EMC第二章 電磁兼容測試的基礎(chǔ)知識(shí)ppt課件

.,1,第二章電磁兼容測試的基礎(chǔ)知識(shí)主題內(nèi)容：電磁干擾與電磁敏感度傳導(dǎo)干擾與輻射干擾模型測量值的基本單位測量接收機(jī)定量測試與環(huán)境電平測試系統(tǒng)中干擾及其形成機(jī)理（補(bǔ)充1）信號(hào)完整性問題及其解決方法（高速數(shù)字系統(tǒng)中的信號(hào)完整性及其產(chǎn)生機(jī)理）（補(bǔ)充2）印制板與整機(jī)/系統(tǒng)在輻射干擾及傳導(dǎo)干擾的規(guī)定值的理解與執(zhí)行方面的差異（補(bǔ)充3）,.,2,第一節(jié)電磁干擾與電磁敏感度一、定義由電磁騷擾源發(fā)射的電磁能量，經(jīng)過耦合途徑傳輸?shù)矫舾性O(shè)備，這個(gè)過程稱為電磁干擾效應(yīng)。因此，形成電磁干擾后果必須具備三個(gè)基本要素。所有形成的電磁干擾都是由三個(gè)基本要素組合而產(chǎn)生的。它們是：電磁干擾源；對(duì)該干擾能量敏感的接收器；將電磁干擾源傳輸?shù)浇邮掌鞯拿浇?，即傳輸通道。相?yīng)地對(duì)抑制所有電磁干擾的方法也應(yīng)由這三要素著手解決。電磁干擾由電磁騷擾造成的一個(gè)器件、一臺(tái)設(shè)備或一個(gè)系統(tǒng)的性能下降。電磁騷擾可能引起一個(gè)器件、一臺(tái)設(shè)備或一個(gè)系統(tǒng)性能降級(jí)的任何一種電磁現(xiàn)象。注意：電磁干擾與電磁騷擾定義區(qū)別和內(nèi)在關(guān)系！,.,3,(1)電磁騷擾源任何形式的自然現(xiàn)象或電能裝置所發(fā)射的電磁能量，能使共享同一環(huán)境的人或其它生物受到傷害，或使其他設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級(jí)或失效，這種自然現(xiàn)象或電能裝置即稱為電磁騷擾源。(2)耦合途徑耦合途徑即傳輸電磁騷擾的通路或媒介。(3)敏感設(shè)備敏感設(shè)備是指當(dāng)受到電磁騷擾源所發(fā)射的電磁能量的作用時(shí)，會(huì)受到傷害的人或其它生物，以及會(huì)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級(jí)或失效的器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)。需要強(qiáng)調(diào)的是：許多器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)可以既是電磁騷擾源又是敏感設(shè)備。,.,4,為了實(shí)現(xiàn)電磁兼容，必須從上面三個(gè)基本要素出發(fā)，運(yùn)用技術(shù)和組織兩方面措施。所謂技術(shù)措施，就是從分析電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備著手，采取有效的技術(shù)手段，抑制騷擾源、消除或減弱騷擾的耦合、降低敏感設(shè)備對(duì)騷擾的響應(yīng)或增加電磁敏感性電平；所謂組織措施就是對(duì)人為騷擾進(jìn)行限制，并驗(yàn)證所采用的技術(shù)措施的有效性。同時(shí)還必須采取、制訂和遵循一套完整的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行合理的頻譜分配，控制與管理頻譜的使用，依據(jù)頻率、工作時(shí)間、天線方向性等規(guī)定工作方式，分析電磁環(huán)境并選擇布置地域，進(jìn)行電磁兼容性管理等。,.,5,二、電磁環(huán)境電磁環(huán)境是提出和確定設(shè)備或系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，實(shí)施電磁兼容的前提。不同的電磁環(huán)境對(duì)電磁兼容指標(biāo)的要求也不一樣。電磁環(huán)境由各種電磁騷擾源組合而成。因此，電磁環(huán)境即設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，可能遇到各種電磁騷擾源的數(shù)量、種類分布以及在不同頻率范圍內(nèi)功率或場強(qiáng)隨時(shí)間的分布等有關(guān)電磁作用狀態(tài)的總和。同時(shí)，在分析電磁環(huán)境時(shí)，還應(yīng)考慮騷擾脈沖的重復(fù)頻率、脈沖寬度、頻譜覆蓋范圍、騷擾源天線主瓣和副瓣以及極化等因素。,.,6,電磁環(huán)境的有害影響主要表現(xiàn)形式為：接收機(jī)等敏感設(shè)備性能降級(jí)；機(jī)電設(shè)備、電子線路、元器件等誤動(dòng)作；燒毀或擊穿元器件；電爆裝置、易燃材料等意外觸發(fā)或點(diǎn)燃等。電磁環(huán)境產(chǎn)生有害影響的基本途徑是：預(yù)期和非預(yù)期發(fā)射通過敏感設(shè)備的接收通道，如天線、傳輸線、電源線、殼體等進(jìn)入系統(tǒng)，以及對(duì)非預(yù)期能量的響應(yīng)或由于非預(yù)期響應(yīng)而進(jìn)入系統(tǒng)。消除這種有害影響的方法主要是設(shè)備或系統(tǒng)的EMC設(shè)計(jì)以及頻譜管理等組織措施和技術(shù)措施。電磁環(huán)境分析主要是分析騷擾源、騷擾特性和類型、綜合電磁環(huán)境的電平危害等級(jí)、區(qū)分導(dǎo)致性能降級(jí)的環(huán)境電平和造成永久性損壞的電平，特別是估計(jì)最惡劣的環(huán)境電平。,.,7,三、電磁干擾的特性與分類（一）電磁騷擾的特性電磁騷擾的特性主要由以下七項(xiàng)參數(shù)描述：1規(guī)定帶寬條件下的發(fā)射電平長期以來，一直延用寬帶或窄帶發(fā)射的概念，也就是將大于參考帶寬的騷擾或信號(hào)認(rèn)為是寬帶的，而將小于參考帶寬的騷擾或信號(hào)認(rèn)為是窄帶的。這里，參考帶寬即測量儀器的帶寬或分辨率帶寬。由于對(duì)這個(gè)概念的理解很不一致，因而出現(xiàn)操作不一致的現(xiàn)象。