电磁兼容——原理、干扰、测试及应用

在通信与信息系统领域，优秀的科学家和工程师需要对电磁兼容理论有深入的理解。随着电子系统小型化与智能化水平的不断提高，电磁干扰问题日益突出，电磁兼容成为电子电气工程师面临的重要挑战。为此，作者系统总结多年从事电磁兼容教学与科研的经验，编写本书。本书在系统论述基本理论的同时，结合实际工程项目进行电磁兼容分析，为读者提供翔实的案例。全书内容涉及以下主题：
电磁兼容的基本理论、测量方法和数值处理方法；
电子系统中信号频谱的基础知识；
电磁兼容中的电磁波辐射机理；
电磁兼容分析中常用的传输线理论；
传导发射与传导抗扰度，辐射发射与辐射抗扰度；
电磁兼容测试技术；
电磁干扰抑制技术；
印制电路板的电磁兼容设计实践。
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本书系统论述电磁环境与电磁兼容的原理、设计、干扰与测试技术。全书共分9章，第1章阐述了电磁兼容的基本概念及常用测量单位和测试数值处理方法；第2章介绍了信号频谱的基础知识；第3章介绍了电磁兼容中的电磁波辐射机理；第4章介绍了电磁兼容分析中常用的传输线理论；第5章与第6章分别介绍了传导发射与传导抗扰度、辐射发射与辐射抗扰度；第7章介绍了电磁兼容测试技术；第8章介绍了电磁干扰抑制技术；第9章以PCB板的电磁兼容设计为例介绍了电磁兼容设计方法。 本书适合作为广大高校电子通信类专业本科生及研究生课程教材，也适合作为从事电子系统设计的工程技术人员的参考用书。

李书芳  北京邮电大学信息与通信工程学院教授，博士生导师。毕业于清华大学电机系，获博士学位，并于北京邮电大学做博士后科研工作。中国通信学会无线及移动通信委员会副主任委员，中国通信学会高级会员，中国电子学会电磁兼容分会委员，IEEE高级会员，国际无源互调（PIM）原始标准起草组成员， 国际无线电干扰特别委员会（CISPR） H分会中国委员，无线电能传输（WPT）标准组委员， 物联网（IoT）标准组织委员会委员。多年来，围绕国家通信系统及核心芯片领域的电磁兼容问题，开展系统深入的科学研究，持续获得国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金民航联合基金重点项目、国家自然科学基金仪器重大项目、国家科技部重点研发计划等国家项目的支持。在国内外学术期刊上发表SCI检索论文100余篇，申请专利100余项。培养的多名博士生获北京市优秀博士论文及国际知名学术会议优秀论文。

