人工電磁干擾課件

第3章電磁環(huán)境及電磁污染途徑

3.1自然電磁環(huán)境

根據(jù)電磁波產(chǎn)生的機(jī)理不同，我們一般將電磁干擾劃分為自然電磁干擾和人為電磁干擾兩種。非人為因素產(chǎn)生的電磁波，構(gòu)成了電磁環(huán)境的一部分，我們把這部分電磁波所形成的電磁環(huán)境稱為自然電磁環(huán)境。在自然電磁環(huán)境中，靜電、雷電和自然輻射是3種最重要的電磁干擾。

第3章電磁環(huán)境及電磁污染途徑3.1自然電磁環(huán)1

3.1.1靜電

靜電的形成物質(zhì)都是由分子組成，分子又是由原子組成，原子由帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的質(zhì)子組成。在正常狀況下，一個原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)相同，正負(fù)電荷平衡，對外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。如下圖所示，繞原子A的原子核旋轉(zhuǎn)的電子，在外力的作用下，離開原來的原子A而侵入其他的原子B。A原子因缺少電子數(shù)而呈帶正電現(xiàn)象，稱為陽離子，B原子因增加電子數(shù)而呈帶負(fù)電現(xiàn)象，稱為陰離子。當(dāng)外力持續(xù)作用時，陽離子和陰離子的分布會變得越來越不均勻，對外將表現(xiàn)為帶電現(xiàn)象。3.1.1靜電2

當(dāng)兩個不同的物體相互接觸時，就會使得一個物體失去一些電子(如電子轉(zhuǎn)移到另一個物體)而帶正電，另一個得到一些剩余電子的物體則帶負(fù)電。若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會積累使物體帶上靜電。人工電磁干擾ppt課件3所以物體與其他物體接觸后再分離，就會帶上靜電。在日常生活中，脫衣服產(chǎn)生的靜電也是因?yàn)椤敖佑|分離”而產(chǎn)生的。常見材料的摩擦起電序列為：人體、玻璃、云母、聚酰胺、毛織品、毛皮、絲綢、鋁、紙、棉花、鋼鐵、木頭、硬橡膠、聚脂薄膜、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯(PVC)。在這個序列表中，兩種材料相差間隔越大，摩擦起電就越容易。但并不是說，摩擦起電越容易，材料表面積累的靜電荷就越多。摩擦起電引起的電荷積累還有一些其他條件的限制，比如兩種材料接近的緊密程度、分離的速率、濕度及兩材料的導(dǎo)電性等。所以物體與其他物體接觸后再分離，就會帶上靜電。在日常生4

潮濕的空氣也是正負(fù)電荷中和的路徑。人體是良好的靜電載體，能夠通過摩擦起電充電到幾千伏。通過人的活動，這些不受歡迎的靜電荷就會被帶到一些敏感區(qū)域晃來晃去。這些大量的靜電一旦找到合適的放電路徑，就會產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

潮濕的空氣也是正負(fù)電荷中和的路徑。人體是良好的靜電載5靜電的放電與人體放電模型

當(dāng)人體接近導(dǎo)電物體時(最壞的情況是接觸到一個金屬物體，例如儀器外殼、集成電路的管腳等)，如果空氣氣隙上的電位梯度足夠高，電荷會以火花的形式轉(zhuǎn)移到那個物體上。電荷轉(zhuǎn)移中的能量既可能低得不易察覺，也可能造成十分疼痛的感覺。因人體放電而產(chǎn)生的放電電流波形由十分陡(毫微秒級)的前沿和較慢的放電曲線組成。手或金屬的放電電流波形的特性是接近速度、電壓、電極的幾何形狀和相對濕度等參數(shù)的函數(shù)。靜電的放電與人體放電模型6圖中：CR——人體和大地之間的電容。RR——人體的電阻。人工電磁干擾ppt課件7LR——人體的電感。CS——人手臂與大地之間的電容。Co1——人手臂與金屬體之間的電容。RS——人手臂放電路徑的電阻。LS——人手臂放電路徑的電感。Co2——人手、手指與金屬體之間的電容。CJ——金屬體與大地之間的電容。RJ——金屬體的接地電阻。LJ——金屬體的接地電感。LR——人體的電感。8

人體靜電放電的過程受很多因素影響，具體的放電過程也因各種分布參數(shù)的不同而不同。典型的人體靜電放電電流波形如下圖所示。

人體靜電放電的過程受很多因素影響，具體的放電過程也因各9

在這個波形中，低頻成分轉(zhuǎn)移的電荷比高頻成分多，但是高頻成分會產(chǎn)生更強(qiáng)的場，對電路的危害也最為明顯。由實(shí)驗(yàn)得出的各個參數(shù)的范圍如下：Tr(上升時間)=200ps~100nsTs(尖峰寬度)=0.5ns~10μsTt(持續(xù)長度)=100ns~2ms

靜電放電過程的不同不僅表現(xiàn)在電流波形在時間特性上差異很大，而且幅度也會在1A~200A范圍內(nèi)變化。

在這個波形中，低頻成分轉(zhuǎn)移的電荷比高頻成分多，但是高頻10

正是由于不同條件下靜電放電的特性差異很大，所以電子設(shè)備對靜電放電的響應(yīng)很難預(yù)測。所幸的是，我們可以用統(tǒng)計(jì)的方法來處理這個問題。一定要記住的一個事實(shí)是，靜電放電時產(chǎn)生的能量很大，頻率很高(有時高達(dá)5GHz)。正是由于不同條件下靜電放電的特性差異很大，所以電子設(shè)備11靜電的危害

