2021年電磁兼容與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07xxxx大學(xué)碩士生課程論文歐陽光明(2021.03.07)電磁兼容與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電磁兼容概述(2014—2015學(xué)年上學(xué)期)姓名：學(xué)號(hào)：所在單位：專業(yè)**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07摘要隨著用電設(shè)備的增加，空間電磁能量逐年增加，人類生存環(huán)境具有濃厚的電磁環(huán)境內(nèi)涵。在這種復(fù)雜的電磁環(huán)境中，如何減少相互間的電磁干擾，使各種設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是一個(gè)亟待解決的問題；另外，惡略的電磁環(huán)境還會(huì)對(duì)人類及生態(tài)產(chǎn)生不良影響。電磁兼容正是為解決這類問題而迅速發(fā)展起來的學(xué)科。可以說電磁兼容是人類社會(huì)文明發(fā)展產(chǎn)生的無法避免的“副產(chǎn)品”。電磁兼容一般指電氣及電子設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即要求在同一電磁環(huán)境中的上述各種設(shè)備都能正常工作，又互不干擾，達(dá)到兼容狀態(tài)。電磁兼容技術(shù)是一門迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，其理論基礎(chǔ)涉及數(shù)學(xué)、電磁場(chǎng)理論、電路基礎(chǔ)、信號(hào)分析等學(xué)科與技術(shù)，其應(yīng)用范圍幾乎涉及到所有用電領(lǐng)域。關(guān)鍵字：電磁兼容、電磁發(fā)射、傳導(dǎo)耦合、輻射耦合、靜電放電1引言信息技術(shù)已經(jīng)成為這個(gè)時(shí)代的主題，而信息時(shí)代的最突出特征，就是將電磁作為記錄和傳遞信息的主要載體，人們對(duì)于電磁的利用無處不在。電磁日益滲入到金融、通信、電力、廣播電視等事關(guān)國家安全的各個(gè)重要領(lǐng)域和社會(huì)生活的各個(gè)角落，電磁已經(jīng)成為了信息時(shí)代中將經(jīng)濟(jì)、軍事等各方面各部門聯(lián)成一體的紐帶，它與每個(gè)人工作和生活息息相關(guān)。電磁空間對(duì)國家利益的實(shí)現(xiàn)具有越來越深刻的影響，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、軍隊(duì)建設(shè)和作戰(zhàn)對(duì)電磁空間的依賴程度日益提高［1］。當(dāng)前人類的生存環(huán)境已具有濃厚的電磁環(huán)境內(nèi)涵。一方面，電力網(wǎng)絡(luò)、用電設(shè)備及系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁騷擾越來越嚴(yán)重，設(shè)備所處電磁環(huán)境越來越復(fù)雜；另一方面，先進(jìn)的電子設(shè)備的抗干擾能力越來越弱，同時(shí)電氣及電子系統(tǒng)也越來越復(fù)雜。在這種復(fù)雜的電磁環(huán)境中，如何減少相互間的電磁干擾，使各種設(shè)備正常運(yùn)行，是一個(gè)亟待解決的問題。另外，惡略的電磁環(huán)境還會(huì)對(duì)人類及生態(tài)產(chǎn)生不良影響。對(duì)于生產(chǎn)廠家而言，只有出場(chǎng)設(shè)備具有一定的電磁兼容性并且適應(yīng)目前這一復(fù)雜的電磁環(huán)境，才能使自己的產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力。而對(duì)于國家安全而言，構(gòu)筑電磁空間安全防御體系，已成為各國和軍隊(duì)建設(shè)的重要內(nèi)容，隨著社會(huì)信息化*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07程度的不斷提高，電磁空間對(duì)國家安全的影響也越來越大。電磁兼容是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力，研究在有限的空間時(shí)間和頻譜資源條件下，各種用電設(shè)備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)、廣義的還包括生物體）可以共同存在不致引起降級(jí)的一門學(xué)科。電磁兼容涉及的頻率范圍寬達(dá)0?400GHz，研究對(duì)象除傳統(tǒng)設(shè)施外，涉及芯片級(jí)，直到各型艦船、航天飛機(jī)、洲際導(dǎo)彈，甚至整個(gè)地球的電磁環(huán)境。電磁兼容研究涉及許多方面，如計(jì)算機(jī)安全、典型設(shè)備、無線設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、機(jī)器人、移動(dòng)通信設(shè)備、航空航天飛機(jī)、艦船、武器系統(tǒng)及測(cè)量設(shè)備的電磁干擾問題，各種線纜的輻射和控制，高壓輸電線路及交流電氣鐵道的電磁影響，電磁場(chǎng)生物效應(yīng)，地震電磁現(xiàn)象等。