新型艦船系統電磁干擾分析、測量與防護(修訂版)（簡體書）

本書總結了作者及其團隊多年來從事電磁兼容定量設計和電磁干擾防護工作的研究成果，以近年來艦船領域興起的電磁發射裝置、綜合電力系統等高新電磁裝備為物件，介紹了這一領域電磁兼容分析設計的新原理和新方法，並從工程應用的角度，結合典型樣例重點闡述了新型艦船電磁裝備和系統的電磁干擾預測分析、試驗測量和抑制措施等內容。本書充分吸收了近年來國內外相關領域的**研究進展，是一部涉及新型艦船系統電磁兼容技術的一部重要論著。

孟進，海軍工程大學研究員、博士生導師，從事艦船系統電磁兼容理論和電磁干擾防護技術研究，先後獲國家科技進步獎、全國創新爭先獎、軍隊科技進步獎等，發表論文100多篇，申請專利30項，出版專著1部。

第1 章 緒論 ................................................................................................................................ 1
1.1 引言 .................................................................................................................................. 1
1.2 新型艦船系統的內涵和發展 ........................................................................................... 2
1.2.1 世界先進艦船的最新發展 .................................................................................. 2
1.2.2 新型艦船系統概念及發展趨勢 .......................................................................... 7
1.3 艦船高新電磁技術的發展 ............................................................................................. 12
1.3.1 綜合電力技術的發展現狀及趨勢 .................................................................... 13
1.3.2 電磁發射技術的發展現狀及趨勢 .................................................................... 17
1.4 新型艦船系統電磁兼容發展需求 ................................................................................. 21
第2 章 傳導電磁干擾分析 ................................................................................................. 24
2.1 傳導電磁干擾的基本模型及傳播耦合模式 ................................................................. 24
2.1.1 電磁干擾三要素 ................................................................................................ 24
2.1.2 傳導電磁干擾源的基本模型 ............................................................................ 25
2.1.3 傳導電磁干擾的耦合模式及轉化 .................................................................... 27
2.2 艦船發供電系統傳導電磁干擾分析 ............................................................................. 30
2.2.1 發電機本體諧波干擾計算 ................................................................................ 30
2.2.2 發電機AVR 系統傳導電磁干擾計算 ............................................................... 35
2.2.3 供電電纜電磁干擾傳播通道模型 .................................................................... 47
2.3 艦船大功率電能變換裝置傳導電磁干擾分析 ............................................................. 66
2.3.1 電能變換接口變壓器的高頻模型研究 ............................................................ 67
2.3.2 大容量功率變流器多層複合母排電磁特性研究 ............................................ 72
第3 章 輻射電磁干擾分析 ................................................................................................... 90
3.1 輻射電磁場的基本知識 ................................................................................................. 90
3.1.1 電流和電荷產生的場 ........................................................................................ 90
3.1.2 線性天線產生的場 ............................................................................................ 92
3.1.3 電偶極子和磁偶極子產生的場 ........................................................................ 94
3.1.4 輻射電磁場 ........................................................................................................ 98
3.2 艦船供電系統輻射電磁干擾分析 ............................................................................... 100
3.2.1 傳輸電纜輻射電磁干擾分析 .......................................................................... 100
3.2.2 大容量系統多相電纜輻射磁場分析 .............................................................. 121
3.3 艦船通信系統輻射電磁干擾 ...................................................................................... 151
3.3.1 艦船通信系統輻射電磁干擾源 ...................................................................... 151
3.3.2 艦船通信系統輻射電磁干擾傳播途徑 .......................................................... 152
3.3.3 艦船通信系統輻射電磁干擾作用機理 .......................................................... 153
第4 章 艦船殼體地電流干擾分析 .......................................................................... 155
4.1 艦船接地系統 .............................................................................................................. 155
4.1.1 設備的信號地與安全地 .................................................................................. 155
4.1.2 設備和系統的接地方式 .................................................................................. 156
4.1.3 地電流干擾及抑制措施 .................................................................................. 157
4.2 艦船殼體地迴路耦合阻抗模型 .................................................................................. 158
4.2.1 共模迴路耦合阻抗模型 .................................................................................. 158
4.2.2 孤立鋼板內部的電流分佈 .............................................................................. 160
4.2.3 孤立鋼板地迴路阻抗 ...................................................................................... 166
4.3 鋼板地迴路阻抗測量方法 .......................................................................................... 170
4.3.1 測量線路互感的補償修正方法 ...................................................................... 171
4.3.2 測量電纜的補償修正方法 .............................................................................. 172
4.3.3 鋼板地迴路阻抗的實驗驗證 .......................................................................... 173
4.3.4 艦船殼體地迴路阻抗特性 .............................................................................. 175
4.4 鄰近效應對地迴路阻抗的影響 .................................................................................. 175
4.4.1 鄰近效應的共地耦合模型 .............................................................................. 176
4.4.2 鄰近效應的近似分析 ...................................................................................... 178
4.4.3 鄰近效應對鋼板耦合阻抗的影響 .................................................................. 183
4.5 共模傳導電磁干擾分析實例 ...................................................................................... 187
第5 章 傳導電磁干擾測量 ..................................................................................... 190
5.1 電磁兼容測量基礎 ...................................................................................................... 190
5.1.1 電磁兼容標準與規範 ...................................................................................... 190
5.1.2 電磁兼容測量分類 .......................................................................................... 192
5.2 傳導電磁干擾發射測量 .............................................................................................. 193
5.2.1 傳導電磁干擾 .................................................................................................. 193
5.2.2 測量原理與測量設備 ...................................................................................... 195
5.2.3 測量方法與相關標準 ...................................................................................... 201
5.3 傳導敏感度測量 .......................................................................................................... 207
5.3.1 敏感度測量與電磁發射測量 .......................................................................... 207
5.3.2 常見傳導敏感度測量項目 .............................................................................. 207
5.3.3 提高設備傳導抗擾度的方法 .......................................................................... 218
5.4 大功率設備的傳導電磁干擾測量 ............................................................................... 221