靜電場的強(qiáng)度取決于充電物體上的電荷數(shù)量和與它的電荷量不同的物體之間的距離。人體上的電壓通常會達(dá)到8kV～10kV，有時電壓會更高，達(dá)到12kV～15kV。許多文獻(xiàn)上稱，人體的電壓可以達(dá)到30kV。但這是假設(shè)身體的最小輝光放電半徑為1cm時推斷的。實(shí)際上，人體上許多部位的輝光放電半徑小于1cm，因此在通常條件下是不會出現(xiàn)這么高電壓的。人體上的最高電壓應(yīng)該是20kV左右。靜電的危害12

如果一個元件的兩個針腳或更多針腳之間的電壓超過元件介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度，就會對元件造成損壞，這是MOS器件出現(xiàn)故障最主要的原因。MOS器件的氧化層越薄，元件對靜電放電的敏感性也越大。由靜電引起的MOS器件故障通常表現(xiàn)為元件本身對電源有一定阻值的短路現(xiàn)象。對于雙極性元件，損壞一般發(fā)生在薄氧化層隔開的已進(jìn)行金屬噴鍍的有源半導(dǎo)體區(qū)域，靜電引起的擊穿會產(chǎn)生電流嚴(yán)重泄漏的路徑。如果一個元件的兩個針腳或更多針腳之間的電壓超過元件介質(zhì)13另一種故障是由于節(jié)點(diǎn)的溫度超過半導(dǎo)體硅的熔點(diǎn)(1415℃)時所引起的。靜電放電脈沖的能量可以產(chǎn)生局部發(fā)熱，使半導(dǎo)體局部熔斷損壞。即使靜電產(chǎn)生的電壓低于介質(zhì)的擊穿電壓，也會發(fā)生這種故障。一個典型的例子是，NPN型三極管發(fā)射極與基極間常會因靜電而產(chǎn)生擊穿，擊穿后電流增益急劇降低。器件受到靜電放電的影響后，也可能不立即出現(xiàn)功能性的損壞。這些受到潛在損壞的元件通常被稱為“跛腳”，一旦加以使用，將會對以后發(fā)生的另一種故障是由于節(jié)點(diǎn)的溫度超過半導(dǎo)體硅的熔點(diǎn)(141514

靜電放電或傳導(dǎo)性瞬態(tài)表現(xiàn)出更大的敏感性。整體的性能表現(xiàn)為電子設(shè)備的性能越來越差，直至完全損壞。要密切注意元件在不易察覺的放電電壓下發(fā)生的損壞，這一點(diǎn)非常重要。人體有感覺的靜電放電電壓為3000V～5000V，然而，元件發(fā)生損壞時的電壓僅幾百伏。這勢必會對電子電路的性能產(chǎn)生影響。相對于自然界的靜電來說，電子器件是非常嬌貴的，正是基于這一因素，是否采取了防靜電措施是衡量電子器件質(zhì)量好壞的一個非常重要的指標(biāo)。靜電放電或傳導(dǎo)性瞬態(tài)表現(xiàn)出更大的敏感性。整體的性能表現(xiàn)15設(shè)備漏電，尤其是不會對人造成觸電傷害的微弱漏電雖然不屬于靜電放電現(xiàn)象，但其性能卻與靜電放電類似。雖然大多數(shù)情況下人們幾乎感覺不到設(shè)備漏電，但由于其普遍性(任何電器設(shè)備多少總有些漏電)和高內(nèi)阻的特點(diǎn)，產(chǎn)生幅度接近于電源電壓(100～400V),時間很短的尖峰電脈沖，仍足以對靜電敏感器件造成電氣過載(EOS)損害。所以一般將設(shè)備漏電也納入靜電防護(hù)體系中來考慮。靜電放電(ESD)及電氣過載(EOS)對電子元器件造成損害的主要機(jī)理有：熱二次擊穿、金屬鍍層熔融、介質(zhì)擊穿、氣弧放電、表面擊穿和體擊穿等。設(shè)備漏電，尤其是不會對人造成觸電傷害的微弱漏電雖然不屬16

正確地進(jìn)行靜電防護(hù)是電子工程師和電氣工程師的一個非常重要的課題。在一些設(shè)備比較完善的生產(chǎn)車間、比較重要的機(jī)房等場合，這一問題已經(jīng)得到了足夠重視。許多防靜電產(chǎn)品已經(jīng)大量進(jìn)入市場。常見的防靜電產(chǎn)品有防靜電地板、防靜電服裝、防靜電護(hù)腕。但僅僅裝備了一些防靜電的設(shè)備或采取了一些防靜電的措施往往是不夠的，最為重要的是，相關(guān)的工作人員一定要樹立起防靜電意識，否則，真正的防止靜電的損壞是無從談起的。

正確地進(jìn)行靜電防護(hù)是電子工程師和電氣工程師的一個非常重173.1.2雷電雷電的形成

人們通常把發(fā)生閃電的云稱為雷雨云，其實(shí)有幾種云都與閃電有關(guān)，如層積云、雨層云、積云和積雨云，最重要的是積雨云，一般專業(yè)書中講的雷雨云就是指積雨云。云的形成過程是空氣中的水汽經(jīng)由各種原因達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)而發(fā)生凝結(jié)的過程。使空氣中水汽達(dá)到飽和是形成云的一個必要條件，其主要方式有：3.1.2雷電18