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家自1996年1月1日其規(guī)定所有電子設(shè)備都要經(jīng)過電磁兼容性認(rèn)證，否則將禁止在市場(chǎng)銷售。我國電磁兼容性認(rèn)證管理辦法已于1999年10月頒布，從2003年8月起對(duì)電子設(shè)備實(shí)行電磁兼容強(qiáng)制性認(rèn)證，簡(jiǎn)稱3C認(rèn)證。3C認(rèn)證是中國國家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證（ChinaCompulsoryCertification）的簡(jiǎn)稱實(shí)際上將CCEE（中國電子電工產(chǎn)品安全認(rèn)證）、CCIB（中國進(jìn)口電子產(chǎn)品安全認(rèn)證）、EMC（電磁兼容性認(rèn)證）三證合一。電磁兼容測(cè)試已成為電子設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)過程中一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)［2］。本文主要分為三個(gè)部分，分別對(duì)電磁兼容技術(shù)的發(fā)展，電磁兼容的三要素以及電磁兼容的常見防護(hù)措施進(jìn)行討論。電磁兼容技術(shù)的發(fā)展EMC（ElectromagneticCompatibility，電磁兼容）的發(fā)展經(jīng)歷了從“路”到“場(chǎng)”，從低頻到高頻，從狹義的電磁干擾到廣義的電磁兼容的過程。電磁兼容可以說是一門既古老又年輕的學(xué)科，說他古老，是因?yàn)閷?duì)于電磁干擾的研究可以追溯到19世紀(jì)，從無線電波作為通信媒質(zhì)開始就存在，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)火花間隙能產(chǎn)生電磁波，能在無線電、電報(bào)通信系統(tǒng)的接收機(jī)上產(chǎn)生干擾或噪聲。說他年輕，是指電磁兼容只是在近30年，隨著數(shù)值計(jì)算的發(fā)展，該學(xué)科才得到快速的發(fā)展?？茖W(xué)家及工程師們不僅可以提出模型揭示干擾隱含的物理現(xiàn)象，同時(shí)也可以采用計(jì)算模型更好的理解干擾現(xiàn)象，使干擾現(xiàn)象可視化，同時(shí)可以減輕干擾的作用。電磁干擾是人們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象，1823年安培發(fā)現(xiàn)了電流產(chǎn)生磁力的基本定律。1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，總結(jié)出電磁感應(yīng)定律，揭示了變化的磁場(chǎng)在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的規(guī)律。1840年美國人亨利成功地獲得了高頻電磁振蕩。1864年麥克斯韋綜合了電磁感應(yīng)定律和安培全電流定律，總結(jié)出麥克斯韋*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07方程，提出了位移電流的理論，全面地論述了電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間的相互作用，并預(yù)言電磁波的存在。麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論為認(rèn)識(shí)和研究電磁干擾現(xiàn)象奠定了理論基礎(chǔ)。1881年英國科學(xué)家希維賽德發(fā)表《論干擾》的文章，標(biāo)志著研究干擾問題的開端。1888年德國物理學(xué)家Hertz用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，從此開始了人類對(duì)電磁干擾問題的實(shí)驗(yàn)研究。1889年英國郵電部門研究了通信中的干擾問題，使對(duì)干擾技術(shù)問題的研究開始走向工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化［3］。二十世紀(jì)以來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人們逐漸認(rèn)識(shí)到對(duì)各種電磁干擾進(jìn)行控制的重要性。特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家格外重視干擾控制，它們成立了國家級(jí)以及國際間的組織，如德國電氣工程師協(xié)會(huì)、IEC（InternationalElectro-technicalCommission，國際電工技術(shù)委員會(huì)）、CISPR（InternationalSpecialCommitteeOnRadioInterference，國際無線電干擾特別委員會(huì)）等。為了解決干擾問題，保證設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行的電磁兼容性，四十年代初有人提出了電磁兼容性的概念。1944年德國電氣工程師協(xié)會(huì)制訂了世界上第一個(gè)電磁兼容性規(guī)范VDE0878。接著美國在1945年頒布了美國最早的軍用規(guī)范JAN-I225。