為了避免因此而引發(fā)的問題，逐漸傾向于取消寬帶和窄帶的概念，而規(guī)定固定帶寬，并將所有頻域極限值用正弦波等效均方根值(RMS)表示，對(duì)所有發(fā)射極限值進(jìn)行鑒定。規(guī)定帶寬條件下的發(fā)射電平就成為電磁騷擾的重要特性。,.,8,2頻譜寬度按照電磁騷擾能量的頻率分布特性，可以確定其頻譜寬度。連續(xù)波騷擾中，交流聲騷擾的頻譜寬度最窄，而脈沖騷擾中，單位脈沖函數(shù)的頻譜寬度最寬。頻譜寬度是決定電磁騷擾頻率范圍的重要指標(biāo)。3波形電磁騷擾有各種不同的波形。波形是決定電磁騷擾頻譜寬度的一個(gè)重要因素。以脈沖波形為例，由于脈沖頻譜中的低頻含量主要取決于脈沖的面積，而高頻含量與脈沖前后沿的陡度有關(guān)，前后沿越陡，所占頻譜寬度就越寬。因此，從減小騷擾的角度考慮，脈沖前后沿時(shí)間應(yīng)盡可能緩慢。,.,9,4出現(xiàn)率電磁騷擾場強(qiáng)或功率隨時(shí)間的分布與電磁騷擾的出現(xiàn)率有關(guān)。按電磁騷擾的出現(xiàn)率可分為周期性騷擾、非周期性騷擾和隨機(jī)騷擾三種類型。周期性騷擾是指在確定的時(shí)間間隔內(nèi)能重復(fù)出現(xiàn)的騷擾；非周期性騷擾雖然不能在確定的周期內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，但其出現(xiàn)時(shí)間是確定的，而且是可以預(yù)測的；隨機(jī)性騷擾則不能按預(yù)測的方式出現(xiàn)和變化，它般采用概率論的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行描述。周期性騷擾和非周期性騷擾一般都是功能性的，即為了用于某種特定的目的而產(chǎn)生的騷擾，如電源產(chǎn)生的交流聲騷擾，指令脈沖產(chǎn)生的騷擾等；隨機(jī)騷擾可能是一種沖擊噪聲，如內(nèi)燃機(jī)電火系統(tǒng)、馬達(dá)電刷產(chǎn)生的電火花等，也可能是熱噪聲或熱噪聲與沖擊噪聲的組合。,.,10,5輻射騷擾的極化特性極化特性指在空間給定點(diǎn)上，騷擾場強(qiáng)矢量的方向隨時(shí)間變化的特性，取決于天線的極化特性。當(dāng)騷擾源天線和敏感設(shè)備天線極化特性相同時(shí)，輻射騷擾在敏感設(shè)備輸入端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓最強(qiáng)。6輻射騷擾的方向特性騷擾源朝空間各個(gè)方向輻射電磁騷擾，或敏感設(shè)備接收來自各個(gè)方向的電磁騷擾的能力是不同的，描述這種輻射能力或接收能力的參數(shù)稱為方向特性。7天線有效面積這是表征敏感設(shè)備接收騷擾場強(qiáng)能力的參數(shù)。顯然，天線有效面積越大，敏感設(shè)備接收電磁騷擾的能力也越強(qiáng)。,.,11,（二）分類電磁干擾的分類方法很多，常見的有：按照發(fā)生源劃分-干擾源的性質(zhì)內(nèi)/外自然/人為按照傳播路徑劃分-傳導(dǎo)/輻射按作用時(shí)間劃分-連續(xù)干擾、間歇干擾和瞬變干擾。4按頻帶劃分-窄帶干擾和寬帶干擾。,.,12,電磁干擾源類別干擾源的性質(zhì),自然干擾源類別,人為干擾源類別,.,13,內(nèi)部干擾源類別,干擾傳輸路徑,.,14,圖干擾傳播路徑的復(fù)雜性,.,15,其它分類：按照干擾的產(chǎn)生原因劃分例如：造成數(shù)字電路工作不正常的干擾可分為：電源干擾反射振鈴（LC共振）：上沖、下沖狀態(tài)翻轉(zhuǎn)干擾串?dāng)_干擾（相互干擾、串音）直流電壓跌落。,.,16,其它分類：按照設(shè)備工作電源的干擾類型造成開關(guān)電源質(zhì)量下降的干擾分為：出現(xiàn)在輸出端子上的干擾（電流交流聲，尖峰脈沖噪聲，回流噪聲）；影響內(nèi)部工作的干擾（開關(guān)干擾，振蕩，再生噪聲）造成交流電源質(zhì)量下降的干擾分為：高次諧波干擾；保護(hù)繼電器，開關(guān)的震顫干擾；雷擊浪涌干擾；尖峰脈沖干擾；噴射環(huán)電弧。,.,17,四、電磁干擾量值的表征電磁干擾的表征基本上有兩種：頻域表征：用與頻率有關(guān)的頻譜特性來表示；時(shí)域表征：用與時(shí)間有關(guān)的特性來表示；（幅值、前沿、寬度等）,例如：構(gòu)成電磁干擾的場源很多，按頻譜劃分，則可粗略分為以下五類：(1)工頻干擾；(2)甚低頻干擾；(3)載頻干擾：(4)射頻、視頻干擾(5)微波干擾,.,18,五、電磁敏感度特性關(guān)于電磁敏感性，GB/T4365是這樣定義的：在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。從測量和測試的角度看，我們所關(guān)心的是一些敏感設(shè)備在遇到輻射或傳導(dǎo)干擾時(shí)，其工作狀態(tài)會(huì)發(fā)生怎樣的變化。電磁敏感度特性測試關(guān)注的是被測件剛剛出現(xiàn)性能降低時(shí)外部施加的干擾量！,.,19,第二節(jié)傳導(dǎo)干擾與輻射干擾模型一、傳導(dǎo)干擾與傳輸通道模型電磁干擾源中的2大類：傳導(dǎo)干擾和輻射干擾傳導(dǎo)干擾：是指沿著導(dǎo)體傳播的，所以任何導(dǎo)體，如導(dǎo)線、傳輸線、電感器、電容器等都是傳導(dǎo)干擾的傳輸通道。形成干擾的主因有不帶任何信息的噪聲及帶信息的無用信號(hào)。,.,20,1、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)干擾源和電磁噪聲傳導(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(hào)對(duì)接收器產(chǎn)生干擾。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(duì)接收器產(chǎn)生的干擾。例如：電源開關(guān)的瞬間產(chǎn)生的火花對(duì)一個(gè)敏感電路就可能會(huì)產(chǎn)生干擾。一個(gè)帶信息的信號(hào)在一個(gè)通道中是有用的信號(hào)，如果它進(jìn)入別的通道中去，就是帶信息的無用信號(hào)，將對(duì)別的通道形成干擾。由此看出，任何一個(gè)電子設(shè)備都可能成為一個(gè)干擾源。