第1章电磁兼容基本概念与基础

1.1电磁兼容的定义与重要术语

1.2电磁兼容技术领域

1.2.1电磁骚扰源

1.2.2传播特性

1.2.3干扰接收器的抗干扰性能

1.2.4电磁兼容分析与设计

1.3电磁干扰的危害

1.3.1强电磁场对健康的危害

1.3.2较弱的电磁骚扰的危害

1.3.3对大系统可能导致的事故

1.3.4电磁辐射污染现状与发展趋势

1.4电磁兼容领域常用测量单位

1.4.1功率

1.4.2电压

1.4.3电流

1.4.4功率密度

1.4.5磁场强度

1.4.6单位带宽归一化

1.5有效数字与数值的舍入

1.5.1有效数字

1.5.2有效数字的运算

1.5.3数值的舍入规则

本章小结

习题1

第2章信号频谱时域和频域之间的关系

2.1周期信号

2.1.1周期信号的傅里叶级数表示

2.1.2线性系统对周期性输入信号的响应

2.1.34个性质

2.2非周期波形的表示

2.2.1傅里叶变换

2.2.2线性系统对非周期信号的响应

2.3电磁噪声的频谱

2.4随机(数字)信号的频谱

2.5频谱分析仪

2.5.1基本原理

2.5.2峰值与准峰值平均

本章小结

习题2

第3章电磁兼容中的电磁波辐射机理

3.1电偶极子

3.1.1电偶极子的电磁场

3.1.2电偶极子的近区场及远区场

3.1.3电偶极子参量

3.2磁偶极子

3.2.1磁偶极子的电磁场

3.2.2磁偶极子的辐射功率及辐射电阻

3.3对称振子天线

3.3.1对称振子天线的电流分布

3.3.2对称振子天线的远区场

3.3.3对称振子天线的方向性因子及方向图

3.3.4对称振子天线的辐射功率及辐射电阻

本章小结

习题3

第4章传输线理论

4.1引言

4.2传输线方程

4.3平行导体板传输系统

4.3.1平行导体板传输系统及其传输的TEM波

4.3.2平行导体板传输系统的特性阻抗

4.3.3TEM波在平行导体板传输系统中的传播速度

4.3.4平行导体板传输系统的高次模

4.4同轴线

4.4.1同轴线及其传输的TEM波

4.4.2同轴线的特性阻抗

4.5不同负载条件下传输线的性质及其应用

4.5.1终端短路时Zin沿线的变化规律

4.5.2终端开路时Zin沿线的变化规律

4.5.3用短截线实现电感、电容

4.5.4用短截线实现串联及并联谐振电路

4.5.5λ/4阻抗变换器

本章小结

习题4

第5章传导发射和传导抗扰度

5.1传导发射测试

5.1.1人工电源网络

5.1.2共模电流和差模电流

5.2电源滤波器

5.2.1常见滤波器电路

5.2.2插入损耗

5.2.3滤波器元件对电流的影响

5.3电源

5.4传导抗扰度

本章小结

习题5

第6章辐射发射与辐射抗扰度

6.1导线和PCB的简单发射模型

6.1.1共模电流和差模电流

6.1.2总辐射电场

6.1.3差模电流辐射模型

6.1.4共模电流辐射模型

6.1.5电流探头

6.2辐射抗扰度

6.2.1辐射干扰

6.2.2导线和PCB连接盘的简单抗扰度模型

6.2.3屏蔽电缆和表面转移阻抗

本章小结

习题6

第7章电磁兼容测试

7.1电磁兼容测试综述

7.1.1电磁兼容测试的重要性

7.1.2电磁兼容测试标准

7.1.3设备的等效天线

7.1.4共模电流和差模电流

7.1.5电磁兼容测试项目

7.2测试设备

7.2.1干扰测量仪

7.2.2测量用天线

7.3测试场地

7.3.1开阔试验场

7.3.2屏蔽室

7.3.3电波暗室

7.4测试项目

7.4.1干扰的辐射发射测试

7.4.2干扰的传导发射测试

7.4.3设备的抗扰度测试

本章小结

习题7

第8章电磁干扰的解决措施

8.1接地技术

8.1.1地的概念和种类

8.1.2常见的接地方式

8.1.3地回路干扰及抑制措施

8.1.4接地系统设计

8.1.5搭接技术

8.2滤波技术

8.2.1滤波技术和滤波器的分类

8.2.2电源滤波器

8.2.3信号滤波器

8.2.4铁氧体在抑制电磁干扰中的应用

8.3屏蔽

8.3.1电磁屏蔽原理

8.3.2电场屏蔽

8.3.3磁场屏蔽

8.3.4电磁屏蔽

8.3.5屏蔽效能

8.3.6屏蔽材料

8.3.7孔缝泄漏的抑制措施

本章小结

习题8

第9章PCB的电磁兼容设计基础

9.1PCB简单介绍

9.1.1PCB的常见优点

9.1.2PCB的常见分类

9.2PCB与EMC设计

9.2.1导线和PCB走线

9.2.2电阻

9.2.3电容

9.2.4电感

9.2.5变压器

9.3PCB的接地

9.3.1安全地

9.3.2信号电压参考地

9.3.3接地方法

9.3.4PCB接地常见问题

9.4串扰

9.4.1串扰的产生原因

9.4.2避免串扰的设计技术

9.4.33W原则

9.5旁路与去耦

9.5.1旁路和去耦的概念

9.5.2并联电容

9.5.3电源层和接地层电容

9.5.4引线长度电感

9.6PCB设计案例

9.6.1设计软件介绍

9.6.2设计案例介绍

9.6.3设计PCB时考虑的因素

9.6.4从原理图加载网络表到PCB

9.6.5手工布局

9.6.6手工布线

9.6.7覆铜的使用

本章小结

习题9

参考文献

附录A常用软件介绍

随着芯片、微设备、微系统的小微化和智能化,以及无人机、服务机器人、可穿戴设备、可 植入芯片等应用的普及,电磁干扰问题日益突出,电磁兼容已成为每个电子信息、电气工程 专业学生、研究人员必不可少的重要专业素质之一。在通信与信息系统领域,优秀的科学家 和工程师往往得益于对电磁理论的深入理解及应用。 