從四十年代提出電磁兼容性概念起，電磁兼容學(xué)科在認(rèn)識(shí)、研究和控制電磁干擾的過程中得到了發(fā)展。它深入闡述了電磁干擾產(chǎn)生的原因，分清了干擾的性質(zhì)，研究了干擾傳輸以及耦合的機(jī)理，系統(tǒng)地提出了抑制干擾的技術(shù)措施，促進(jìn)了電磁兼容的系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制訂，建立了電磁兼容設(shè)計(jì)、分析和預(yù)測(cè)等一系列理論體系。放眼未來，電磁兼容還將在信息安全和生物電磁學(xué)等方面獲得較大的進(jìn)展。電磁兼容技術(shù)的頻率范圍寬達(dá)400GHz，研究對(duì)象除傳統(tǒng)設(shè)施外，還涉及從芯片直到各型艦船、航天飛機(jī)、洲際導(dǎo)彈，甚至整個(gè)地球的電磁環(huán)境。各種測(cè)試方法和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)一開展了全方位的研究，例如，VDE、FTZ、FCC、BS、MIL-STD、VG、PTB、NAC-SIM、IEC、CISPR和ITU-T等標(biāo)準(zhǔn)逐年更新版本，并趨向于全球公認(rèn)化。各種規(guī)模的電磁兼容論證、設(shè)計(jì)、測(cè)試中心如雨后春筍般出現(xiàn)。各國都注重電磁兼容教育和培訓(xùn)及學(xué)術(shù)交流。近1994年，就舉辦了25次國際性的一流學(xué)術(shù)交流和培訓(xùn)班。研究的熱點(diǎn)以涉及許多方面，如計(jì)算機(jī)安全，電信設(shè)備電磁兼容，無線設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、機(jī)器人、移動(dòng)通信設(shè)備、航空航天、艦船、武器系統(tǒng)及測(cè)量設(shè)備等的電磁兼容問題，各種線纜的輻射和控制，超高壓輸電線及交流電氣軌道的電磁影響，電磁場(chǎng)生物效應(yīng)，地震現(xiàn)象，接地系統(tǒng)和屏蔽系統(tǒng)等。我國對(duì)電磁兼容理論和技術(shù)的研究起步較晚，標(biāo)準(zhǔn)化工作起始于20世紀(jì)60年代。直到80年代初才有組織系統(tǒng)地研究并制訂電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。1981年頒布了第一個(gè)航空工業(yè)部較為完整的標(biāo)準(zhǔn)HB5662-81《飛機(jī)設(shè)備電磁兼容性要求和測(cè)試方法》。從那時(shí)起，國內(nèi)的電磁兼容學(xué)術(shù)組織也紛紛成立，學(xué)術(shù)活動(dòng)開始頻繁起來。而1990年在北京成功舉辦的第一次國際電磁兼容性學(xué)術(shù)會(huì)議，標(biāo)志著我國電磁兼容學(xué)科的迅速發(fā)展并開始參與世界交流。此后，我國在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07范的研究與制訂方面有了較大進(jìn)展，到目前已制定了近百個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)和家軍用標(biāo)準(zhǔn)。研制一個(gè)復(fù)雜設(shè)備或系統(tǒng)之前，對(duì)系統(tǒng)、分系統(tǒng)、各部件和元器件的電磁特性進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，合理分配各項(xiàng)指標(biāo)要求，并且在系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中不斷地進(jìn)行修正和補(bǔ)充，攝系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，即進(jìn)行電磁兼容預(yù)測(cè)。但電磁兼容問題作為一個(gè)極為復(fù)雜的電磁邊值問題是很難用一般的方法求解的。近10年內(nèi)，電磁兼容分析、仿真和預(yù)測(cè)軟件得到了快速的發(fā)展，計(jì)算方法和計(jì)算技術(shù)的改進(jìn)把電磁兼容預(yù)測(cè)計(jì)算速度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，國內(nèi)外出現(xiàn)了一批專業(yè)的電磁兼容預(yù)測(cè)軟件。隨著計(jì)算機(jī)、計(jì)算技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，相信電磁兼容預(yù)測(cè)會(huì)得到更大的發(fā)展。這一技術(shù)作為直到電磁兼容技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，它的發(fā)展必將會(huì)帶動(dòng)電磁兼容測(cè)試以及防護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，它可以使電磁兼容設(shè)計(jì)過程中所面臨的各種問題數(shù)量化、直觀化，從而可以更好的去指導(dǎo)人們進(jìn)行電磁兼容性方面的研究。隨著各種技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的認(rèn)識(shí)越來越深，可以預(yù)言，今后電磁兼容技術(shù)將得到全人類的高度重視，電磁兼容學(xué)科將獲得更加迅速的發(fā)展。電磁兼容三要素電磁兼容主要研究電磁能量的產(chǎn)生、傳輸、接受和抑制。如圖3-1所示。騷擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備（或接收機(jī)、接收設(shè)備）構(gòu)成了電磁兼容的三要素。圖3-1EMC基本組成部分3.1電磁騷擾源電磁騷擾源分散性很大，按傳播形式分，騷擾源可分為傳到騷擾和輻射騷擾。傳導(dǎo)騷擾是指通過騷擾源和敏感設(shè)備之間的電路傳導(dǎo)及低頻場(chǎng)耦合而對(duì)敏感設(shè)備產(chǎn)生危害，而輻射騷擾是指通過空間輻射對(duì)敏感設(shè)備產(chǎn)生作用。傳導(dǎo)騷擾包括電壓暫變、雷電效應(yīng)在電源線和信號(hào)線上引起的過電壓、諧波、開關(guān)投切操作

