04电磁兼容技术综述Word格式.docx

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因此，怎样使在同一电磁环境下工作的各种电子电气设备、器件或系统，都能正常工作，互不干扰，达到兼容状态，这不仅是用户所关心的，也是摆在电子设备设计人员和安装、维护人员面前的重要问题。

这就是电子设备的电磁兼容性。

一．电磁兼容学科的发展概况

电磁兼容（EMC——ElectromagneticCompatibility）是一门新兴的综合性学科，它主要研究电磁干扰和抗干扰的问题。

但是，目前它的研究对象已不仅仅限于电子电气设备，而进一步拓宽到雷电、静电等自然干扰源；

核电磁脉冲；

无线电频率的分配和管理；

信息处理设备电磁泄漏产生的失密；

电磁环境污染与生态效应等等。

因此电磁兼容学科包含的内容十分广泛，实用性很强，几乎所有的现代工业部门都需要解决电磁兼容问题。

电磁兼容作为一门学科在60年代开始有了较全面的发展，目前世界上发达的国家例如美国、欧共体国家、日本等已形成了一整套完整的电磁兼容体系，表现在：

具有完善的电磁兼容标准和规范；

具有有效地对军用和民用产品进行电磁兼容检测和管理的机构；

具有高精度的电磁兼容自动测试系统；

研制了很多关于电磁兼容预测、分析和设计的程序，有的已经商品化；

用于电磁兼容控制技术的新材料、新工艺、新产品不断出现。

这个体系保证了产品从设计、制造、进入市场和使用的全过程都得到充分的控制，最终能实现整体的电磁兼容。

我国由于过去经济基础比较薄弱，电子工业相对落后，电磁兼容矛盾不突出，所以起步较晚，目前与国外的差距仍然很大。

我国对电磁兼容的重视始于70年代的军工产业。

80年代成立了全国无线电干扰标准化技术委员会，与CISPR（国际无线电干扰特别委员会）对口，研究与制订了一些电磁兼容标准。

90年代的海湾战争使国人看到了电磁干扰与抗干扰在新式战争中的威力，认识到电磁兼容的重要性。

民用企业感受到电磁兼容的迫切性是在欧共体颁布电磁兼容指令89/336/EEC之后，指令规定自1996年1月1日起，凡不符合电磁兼容标准的产品一律不准进入欧洲市场，这给我国的民用电子工业产品的出口带来了很大压力。

现在我国已经加入了WTO，根据WTO/TBT协议（贸易技术壁垒协议），如果我国本身没有对产品进行电磁兼容认证的要求，则国外的不符合电磁兼容要求的“垃圾”产品就会大举入侵我国，因此建设和完善我国自己的电磁兼容体系已是刻不容缓的事情。

二．电磁兼容标准

由于电磁兼容问题在如此众多的领域中普遍存在，电磁兼容标准作为消除电磁干扰破坏性影响的科技规范变得日趋重要。

各工业发达国家都有从事EMC标准制订工作的专业委员会，并逐步走向国际统一标准。

目前国际上有权威性的电磁兼容标准有：

国际电工委员会的CISPR标准和IEC标准、欧共体的EN标准、ETS标准、美国的FCC标准和军用标准MIL-STD。

我国也已经制订了92个电磁兼容标准。

这些标准规定了各种类型的电气电子设备在各个频段的电磁骚扰发射限值和抗扰度限值，并规定了相应的试验方法、仪器设备和试验场地。

2000年我国成立了中国电磁兼容认证委员会并建立了认证机构“中国电磁兼容认证中心”，40家企业的计算机、电视机、电冰箱通过了电磁兼容认证。

2001年国家建立了强制性产品认证制度，并公布了首批进行强制性认证的产品目录，涉及9大类别的132种产品。

自2003年5月1日起上述产品必须经国家指定的认证机构认证，在安全和电磁兼容性检测合格后取得证书和三C标志（CCC），方可出厂销售、进口和在经营活动中使用。

可见我国的电磁兼容认证工作正在全面开展并逐步与国际接轨。

三．电磁干扰三要素

对电磁兼容问题的关注，主要围绕构成干扰的三要素来进行。

这三要素是：

电磁骚扰源、传输途径和敏感设备。

1、电磁骚扰源

电磁骚扰源可能是电磁噪声和无用信号。

电磁噪声是不带任何信息的电磁现象，主要在电压或电流发生急剧变化（即dv/dt，di/dt很大）时产生。

例如雷电、静电放电；

电气设备中电感负载切断时产生的瞬变脉冲噪声；

接通负载时的冲击电流及开关触点的抖动产生的脉冲噪声。

信息技术设备和电力电子器件的工作信号是数字脉冲信号，具有很宽的频带，从电磁兼容角度应该考虑的最高频率为时钟频率的10倍或者为1/πtr,tr为脉冲的上升沿时间，即脉冲的前沿越陡峭或脉冲的重复频率越高，则脉冲包含的高频能量越大。