,.,21,2、傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道傳導(dǎo)電磁干擾的途徑稱之為傳導(dǎo)電磁干擾傳輸通道。傳輸通道能把（傳導(dǎo)）干擾源所產(chǎn)生的電磁干擾沿著傳輸通道線路傳給接受器的輸入端，并且在接受器中產(chǎn)生相應(yīng)的干擾電流和電壓。電磁干擾傳輸通道是電磁干擾三要素之一，因此，研究電磁干擾傳播問題就是研究分析干擾源和接受器之間的傳輸途徑問題。傳導(dǎo)電磁干擾傳輸是指設(shè)備或電路與其他設(shè)備或電路之間的電聯(lián)系，這種傳輸能把一個(gè)設(shè)備或電路中的電流和電壓，通過傳輸途徑在另一個(gè)設(shè)備或電路里產(chǎn)生相應(yīng)的電流或電壓。因此傳輸起著把電磁能量從一個(gè)設(shè)備或電路傳送到另一個(gè)設(shè)備或電路中去的作用。,.,22,3、傳導(dǎo)電磁干擾頻譜任何種類的干擾都與干擾源的功率、頻率有關(guān)。這里需要討論頻率問題傳導(dǎo)干擾信號(hào)的頻譜。測量表明，傳導(dǎo)干擾信號(hào)的頻譜由最低可測的頻率到1GHz以上的頻段都有出現(xiàn)。,通常情況下，頻率最高為幾十MHz以下，這是因?yàn)楫?dāng)頻率升高時(shí)，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)電流大為衰減。,常見的傳導(dǎo)干擾源及傳導(dǎo)干擾頻譜范圍,.,23,4、抑制傳導(dǎo)干擾的有效辦法構(gòu)成干擾的三要素是干擾源、傳輸通道、接收器。因而，抑制傳導(dǎo)干擾也應(yīng)從這三個(gè)方面著手研究。A）傳導(dǎo)干擾源的處理(1)如果傳導(dǎo)干擾源是產(chǎn)生強(qiáng)電磁場元件，如線圈、變壓器等，在布置時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離接收器或加以屏蔽。(2)如果傳導(dǎo)干擾源是頻率相同的電路，如接收機(jī)的高頻放大、輸入及振蕩電路，它們之間的交鏈容易引起自激振蕩，因此布置應(yīng)相隔遠(yuǎn)些。(3)移去對(duì)系統(tǒng)工作無用的、有潛在的干擾設(shè)備的電源。(4)應(yīng)盡可能使設(shè)備工作在設(shè)計(jì)曲線線性最好的部分，以便輸出所含諧波分量最小。,.,24,.,25,(5)如果干擾源的工作波形是脈沖形狀，應(yīng)控制躍變時(shí)間。因?yàn)楫?dāng)脈沖上升沿較慢且持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，產(chǎn)生的電磁干擾最小，隨著脈沖寬度減少且上升時(shí)間縮短，脈沖中的高頻成分的幅度將增加。所以一個(gè)控制裝置或其他脈沖的上升時(shí)間只需快到能在指定的時(shí)間內(nèi)保證可靠工作即可。不要使振蕩器和開關(guān)器件的工作速度高于性能所需要的速度。(6)電弧放電：當(dāng)兩個(gè)物體之間的電位差大到足以使它們之間的絕緣擊穿時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電弧。因此要盡量避免出現(xiàn)電弧放電。電弧放電的能量取決于產(chǎn)生放電現(xiàn)象的觸點(diǎn)閉合的形式，因而要選擇好觸點(diǎn)的形式。,.,26,B）傳輸通道的處理(1)縮短電磁干擾傳輸通道的長度，使電路中的導(dǎo)線盡量短；(2)將帶有電磁干擾的導(dǎo)線和元件與連接接收器的布線隔離；(3)將帶有電磁干擾的元件的回線與接收器回線隔離開來；(4)用粗的隔離線和隔離套來減少級(jí)間的電容耦合；(5)各級(jí)電路的連接導(dǎo)線應(yīng)盡可能縮短，尤其是高頻電路布置；(6)對(duì)高頻電路，應(yīng)盡量避免平行排列導(dǎo)線，特別不能像低頻電路那樣將各種導(dǎo)線扎成一束。一些可能引起交鏈的導(dǎo)線，如晶體管c、b極引出導(dǎo)線，放大器的輸入輸出導(dǎo)線，應(yīng)盡量避免相距過近和平行排列；,.,27,(7)減小引線電感，以使感應(yīng)電壓減到最小。當(dāng)頻率升到高頻時(shí)，引線會(huì)呈現(xiàn)串聯(lián)電感，甚至合成電阻也會(huì)出現(xiàn)引線電感，這些電感再加上雜散電容則可能形成并聯(lián)諧振回路。由于介質(zhì)損耗電容器也會(huì)呈現(xiàn)串聯(lián)電阻，并有引線電感，因此，在設(shè)備的布線設(shè)計(jì)時(shí)，必須十分注意，以減少這些效應(yīng)；(8)產(chǎn)生電磁干擾的元件應(yīng)盡量靠近與它們相關(guān)聯(lián)的負(fù)載，以使耦合路徑最短；(9)由同一電源總線饋電的幾個(gè)設(shè)備之間，必須用旁路電容去耦。在干擾極嚴(yán)重的情況下，可以用齊納二極管或分別供電的方法來隔離設(shè)備間的耦合。有時(shí)需要對(duì)潛在的干擾源(如觸發(fā)器及其他數(shù)字電路)和敏感器件(如低電平場效應(yīng)晶體管放大器)專門去耦；(10)濾波器對(duì)于防止干擾以及把信道中的能量輸送到指定的設(shè)備上是很重要的。例如，電源線濾波器應(yīng)該安裝在靠近直流電動(dòng)機(jī)處，把型濾波器接到電動(dòng)機(jī)上能使射頻電流和電動(dòng)機(jī)的地短接。,.,28,C）接收器處理(1)盡量少用低電平器件，只使用完成任務(wù)所需的靈敏度。(2)移去那些在系統(tǒng)工作時(shí)不需要的接收器的電源。(3)對(duì)電磁場感應(yīng)敏感的接收器如果可能的話可加屏蔽。,傳導(dǎo)干擾源的處理方法同樣適用于接收器！,.,29,D）高速/高頻電路版（PCB）電磁兼容設(shè)計(jì)舉例系統(tǒng)時(shí)鐘速度的提高布線密度的提高信號(hào)完整性問題EMC中的串?dāng)_、非預(yù)期響應(yīng),建立元器件的仿真模型,假設(shè)性仿真確定布線參數(shù)約束,系統(tǒng)布線及線仿真,板級(jí)仿真,PCB傳輸線效應(yīng)高速信號(hào)電路設(shè)計(jì),PCB高速信號(hào)布線PCB高速時(shí)鐘信號(hào)布線BGA封裝的焊盤設(shè)計(jì),.,30,例：當(dāng)騷擾源（系統(tǒng)1輸出）與受害者（系統(tǒng)2輸人）共用一個(gè)地時(shí)，則由于A的輸出電流流過XX段的公共阻抗，在B的輸人端產(chǎn)生電壓。