*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07及變壓器分接頭調(diào)整產(chǎn)生的操作過電壓等。輻射騷擾包括雷電電磁脈沖和核致電磁脈沖效應(yīng)，無線輻射、帶電物體、線路以及印刷電路板產(chǎn)生的輻射騷擾［4］。高壓電網(wǎng)及設(shè)備自然騷擾源電磁騷擾源另外，通常采用的一種最簡(jiǎn)單的分類方法就是根據(jù)騷擾源的起因，將環(huán)境中的電磁騷擾分為自然騷擾源和認(rèn)為騷擾源兩種，人為騷擾源可以進(jìn)一步分為功能性發(fā)射騷擾源和非功能性發(fā)射騷擾源。如圖3-2所示。高壓電網(wǎng)及設(shè)備自然騷擾源電磁騷擾源非功能性發(fā)射人為騷擾源非功能性發(fā)射工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療設(shè)備：電磁爐、熒光燈、工業(yè)電爐、空調(diào)、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、醫(yī)療設(shè)備機(jī)器及工具：電鋸、吸塵器、電熨斗、射頻干燥設(shè)備、射頻電弧焊機(jī)等各類機(jī)器運(yùn)輸工具：汽車點(diǎn)火裝置、電氣機(jī)車及軌道消費(fèi)電子設(shè)備；微波爐、冰箱、恒溫箱、洗衣機(jī)、攪拌機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、電動(dòng)剃須刀、個(gè)人計(jì)算機(jī)、吸塵器靜電放電圖3-2電磁騷擾源分類電磁騷擾產(chǎn)生的根本原因是導(dǎo)體中有電壓或電流的變化，即較大的dv/dt或di/dt。dv/dt或di/dt能夠使導(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射。一方面，人們可以利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特定的功能，例如，無線通信、雷達(dá)和其他功能；另一方面，電子設(shè)備在工作時(shí)，導(dǎo)體中的dv/dt、di/dt或產(chǎn)生電磁輻射。數(shù)字脈沖電路就是一種典型的騷擾源。根據(jù)騷擾源波形的連續(xù)性將騷擾源分為連續(xù)波和暫態(tài)波，連續(xù)電磁騷擾源具有固定頻率，如廣播站、高功率雷達(dá)、電機(jī)噪聲、固定及移動(dòng)通信、計(jì)算機(jī)、可視化顯示設(shè)備、打印機(jī)、高重復(fù)率的點(diǎn)火噪聲、交流多相整流器、太陽及宇宙噪聲。暫態(tài)電磁騷擾源具有寬的頻譜，包括核雷電、核電磁脈沖、電力線故障、開關(guān)及繼電器、電焊接設(shè)備、低重復(fù)率的點(diǎn)火噪聲、電氣化火車的電接觸電弧、人體靜電放電。3.2電磁騷擾傳播機(jī)理騷擾源和敏感設(shè)備布置在一起時(shí)，就存在從一方到另一方的潛在干擾路徑。設(shè)備要滿足性能指標(biāo)，減小騷擾耦合往往是消除干擾危害的重要手段，因此弄清

*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07楚騷擾耦合到敏感設(shè)備(受害者)上的機(jī)理十分必要。電磁兼容問題實(shí)際上是電磁裝置或系統(tǒng)與其他或遠(yuǎn)方系統(tǒng)間的無意的相互作用。這種互相影響可以用“耦合”來描述，即一個(gè)系統(tǒng)對(duì)另一個(gè)系統(tǒng)的“耦合”，從而實(shí)現(xiàn)能量從騷擾源傳遞到敏感設(shè)備。電磁干擾的分類方法可分為多種，現(xiàn)主要介紹幾種分類方法［5］：⑴按干擾源的來源可分為兩類：自然干擾和人為干擾。自然干擾包括宇宙干擾、天電干擾及雷電沖擊。人為干擾包括廣播、通信、雷達(dá)、輸電線、電器設(shè)備、點(diǎn)火系統(tǒng)等。(2)按電磁干擾的性質(zhì)可分為：脈沖干擾和平滑干擾。當(dāng)電磁干擾經(jīng)過諧振電路時(shí)，在電路中將產(chǎn)生衰減振蕩，峰值很高但持續(xù)時(shí)間很短，這類干擾為脈沖干擾。若以上的脈沖持續(xù)時(shí)間在沒有消失之前，又出現(xiàn)了脈沖，則為平滑干擾。3.3傳導(dǎo)耦合3.3.1傳輸線理論1)2)3)4)ECOdxCOdxECOdxCOdx**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07二者之比為線路的波阻抗。對(duì)于架空線，波速度為光速，而對(duì)于電纜線路，約為光速的一半。