设备内的元器件、集成片、印制电路板的轨线、各印制板之间的连接线等，只要有信号电流经过，都可能向外发射电磁能量，而且频率越高就越容易发射，从而对周围的其他设备或系统产生电磁干扰。

因此，信息技术设备和电力电子器件的工作信号本身就是电磁骚扰源。

无用信号是指一些功能性信号，例如广播、电视、雷达等，本身是有用信号，但干扰了其它设备的正常工作，所以对敏感设备而言是无用信号。

电磁骚扰源是客观存在的，只有在影响了敏感设备的正常工作时才构成“干扰”，也就是人们通俗所说的电磁干扰。

2、骚扰的传输途径

骚扰的传输途径有两条，通过空间辐射和通过导线传导。

骚扰通过导线传输时主要通过共阻抗耦合和地环路耦合方式产生干扰。

当设备或元器件公用电源线和地线时（在印制电路板上是电源轨线和地线轨线），设备或元器件之间就会通过公共阻抗产生相互干扰。

电源线和地线本身的电阻很低，但由于包含分布电感，所以高频时其阻抗不能忽略。

高频骚扰电流就会在公共阻抗上产生相当可观的骚扰电压，迭加到其他电路上。

当两个设备相互间有信号连接，同时又各自在不同地点接地，如果两个接地点之间存在地电位差，就会产生地环路干扰。

骚扰通过空间传播时，产生干扰的形式分为近场耦合和远场辐射二种。

如果敏感电路离骚扰源的距离Υ<

λ/2л（λ为骚扰源最高频率的波长）则为近场耦合，骚扰源通过电场和磁场（也可看成通过互电容、互电感）对敏感电路产生干扰。

一般设备内部各部分电路之间的相互干扰常用近场耦合方式处理。

如果Υ>

λ/2л则为远场辐射干扰，骚扰电磁波或穿过敏感设备外壳干扰其内部电路，或在敏感设备的外部连接线上感应干扰电流，通过导线侵入设备内部。

一般设备或系统之间的干扰属于远场辐射干扰。

3、敏感设备

敏感设备指被干扰的设备，主要研究电磁骚扰怎样使设备性能降低，以期找到提高设备抗干扰能力的途径。

任何电子设备既可能是骚扰源，又可能是敏感设备。

。

因此必须采用适当的骚扰控制技术才能使电子设备达到电磁兼容性。

四．电磁兼容控制技术。

提高电子信息设备的电磁兼容性必须采用综合的骚扰抑制措施，在骚扰传播途径中层层设防，才能达到预期效果。

这些措施包括：

1、屏蔽技术。

机箱（柜）屏蔽和设备内部某些元器件的屏蔽用于切断骚扰通过空间传播的途径。

设备一般采用金属机箱或在塑料机箱内喷涂一层金属作为屏蔽层。

但实际上机箱上总是存在各式各样的孔和缝隙，例如通风孔、进出线孔、面板器件安装孔、机箱各板的连接缝隙、机箱盖和箱体之间的缝隙等，这些孔、缝都可能造成电磁波的严重泄漏，因此在设计中应遵循下面的经验公式：