公共阻抗僅僅是由一段導(dǎo)線或印制板走線產(chǎn)生的。因?yàn)閷?dǎo)線的阻抗呈感性，因此輸出中的高頻或高didt分量將更容易耦合。當(dāng)輸出和輸人在同一系統(tǒng)時(shí)，公共阻抗構(gòu)成亂真反饋通路，這可能導(dǎo)致振蕩。,補(bǔ)充舉例,.,31,解決方法如圖所示，在這個(gè)方法中，分別連接兩個(gè)電路，因而在兩個(gè)電路之間沒有公共通路，也就沒有公共阻抗。這個(gè)方法的代價(jià)是多用一根導(dǎo)線。這個(gè)方法可用于任何包含公共阻抗的電路，例如電源匯流條連接。大地是公認(rèn)的最常見的公用阻抗因素，但在電路圖中表示不出來。,補(bǔ)充舉例,.,32,二、輻射干擾源及輻射干擾源數(shù)學(xué)模型（一）輻射干擾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。是否構(gòu)成輻射干擾，應(yīng)由構(gòu)成輻射干擾的三要素來考慮：輻射干擾源向外輻射能量的特性，如方向性、極化、調(diào)制特性、帶寬等；輻射干擾傳輸通道，即介質(zhì)(包括自由空間)對(duì)電磁波能量的損耗程度；輻射干擾接收器的敏感度以及方向性、極化、選擇性、帶寬等。,.,33,1、輻射干擾源構(gòu)成輻射干擾源有兩個(gè)條件：一個(gè)是有產(chǎn)生電磁波的源泉；另一個(gè)是能把這個(gè)電磁波能量輻射出去的裝置。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(jí)的。顯然，各種天線是輻射電磁波最有效的設(shè)備。除此之外，任何布線、結(jié)構(gòu)件、元件、部件滿足上述輻射條件時(shí)，都可起著發(fā)射天線與接收天線的作用，即產(chǎn)生天線效應(yīng)。,.,34,例：輻射發(fā)射本身可以分為來自內(nèi)部印制電路板或其它導(dǎo)線的發(fā)射，以及連接設(shè)備的外部電纜上的共模電流發(fā)射。通常，輻射（高頻）和傳導(dǎo)（低頻）之間的分界點(diǎn)在30MHz，發(fā)射又分為系統(tǒng)產(chǎn)生的輻射發(fā)射和以共模電流形式出現(xiàn)在接口和電源電纜上的傳導(dǎo)發(fā)射。,補(bǔ)充舉例,.,35,例：來自印制電路板的輻射在多數(shù)設(shè)備中，PCB發(fā)射源是其電路（時(shí)鐘、視頻和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器及振蕩器等）中流動(dòng)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。當(dāng)小環(huán)尺寸接近4時(shí)，環(huán)路上不同點(diǎn)的電流相位是不同的，這個(gè)效應(yīng)可在指定點(diǎn)上降低場強(qiáng)。而在某些點(diǎn)上會(huì)加劇。當(dāng)一個(gè)環(huán)路在地平面上時(shí)，在距環(huán)路10m處的最大電場強(qiáng)度與頻率的平方成正比：E=26310-12f2AIS利用公式可粗略地預(yù)測已知PCB是否要加額外的屏蔽。例如，若A10cm2，Is20mA，f=50MHz，電場強(qiáng)度E為42dBVm，它超過了歐洲B級(jí)極限值12dB。如果頻率和工作電流是固定的，并且環(huán)路面積不能減小，則屏蔽是必要的。,補(bǔ)充,問題思考：如何減小PCB的數(shù)字輻射？,.,36,例：來自電纜的輻射,補(bǔ)充,問題思考：如何減小電纜的輻射？,.,37,VHF頻段的輻射耦合主要由電纜輻射決定，常用的電纜在30100MHz范圍內(nèi)輻射效率比PCB結(jié)構(gòu)要高。這種干擾電流是由PCB上或設(shè)備中其它地方的地噪聲產(chǎn)生的共模電流，共模干擾電流可能沿導(dǎo)體或沿屏蔽電纜的屏蔽體流動(dòng)。電纜在較低頻段的輻射模型是地平面上的短單極天線。在10m處的電場強(qiáng)度與頻率成正比：E=1.2610-4fLIS對(duì)于1米長的電纜，如果在10m處場強(qiáng)小于42dBVm，則共模電流必須小于20A。,補(bǔ)充,例：電纜輻射,.,38,輻射干擾源分類：如同傳導(dǎo)干擾一樣，輻射干擾源也有信息輻射干擾源和電磁噪聲輻射干擾源之分。信息輻射干擾源指的是帶有信息的無用信號(hào)通過輻射對(duì)接收器進(jìn)行干擾。電磁噪聲輻射干擾源指的是不帶任何信息的電磁噪聲通過輻射對(duì)接收器進(jìn)行干擾。,.,39,A）信息輻射干擾源常見的信息輻射干擾源有發(fā)送設(shè)備、本地振蕩器、設(shè)備功能的非線性等5類。(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(shí)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。(2)本地振蕩器：本地振蕩器和混頻器通常是由傳輸線及波導(dǎo)相連接的，這種傳輸線和波導(dǎo)，若屏蔽不好或者匹配不好，都會(huì)有電磁波能量向外輻射的。另外還有本地振蕩器連接線向外輻射。,.,40,(3)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(shí)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。（4）信息技術(shù)設(shè)備自身輻射干擾信息技術(shù)設(shè)備的作用有兩個(gè)：一個(gè)是接收輸入數(shù)據(jù)；另一個(gè)是對(duì)接收的輸入數(shù)據(jù)作處理后再輸出。信息技術(shù)設(shè)備的電源端與人機(jī)界面端都會(huì)引起輻射干擾。這種輻射使得在一定距離內(nèi)被截獲，造成機(jī)密的嚴(yán)重泄漏。