電壓波和電流波的傳播也伴隨著能量的傳播，容易得到I|（3-2）即導(dǎo)線周圍在單位時(shí)間內(nèi)獲得的磁場(chǎng)能量與電場(chǎng)能量相等，正是電磁能傳播的規(guī)律。這就是說，電流波和電壓波沿導(dǎo)線的傳播過程實(shí)際上就是電磁能量的傳播。傳導(dǎo)干擾可以采用這種傳輸線理論及波過程理論進(jìn)行分析。3.3.2電導(dǎo)性耦合電導(dǎo)性耦合最普遍的方式是干擾信號(hào)經(jīng)過導(dǎo)線直接傳導(dǎo)到被干擾電路中而造成對(duì)電路的干擾。這些導(dǎo)線可以使設(shè)備之間的信號(hào)連線，電路之間的連接導(dǎo)線（如地線和電源線）以及供電電源與負(fù)載之間的供電線等。這些導(dǎo)線在傳遞有用信號(hào)能量的同時(shí)，也將干擾信號(hào)傳遞給對(duì)方。它們可以是公共阻抗耦合，也可以是地回路耦合。公共阻抗耦合是由于騷擾源與敏感設(shè)備公用一個(gè)線路阻抗而產(chǎn)生的。最明顯的公共阻抗是阻抗實(shí)際存在的場(chǎng)合，如騷擾源和敏感設(shè)備共用導(dǎo)體。公共阻抗也可以使由兩個(gè)電流回路之間的互感耦合，或者由于兩個(gè)電壓節(jié)點(diǎn)之間的電容耦合產(chǎn)生的。系統(tǒng)AZaZb系統(tǒng)BZsZtD51VsV1（a）兩系統(tǒng)公用線段系統(tǒng)AZaZb系統(tǒng)BZsZtD51VsV1（a）兩系統(tǒng)公用線段等效電路圖**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07圖??????傳導(dǎo)性公共阻抗耦合而地回路耦合產(chǎn)生的電磁干擾是指，一回路在地中注入電流，在地中產(chǎn)生電流分布及電位分布，如果附近有一回路接在地平面的兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)之間存在電位差，因此將在該回路中產(chǎn)生干擾電壓。如圖????所示，當(dāng)信號(hào)源與相連的儀器在不同點(diǎn)接地時(shí)，接地點(diǎn)的電位差產(chǎn)生的騷擾源VN作用在該電路系統(tǒng)，產(chǎn)生共模干擾。圖??????共模阻抗耦合(接地回路)電力系統(tǒng)最典型的情況是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，在地網(wǎng)上產(chǎn)生很高的電位，即地電位升高。這種地網(wǎng)電位升高會(huì)使接在地網(wǎng)上的弱電系統(tǒng)電纜及弱電設(shè)備上出現(xiàn)很高的電位。接地網(wǎng)接地電阻越大，電導(dǎo)性耦合的干擾就越嚴(yán)重。3.3.3電容耦合如圖????a所示，其等效電路如圖當(dāng)兩導(dǎo)體之間存在分布電容時(shí)，兩導(dǎo)體之間就會(huì)發(fā)生電容耦合。最常見的電容耦合的例子是兩根相互靠近的平行導(dǎo)體如圖????a所示，其等效電路如圖2Vs①VsII「1R；r2Vs①VsII「1R；r4C!GC2GVN■-=■~(b)電容耦合模型等效電路(a)常見的電容耦合模型圖3-5兩平行導(dǎo)線之間的電容耦合及其等效電路通過對(duì)等效電路進(jìn)行分析易得，導(dǎo)線2上所感應(yīng)的干擾電壓為V(1j?C)〃RnS(lj?C)+(1joC)R122G"(3-3)式中，Vs為施加在騷擾源導(dǎo)體上的電壓；RL和CL為屏蔽導(dǎo)體的負(fù)荷。且存在Rv二V?1j?C”>>RnS（門叭"R卽（3-4）*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07通過式（3-4）可得，對(duì)地阻抗越高，越容易產(chǎn)生電容傳輸；當(dāng)頻率越高時(shí)，電容傳輸?shù)默F(xiàn)象越明顯；線路上分布電容越大時(shí)，耦合的干擾產(chǎn)生的電壓越大。因?yàn)橥ㄟ^電容耦合產(chǎn)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、被干擾電路對(duì)地阻抗成正比。為減小電場(chǎng)耦合的影響，應(yīng)減小騷擾電壓，降低騷擾電壓的頻率，并減小被干擾回路的對(duì)地電阻，減小電路之間的耦合電容，必要時(shí)在平行到線上加屏蔽。3.3.4電感耦合電感耦合發(fā)生在兩個(gè)電路之間，如圖3-6所示。當(dāng)一個(gè)電路上有突變電流時(shí)，在干擾電路l上引起的交變磁能會(huì)通過兩個(gè)電路之間的互感耦合到電路2上，在電路2上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)［2］。圖3-6電感耦合原理圖圖3-7為電感耦合的等效電路。圖3-7電感耦合等效電路兩電路間的電感噪聲干擾的基本方程為：式中，A為封閉電路的面積，B為磁通密度。_^J(3-6)若用兩電路中的互感進(jìn)行描述，則也可以修改為_^J(3-6)若用兩電路中的互感進(jìn)行描述，則也可以修改為式3-6中，M12為兩個(gè)電路之間的單位長(zhǎng)度的互感。若兩個(gè)電路的耦合長(zhǎng)度為L(zhǎng),互感耦合在電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07I(3-7)要減小干擾電壓強(qiáng)度，可以減小B、A、cos。。