1、 第第2章章 電磁兼容基本原理電磁兼容基本原理2.1 電磁兼容的基本概念電磁兼容的基本概念2.2 電磁騷擾源電磁騷擾源2.3 電磁騷擾的傳播電磁騷擾的傳播2.4 保證電磁兼容性的方法保證電磁兼容性的方法 2.1 電磁兼容的基本概念電磁兼容的基本概念 美國電氣電子工程師協會(IEEE)的定義：一個裝置能在其所處的電磁環境中滿意地工作同時又不向該環境及同一環境中的其他裝置排放超過允許范圍的電磁擾動。 國家標準GB/T 4365-1995電磁術語的定義：設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。 電磁兼容性(Electromagnetic Compatib

2、ilityEMC) 國際電工技術委員會(IEC)的定義：電磁兼容是設備的一種能力。它在其電磁環境中能完成它的功能，而不至于在其環境中產生不允許的干擾。 電磁兼容(學)：有關電磁兼容性研究和應用的學科 。學科的內容十分廣泛，幾乎包括現代各個行業、部門 ，涉及多學科理論，是一門綜合性的邊緣學科。 電磁騷擾(E1ectromagnetic Disturbance)：可能引起裝置、設備或系統性能降低或對有生命、無生命物質產生損害作用的電磁現象。 電磁干擾(E1ectromagnetic InterferenceEMI)：由電磁騷擾引起的設備、系統或傳播通道的性能下降 。 電磁騷擾和電磁干擾比較：兩個詞

3、語過去經?；煊?，但兩者之間有明顯的區別前者是指電磁能量的發射過程，后者則強調電磁騷擾造成的結果。 性能降級(Degradation of Performance)：裝置、設備或系統的工作性能與正常性能的非期望偏差 。 抗擾性(Immunity of Disturbance)：裝置、設備或系統面臨電磁騷擾而不降低運行性能的能力。 電磁敏感性(E1ectromagnetic SusceptibilityEMS)：在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設備或系統不能避免性能降低的能力。 電磁敏感性與抗擾性比較：同一性能的正反兩個不同說法，敏感性高意味著抗擾性能低。 電磁兼容裕量(EMC Margin)：裝置

4、、設備或系統的抗擾性限值與騷擾源的發射限值之間的差值。 有關發射電平、抗擾性電平、限額值和兼容性電平等之間的關系 電磁兼容就是研究電磁干擾（E1ectromagnetic InterferenceEMI）問題。 電路受干擾的程度可用下式描述： /IWCS 電磁干擾三要素：式中，S為電路受干擾的程度；W為騷擾源的強度；C為騷擾源通過某種途徑到達被干擾處的耦合因素；I為被干擾電路的抗干擾性能。 2.2 電磁騷擾源電磁騷擾源電磁騷擾的一般分類電磁騷擾的一般分類 從來源分：自然騷擾和人為騷擾。 從騷擾屬性分 ：功能性騷擾和非功能性騷擾。 從耦合方式分 ：傳導騷擾和輻射騷擾 。 從頻譜寬度分 ：寬帶騷擾

5、和窄帶騷擾 。 從頻率范圍分 ： 甚低頻騷擾(30Hz以下)、 工頻與音頻騷擾(50Hz及其諧波)、 載頻騷擾(10kHz一300kHz)、 射頻及視頻騷擾(300kHz一300MHz)、 微波騷擾(300MHz一100GHz)。 由于大自然現象所造成的各種騷擾源。包括： (1)雷電 (2)太陽噪聲 (3)物質本身固有的噪聲 。 可分為3種：熱噪聲、散粒噪聲及接觸噪聲。 常見的產生騷擾的設備有： (1) 無線電通信設備(2) 工業、科學、醫療設備 (3) 電力系統 (4) 點火系統 無論是自然的或人為的電磁騷擾源，按其構成威脅的程度均可分為4類：雷電、強電磁脈沖、靜電放電和開關操作，其電壓、電