5.4.1 大功率設備的傳導電磁干擾及其危害 .......................................................... 221
5.4.2 大功率設備的傳導電磁干擾測量現狀 .......................................................... 222
5.4.3 大功率設備的傳導電磁干擾測量方法 .......................................................... 222
第6 章 輻射電磁干擾測量 ............................................................................................... 233
6.1 輻射電磁干擾的測量基礎 ........................................................................................... 233
6.1.1 天線測量的近場與遠場 .................................................................................. 233
6.1.2 艦船系統輻射電磁干擾控制 .......................................................................... 234
6.1.3 電磁屏蔽基礎 .................................................................................................. 235
6.2 輻射電磁干擾測量的場地、設備、項目及方法 ....................................................... 238
6.2.1 輻射電磁干擾測試場地 .................................................................................. 238
6.2.2 輻射電磁干擾測量設備 .................................................................................. 240
6.2.3 輻射電磁干擾測量項目 .................................................................................. 243
6.2.4 輻射電磁干擾測量方法 .................................................................................. 246
6.3 非周期瞬態輻射電磁干擾的測量及分析方法 ........................................................... 249
6.3.1 0-SPAN 測試方法 ............................................................................................ 250
6.3.2 時頻分析基礎 .................................................................................................. 252
6.3.3 時頻分析方法 .................................................................................................. 253
6.3.4 測試實例 .......................................................................................................... 260
第7 章 艦船殼體地電流干擾測量 ............................................................................. 262
7.1 地電流測量原理 ........................................................................................................... 262
7.2 地電流測量探頭 ........................................................................................................... 264
7.2.1 磁場測試技術簡介 .......................................................................................... 264
7.2.2 表面磁場測量探頭 .......................................................................................... 265
7.2.3 探頭噪聲 .......................................................................................................... 272
7.3 地電流分佈測量 ........................................................................................................... 277
7.3.1 地電流的面密度測量 ...................................................................................... 277
7.3.2 鄰近效應的實驗測試 ...................................................................................... 278
7.3.3 地電流的方向測量 .......................................................................................... 279
7.3.4 地電流干擾測試 .............................................................................................. 282
第8 章 傳導電磁干擾抑制 ...................................................................................... 283
8.1 艦船綜合電力系統迴路互感耦合干擾抑制 ............................................................... 283
8.1.1 互感耦合的概念 .............................................................................................. 283
8.1.2 兩個迴路的互感耦合 ...................................................................................... 285
8.1.3 迴路耦合干擾的抑制原理 .............................................................................. 288
8.1.4 迴路耦合干擾的抑制方法 .............................................................................. 291
8.2 大功率電力電子裝置的傳導電磁干擾抑制 .............................................................. 295
8.2.1 級聯多電平H 橋逆變器共模干擾抑制方法 ................................................. 296
8.2.2 大功率電力電子裝置多埠均衡電磁干擾抑制方法 .................................. 299
8.2.3 等效負電容共模干擾抑制方法 ...................................................................... 303
8.3 用於PWM 諧波抑制的變頻濾波電感 ....................................................................... 307
8.3.1 基於磁通補償的頻變電感設計 ...................................................................... 308
8.3.2 基於磁通補償的頻變電感特性分析 .............................................................. 311
8.3.3 基於磁通補償的頻變電感實驗測試 .............................................................. 319
第9 章 輻射電磁干擾防護技術 ..................................................................................... 329
9.1 輻射電磁干擾對消技術 .............................................................................................. 329
9.1.1 輻射電磁干擾對消技術的原理 ...................................................................... 329
9.1.2 輻射電磁干擾對消技術的數學模型 .............................................................. 330
9.1.3 輻射電磁干擾對消關鍵技術 .......................................................................... 346
9.2 數字化對消技術 .......................................................................................................... 361
9.2.1 數模混合輻射電磁干擾對消技術 .................................................................. 362
9.2.2 全數字輻射電磁干擾對消技術 ...................................................................... 368
9.3 輻射電磁干擾對消技術在艦船通信系統中的應用 .................................................. 376
9.3.1 在短波通信系統中的應用 .............................................................................. 376
9.3.2 在艦載超短波通信系統中的應用 .................................................................. 378
9.3.3 在微波通信系統中的應用 .............................................................................. 381
第10 章 工程實例及新技術發展 ................................................................................ 383
10.1 綜合電力系統電磁干擾控制 .................................................................................... 383
10.1.1 艦船大功率電能變換系統的電磁兼容要求 .............................................. 384
10.1.2 艦船大功率電能變換系統的干擾源 .......................................................... 385
10.1.3 艦船大功率電能變換系統的電磁兼容設計 .............................................. 387
10.2 瞬態脈衝系統的電磁敏感度設計 ............................................................................ 392
10.2.1 瞬態脈衝系統的電磁兼容要求 .................................................................. 392
10.2.2 瞬態脈衝系統的干擾源和敏感器件 .......................................................... 393
10.2.3 瞬態脈衝系統的電磁干擾診斷與防護設計 .............................................. 394
10.3 電磁兼容測量新技術 ................................................................................................ 400
10.3.1 瞬態脈衝干擾頻譜的測量技術 .................................................................. 400
10.3.2 虛擬暗室技術 .............................................................................................. 402
10.3.3 寬頻時域電磁干擾測量技術 ...................................................................... 403
參考文獻........................................................................................................................... 412
縮略術語表....................................................................................................................... 419