要減小B則可以采用拉大兩回路之間的距離或使導(dǎo)線絞繞，絞繞可以使兩電路產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消：要減小回路的面積A,可以采用把導(dǎo)線回路敷設(shè)在接地平面以上，減小導(dǎo)線與地平面圍成的環(huán)路面積；cosG的減小可以通過重新安排干擾源與被干擾源之間的位置來解決，當(dāng)cos。等于0，干擾為最小。從以上兩節(jié)的分析可以看出，電容干擾與電感干擾的主要區(qū)別有以下幾點(diǎn)。減小被干擾回路的負(fù)載阻抗未必能使電感干擾的情況改善；而對(duì)于電容干擾而言，減小被干擾電路的負(fù)載阻抗，可以改善被干擾的情況。在電感干擾中，產(chǎn)生的噪聲電壓串聯(lián)在被干擾電路中；但電容干擾中，產(chǎn)生的噪聲電壓則并聯(lián)于被干擾電路中。也可以這樣說：電容干擾時(shí)，在被干擾回路中產(chǎn)生的是電流源，而電感干擾時(shí)被干擾回路中產(chǎn)生的是電動(dòng)勢(shì)。在以上兩個(gè)章節(jié)中，所有結(jié)論都是在假設(shè)只有一種干擾的情況下推導(dǎo)的，實(shí)際情況下，可能兩種干擾都會(huì)存在，需要考慮綜合的干擾效應(yīng)。3.4輻射耦合任何干擾源的本質(zhì)都是產(chǎn)生電磁波，交變電流通過導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生狡辯電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁波，E場(chǎng)和H場(chǎng)互為正交同時(shí)傳播。傳播速度由煤質(zhì)決定，在自由空間等于光速。在靠近輻射源時(shí)，電磁場(chǎng)的幾何分布和強(qiáng)度騷擾源特性決定；當(dāng)離源較遠(yuǎn)時(shí)，只有正交的電磁場(chǎng)。電場(chǎng)更容易由高阻抗電壓驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生，如直導(dǎo)線。磁場(chǎng)主要有低阻抗電流驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生，如導(dǎo)線回路。輻射電磁騷擾是指騷擾能量通過空間電磁波的形式傳播到敏感設(shè)備中產(chǎn)生干擾，隨敏感設(shè)備電纜的接地方式不同形成共模和差模干擾。當(dāng)一個(gè)地方的電流或電荷隨時(shí)間變化時(shí)，就有一部分電磁能量進(jìn)入周圍空間，這種現(xiàn)象稱為電磁輻射。產(chǎn)生電磁波的輻射源最簡(jiǎn)單的方式就是電偶極子與磁偶極子。實(shí)際輻射源都可看成有許多偶極子組成，所產(chǎn)生的電磁波也就是這些偶極子輻射電磁波的合成。電磁場(chǎng)輻射產(chǎn)生干擾耦合，即就是當(dāng)高頻電流流過導(dǎo)體時(shí)，在該導(dǎo)體周圍便產(chǎn)生電力線和磁力線，并發(fā)生高頻變化，從而形成一種在空間傳播的電磁波。處于電磁波中的導(dǎo)體便會(huì)感應(yīng)出相應(yīng)頻率的電動(dòng)勢(shì)。電磁場(chǎng)輻射干擾是一種無規(guī)則的干擾，這種干擾很容易通過電源線傳到系統(tǒng)中去。處于空間中的傳輸線，即能輻射干擾波又能接收干擾波，這種現(xiàn)象成為天線效應(yīng)。當(dāng)傳輸線的長(zhǎng)度大于或等于空間中信號(hào)哦頻率的四分之一波長(zhǎng)時(shí)，天線**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07效應(yīng)尤其明顯［3］。通過對(duì)理論的分析，得出對(duì)于輻射干擾的抑制措施可以分為：1、采用合理的總體布局，電路系統(tǒng)的工作要依靠實(shí)際的電氣連接來實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際信號(hào)線的長(zhǎng)短是由電路系統(tǒng)的布局決定的。若高速信號(hào)或易干擾信號(hào)等布局不合理，則EMC的性能下降。2、采用合理的走線方式，PCB走線方式及與相鄰PCB走線的關(guān)系對(duì)其輻射能力有很大影響，布線的好壞直接決定著系統(tǒng)的EMI的大小。高頻信號(hào)的輻射是整體EMI中最突出的部分。為了最大限度的抑制高頻信號(hào)的輻射，先從高速的、密集的信號(hào)開始布線，優(yōu)先考慮那些信號(hào)頻率高，聯(lián)系緊密的模塊。3、要有合理的地線處理，地線在EMC方面的應(yīng)用，最主要的用法是屏蔽、回流。為了采用平行往返的方式抑制輻射，高頻信號(hào)的地線要盡量的靠近高頻信號(hào)線，并采用最短路徑走線，如果是一組高頻信號(hào)線的話，可以在它們中間多加入幾條地線，以達(dá)到更好的抑制效果。由于地線一般是由大面積的銅箔構(gòu)成的，因而其分布電阻、分布電感比普通的PCB走線要小得多，即使流過高頻電流時(shí)其阻抗也比較小，對(duì)于感應(yīng)到地線網(wǎng)絡(luò)的高頻噪聲，能夠形成阻抗很低的回流路徑，降低EMI輻射。4、要增設(shè)高頻去禍電容，有時(shí)為了降低高頻信號(hào)的幅度，在信號(hào)線與地線間加接高頻去禍電容。注意地線阻抗的高低直接影響去禍效果。在高頻信號(hào)的末端，加接對(duì)地的去禍電容，一般電容取值在10pF-100pF之間，高頻噪聲會(huì)通過電容直接流到地線上去。因?yàn)樵肼曨l率非常高，所以要注意接地電容的引線電感。