,.,41,(5)核電磁脈沖輻射爆炸核武器時(shí)，核輻射與周圍環(huán)境相互作用，使帶電粒子強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，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(shí)間極短，僅有10ns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105vm，磁場強(qiáng)度為100Am；脈沖釋放的能量極大，可為4x109J。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。,.,42,核電磁脈沖輻射的危害：如果電子設(shè)備或系統(tǒng)天線直接接收核電磁脈沖，則：最輕的是干擾有用信號(hào)，影響工作；嚴(yán)重的則因焦耳熱使電子系統(tǒng)受到損傷和破壞。核爆炸的同時(shí)將產(chǎn)生X射線、射線、粒子和核電磁脈沖，使大氣發(fā)生異常電離，并形成附加電離區(qū)和騷擾電離層，其結(jié)果會(huì)造成電波傳輸?shù)乃p、折射和反射等，將嚴(yán)重影響通信設(shè)備正常工作。核電磁脈沖能傳播很遠(yuǎn)距離，比核輻射本身傳播的距離還遠(yuǎn)，所以核電磁脈沖干擾、損傷和破壞區(qū)域極廣。,.,43,B）電磁噪聲輻射干擾源（十六類）(1)銀河系無線電輻射；(2)太陽無線電輻射；(3)大氣中的無線電輻射；(4)閃電和雷暴的電場；(5)大氣中的電流電場；(6)大地表面的電場；(7)大地內(nèi)部的電場；(8)大地表面磁場；(9)大地磁層。大地表面磁場和大地磁層一起稱為自然磁場。,.,44,(10)電力線路輻射干擾源主要產(chǎn)生兩種輻射干擾：一種是絕緣子兩端局部放電所產(chǎn)生的脈沖，其頻率在100MHz以上，而且直接向空間輻射，這種干擾的特點(diǎn)是在電壓低于100kV的線路上，雨天、潮濕天干擾弱，而在風(fēng)天、干燥天干擾強(qiáng)；另一種則是輸電線電暈放電效應(yīng)，產(chǎn)生放電的原因是在尖形電極的頂端附近，由于電位梯度大可產(chǎn)生火花放電，這種干擾的頻率在數(shù)兆赫以下，可以直接向空間幅射或者沿傳輸線傳到較遠(yuǎn)的距離，這種干擾的特點(diǎn)是在電壓高于100kV的線路上，雨天、潮濕天干擾強(qiáng)，而在風(fēng)天、干燥天干擾弱。電力線輻射干擾對(duì)電子設(shè)備的干擾可分為兩方面，一方面電力線產(chǎn)生的輻射干擾在空間傳輸時(shí)遇到配電線路、有線廣播線路、通信線路等傳輸系統(tǒng)，干擾通過耦合后沿著這些系統(tǒng)傳輸；另一方面則是干擾沿電力線傳輸，這會(huì)影響中波和長波的廣播和通信。,.,45,補(bǔ)充舉例,.,46,國家標(biāo)準(zhǔn)電磁輻射防護(hù)規(guī)定（GB870288）中規(guī)定的公眾輻射限值為,補(bǔ)充舉例,.,47,(11)熒光燈輻射源熒光燈接通后電擊穿會(huì)產(chǎn)生射頻干擾。這種射頻干擾可從熒光燈本身或者電源線輻射出去。熒光燈外殼正確接地可以很好地減少其輻射干擾。(12)降物靜電放電輻射干擾所有飛行器上產(chǎn)生的電荷以電暈放電形式放掉或者對(duì)地以電弧形式放掉，這就是所謂降物靜電放電。靜電放電產(chǎn)生的電壓在4x104106V之間，是一種從低頻到中頻具有連續(xù)頻譜的寬帶干擾。這種干擾的效果輕者造成干擾，重則可造成飛行器的失事。,.,48,(13)人體靜電放電干擾由人體積累的電荷照樣能形成靜電放電輻射干擾。它可以構(gòu)成對(duì)電子設(shè)備的金屬部分直接放電，或者通過放在機(jī)器的工作臺(tái)等金屬部件放電而產(chǎn)生對(duì)設(shè)備的干擾。當(dāng)人體積累的電荷較多時(shí)，靜電放電的電流脈沖峰值可以達(dá)到20A，這將嚴(yán)重影響電子設(shè)備的正常工作。,(14)機(jī)動(dòng)車干擾源機(jī)動(dòng)車包括電氣火車、(電動(dòng))汽車、有軌/無軌電車等。干擾源包括點(diǎn)火裝置、發(fā)電機(jī)、穩(wěn)壓器、燈開關(guān)、電動(dòng)機(jī)、喇叭以及車頂上的集電器等。集電器在車頂上沿著架空線滑動(dòng)，有時(shí)發(fā)生跳動(dòng)使集電頭瞬間離開架空線而引起打火生成脈沖干擾。當(dāng)頻率在100MHz以下時(shí)，汽車的噪聲是垂直極化的，其電平為正態(tài)分布。點(diǎn)火裝置是最強(qiáng)的寬帶干擾源，其頻率在10100MHz范圍內(nèi)并有相當(dāng)大的場強(qiáng)。,.,49,(15)周圍介質(zhì)的非線性效應(yīng)金屬表面由于被腐蝕或者沉積化學(xué)物等原因，在表面上形成各種各樣非線性電阻接點(diǎn)。這種非線性電阻的作用就可以等效成為一個(gè)混頻器，其結(jié)果會(huì)使不同信號(hào)頻率同時(shí)作用到此金屬表面，從而產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物。然后互調(diào)產(chǎn)物再次輻射構(gòu)成輻射干擾。(16)工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備的輻射干擾這種輻射干擾的設(shè)備應(yīng)包括工業(yè)加熱設(shè)備、醫(yī)療加熱設(shè)備、超聲波發(fā)生器、微波發(fā)生器等。這些設(shè)備可以輻射各種頻率的電磁波形成輻射干擾。,.,50,2、輻射干擾源數(shù)學(xué)模型所有的電磁輻射干擾源按輻射形式可歸納為兩大類：基本形式和標(biāo)準(zhǔn)形式?；拘问剑夯拘问桨娕紭O子(電流元)和磁偶極子(磁流元)輻射。（1）電偶極子輻射數(shù)學(xué)模型電子設(shè)備中的電路連接導(dǎo)線和印制電路板上每根金屬線，它們的長度與電磁波的波長相比為同一數(shù)量級(jí)或以上時(shí)，可以起到發(fā)射天線和接收天線的作用；,.,51,在100MHz處，1米長的導(dǎo)體就是很有效的天線在1GHz處，100mm的導(dǎo)體就成為很好的天線,.,52,（2）磁偶極子輻射數(shù)學(xué)模型電子設(shè)備中的金屬板的孔、縫隙、小槽或?qū)Ь€圓環(huán)等，具有這些形狀的輻射源是以磁偶極子的形式出現(xiàn)的，可以起到類似小電流環(huán)的作用；孔隙的泄漏程度與孔隙的直線尺寸、孔的數(shù)量以及波長密切相關(guān)。