式来实现, 在电极接近EUT的过程有不同的放电间隙区。下面拟通过实验方法研究空气ESD辐射电磁场和放电间隙区分布规律。

1实验装置和实验方法

参考文献[8], 实验装置采用文献[7]给出的空气静电放电模拟测试装置。该装置由ESD发生器 (ESS-200 AX) 、半圆环天线、电流靶、30 dB衰减器、示波器 (TDS7154B) 和法拉第笼等组成。

实验通过放电电流靶和半圆环天线分别采集空气ESD的放电电流峰值和耦合电压, 用放电电流峰值的测量来探测空气ESD辐射电磁场的近场;半圆环天线距离放电中心合适位置, 用半圆环天线上耦合电压的测量来探测空气ESD辐射电磁场的远场。

实验电压范围在-30 ～30 kV之间, 实验电压的步长为2 kV;实验环境温度为23～25 ℃, 湿度为33%～35%、40%～42%和56%～60%3种温度条件。

文献[9]给出了1个大气压和均匀场情况空气静态击穿电压U (kV) 与间隙间距d (cm) 的关系式为:

$U=25.4d+6.64\sqrt{d}$。 (1)

实验首先根据式 (1) 估计不同放电电压发生空气击穿的最大间隙间距 (例如2 kV时约为0.193 cm) , 然后使放电电极与电流靶中心垂直, 并根据需要改变电极前端与电流靶表面之间空气隙的间距;实验电压固定后, 放电间隙从最小的0.6 mm开始, 然后按0.6 mm的步长增加间隙间距直到在该电压上探测不到空气ESD事件为止。

2实验结果与分析

2.1空气ESD辐射电磁场与放电间隙间距

上述提到空气ESD的放电电流峰值和小环耦合电压近似反映了空气ESD辐射电磁场的近场和远场, 这就可以通过放电电流峰值和耦合电压来研究空气ESD辐射电磁场与放电间隙间距之间的关系, 如图1和图2所示。

根据实验数据, 图1和图2分别给出了放电电压为4 kV、8 kV、16 kV、24 kV和28 kV时, 放电电流峰值和耦合电压随放电间隙间距的变化曲线 (其他实验条件和放电电压下其放电电流和耦合电压随放电间隙间距的变化关系类似) 。

从图1和图2不难看出, 固定间隙间距时空气ESD辐射电磁场具有以下特点:

① 放电电压一定时, 存在一个能获得最大空气ESD辐射电磁场的间隙间距;这个间隙间距不是越小越好, 例如放电电压为16 kV、24 kV和28 kV时在最小的实验间隙间距上反而没有获得最大的辐射电磁场。换句话说, 即使放电电极与电流靶表面接触即间隙间距为零的情况也不能获得最大辐射电磁场。这与空气击穿的电压和电场准则相吻合, 在“小间隙”上需要满足电压准则, 在“大间隙”上需要满足电场准则;

② 放电电压较低时, 只能在较小的间隙间距范围内获得空气ESD辐射电磁场;放电电压较高时, 可以在较大的间隙间距范围内获得空气ESD辐射电磁场, 这一点正好可以通过式 (1) 得到解释:电压低空气击穿间隙间距小, 电压高空气击穿间隙间距大。

2.2空气ESD放电间隙区分布

通过空气ESD辐射电磁场与放电间隙间距之间的关系可以发现:空气ESD存在如图3所示的“增长间隙区”、“跌落间隙区”、“平坦间隙区”和“零放电间隙区”4个放电间隙区。

在“增长间隙区”, 固定放电电压, 辐射电磁场随间隙间距的增加而增加。同理, 在“跌落间隙区”辐射电磁场随间隙间距增加而减小, 在“平坦间隙区”辐射电磁场随间隙间距增加变化不大, 在“零放电间隙区”基本上探测不到辐射电磁场, 不过在“平坦间隙区”与“零放电间隙区”之间的间隙间距上可能有暗电流存在, 间距的细微变化可能引起ESD辐射电磁场的突变。