(1) 水汽含量不變，空氣降溫冷卻；(2) 溫度不變，增加水汽含量；(3) 既增加水汽含量，又降低溫度。但對云的形成來說，降溫過程是最主要的過程。而降溫冷卻過程中又以上升運(yùn)動而引起的降溫冷卻作用最為普遍。

積雨云是一種在強(qiáng)烈垂直對流過程中形成的云。由于地面吸收太陽的輻射熱量遠(yuǎn)大于空氣層，所以白天地面溫度升高較多，夏日這種升溫更為明顯，近地面的大氣的溫度由于熱傳導(dǎo)和熱輻射也跟著升高，氣體溫度升高必然膨脹，密度減小，(1) 水汽含量不變，空氣降溫冷卻；19

壓強(qiáng)也隨著降低，根據(jù)力學(xué)原理它就要上升，上方的空氣層密度相對說來就較大，就要下沉。熱氣流在上升過程中膨脹降壓，同時與高空低溫空氣進(jìn)行熱交換，于是上升氣團(tuán)中的水汽凝結(jié)而出現(xiàn)霧滴，就形成了云。在強(qiáng)對流過程中，云中的霧滴進(jìn)一步降溫，變成過冷水滴、冰晶或雪花，并隨高度逐漸增多。在凍結(jié)高度(-10℃)，由于過冷水大量凍結(jié)而釋放潛熱，使云頂突然向上發(fā)展，達(dá)到對流層頂附近后，向水平方向鋪展，形成云砧，是積雨云的顯著特征。壓強(qiáng)也隨著降低，根據(jù)力學(xué)原理它就要上升，上方的空氣層密20

積雨云形成過程中，在大氣電場、溫差起電效應(yīng)和破碎起電效應(yīng)的同時作用下，正負(fù)電荷分別在云的不同部位積聚。當(dāng)電荷積聚到一定程度，就會在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電，也就是人們平常所說的雷電。當(dāng)云層放電時，由于云中的電流很強(qiáng)，通道上的空氣瞬間被燒得灼熱，溫度高達(dá)6000～20000℃，所以發(fā)出耀眼的強(qiáng)光，這就是閃電，而閃道上的高溫會使空氣急劇膨脹，同時也會使水滴汽化膨脹，從而產(chǎn)生沖擊波，這種強(qiáng)烈的沖擊波活動形成了雷聲。積雨云形成過程中，在大氣電場、溫差起電效應(yīng)和破碎起電效21

雷擊通常有3種形式：直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷。直擊雷是帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，感應(yīng)雷是當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，地面某些范圍由于散流電阻大，出現(xiàn)局部高電壓，或在直擊雷放電過程中，強(qiáng)大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)，發(fā)生高電壓而發(fā)生閃擊現(xiàn)象的二次雷，球形雷比較多見于山區(qū)，其登堂入室的報(bào)道常見于報(bào)端。

雷擊通常有3種形式：直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷。直擊雷是帶22雷電的破壞作用

雷電以其巨大的破壞力給人類社會帶來了慘重的災(zāi)難。雷電具有以下幾個特點(diǎn)：沖擊電流非常大，其電流高達(dá)幾萬至幾十萬安培。持續(xù)時間短，一般雷擊分為3個階段，即先導(dǎo)放電、主放電和余光放電，整個過程一般不會超過60μs。雷電流變化梯度大，有的可達(dá)10KA/μs。沖擊電壓高，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生交變磁場，其感應(yīng)電壓可高達(dá)上億伏。雷電危害可分成直擊雷、感應(yīng)雷和浪涌3種。

雷電的破壞作用23

在雷暴活動區(qū)域內(nèi)，雷云直接通過人體、建筑物或設(shè)備等對地放電所產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象，稱為直接雷擊。此時雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產(chǎn)生的高電位。雷電擊中人體、建筑物或設(shè)備時，強(qiáng)大的雷電流轉(zhuǎn)變成熱能。在雷電流流過的通道上，物體水分受熱汽化而劇烈膨脹，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊性機(jī)械力。感應(yīng)雷的破壞也稱為二次破壞。雷電流變化梯度很大，會產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場，使得周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流可能向周圍物體放電，如附近有可燃物就會引發(fā)火災(zāi)和爆炸，而感應(yīng)到正在聯(lián)機(jī)的導(dǎo)線上就會對設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞性。在雷暴活動區(qū)域內(nèi)，雷云直接通過人體、建筑物或設(shè)備等對地24

感應(yīng)雷主要有兩種：靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。

靜電感應(yīng)雷：帶有大量負(fù)電荷的雷云所產(chǎn)生的電場E將會在架空明線上感生出被電場束縛的正電荷。當(dāng)雷云對地放電或?qū)υ崎g放電時，云層中的負(fù)電荷在一瞬間消失了(嚴(yán)格說是大大減弱)，于是在線路上感應(yīng)出的這些被束縛的正電荷也就在一瞬間失去了束縛，在電勢能的作用下，這些正電荷將沿著線路產(chǎn)生大電流沖擊，從而對電器設(shè)備產(chǎn)生不同程度的影響。感應(yīng)雷主要有兩種：靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。25