商用设备机箱孔缝直径d<

λ/20；

军用设备d<

λ/50，屏蔽效能可达20多dB。

为提高机箱的屏蔽效能，在接缝处可使用导电衬垫，通风窗可使用波导管，显示窗可使用屏蔽玻璃。

2、滤波技术。

用于切断沿导线传播的传导骚扰。

电源线、信号线和控制线端口一般采用低通滤波器来滤除频率较高的共模骚扰（线－地间骚扰）和差模骚扰（线－线间的骚扰）。

滤波器的安装很关键，直接影响到滤波性能。

滤波器应该安装在机箱入口处，金属外壳和屏蔽机箱紧密搭接，搭接面积越大越好，以保证良好的低阻抗接地通道。

同时滤波器的输入输出线要最大限度地相互隔离，不能靠近和平行走线。

除了上述的反射式滤波器之外还可以把铁氧体磁环套在整个连接线上。

铁氧体磁环在高频时呈现电阻性，所以能消耗高频共模骚扰的能量，实际上是一种吸收式的低通滤波器。

由于共模骚扰电流在连接线上是有一定分布的，因此铁氧体磁环应放在电流较高的位置上，一般应放在连接线的引出处。

如有可能信号线最好直接采用带滤波器的连接器，这种连接器的插座上每个引脚都带有由铁氧体磁珠和穿心电容组成的滤波器，但这种插座价格较贵。

3、接地技术。

接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。

为了防止共地线干扰，每个设备中可能有多种接地线，但概括起来可以分成三类：

以安全为目的的保护地线，通常与金属机架机壳相连接；

为设备中各个电路提供稳定的零基准电位的工作地线；

为了抑制噪声，电缆、变压器等的屏蔽层需接地，相应的地线称为屏蔽地线。

一般工作接地又根据供电电压、数字和模拟电路等分别设置地线。

设备的地线布置一般采用树形结构，最后三类地线都连接到设备的一个接地点上。

4、隔离技术。

隔离技术是切断地环路干扰的关键技术。

在传输线上插入隔离变压器或光电耦合器。

它们只能传输有用的差模信号，不能传输共模信号，从而切断了地环路。

光电耦合器重量轻、体积小，响应速度快，又可传输直流和低频信号，因此，已广泛应用于数字信号的传输中，例如用于工业控制的计算机，其数字输入模块大多采用光电耦合器。

5、平衡传输。

设备之间的信号传输如果能从不平衡方式改变成为平衡传输方式并与隔离技术结合，将可以进一步抑制地环路干扰。

具体作法可以是传输线中的两条线都不接地，对地平衡，发送端和接收端都采用平衡差分电路，这样两条线上的共模电流对地是平衡的，因此在负载端不能转变成差模电流而干扰设备的正常工作。

电磁兼容控制技术极大地依赖于新材料、新器件、新工艺的发展。

例如用于去耦滤波的高频电容器，由二个引脚改变成为三个引脚，使滤波性能大为增强。

表面安装（SMT）元器件由于无引脚并且贴在印制电路板上安装，所以即使在密度很高的情况下，也能保证减小电路间的相互干扰，现在已经大量运用在高速数字电子产品中。

铁氧体磁珠、磁环在高频时呈电阻性，可用作吸收式高频滤波器，其性能优于电感器，并且可以做得很小，使用方便灵活，既可以套在电源线、电缆线上，也可以套在高频元器件引脚上，或直接安装在印制电路板上。

用于改善机箱屏蔽性能的各种金属衬垫、导电橡胶、导电漆、透明屏蔽玻璃等不断涌现，从而有助于减小设备的辐射发射和提高抗扰度。

由此可见，随着电子设备功能的扩展和性能的提高，对用于电磁兼容控制的新材料、新器件、新技术的研究也必须加强，否则就无法真正提高电子设备的质量。

五．电磁兼容设计

目前解决产品的电磁兼容问题常常放在检测机构对产品进行电磁兼容测试以后，甚至当产品使用后出现问题时才去补救，这样非但费时费力而且不能从根本上解决问题，因此应该在产品开发的最初阶段就进行电磁兼容设计。

产品的电磁兼容设计应从两方面着手考虑，第一部分是产品与外界的连接界面，包括机箱；

电源线、控制线、信号线等连接线的端口；

第二部分是产品内部结构的设计与布置，包括印制电路板设计，各部件的电磁兼容设计，以及相互连接线的布置等等。

1、第一部分的设计中应该考虑提高机箱的屏蔽效能，在连接线端口设置滤波器，采用平衡传输方式和隔离技术抑制地环路干扰。

如果电子产品用于雷电多发区或有强电设备的工业场所，则还应在连接线端口设置防雷器和浪涌抑制器，防止幅度高陡度大的尖峰脉冲侵入设备。

如果信号线传输的信号速率较高，则串接滤波器就可能把有用的信号的高频部分也滤掉，从而影响信号的正常传输。

这时就只能采用屏蔽的方法，即使用屏蔽电缆和屏蔽连接器，并要求它们的屏蔽层和机箱的屏蔽层保持电连续性和一致性。

具体要求电缆