空气放电间隙区的分布与放电电压的大小有关, 放电电压较低时, 其放电间隙区的分布不明显, “增长间隙区”、“跌落间隙区”和“平坦间隙区”相对很窄基本重叠, 这主要是因为放电电压较低时其击穿间隙本来就很小, 要在很小间隙间距上区分放电间隙区比较困难。放电电压很高时, 放电间隙区的分布十分明显, “增长间隙区”相对较窄, “跌落间隙区”相对较宽, “平坦间隙区”相对很宽。如图1所示, 4 kV时前3个放电间隙区的总区间长度小于1 mm, 而在28 kV时“增长间隙区”大约在0～1 mm之间, “跌落间隙区”大约在1～5 mm之间, “平坦间隙区”大约在5～19 mm之间。

由于放电间隙区的分布差异, 不同放电电压和不同放电间隙区下的空气ESD事件存在明显的区别。如图1和2所示, 放电电压较低时在很窄的“平坦间隙区”内的ESD辐射电磁场相当;而当放电电压很高时, 由于“平坦间隙区”很宽, 空气ESD在整个放电区的最大ESD辐射近场大约是“平坦间隙区”辐射近场的2倍, 最大辐射远场大约是“平坦间隙区”辐射远场的十几倍。由此可以想象处于“平坦间隙区”的低压和高压放电可能低压产生的ESD辐射比高压产生的ESD辐射更强, 低压比高压对EUT的辐射耦合更大, 所以对于一些现代高速微电子器件的空气ESD抗扰度试验在低压时不能通过而在高压时能通过。

2.3空气ESD与电极接近速度

从上述分析可以看到:放电电极在接近EUT的过程中要穿过“平坦间隙区”、“跌落间隙区”和“增长间隙区”等放电间隙区, 这就可以通过电极接近速度的控制使空气ESD事件发生在所希望的放电间隙区, 也可避免或利用一定间隙区的空气ESD事件。例如在高压情况其“平坦间隙区”相对很宽其优点是放电相对稳定因而可以利用这种“稳定性”, 同时如果需要得到较强的高压放电就要避免这个间隙区的放电。

放电电压较低时, 在整个速度范围内放电基本上发生在“跌落间隙区”, 由于这个区域较窄, 所以提高电极接近速度对ESD辐射电磁场的影响不明显, 但随接近速度的变化仍具有斜率相对较小的线性相关性;放电电压很高时, 可以使放电由“平坦间隙区”快速进入“跌落间隙区”, 而且由于高电压下的“跌落间隙区”较宽, 所以ESD辐射电磁场随接近速度的线性增长关系十分明显。

在“跌落间隙区”ESD辐射电磁场随间隙间距和电极接近速度的增加都有线性关系, 也就是说某个电极接近速度下产生的ESD辐射电磁场可能与某个固定间隙间距下产生的ESD辐射电磁场相对应。

3结束语

通过实验研究了固定间隙间距时空气ESD辐射电磁场与放电间隙间距之间的关系。研究发现:空气ESD存在“增长间隙区”、“跌落间隙区”、“平坦间隙区”和“零放电间隙区”4个放电间隙区;放电间隙区的分布主要与放电电压的大小相关, 且在高电压时各放电间隙区分布更明显;通过电极接近速度的控制可以获得相应放电间隙区空气ESD所产生的辐射电磁场。

参考文献

[1]刘尚合, 魏光辉, 刘直承, 等.静电理论与防护[M].北京:兵器工业出版社, 1999:194-195.

[2]IEC 61000-4-2 international standard.Geneva, Switzerland:International Electro-technical Commission[S], 2001.

[3]WU Changyu.On the Frequency Domain Specification of ESDWaveforms[J].Journal of Electrostatics, 1990 (24) :197-206.

[4]朱长清, 刘尚合, 魏明, 等.静电放电电流的频谱分析与计算[J].高电压技术, 2003, 29 (8) :23-25.

[5]WILSON P F, MA M T.Fields Radiated by ElectrostaticDischarges[J].IEEE Transactions on ElectromagneticCompatibility, 1991, 33 (1) :10-18.