6、流和時域特性見表2-1。(5) 家用電器、電動工具及電氣照明 (6) 信息技術設備(7) 靜電放電 表2.1電磁干擾電壓、電流和時域的特性注：a 是直接造成的最壞瞬變狀態，b是間接的瞬變狀態。瞬變的來源電壓電流上升時間延續時間雷電 a b500kV/m6kV/m200kA3kA1.5s10A10s20s150s1s靜電放電 a b40kV15kV80A10A15ns10ns100ns開關動作 a b2500V600V200A500A10s40s10s 時域和頻域時域和頻域 在時域中，信號表示為其量值隨時間變化的函數。它比較符合人們的觀察習慣，可用示波器顯示信號波形。 在頻域中，信號表示為其幅值

7、、相位隨頻率變化的函數。電磁兼容標準的限值是在頻域中規定的，可用頻譜分析儀測量信號頻譜。 時域信號和頻域信號可以相互轉換：時域頻域：傅里葉變換-j -de )()(ttfAt-jde )(21)(Atft頻域時域：傅里葉反變換 周期性的梯形波：頻率分量：100)cos(2)(nnntncctxTtnTtnTnTnTAcrrn/)/sin(/)/sin( 信號頻譜： 適當延長梯形波的上升時間和下降時間，則該信號的高頻諧波分量可大為減小 2.3 電磁騷擾的傳播電磁騷擾的傳播將傳播方式按耦合機理分類： 電流流通路徑電流流通路徑 什么是電流？電荷的移動形成電流（傳導電流IC）；電場的變化也形成電流（位

8、移電流ID）。 如何掌握電流流通路徑？任何電流都要返回其源；電流總是沿著最小阻抗路徑走。 哪是最小阻抗路徑？路徑21kHz時：10kHz時：路徑1 電流返回路徑走哪里？ 傳導耦合傳導耦合 若兩個電路共用一段電路，其中一個電路中有騷擾電流流過時，在該段公共電路（阻抗）上產生的騷擾電壓就會影響到另一個電路，產生傳導耦合或公共阻抗耦合。 電路1在電路2的負載ZL2上產生干擾電壓)(2211212LSLSLCSLZZZZZZUU 公共地阻抗耦合 公共電源阻抗耦合 連接導線的模型 半徑為a、長度為l的圓柱導體：直流電阻2alRDC交流電阻22falalRAC 無限大空間中，兩根半徑a、長l、間距d（ld

9、）的平行圓柱導體構成的連接回路： 回路電感 adlL2harccos0導體間的電容 adlC2harccos0adlLln0adlCln0da時 矩形回路的電感awwahhhwhwwwwhhhwhwhL22lnlnln2222222220 為減小傳導耦合的影響，應采取如下措施：盡量減少與騷擾源回路的公共部分；采取濾波措施。 磁場耦合磁場耦合 當騷擾源為低電壓、大電流時，它對周圍電路的影響，主要表現為磁場耦合干擾。一般的磁場耦合是指騷擾源產生的騷擾磁場與被干擾回路存在磁通交鏈，從而在被干擾回路中感應電動勢。 回路固定不變，磁通密度按正弦規律變化時 SNtuSBdddcosjSBUN 一個長5cm

10、、寬3cm的矩形回路處于f=150kHz、H=2A/m的磁場中，且磁場垂直于回路平面，則回路中的感應電壓為3.55mV 被干擾電路中的負載上的干擾電壓)/(j22212LSLLZZZIMU 磁場耦合不需要直接的電連接，當騷擾信號的頻率高（電流隨時間變化快），被干擾電路回路面積大（互感大），被干擾電路的負載阻抗遠大于其源阻抗時，磁場耦合嚴重。 為減小磁場耦合的影響，應采取如下措施：降低騷擾電流的頻率；減小回路之間的互感；減小被干擾回路的負載阻抗。 為減小互感，可減小回路面積；增大回路間的距離；避免回路面平行布置；采取屏蔽措施。 電場耦合電場耦合 當騷擾源為高電壓、小電流時，它對周圍導體、電路的影