隨著頻率的增高，孔隙的泄漏越來越嚴(yán)重。在面積相同的情況下，縫隙的泄漏比孔洞的嚴(yán)重。當(dāng)縫隙的長度與工作波長相比擬時(shí)，縫隙就猶如天線了。所以按屏蔽要求，圓孔或矩形孔的直線尺寸應(yīng)小于15工作波長和縫隙長度應(yīng)小于110工作波長。但是在超高頻段或微波頻段，實(shí)現(xiàn)上述要求是很困難的，帶孔的金屬板、罩和金屬網(wǎng)往往也就不具備屏蔽效能了。,.,53,（3）標(biāo)準(zhǔn)形式數(shù)學(xué)模型天線是輻射和接收電磁波的專用設(shè)備。所有天線設(shè)備按著一定需要向空間輻射電磁波，對(duì)不需要的方向可能構(gòu)成輻射干擾。天線輻射和接收電磁波是有方向性的，也就是說，在不同方向上輻射和接收電磁波的能力是不同的。描述這種定向輻射/接收能力的參數(shù)稱為天線的方向特性，它包括方向圖、主瓣寬度、副瓣電平、前后比和增益等指標(biāo)。其中方向圖就是指離開干擾源一定距離處，其輻射的相對(duì)干擾場強(qiáng)(或者功率)隨空間方向變化特性。,在天線的方向特性中：主瓣寬度定義為天線最大波瓣，在最大值兩邊相對(duì)輻射場強(qiáng)為0.707處，也就是相對(duì)輻射功率密度為12處，得到兩個(gè)點(diǎn)，它們之間的角度差稱為半功率角，或稱主瓣寬度。副瓣電平定義為副瓣頂點(diǎn)相對(duì)于主瓣頂點(diǎn)的相對(duì)值電平差。標(biāo)準(zhǔn)天線的其他參數(shù)以及輻射場強(qiáng)，可在有關(guān)天線方面的書中查到。,.,54,3、輻射干擾頻譜電磁干擾的頻率產(chǎn)生在極寬的頻率范圍，小到0.1Hz,大到100GHz以上。但一般在10kHz以下還很少見。,4、輻射干擾傳輸通道輻射可以由一個(gè)電路或者一個(gè)設(shè)備把電磁能量傳輸給另一個(gè)電路或者設(shè)備。這種傳輸通道大到星際之間的距離，小到系統(tǒng)內(nèi)部可以想像的極小距離。系統(tǒng)間的大距離是指遠(yuǎn)區(qū)場即輻射場。這時(shí)輻射干擾源通常以輻射場的形式被接收器所接收。輻射電磁波的傳播特性和規(guī)律應(yīng)服從于無線電波的傳播特性和規(guī)律。,.,55,當(dāng)R0.15915為感應(yīng)近區(qū)場0.15915R15.915為輻射近區(qū)場R15.915為遠(yuǎn)區(qū)場只有滿足遠(yuǎn)區(qū)場輻射傳播時(shí)才可以以直線形式傳播，當(dāng)然，它將受到大氣層的衰減。由電波傳播理論可知，電波傳播取決于兩方面的因素：一方面是電磁波本身的特性，如電磁波的頻率、波長、方向、極化等；另一方面是傳輸通道的介質(zhì)特性，如傳輸通道是介質(zhì)、自由空間、土地、海水、山、森林等，不同的電磁波在不同介質(zhì)里傳輸?shù)姆绞绞墙^對(duì)不同的。,.,56,電磁場的產(chǎn)生電場（E場）產(chǎn)生于兩個(gè)具有不同電位的導(dǎo)體之間。其強(qiáng)度正比于導(dǎo)體之間的電壓，反比于兩導(dǎo)體間的距離。磁場（H場）產(chǎn)生于載流導(dǎo)體的周圍，磁場正比于電流，反比于離開導(dǎo)體的距離。當(dāng)交變電壓通過網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)體產(chǎn)生交變電流時(shí)，產(chǎn)生電磁波，E場和H場互為正交同時(shí)傳播。傳播速度由媒體決定。,補(bǔ)充,.,57,電場強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度之比稱為波阻抗。對(duì)于任何已知電磁波，波阻抗是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)。對(duì)于遠(yuǎn)場，d/2，電磁波稱為平面波，平面波的阻抗是恒定的；在近場，d/2，波阻抗由輻射源特性決定。小電流、高壓電輻射體（例如棒）主要產(chǎn)生高阻抗的電場，而大電流、低電壓輻射體（例如環(huán)）主要產(chǎn)生低阻抗磁場。如果輻射體阻抗正好約377，那么實(shí)際在近場能產(chǎn)生平面波，這取決于輻射體形狀。/2附近的區(qū)域，是近場和遠(yuǎn)場之間的傳輸區(qū)域。應(yīng)分別考慮電場或磁場波。,補(bǔ)充,.,58,1）電波傳播的基本概念根據(jù)GB917588，電磁波的波段是這樣劃分的：(1)頻率在100kHz300kHz之間的電波叫做長波，有時(shí)也稱之為地波，這是因?yàn)檫@個(gè)波段的電波傳播主要是沿地球表面繞射傳播。(2)頻率在300kHz3MHz之間的電波叫做中波，這個(gè)波段的電波傳播主要沿著地球表面繞射傳播和經(jīng)電離層反射傳播。(3)頻率在3MHz30MHz之間的電波叫做短波，有時(shí)也稱之為天波，這是因?yàn)檫@個(gè)波段的電波傳播主要是由電離層反射傳播，其次沿著地球表面繞射傳播。(4)頻率在30MHz-300MHz之間的電波叫做超短波，這個(gè)波段的電波傳播主要是在自由空間作直線式傳播，其次是沿著地球表面繞射傳播和經(jīng)電離層反射傳播。(5)頻率在300MHz一300GHz之間的電波叫做微波，這個(gè)波段的電波傳播主要是在自由空間作直線式傳播，其他形式的傳播將消失。,補(bǔ)充,.,電磁波譜,補(bǔ)充,.,60,2）電波傳播的損耗不管電波是在地球表面上繞射，還是經(jīng)電離層反射，或者在自由空間直射，在傳播過程中都會(huì)發(fā)生能量的損耗。四個(gè)方面：(1)地波傳播損耗實(shí)驗(yàn)證明，電波沿地球表面繞射的能力是隨著頻率的升高而逐漸降低的，只有達(dá)到150MHz以上，它的繞射才可以忽略不計(jì)。所以地波損耗應(yīng)包括長波、中波、短波和超短波低端的地波傳播損耗。地波在傳輸?shù)耐ǖ乐校龅降目赡苁谴蠛?、洋面；可能是沼澤、湖泊；可能是山區(qū)、平原；也可能各種情況都有。這些地區(qū)的地質(zhì)情況是大不相同的，它們的電導(dǎo)率各有不同。