[6]贺其元, 刘尚合, 陈京平.对空气静电放电的频域研究[J].军械工程学院学报, 2006, 18 (4) :25-28.

[7]贺其元, 刘尚合, 徐晓英, 等.接近速度对空气静电放电的影响研究[J].强激光与粒子束, 2007, 19 (3) :524-528.

[8]CHUNDRU R, POMMERENKE D, WANG Kai, et al.Characterization of Human Metal ESD Reference DischargeEvent and Correlation of Generator Parameters to FailureLevels—part I:Reference Event[J].IEEE Transactions onElectromagnetic Compatibility, 2004, 46 (4) :498-504.

电磁屏蔽机理和设计分析 篇10

关键词：电磁干扰,电磁兼容,电磁屏蔽

引言

随着社会的疾速发展, 人们的生活也越来越离不开电气设备。因为电工电子设备的广泛使用使人类被笼罩在电磁场的环境下的可能性越来越大, 电工电子设备产生的电磁干扰不仅会扰乱公共安全和通信设备的正常工作, 而且对于居民日常的生活甚至人身安全都会造成影响和危害。

1 电磁干扰的形成机理

电磁干扰 (Electromagnetic Interference) , 简称EMI, 即由电磁骚扰引起的设备、传输通道或传输性能的下降。电磁骚扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能下降, 或者对有生命或无生命物产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰是客观存在的一种物理现象, 其产生原因可能是外界因素, 也可能是自身的变化, 它可引起设备和系统的降级或损害, 但不一定会形成后果。而电磁干扰则是由电磁骚扰引起的后果, 造成电磁干扰的后果须有三个条件:骚扰源、导致干扰传播的途径及受害设备。因此, 要想达到设备的电磁兼容, 需要消除骚扰源或削弱它的强度, 破坏干扰传播的途径或减少干扰耦合度, 精心设计受害设备的选择性或提高其抗干扰能力。引发电磁干扰的原因可能是另一个设备或系统的有用电磁信号, 也可能是某种电磁噪声。

2 电磁屏蔽机理

电磁兼容 (Electromagnetic Compatibility) 是指设备或系统在所处的电磁环境中能正常工作, 且不对该环境中任何其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。由于电子技术在各行各业中的广泛应用, 在人类活动的空间无处不充斥着电磁波, 因此, 电子设备不解决电磁波干扰问题, 就不能兼容工作。在实际应用中, 人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验, 不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。

电磁屏蔽机理.主要包括以下几个方面: (1) 当电磁波到达屏蔽体表面时, 由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续, 对入射波产生的反射。这种反射不要求屏蔽材料必须有一定的厚度, 只要求交界面上的不连续; (2) 未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量, 在体内向前传播的过程中, 被屏蔽材料所衰减。也就是所谓的吸收; (3) 在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量, 传到材料的另一表面时, 遇到金属-空气阻抗不连续的交界面, 会形成再次反射, 并重新返回屏蔽体内。这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。总之, 电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收。

3 电磁屏蔽的技术原理

电磁屏蔽是电磁兼容技术的主要措施之一。即用金属屏蔽材料将电磁干扰源封闭起来, 使其外部电磁场强度低于允许值的一种措施;或用金属屏蔽材料将电磁敏感电路封闭起来, 使其内部电磁场强度低于允许值的一种措施。

3.1 静电屏蔽

用完整的金属屏蔽体将带正电导体包围起来, 在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量的负电荷, 外侧出现与带电导体等量的正电荷, 如果将金属屏蔽体接地, 则外侧的正电荷将流入大地, 外侧将不会有电场存在, 即带正电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。

3.2 交变电场屏蔽

为降低交变电场对敏感电路的耦合干扰电压, 可以在干扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体, 并将金属屏蔽体接地。交变电场对敏感电路的耦合干扰电压大小取决于交变电场电压、耦合电容和金属屏蔽体接地电阻之积。只要设法使金属屏蔽体良好接地, 就能使交变电场对敏感电路的耦合干扰电压变得很小。电场屏蔽以反射为主, 因此屏蔽体的厚度不必过大, 而以结构强度为主要考虑因素。