電磁兼容的理論和技術(shù)就是圍繞感染源、干擾傳播途徑(或傳輸通道)和敏感設(shè)備，研究電磁干擾源產(chǎn)生的機(jī)理及抑制干擾源的措施，尋找消弱傳播干擾能量的方法和提高敏感設(shè)備抵抗能力的技術(shù)，從而達(dá)到控制干擾發(fā)生的目的。電磁干擾的防護(hù)對(duì)于日益復(fù)雜的電磁環(huán)境的研究，都是通過研究電磁環(huán)境對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)的作用機(jī)理、能量耦合途徑等，目的都是為了保障設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)定電磁環(huán)境中的生存能力和運(yùn)行能力。目前，隨著電子設(shè)備的不斷增加，且電子設(shè)備的集成度不斷提高，都造成了電磁空間的復(fù)雜度不斷增加。構(gòu)成電磁環(huán)境的因素十分復(fù)雜，既有自然因素也有人為因素。其中，自然因素包括雷電電磁輻射、靜電放電(electrostaticdischarge,ESD)電磁輻射、太陽系和星際電磁輻射、地球和大氣層電磁場(chǎng)等。人為因素包括無線電臺(tái)等各種系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁發(fā)射；高電壓送、變電系統(tǒng)等產(chǎn)生的工頻電磁輻射；各種家用電器、電動(dòng)工具等產(chǎn)生的電磁輻射以及用于軍事目的的各類強(qiáng)電磁脈沖源，如雷達(dá)、電磁脈沖武器等產(chǎn)生的電磁輻射等。電磁兼容是指設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能同時(shí)執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。它主要包括2個(gè)方面的內(nèi)容：一是設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，可按規(guī)定的安全裕度實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的工作性能、且不因電磁干擾而受損或產(chǎn)生不可接受的降級(jí)；二是設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中正常工作且不會(huì)給環(huán)境（或其他設(shè)備）帶來不可接受的電磁干擾。而電磁防護(hù)是指為在設(shè)計(jì)、研制和生產(chǎn)過程中使設(shè)備具有抗電磁干擾或電磁毀傷能力而采取的技術(shù)措施，也包括為消除電磁環(huán)境對(duì)電爆裝置、燃油及人員影響而采取的技術(shù)措施和對(duì)策。綜上所述，電磁兼容與電磁防護(hù)在內(nèi)涵和外延上是一個(gè)有機(jī)的整體，它們研究的重點(diǎn)都是電磁環(huán)境對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)的作用機(jī)理、能量耦合途徑等，即電磁環(huán)境效應(yīng)；目的都是為了保障設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)定電磁環(huán)境中的生存能力和運(yùn)行能力。要改善電子產(chǎn)品的電磁兼容性，接地、屏蔽和濾波是抑制EMI的基本方法。下面分別對(duì)這幾種方法進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。4.1接地地的定義有四種：1、導(dǎo)電性的土壤，具有等電位，且任意點(diǎn)的電位可以看成零電位。2、導(dǎo)電體，如土壤或鋼船的外殼，作為電路的返回通道，或作為零電位參考點(diǎn)。3、電路中相對(duì)于地具有零電位的位置或部分。4、電路與地或其他起地的作用的導(dǎo)電體的有意的或偶然的連接。接地就是一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)電氣與電子元件至地參考點(diǎn)之間的電傳導(dǎo)路徑。無論從安全還是電路工作的角度考慮，電氣設(shè)備接地都是十分必要的。接地有兩方面的含義，一是指電氣設(shè)備與大地的連接；二是指電路及電子設(shè)備的信號(hào)參考地。接地除了提供設(shè)備的安全保護(hù)地以外，還提供設(shè)備運(yùn)行所必需的信號(hào)參考地。理想的接地平面是一個(gè)零電位、零阻抗的物理體，它可作為電路中所有信號(hào)點(diǎn)評(píng)的參考點(diǎn)，并且任何干擾信號(hào)通過它，都不會(huì)產(chǎn)生電壓降。但是，理想的接地平面是不存在的，這就需要我們考慮和分析地電位分布，進(jìn)行接地設(shè)計(jì)與研究，找出合適的接地電位［7］。接地的目的在不同的情況下是不一樣的，常見的有：1）建立與大地相連的低阻抗通路，使雷擊電流、靜電放電電流等從接地通路直接流入大地，而不致影響設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作及人身安全。2）建立設(shè)備外殼與附近金屬導(dǎo)體之間的低阻抗通路，當(dāng)設(shè)備中存在漏電流時(shí)，不致于危及人身安全。3）設(shè)備或系統(tǒng)的各部分都連接到一個(gè)公共點(diǎn)或等位面，以便于有一個(gè)公共的參考電位，消除兩個(gè)懸浮電路之間可能存在的干擾電壓。4）將屏蔽體接地，使屏蔽發(fā)揮作用。5）將濾波器接地，使使濾波器能起到抑制共模干擾的作用。