大海和洋面是良導(dǎo)電地質(zhì)，因而電波傳播的能量損耗??；山地和沙漠是不良導(dǎo)電地質(zhì)，因而電波傳播的能量損耗大。同時(shí)，地球曲率對(duì)電波傳播的能量損耗也是有影響的。,補(bǔ)充,.,61,(2)天波傳播損耗實(shí)驗(yàn)表明，電波傳播的頻率在70MHz以上時(shí)，經(jīng)電離層反射的能量才逐漸消失。所以天波傳播損耗應(yīng)包括短波和超短波的傳播損耗。天波傳播損耗有四個(gè)部分：自由空間電波能量擴(kuò)散損耗電離層吸收損耗電波落地反射損耗額外損耗。電波經(jīng)電離層反射回地面的傳播損耗與電離層的厚度和高度有關(guān)，并受到太陽、地理緯度、地球磁場和時(shí)間的影響，所以電波經(jīng)電離層反射回地面的傳播損耗不是恒定的損耗。電波落地反射損耗，是電波經(jīng)電離層反射后落地，再反射出現(xiàn)的地面吸收損耗。而額外損耗應(yīng)包括天線不穩(wěn)定引起的增益下降、極化不同、電波聚焦效應(yīng)、多經(jīng)效應(yīng)和電離層散射等引起的電波能量的損耗。,補(bǔ)充,.,62,(3)超短波傳播損耗當(dāng)頻率升高到超短波時(shí)，它的傳播特性已不同于短波。雖然在其低端仍有地面繞射和電離層反射波。但整個(gè)波段，大氣可以使它們發(fā)生折射，電離層和對(duì)流層可以使它們發(fā)生散射，大氣層和地面形成波導(dǎo)，可以使它們沿地球表面?zhèn)鞑ズ苓h(yuǎn)，但是超短波主要還是以直線形式傳播的。(4)微波傳播損耗散射通信用的頻率是100MHz到8000MHz之間。這將跨越超短波兩個(gè)波段。微波中繼站接力通信的電波是在地面大氣層中遠(yuǎn)距離傳播的，這將受到大氣層傳播損耗。,補(bǔ)充,.,63,5、輻射干擾傳輸通道數(shù)學(xué)模型1地波傳播損耗計(jì)算地波傳播損耗，首先要判別輻射干擾源和接收器之間的距離是在極限距離之內(nèi)，還是在極限距離之外，借助實(shí)驗(yàn)曲線換算。極限距離的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：在極限距離之內(nèi)的傳播損耗為：L=（2+0.3X）/(2+X+0.6X2)X參量距離,.,64,2天波傳播損耗L=L1+L2+L3+L4L1為自由空間電波能量傳播損耗；L1=20lg（4D/）=32.4+20lgf+20lgDL2為電波落地反射損耗；L3額外損耗；L4為電離層吸收損耗。,.,65,第三節(jié)電磁兼容干擾測量值的基本單位1、EMC干擾的的幅度（或量值）在EMC測量中干擾的幅度可用功率來表示：PdBm=10lg（PmW/1mW）亦可用干擾電壓來表示：UdBuv=20lg（Uuv/1uv）電壓與功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系符合：P=U2/R對(duì)于50系統(tǒng)，1mW0dBm=107dBuV或1uV0dBuV=-107dBm當(dāng)采用電流鉗作傳導(dǎo)干擾測量時(shí)，則用干擾電流計(jì)量：IdBuA=20lg（IuA/1uA）,.,66,分貝(dB)的定義與含義,電磁兼容測試中，常用的測試單位通常用dB、dBm、dBuV、dBuA表示。它是按對(duì)數(shù)方式壓縮大動(dòng)態(tài)范圍變化的信號(hào)電平。相對(duì)于線性坐標(biāo)，對(duì)數(shù)顯示可以獲得更大的相對(duì)幅度范圍。在測量信號(hào)幅度相對(duì)值包括增益和損耗的測量時(shí)，信號(hào)比值(除法運(yùn)算)可以用dB差值(減法運(yùn)算)簡單表示。例1：當(dāng)測試功率下降為原來的一半時(shí)（P2=P1/2），用dB表示，計(jì)算功率下降多少?P(dB)=101g(P1P2)=10lg2=3(dB)即功率下降3dB。例2：當(dāng)測試電壓下降為原來的一半時(shí)(V2=V12)，用dB表示，計(jì)算電壓和功率下降多少?并計(jì)算此時(shí)功率下降的線性值。V(dB)=201g(V1V2)=20lg2=6(dB)P1P2=V12V22=4P(dB)=101g(P1P2)=10lg4=6(dB)即電壓和功率都下降6dB，功率下降為原功率的14,補(bǔ)充,.,67,dBm與dBuV的換算,dBuV與dBuA的換算,補(bǔ)充,.,68,表2電壓、電流和功率各單位間的換算,補(bǔ)充,.,69,2、EMC干擾的帶寬電磁干擾的頻率范圍可從100mHz100GHz，但單一的EMC干擾的帶寬確是有限的，一般按頻段選取為10Hz1MHz（視標(biāo)準(zhǔn)而定）。按照頻段劃分標(biāo)準(zhǔn)可分為46段：a)長波：100KHz300KHz；b)中波：300KHz3MHz；c)短波：3MHz30MHz；d)超短波：30MHz300MHz；e)微波：300MHz300GHz；一方面，EMC干擾的帶寬表征了可能造成的影響范疇；另一方面，由于EMC的干擾帶寬差異較大，因而測量儀器的通頻帶、線性度、檢波回路的充放電時(shí)間常數(shù)對(duì)測量結(jié)果的影響很大。,.,70,3、EMC干擾的分布量值在規(guī)定條件下，測定給定位置上電磁干擾產(chǎn)生的場強(qiáng)，用干擾場強(qiáng)表示：S=EH式中：S功率密度（坡印亭矢量）Wm2；E空間一點(diǎn)的電場強(qiáng)度，Vm；H空間一點(diǎn)的磁場強(qiáng)度，Am。E與H的關(guān)系用空間波阻抗描述：Z=E/H式中：Z空間波阻抗，。當(dāng)滿足遠(yuǎn)場條件時(shí)，E與H垂直，Z=377。,.,71,按dB數(shù)表示為：SdB=EdB-26在EMC測量中，功率密度S用Wm2，uWm2或dBWm2，dBuW/m2來表示。電場強(qiáng)度E用dBuVm表示磁場強(qiáng)度H用dBuAm表示磁場強(qiáng)度單位與國際單位制中磁感應(yīng)強(qiáng)度單位的關(guān)系：BT=uH式中：BT磁感應(yīng)強(qiáng)度；u介質(zhì)絕對(duì)磁導(dǎo)率，Hm(亨米)；,.,電偶極子的輻射場,補(bǔ)充舉例,.,在距離偶極子足夠遠(yuǎn)處(rl,變化很小),電磁場的波動(dòng)方程為:,平面電磁波方程,在無限大均勻絕緣介質(zhì)(或真空)中,平面電磁波的性質(zhì)概括如下:,補(bǔ)充舉例,.,平面電磁波示意圖,2.