電磁感應(yīng)雷：雷擊發(fā)生在供電線路附近，或擊在避雷針上會產(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場，此交變電磁場的能量將感應(yīng)于線路并最終作用到設(shè)備上(由于避雷針的存在，建筑物上落雷機(jī)會反倒增加，內(nèi)部設(shè)備遭感應(yīng)雷危害的機(jī)會和程度一般來說是增加了)，對用電設(shè)備造成極大危害。

最常見的電子設(shè)備危害不是由于直接雷擊引起的，而是由于雷擊發(fā)生時在電源和通信線路中感應(yīng)的電流浪涌引起的。浪涌電壓可以從電源線或信號線等途徑竄入電腦設(shè)備，我們就這兩方面分別介紹如下：電磁感應(yīng)雷：雷擊發(fā)生在供電線路附近，或擊在避雷針上會產(chǎn)26(1)電源浪涌

電源浪涌并不僅源于雷擊，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障、投切大負(fù)荷時都會產(chǎn)生電源浪涌。電網(wǎng)綿延千里，不論是雷擊還是線路浪涌發(fā)生的幾率都很高。當(dāng)距離幾百公里的遠(yuǎn)方發(fā)生了雷擊時，雷擊浪涌通過電網(wǎng)光速傳輸，經(jīng)過變電站等衰減，到你的電腦時可能仍然有上千伏，這個高壓持續(xù)很短，只有幾十到幾百個微秒，或者不足以燒毀電腦，但是對于電腦內(nèi)部的半導(dǎo)體元件卻有很大的損害。(1)電源浪涌27(2)信號系統(tǒng)浪涌

信號系統(tǒng)浪涌電壓的主要來源是感應(yīng)雷擊、電磁干擾、無線電干擾和靜電干擾。金屬物體(如電話線)受到這些干擾信號的影響，會使傳輸中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，影響傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和傳輸速率。排除這些干擾將會改善網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀況。

(2)信號系統(tǒng)浪涌28常見防雷產(chǎn)品

現(xiàn)代防雷產(chǎn)品種類繁多，大致可分為4大類：

(1) 接閃器避雷針是最早的接閃器，也是目前世界上公認(rèn)的最成熟的防直擊雷裝置。避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線是避雷針的變形，其接閃原理是一致的。

(2) 低壓電源避雷器信息產(chǎn)業(yè)部的分析統(tǒng)計(jì)表明：通信站80%的雷擊事故是由雷電波侵入電源線造成的。因此，低壓交流避雷器發(fā)展非常迅速，而以MOV材料為主的避雷器在市場上占有統(tǒng)治地位。常見防雷產(chǎn)品29(3) 通信線路避雷器通信線路避雷器的技術(shù)要求較高，因?yàn)槌藵M足防雷技術(shù)要求外，還須保證傳輸指標(biāo)要求。加上與通信線路相連的設(shè)備耐壓很低，對防雷器件的殘壓要求嚴(yán)格，因此在選擇防雷器件時較困難。(4) 接地裝置接地是防雷的基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的接地方法是采用金屬型材鋪設(shè)水平或垂直地極，在腐蝕強(qiáng)烈的地區(qū)可以采用鍍鋅和加大金屬型材的截面積的方法抗腐蝕，也可以采用非金屬導(dǎo)體做地極，如石墨地極和硅酸鹽水泥地極。更合理的方法是利用現(xiàn)代建筑的基礎(chǔ)鋼筋做地極，有事半功倍之效。(3) 通信線路避雷器303.1.3自然輻射

自然輻射干擾源的種類非常多，主要有電子噪聲、大地表面磁場、大地磁層、大地表面的電場、大地內(nèi)部的電場、大氣中的電流電場、閃電和雷暴的電場、太陽無線電輻射和銀河系無線電輻射等。電子噪聲主要來自設(shè)備內(nèi)部的元器件，是決定接收機(jī)噪聲系數(shù)的重要因素。常見的電子噪聲源包括熱噪聲、散彈噪聲、分配噪聲、l/f噪聲和天線噪聲等。熱噪聲具有極寬的頻譜，能量隨溫度而變化，溫度越低，噪聲越小。

3.1.3自然輻射31電子噪聲主要來自設(shè)備內(nèi)部的元器件，是決定接收機(jī)噪聲系數(shù)的重要因素。常見的電子噪聲源包括熱噪聲、散彈噪聲、分配噪聲、l/f噪聲和天線噪聲等。在地球表面存在著地磁場，它是一種自然場。只要拿一枚小小的磁針就能觀察到它的存在。根據(jù)觀測已知，地磁場的場強(qiáng)分布基本上是軸對稱的，磁軸和地軸不重合，它們之間偏移一個角度，稱為磁偏角。磁極的位置是在緩慢周期性變化的，就現(xiàn)時而言，南極位于南極洲地區(qū)，北極位于北美洲。磁極處的場強(qiáng)最強(qiáng)，地磁赤道處的場強(qiáng)大約只有磁極處的一半。電子噪聲主要來自設(shè)備內(nèi)部的元器件，是決定接收機(jī)噪聲系數(shù)32在自然界電場中，不能忽視大氣中因宇宙輻射和太陽活動而引起的自由電荷，由于離子漂移而產(chǎn)生的離子，電導(dǎo)會隨著高度上升而增加，再加上高度增加而大氣密度減少，這樣促使離子數(shù)增加，而它們的自由行程變長。當(dāng)高度達(dá)到足夠大時，電導(dǎo)就會增高到使大氣層變成類似于導(dǎo)體的電離層，這就是在海拔高度500km處存在的大氣電離層。由此人們可以設(shè)想地球和這個電離層組成一個巨大的球形電容器。大氣中的電荷在電場作用下沿電場方向移動，形成一個恒定的電流流入大地，從而把正電荷輸送到大地上。對整個地球來說可產(chǎn)生1.5kA數(shù)量級的電流，因此地球很像一個巨大的發(fā)電機(jī)。在自然界電場中，不能忽視大氣中因宇宙輻射和太陽活動而引33