11、響，主要表現為電場耦合干擾。 騷擾源通過電容耦合作用于被干擾電路 在導線2上產生的干擾電壓為通常情況下 則 12222212222212)()(j1)(jUZZZZCCZZZZCULSLSGLSLSNSGLSGLUCZZCZU1111111j|j|)(12122222GLSLSCCZZZZ2222112jLSLSNZZZZUCU 通過電容耦合產生的干擾電壓與騷擾源的頻率、騷擾電壓、騷擾電路與被干擾電路之間的耦合電容、被干擾電路的源阻抗和負載阻抗的并聯值成正比。 為減小電場耦合的影響，應：減小騷擾電壓；降低騷擾電壓的頻率；減小被干擾回路中源阻抗和負載阻抗的并聯值；減小電路之間的耦合電容；采取屏蔽

12、措施。 輻射耦合輻射耦合1.電磁輻射的概念 當遠離場源時，空間中的電磁場并不取決于同一時刻的場源特性，它類似于水中的波紋，即使當前時刻的場源已經消失，但前一時刻它釋放出的電磁能量仍然單獨存在于空間電磁場中，并以電磁波的形式按一定的速度在空間傳播，這種現象稱為電磁輻射。 2.輻射場強sin4jcos2sin423030rlIHrlIErlIEr電偶極子近場：遠場：rrerlIHerlIEjj02sin4jsin4j 磁偶極子近場：遠場：sin4jcos2sin42033rSIErSIHrSIHrrrerSIEerSIHj03j2sin4jsin4j 實際的輻射體：分解，疊加。niinirirni

13、iHHEEEE111niinirirniiEEHHHH111 電路產生的輻射 U為信號源，R為負載電阻，l和h分別為矩形回路的長和寬，且l、h。 負載電阻很小時LRUrhlEj4|03max負載電阻很大時rhlrZhlE44|2002max 一對平行載流導線產生的輻射電場DMCMDMCMIIIIII212/ )(2/ )(2121IIIIIICMDM 差模電流產生的最大電場rdlfIEDMDM214max|10316. 1|共模電流產生的最大電場rl fIECMCM|10257. 1|6max 為減小共模電流輻射，應減小電流值，縮短導線長度。 為減小差模電流輻射，應當減小電流值，減少回路面積。

14、 3.波阻抗 空間中某點的電場強度與磁場強度的比值稱為波阻抗，即 HEZ 在遠場區HEZ遠在空氣中377000ZZ遠在近場區對于電偶極子 0002j1ZrZrHEZ近對于磁偶極子 0002jZrZrHEZ近 波阻抗隨場點到場源距離的變化 要解決輻射耦合問題，就需要正確識別和處理好無意間形成的與輻射發射和輻射接收有關的發射天線和接收天線。4.輻射耦合方式 輻射耦合是指電磁騷擾在空間中以電磁波的形式傳播，耦合至被干擾電路 常見的典型的天線結構雙極天線 單極天線 回路天線 縫隙天線 為減小輻射，應當避免形成有效的天線結構，或將天線的兩部分短接起來； 對于回路天線，應當減小回路的面積，或使其部分回路的

15、作用相互抵消； 對于縫隙天線，應當減小縫隙的最大尺寸（一般要小于/20），或采用波導結構以減少低于其截止頻率的輻射。 空間輻射電磁波對電路的干擾：有的是通過接收天線感應進入接收電路，多數是通過線纜感應，然后沿導線進入接收電路，還有的是通過電路回路感應形成干擾。 2.4 保證電磁兼容性的方法保證電磁兼容性的方法 在產品設計開發的不同階段，可采取的技術手段及付出的代價是不同的。 設計初期，EMC設計成本很少，可采取的措施很多；越到后期，可采取的手段越少，付出的代價也越高。為此，應當在新產品設計階段就首先進行電磁兼容設計。 在產品電磁兼容設計時，要注意以下幾方面：跟據使用環境獲取對系統的電磁兼容性要求；在方案論證初期就提出產品的電磁兼容性指標；把電磁兼容性設計融入產品的功能設計中，而不是采取事后的補救措施；通過試驗、測量確認系統已達到電磁兼容性要求；對產品進行跟蹤調查，保證其壽命期內的電磁兼容問題。 電磁兼容設計的內容