3.3 交变磁场屏蔽

交变磁场屏蔽有高频和低频之分。低频磁场屏蔽是利用高磁导率的材料构成低磁阻通路, 使大部分磁场被集中在屏蔽体内。屏蔽体的磁导率越高, 厚度越大, 磁阻越小, 磁场屏蔽的效果越好。当然要与设备的重量相协调。高频磁场的屏蔽是利用高电导率的材料产生的涡流的反向磁场来抵消干扰磁场而实现的。

3.4 交变电磁场屏蔽

一般采用电导率高的材料作屏蔽体, 并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的干扰, 又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大, 而以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素。

4 电磁屏蔽的设计措施

为了解决微电技术, 尤其是计算机在汽车上的应用和推广, 根据需要和实际要求, 可以设计出效果良好的滤波电路, 置于前级可使大多数因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处;可以设置隔离电路, 如变压器隔离和光电隔离等解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰, 同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰;也可以设置能量吸收回路, 从而减少电路、器件吸收的噪声能量;或通过选择元器件和合理安排电路系统, 使干扰的影响减小。

微机设备的软件抗干扰主要是稳定内存数据和保证程序指针。微机是一个可编程控制装置, 软件可以支持和加强硬件的抗干扰能力。如果微机系统中随机内存RAM主要用于测量和控制时数据的暂时存放, 内存空间较小, 对存放的数据而言, 若将采集到的几组数据求平均值作为采样结果, 可避免在采集时因干扰而破坏了数据的真实性;如果存放在随机内存中的数据因干扰而丢失或者数据发生变化, 可以在随机内存区设置检验标志;为了减少干扰对随机内存区的破坏, 可在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置, 只有在CPU写数据时才发。软件抗干扰的措施也很多, 如数字滤波程序、抗窄脉冲的延时程序、逻辑状态的真伪判别等。有时候, 必须采用软件和硬件相结合的办法才能抑制干扰, 常用的办法是设置一个定时器, 从而保护程序正常运行。

由于电子技术应用广泛, 而且各种干扰设备的辐射很复杂, 要完全消除电磁干扰是不可能的。但是, 根据电磁兼容性原理, 可以采取许多技术措施减小电磁干扰, 使电磁干扰控制到一定范围内, 从而保证系统或设备的兼容性。例如, 通信系统最初设计时, 就应该严格进行现场电波测试, 有针对性地选择频率及极化方式, 避开雷达、移动通信等杂波干扰;高压线选择路径时, 应尽量绕开无线电台或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽;接收设备与工业干扰源设备适当配置, 使接收设备与各种工业干扰源离开一定距离;在微波通信电路设计中, 为了减少干扰, 可采用天线高低站方式调整微波电路反射点, 并利用山头阻挡反射波, 使之不能对直射波形成干扰。另外, 微波铁塔是独立的高大建筑物, 应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。

5 结束语

电磁兼容的中心课题是研究控制和消除电磁干扰, 使电子设备或系统与其他设备联系在一起工作时, 不引起设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不辐射任何不希望的能量, 又不受任何不希望有的能量的影响。但由于电子技术应用广泛, 而且各种干扰设备的辐射很复杂, 要完全消除电磁干扰是不可能的。但是, 根据电磁兼容性原理, 可以采取许多技术措施减小电磁干扰, 使电磁干扰控制到一定范围内, 从而保证系统或设备的兼容性。

参考文献

[1]B·E·凯瑟 (美) .电磁兼容原理[M].北京:电子工业出版社, 1985.

[2]周志敏, 纪爱华.电磁兼容技术[M].电子工业出版社.

[3]陈睿琦, 康文, 齐欣.几种实用的抑制电磁干扰的方法[J].电子器件, 2004 (4) .

[4]王庆斌等, 电磁干扰与电磁兼容技术.北京:机械工业出版社, 1999.