宇宙噪聲主要來自太陽輻射和銀河系無線電輻射。太陽輻射可分為熱輻射和非熱輻射兩類，熱輻射頻譜從十幾兆赫到30GHz，在太陽黑子劇烈活動期的輻射強(qiáng)度比靜止期大60dB。銀河系無線電輻射頻率在150MHz～200MHz頻段內(nèi)。因此宇宙噪聲在20MHz～500MHz頻率范圍內(nèi)影響相當(dāng)明顯。

由太陽飛出的帶電粒子的輻射，不管是對地球上受太陽光照亮的半球，還是對黑暗的半球，即不管是在白天還是在黑夜，都能引起磁場的變化。由太陽飛出的帶電粒子引起磁場的改變就是地球上的磁暴。

宇宙噪聲主要來自太陽輻射和銀河系無線電輻射。太陽輻射可343.2人工電磁干擾3.2.1輻射干擾源

輻射干擾是指以電磁波形式傳播的干擾。這類干擾的能量是由干擾源輻射出來，通過介質(zhì)(包括自由空間)以電磁波的特性和規(guī)律傳播的。構(gòu)成輻射干擾源有兩個條件：一個是有產(chǎn)生電磁波的源泉；另一個是能把這個電磁波能量輻射出去。不是任何裝置都能輻射電磁波，其結(jié)構(gòu)必須是開放式的，幾何尺寸和電磁波的波長必須是在同一量級。3.2人工電磁干擾35雷達(dá)系統(tǒng)、電視和廣播發(fā)射系統(tǒng)、射頻感應(yīng)及介質(zhì)加熱設(shè)備、射頻及微波醫(yī)療設(shè)備、各種電加工設(shè)備、通信發(fā)射臺站、衛(wèi)星地球通信站、大型電力發(fā)電站、輸變電設(shè)備、高壓及超高壓輸電線、地鐵列車及電氣火車以及大多數(shù)家用電器等都是可以產(chǎn)生各種形式、不同頻率、不同強(qiáng)度的電磁輻射源。電磁輻射場區(qū)一般分為遠(yuǎn)區(qū)場和近區(qū)場。以場源為中心，在一個波長范圍內(nèi)的區(qū)域，通常稱為近區(qū)場，也可稱為感應(yīng)場；半徑為一個波長之外的空間范圍稱為遠(yuǎn)區(qū)場，又稱為輻射場。通常，對于一個固定的可以產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁輻射源來說，近區(qū)場輻射的電磁場強(qiáng)度較大，所以，我們應(yīng)該格外注意對電磁輻射近區(qū)場的防護(hù)。雷達(dá)系統(tǒng)、電視和廣播發(fā)射系統(tǒng)、射頻感應(yīng)及介質(zhì)加熱設(shè)備36常見的信息輻射干擾源有發(fā)送設(shè)備、本地振蕩器、非線性器件和核爆脈沖等。1.發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備通過發(fā)送天線輻射出去，有時通過編織屏蔽層和通風(fēng)管道輻射出去，通過連接電纜向外輻射。雷達(dá)系統(tǒng)、電視和廣播發(fā)射系統(tǒng)、射頻感應(yīng)及介質(zhì)加熱設(shè)備、射頻及微波醫(yī)療設(shè)備、各種電加工設(shè)備、通信發(fā)射臺站、衛(wèi)星地球通信站、大型電力發(fā)電站、輸變電設(shè)備、高壓及超高壓輸電線、地鐵列車及電氣火車以及大多數(shù)家用電器等都是可以產(chǎn)生各種形式、不同頻率、不同強(qiáng)度的電磁輻射源。

常見的信息輻射干擾源有發(fā)送設(shè)備、本地振蕩器、非線性器件37

2.本地振蕩器在多數(shù)設(shè)備中，主要的發(fā)射源是印制電路板(PCB)上電路(時鐘、視頻和數(shù)據(jù)驅(qū)動器，及其他振蕩器)中流動的電流。來自PCB的輻射發(fā)射可用載有騷擾電流的小環(huán)天線模型描述。小環(huán)是指其尺寸小于感興趣頻率的四分之一波長(λ/4)(例如75MHz為1m)。多數(shù)PCB環(huán)路當(dāng)發(fā)射頻率到幾百兆赫時仍認(rèn)為是“小”的。當(dāng)其尺寸接近λ/4時，環(huán)路上不同點(diǎn)的電流相位是不同的，這個效應(yīng)可在指定點(diǎn)上降低場強(qiáng)。當(dāng)一個環(huán)路在地平面上時，在距環(huán)路10m處的最大電場強(qiáng)度與頻率的平方成正比：2.本地振蕩器38E=263×10-12(f2AIS)V/m式中：A是環(huán)路面積(cm2)，f是源電流IS(mA)的頻率(MHz)。在自由空間中，電場強(qiáng)度隨著離源的距離按平方規(guī)律下降。