*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07*歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.076）印制電路板上的信號(hào)電路接到地平面，以提供一個(gè)信號(hào)的返回通路。7）汽車、飛機(jī)上的非重要電路接車體或機(jī)體的金屬外殼，以提供一個(gè)電流返回通路。接地的方式可分為：浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地。對(duì)于電路系統(tǒng)來說可選擇：電路接地、電源接地和信號(hào)接地等方法。4.2屏蔽屏蔽技術(shù)就是利用屏蔽體阻斷或減小電磁能量在空間傳播的一種技術(shù)，是減少電磁發(fā)射和實(shí)現(xiàn)電磁騷擾防護(hù)的最基本、最重要的手段之一。采用屏蔽有兩個(gè)目的：一是限制內(nèi)部產(chǎn)生的輻射超出某一區(qū)域；二是防止外來的輻射進(jìn)入某一區(qū)域。屏蔽按其機(jī)理分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽三種。按屏蔽體結(jié)構(gòu)可分為完整屏蔽、不完整屏蔽及編織帶屏蔽。屏蔽的設(shè)計(jì)既可以針對(duì)干擾源，也可以針對(duì)被干擾體。對(duì)于干擾源，設(shè)計(jì)屏蔽部分可以使其減小對(duì)周邊其他設(shè)備的影響；對(duì)于被干擾體，則可減小外界干擾電磁波對(duì)本設(shè)備的影響。電磁干擾抑制技術(shù)是圍繞電磁干擾三要素所采取的各種措施，歸納起來就是三條：1、抑制電磁干擾源；2、切斷電磁干擾耦合途徑；3、降低敏感裝置的敏感性。靜電屏蔽采用完整的金屬屏蔽體將帶電導(dǎo)體包圍起來，在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出與帶電導(dǎo)體等量極性相反的電荷，外側(cè)出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體等量極性相同的電荷，如果將金屬屏蔽體接地，則外側(cè)的電荷將流入大地，外側(cè)不會(huì)有電場(chǎng)存在，即帶電導(dǎo)體的電場(chǎng)被屏蔽在金屬屏蔽體內(nèi)。金屬屏蔽體導(dǎo)電性能越好，靜電屏蔽效果越好。值得注意的是靜電屏蔽必須要通過接地才能起到屏蔽的作用。磁場(chǎng)屏蔽在低頻段主要是利用高磁導(dǎo)率的材料構(gòu)成低磁阻通路，使大部分磁場(chǎng)被集中在屏蔽體內(nèi)。屏蔽體的磁導(dǎo)率越高，厚度越大，磁阻越小，磁場(chǎng)屏蔽的效果越好。高頻段則主要通過干擾信號(hào)在屏蔽層中產(chǎn)生的渦流建立的反向磁場(chǎng)抵消干擾磁場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)。電磁屏蔽主要通過反射、吸收、抵消三種效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)削弱干擾電磁波的作用。當(dāng)電磁波到達(dá)屏蔽體表面時(shí)，由于電介質(zhì)和屏蔽層的交界面上阻抗不連續(xù)（二者波阻抗不相同），對(duì)入射波產(chǎn)生反射，電磁波的一部分能量被反射掉?？諝馀c金屬的波阻抗相差越大，則由反射引起的屏蔽效應(yīng)越強(qiáng)。未被表面反射掉而進(jìn)入屏蔽體的能量，在屏蔽體內(nèi)傳播的過程中受到衰減。也就是所謂的吸收。吸收是由金屬內(nèi)渦流損耗所引起的，頻率越高、屏蔽層越厚，則能量損耗越多。在屏蔽體內(nèi)尚未衰減掉的剩余能量，傳到材料的另一表面時(shí)，遇到電介質(zhì)和屏蔽層波阻抗不連續(xù)的交界面，會(huì)形成再次反射，并重新返回屏蔽體內(nèi)。這種反射在兩個(gè)金屬的交界面上可能有多次的反射，這意味著對(duì)電磁波能量的吸收也是多次的。2021.03.072021.03.072021.03.072021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07**歐陽光明*創(chuàng)編2021.03.07*歐陽光明*創(chuàng)編這一過程可用下圖表示：電層內(nèi)多次度射入Wtt電層內(nèi)多次度射入Wtt反射械圖4-1電磁場(chǎng)屏蔽機(jī)理4.3濾波任何直接穿透屏蔽體的導(dǎo)線都會(huì)造成屏蔽體的屏蔽失效。令缺乏電磁兼容經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師感到困惑的典型問題之一是很多屏蔽嚴(yán)密的機(jī)箱（機(jī)柜）正是由于有導(dǎo)體直接穿過而導(dǎo)致電磁兼容實(shí)驗(yàn)的失敗。解決導(dǎo)體穿透屏蔽體引入的電磁干擾問題的有效方法之一，就是在電纜的端口處使用濾波器，濾除電纜上不必要的頻率成分，減小電纜產(chǎn)生的電磁輻射，也防止周圍環(huán)境在電纜上感應(yīng)產(chǎn)生的電磁噪聲傳進(jìn)設(shè)備內(nèi)。濾波時(shí)抑制傳導(dǎo)電磁騷擾的一種重要方法。由于搔擾源產(chǎn)生的電磁騷擾的頻譜比待接收的信號(hào)的頻譜寬得多，所以當(dāng)接收器接收有用信號(hào)時(shí)也會(huì)接收不希望有的騷擾信號(hào)。采用濾波器能限制接收信號(hào)的頻帶以抑制無用的騷擾，而不影響有用信號(hào)，即可提高接收器的信噪比。采用濾波器的目的是分離信號(hào)、剔除干擾，可