本书系统阐述电磁兼容中的基本电磁理论、电磁兼容设计方法、电磁干扰测试技术,并 结合实际案例进行深入分析,为我国的核心芯片、军事装备等大国重器的创新研制提供理论 基础及测试验证方法。希望通过对本书的学习,为通信、航空、航天、舰船、电子、汽车等多个 领域的电磁兼容分析、设计、测试提供基础指导,提高我国核心芯片、通信、航空、航天等高端 装备、大国重器的电磁兼容分析与设计能力,为我国新一代移动通信产品、军事装备、毫米波 核心芯片等尖端产品的创新研制打下良好基础。 

本书可作为高校电子通信类专业高年级本科生或研究生的教材。本书注重基本概念、 基本原理的阐述,力求结合例题及案例分析,从解决问题、探索方法、培养兴趣的角度,阐述 数学物理机理,以便培养学生良好的数理功底和较强的解决实际工程问题的能力。 

本书基于本人20多年来从事通信信息类专业本科生和研究生电磁兼容相关课程的教 学及科研工作的积累,同时也得到电磁兼容研究及测试认证领域多位资深专家(北京交通大 学张林昌教授和沙斐教授、中国传媒大学逯贵祯教授、中国计量科学研究院吴钒研究员)的 大力指导与帮助,并且借鉴了大量国内外研究学者的最新成果。 

本书在长达5年的撰写过程中,得到北京邮电大学多位老师的指导与帮助,尤其是信息 

与通信工程学院无线通信与电磁兼容研究团队老师邓力、尹良、洪卫军等,以及多届多位研 

究生曲美君(博士,现任传媒大学讲师)、王羚(博士,现任湖南师范大学讲师)、张晨(博士 

后)、刘文清、舒竞越、张历金、陈嘉为等,他们协助我进行了大量的文字编辑、修订及校对工 作,在此表示衷心感谢!

本书得到北京市自然科学基金-小米创新联合基金项目(L233002)的资助,在此表示 

感谢。 

 

李书芳 

于北京邮电大学 

尹文言 浙江大学信息与电子工程学院求是特聘教授，IEEE Fellow

在《电磁兼容——原理、干扰、测试及应用》书中，作者结合多年的教学与科研积累，系统地阐述了电磁兼容的基本理论、设计方法与干扰测试技术等，并结合实际应用进行深入的分析，帮助读者厘清电磁兼容的概念与设计方法。该书可以作为高年级本科生、研究生与相关领域科研与工程技术人员学习电磁兼容理论与应用的教材或参考书。

杨帆 清华大学电子工程系教授

《电磁兼容——原理、干扰、测试及应用》基于电磁场、天线、微波等专业课程内容，全面系统地介绍了电磁兼容的基本概念、电磁干扰的性质与传输特点、电磁兼容测试技术，以及电磁干扰的抑制机理及设计方法。本书对于研究集成电路在航空航天、舰船电子、汽车电子等重要领域的电磁兼容设计人员具有极高的参考价值，可作为相关领域研究人员和工程技术人员的参考书，同时也适合作为高年级本科生及研究生的教材。

刘岩 中国无线电协会教授，理事长

随着无线电技术在各领域的广泛应用，电子器件与设备、通信设备与终端、工业互联网之间的电磁环境越来越复杂，电磁兼容问题越来越突出，《电磁兼容——原理、干扰、测试及应用》正是在这种情况下应运而生。该书基础理论全面设计方法科学规范、测试方法实用易行，是一本从理论到应用针对性很强的电磁兼容方面的好书。该书可作为相关专业高年级本科生、研究生的教材，也可作为相关领域人员学习电磁兼容理论和从事电磁兼容研究与工程应用人员的重要参考书。

谢鸣 中国计量科学研究院研究员

《电磁兼容——原理、干扰、测试及应用》是电磁兼容、测试领域的一部重要专著，基于作者多年从事通信类专业“电磁兼容”相关课程的教学及科研工作经验，系统阐述了电磁兼容的基本理论、设计思路和测试方法，并结合电磁兼容检测的国际标准，简明扼要地介绍电磁兼容的测试场地性能和测试设备的关键参数。本书既可以作为高等院校的教材，也可以作为科研、生产和检测机构的工程技术人员的专业参考书。

李龙 西安电子科技大学电子工程学院教授，副院长

《电磁兼容——原理、干扰、测试及应用》系统阐述了电磁兼容中的电磁基础理论、电磁兼容设计原理与电磁兼容测试技术，并结合实际案例进行理论分析与应用方案设计，为我国的芯片设计、微系统设计及军事装备等大国重器的创新研制提供了理论基础及测试验证方法。该书适合作为高年级本科生及研究生的教材及相关领域研究人员和工程技术人员的参考书。