在大多數(shù)情況下，這些由本地設(shè)備的振蕩電路產(chǎn)生的輻射干擾的總功率往往不是太大。但因?yàn)檫@些干擾源距離較短，且與被干擾者處于相同的電磁環(huán)境，它們的影響往往不容忽視。在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)與施工過程中，人們一般比較重視外來的電磁干擾對設(shè)備工作的影響，采取的措施也比較得當(dāng)，但對本設(shè)備內(nèi)部的干擾源往往重視不夠。E=263×10-12(f2AIS)393.設(shè)備功能非線性產(chǎn)生的輻射

所謂設(shè)備功能非線性所產(chǎn)生的輻射干擾，指的是電路中器件工作在非線性狀態(tài)時所產(chǎn)生的干擾。如丙類放大器、檢波器、混頻器等都工作在器件的非線性狀態(tài)，它們的輸出端將產(chǎn)生不希望有的諧波分量和互調(diào)產(chǎn)物。這些諧波分量和互調(diào)產(chǎn)物在電路中傳導(dǎo)后，當(dāng)輻射條件具備時，將以電磁波的形式向空中輻射。3.設(shè)備功能非線性產(chǎn)生的輻射404.核電磁脈沖輻射

核電磁脈沖輻射是能量很大的一種特殊的輻射干擾源。爆炸核武器時，核輻射與周圍環(huán)境相互作用，使帶電粒子強(qiáng)烈運(yùn)動，由此產(chǎn)生核電磁脈沖。這種強(qiáng)脈沖的突出特點(diǎn)是：脈沖上升時間極短，僅有l(wèi)0ns左右；頻譜極寬，由超長波到微波波段的低端；脈沖的場強(qiáng)極強(qiáng)，電場強(qiáng)度為10V/m，磁場強(qiáng)度為100A/m；脈沖釋放的能量極大，可為4×109J。這樣強(qiáng)大的核電磁脈沖所產(chǎn)生的干擾和破壞作用是極其嚴(yán)重的。

4.核電磁脈沖輻射415.電弧輻射

當(dāng)開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)開啟和閉合時，觸點(diǎn)間會產(chǎn)生電弧。特別是在驅(qū)動電感負(fù)載時，這種現(xiàn)象更為明顯。一般環(huán)境條件下，在觸點(diǎn)間加上超過300V電壓時，將產(chǎn)生輝光放電。電弧產(chǎn)生的條件是非常容易滿足的。電弧可以在5MHz～200MHz的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經(jīng)常出現(xiàn)在25MHz～75MHz之間。當(dāng)電弧產(chǎn)生時，電路常常會自激振蕩。許多I/O電纜的諧振頻率也通常在這個頻率范圍內(nèi)，結(jié)果，電纜中便串入了大量的電弧輻射能量。5.電弧輻射42

電弧與靜電放電所產(chǎn)生的電磁輻射特性非常相似，區(qū)別在于，靜電放電一般表現(xiàn)為高電壓小電流，而電弧一般表現(xiàn)為低電壓大電流。電弧與靜電放電所產(chǎn)生的電磁輻射特性非常相似，區(qū)別在于，433.2.2傳導(dǎo)干擾源

傳導(dǎo)干擾指通過導(dǎo)體傳播的干擾。傳導(dǎo)干擾與輻射干擾的界限并不是非常明顯，除頻率非常低的干擾信號外，許多干擾信號的傳播可以通過導(dǎo)體和空間混合傳輸。在某些場合，干擾信號先以傳導(dǎo)的形式，通過導(dǎo)體將能量轉(zhuǎn)移到新的空間，再向空中輻射。而在另一些場合，干擾信號先在空中傳播，在其傳播的過程中遇到導(dǎo)體，就會在導(dǎo)體中感應(yīng)出干擾信號，變成傳導(dǎo)干擾，沿導(dǎo)體繼續(xù)傳播。3.2.2傳導(dǎo)干擾源441.傳導(dǎo)干擾源

傳導(dǎo)干擾源按帶不帶信息可以分為信息傳導(dǎo)干擾源與電磁噪聲傳導(dǎo)干擾源兩類。信息傳導(dǎo)干擾源指的是帶有信息的無用信號對電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾。電磁噪聲傳導(dǎo)干擾源指的是不帶任何信息的電磁噪聲對電子設(shè)備的干擾。

下頁表是常見的信息傳導(dǎo)干擾源及產(chǎn)生這種干擾的原因。

1.傳導(dǎo)干擾源45表3.8是常見的電磁噪聲傳導(dǎo)干擾源及產(chǎn)生這種干擾的原因。下表是常見的電磁噪聲傳導(dǎo)干擾源及產(chǎn)生這種干擾的原因。

表3.8是常見的電磁噪聲傳導(dǎo)干擾源及產(chǎn)生這種干擾的原因。下46人工電磁干擾ppt課件472.傳導(dǎo)干擾源的頻譜

任何種類的干擾都與干擾源的功率、頻率有關(guān)。下表是常見傳導(dǎo)干擾源的干擾頻譜。測量表明，傳導(dǎo)頻譜由最低可測的頻率到1GHz以上的頻譜。通常情況下，傳導(dǎo)干擾的頻率最高為幾十兆赫以下，這是因?yàn)楫?dāng)頻率升高時，由于導(dǎo)體損耗以及布線電感和分布電容的作用，使傳導(dǎo)電流大大衰減。2.傳導(dǎo)干擾源的頻譜48目前，對電子設(shè)備影響最大的傳導(dǎo)干擾要數(shù)通過供電線路傳導(dǎo)的干擾。這些干擾源通過電網(wǎng)可以將干擾信號傳播到非常廣的范圍。

人工電磁干擾ppt課件493.3電磁干擾三要素

理論和實(shí)驗(yàn)的研究表明，不管復(fù)雜系統(tǒng)還是簡單裝置，任何一個電磁干擾的發(fā)生必須具備3個基本條件：首先應(yīng)該具有干擾源；其次有傳播干擾能量的途徑(或通道)；第三還必須有敏感器件。在電磁兼容性理論中把被干擾對象統(tǒng)稱為敏感設(shè)備(或敏感器)。因此干擾源、干擾傳播途徑(或傳輸通道)和敏感設(shè)備稱為電磁干擾的三要素。下頁圖為電磁干擾三要素的示意圖。3.3電磁干擾三要素50關(guān)于電磁干擾的傳播途徑一般分成兩種方式，即傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式。敏感設(shè)備是被干擾對象的總稱，它可以是一個很小的元件或者一個電路板組件，也可以是一個單獨(dú)的用電設(shè)備，甚至可以是一個大系統(tǒng)。人工電磁干擾ppt課件51

在實(shí)際工作中，為了分析和設(shè)計(jì)用電設(shè)備的電磁兼容性，或?yàn)榱伺懦姶鸥蓴_故障，首先必須分清干擾源、干擾途徑和敏感設(shè)備3個基本要素，干擾源和干擾途徑尤其難以尋找和鑒別。在簡單系統(tǒng)中，干擾源和干擾途徑較容易確定，然而在現(xiàn)代電子設(shè)備的復(fù)雜系統(tǒng)中，干擾源和干擾途徑并不那么一目了然。有時一個元器件，它既是干擾源，同時又被其他信號干擾；有時一個電路有許多個干擾源同時作用，難分主次；有時干擾途徑來自幾個渠道，既有傳導(dǎo)耦合，又有輻射耦合，令人眼花繚亂。在實(shí)際工作中，為了分析和設(shè)計(jì)用電設(shè)備的電磁兼容性，或?yàn)?23.3.1敏感設(shè)備的敏感度度量

由于敏感設(shè)備是以不同電路原理、不同結(jié)構(gòu)和不同元器件構(gòu)成的具體用電設(shè)備，它們受同一電磁干擾作用的響應(yīng)程度差別很大，通常用敏感度來描述敏感設(shè)備對電磁干擾響應(yīng)的程度。敏感度越高，表示對干擾作用響應(yīng)的可能性越大，也可以說表明該設(shè)備抗電磁干擾的能力越差。不同敏感設(shè)備的敏感度值需要根據(jù)具體情況加以分析和實(shí)際測定。3.3.1敏感設(shè)備的敏感度度量53

在電磁兼容工程中，人們最關(guān)心的問題是敏感設(shè)備受到干擾作用后是否影響了它的工作性能。人們把引起設(shè)備性能降低的最小干擾值稱為敏感度門限值。顯然，用電設(shè)備的靈敏度越高，對信號響應(yīng)的電平越小，對電磁干擾作用影響性能的敏感度門限也就越低。不同類型的敏感設(shè)備，其敏感度門限的表達(dá)形式不一樣，大多數(shù)是以電壓幅度表示，但也有以能量和功率表示的，如受靜電感應(yīng)放電干擾的設(shè)備為能量型，受熱噪聲干擾的設(shè)備為功率型。在電磁兼容工程中，人們最關(guān)心的問題是敏感設(shè)備受到干擾54

敏感度門限的概念在分析設(shè)計(jì)和預(yù)測電磁兼容性中是描述敏感設(shè)備電磁特性的重要參數(shù)。電子設(shè)備是所有用電設(shè)備中性能優(yōu)良、體積較小、應(yīng)用廣泛的一種，它對電磁干擾也比較敏感。它的敏感度主要取決于電子設(shè)備的靈敏度和頻帶寬度。一般認(rèn)為電子設(shè)備的靈敏度Gv與敏感度Sv成反比，頻帶寬度B與敏感度Sv成正比。敏感度門限的概念在分析設(shè)計(jì)和預(yù)測電磁兼容性中是描述敏感55模擬電路系統(tǒng)敏感度分析

對于模擬電路系統(tǒng)，敏感度表示為式中，Sv為以電壓表示的模擬電路敏感度；

Nv為熱噪聲電壓；

B為電路的頻帶寬度；K為與干擾有關(guān)的比例系數(shù)。模擬電路的敏感度經(jīng)常用分貝(dB)表示SdBV，其計(jì)算公式如下：

模擬電路系統(tǒng)敏感度分析56

其中，GdBV是用分貝表示的設(shè)備靈敏度，一般靈敏度值比較小，多為毫伏級或微伏級數(shù)值。數(shù)字電路系統(tǒng)敏感度分析

對于數(shù)字電路系統(tǒng)，敏感度表示為：式中，Sd為數(shù)字電路敏感度；B為電路的頻帶寬度；Ndl為數(shù)字電路的最小觸發(fā)電平。人工電磁干擾ppt課件57

一般數(shù)字電路的最小觸發(fā)電平Ndl遠(yuǎn)比模擬電路的噪聲電平要大得多，因此數(shù)字電路比模擬電路的敏感度值要小得多，說明數(shù)字電路有較強(qiáng)的抗干擾能力。

數(shù)字電路的敏感度也常以分貝(dB)表示，上式寫為：電子設(shè)備的敏感度可以在很大范圍內(nèi)變化，大致的數(shù)量概念在80dB～230dB之間為多數(shù)。一般數(shù)字電路的最小觸發(fā)電平Ndl遠(yuǎn)比模擬電路的噪聲電平58

一般將80dB～230dB的敏感度分成7類，小于80dB為極不敏感類，80dB～110dB為較不敏感類，110dB～140dB為稍敏感類，140dB～l70dB為中等敏感類，170dB～200dB為敏感類，200dB～230dB為非常敏感類，大于230dB為極敏感類。一般將80dB～230dB的敏感度分成7類，小于80593.3.2傳播干擾能量的途徑

許多電子設(shè)備的硬件包含著具有天線能力的元件，例如電纜、印制電路板的印制線、內(nèi)部連接導(dǎo)線和機(jī)械結(jié)構(gòu)。這些元件能夠以電場、磁場或電磁場方式傳輸能量并耦合到線路中。在實(shí)際中，存在兩類傳播干擾能量的途徑：系統(tǒng)內(nèi)部耦合和設(shè)備間的外部耦合。無論是系統(tǒng)內(nèi)部耦合還是設(shè)備間的外部耦合，均存在以下幾種耦合方式。干擾源就是通過這些能量耦合方式將干擾施加于敏感設(shè)備。3.3.2傳播干擾能量的途徑60直接耦合方式

電導(dǎo)性耦合最普遍的方式是干擾信號經(jīng)過導(dǎo)線直接傳導(dǎo)到被干擾電路中而造成對電路的干擾。這些導(dǎo)線可以是設(shè)備之間的信號連線、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)線在傳遞有用信號能量的同時，也將干擾信號傳遞給對方。

下圖為直接耦合的示意圖。直接耦合方式61其中：Rs為干擾源的內(nèi)阻；

Us為干擾源信號的干擾電壓；

Rz為連接導(dǎo)線的等效電阻，該電阻隨著干擾信號的頻譜的改變而改變；

RL為敏感部件的等效負(fù)載電阻，該電阻也隨著干擾信號的頻譜的改變而改變。人工電磁干擾ppt課件62

Rz和RL隨著干擾信號的頻譜的改變而改變的主要原因是：當(dāng)干擾信號的頻率升高時，導(dǎo)線的趨膚效應(yīng)將越來越明顯，導(dǎo)線的等效橫截面積越來越小，等效的交流電阻也越來越大。

Rz和RL隨著干擾信號的頻譜的改變而改變的主要原因是63漏電耦合方式

漏電耦合是電阻性耦合方式。當(dāng)相鄰的元件或?qū)Ь€間的絕緣電阻降低時，有些電信號便通過這個降低了的絕緣電阻耦合到邏輯元件的輸入端而形成干擾。漏電耦合傳導(dǎo)干擾能量的情形與直接耦合方式的基本相同。兩者不同之處是：直接耦合方式是由導(dǎo)線傳遞能量，在傳遞干擾信號的能量的同時，還傳遞有用信號的能量；而漏電耦合方式是由漏電阻傳遞能量，并不傳遞有用信號，其危害性比直接耦合方式更具隱蔽性。漏電耦合方式64公共阻抗耦合方式

公共阻抗耦合是噪聲源和信號源具有公共阻抗時的傳導(dǎo)耦合。公共阻抗隨元件配置和實(shí)際器件的具體情況而定。例如，電源線和接地線的電阻、電感在一定的條件下會形成公共阻抗；一個電源電路對幾個電路供電時，如果電源不是內(nèi)阻抗為零的理想電壓源，則其內(nèi)阻抗就成為接受供電的幾個電路的公共阻抗。只要其中某一電路的電流發(fā)生變化，便會使其他電路的供電電壓發(fā)生變化，形成公共阻抗耦合。公共阻抗耦合方式65公共耦合一般發(fā)生在兩個電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時，一個電路在該阻抗上的電壓降會影響到另一個電路，如下圖所示。常見的公共阻抗耦合有公共地和電源阻抗兩種。下圖是公共地線的連線的內(nèi)阻而產(chǎn)生的耦合。這里干擾源的電流流過公共地的連線，這些電流便在公共地的連線上產(chǎn)生電壓降。這些干擾信號電壓降通過公共阻抗傳遞給系統(tǒng)2。因公共連線的內(nèi)阻與電壓頻率有關(guān)。當(dāng)干擾信號的頻率較低時，它基本上等于連接線的電阻。當(dāng)干擾頻率較高時，它基本上等于連接導(dǎo)線的等效感抗。對應(yīng)的耦合效率也