在同一點(diǎn)的E、H值滿足下式:,補(bǔ)充舉例,.,3.電磁波的傳播速度為,真空中,實(shí)驗(yàn)測得真空中光速,光波也是一種電磁波,補(bǔ)充舉例,.,補(bǔ)充定義：電磁波的能量輻射能,1.能量密度,電場,磁場,電磁場,電磁波所攜帶的能量稱為輻射能.,.,2.能流密度(又叫輻射強(qiáng)度),單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位面積的輻射能量(S),坡印廷矢量,同方向,補(bǔ)充,.,對(duì)于振蕩電偶極子輻射波,可導(dǎo)出平均輻射強(qiáng)度:,上式表明:1)輻射具有方向性；2)S與4成正比,補(bǔ)充,例如，長為l的圓柱形導(dǎo)體，在圓柱表面上，電場強(qiáng)度E即為電流流動(dòng)方向(沿Z軸)，磁場強(qiáng)度H與電流I構(gòu)成右螺旋關(guān)系(e方向),.,79,第四節(jié)測量接收機(jī)1、EMI測量接收機(jī)工作原理與分類用于測試EMI的測量接收機(jī)一般采用頻域測試設(shè)備，其工作原理是將被測干擾信號(hào)放大，經(jīng)幾級(jí)混頻進(jìn)入中放，放大后的中頻信號(hào)進(jìn)入檢波器，檢測出的信號(hào)可直接顯示也可進(jìn)行量化處理后進(jìn)行顯示。,檢波方式可選擇不同：峰值檢波、準(zhǔn)峰值檢波和平均值檢波。,.,80,峰值檢波器要求檢波電路充電足夠快，而放電足夠慢。峰值檢波器讀出的是包絡(luò)的最大值，它只取決于信號(hào)幅度。準(zhǔn)峰值檢波器充電時(shí)間常數(shù)比峰值檢波器大，而放電時(shí)間常數(shù)比峰值檢波器小。充放電時(shí)間常數(shù)之比是可以選擇的。這樣檢波方式既可以反映干擾信號(hào)的幅度，同時(shí)也能反映出干擾信號(hào)的時(shí)間分布。CISPR標(biāo)準(zhǔn)推薦使用帶有準(zhǔn)峰值檢波器的EMI測量儀。電磁發(fā)射的極限值，也是以準(zhǔn)峰值規(guī)定的。平均值檢波實(shí)際上是取包絡(luò)在一段時(shí)間內(nèi)的平均值。有效值檢波也稱均方根值檢波。,.,81,2頻域測量帶寬選擇由于各種電磁干擾的周期、強(qiáng)度、波形等差異很大，所以測量干擾儀表的通頻帶、線性度、檢波回路的充放電時(shí)間常數(shù)等對(duì)測量結(jié)果有影響。兩種不同的測量帶寬定義：對(duì)EMI測量接收機(jī)來說，測量帶寬是測量接收機(jī)的中頻帶寬；對(duì)頻譜分析儀來說，測量帶寬指的是分辨率帶寬(RBW)，它是最窄的中頻帶寬。,.,82,在GJB151A一97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求中的所有發(fā)射干擾極限值和在GJBl52A-97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量的發(fā)射測試中，6dB帶寬的約定如下表規(guī)定：表頻率掃描測量帶寬要求,.,83,早期的國際EMC標(biāo)準(zhǔn)CISPRl61無線電干擾和抗干擾度測量設(shè)備規(guī)范中，對(duì)測量帶寬作了具體規(guī)定。（與GJB151A稍有不同）,.,84,對(duì)EMI測量接收機(jī)來說，在一個(gè)特定的EMI測試中，確定測量帶寬是第一步，帶寬選擇應(yīng)顧及足夠的靈敏度和最佳測試速度兩個(gè)方面。頻譜分析儀型的測量接收機(jī)的視頻帶寬(VBW)選擇與顯示相關(guān)，VBW濾波器指的是顯示信號(hào)電路的帶寬。通常VBW與RBW一起考慮，對(duì)正弦波信號(hào)無意義，對(duì)脈沖信號(hào)需要選擇較寬的VBW，以保證最好的和最精確的測量和顯示。使用頻譜分析儀類型的測量接收機(jī)，分辨率帶寬(RBW)的設(shè)置與測量掃描速度相關(guān)，一般滿足下式：v=B2W/K1式中：v表示掃描速度，Hzs(每秒赫茲)；Bw頻譜分析儀的分辨率帶寬，Hz；K1分辨率帶寬濾波器的形狀因子(一般定義為3dB帶寬與60dB帶寬的比值)。,.,85,3、測量接收機(jī)靈敏度一般來說，把測量接收機(jī)在測量時(shí)能夠測出的最小絕對(duì)變化量稱為接收機(jī)靈敏度，用dBm表示。如果把測量接收機(jī)內(nèi)部的噪聲折算到輸入端，則N=KTB式中：N噪聲功率，W；K波茲曼常數(shù)，1.38*10-23JK；T接收機(jī)輸入端等效噪聲溫度K；B接收機(jī)帶寬(或頻譜分析儀分辨率帶寬)Hz。,.,86,工程上，接收機(jī)靈敏度通常下例公式計(jì)算：NdBm=-114+FdB+10lgBMHz式中：NdBm測量接收機(jī)靈敏度，dBm；FdB測量接收機(jī)自身噪聲系數(shù)，dB；BMHz測量接收機(jī)測量帶寬，MHz。接收機(jī)靈敏度與接收機(jī)本底噪聲相關(guān)，本底噪聲由接收機(jī)的帶寬、輸入衰減以及內(nèi)部混頻器轉(zhuǎn)換效應(yīng)和中頻放大器的噪聲系數(shù)決定。,.,87,4、測量接收機(jī)的過載問題在GBT43651995電磁兼容術(shù)語中對(duì)過載系數(shù)有確切定義，表述如下：正弦輸入信號(hào)最大幅值與指示儀表滿刻度偏轉(zhuǎn)時(shí)輸入幅值之比，對(duì)應(yīng)于這一最大輸入信號(hào)，接收機(jī)檢波器前電路的幅度特性偏離線性應(yīng)不超過1dB。這一解釋顯然是對(duì)模擬接收機(jī)而言。實(shí)際工程中，對(duì)所有測量接收機(jī)都有一個(gè)正確使用，并防止非線性出現(xiàn)帶來測量誤差的問題。,.,88,針對(duì)測量接收機(jī)的過載問題，值得注意的是，過載的定義不同于字面定義，即把過載使用，僅僅理解為防止接收機(jī)燒毀。正確使用測量儀器是確保測量值準(zhǔn)確、可靠的基本條件。對(duì)測量接收機(jī)(或頻譜分析儀)，重要的是讓其工作在線性工作狀態(tài)。例如：接收機(jī)的前置放大器、混頻器、中頻放大器等均要求工作在線性區(qū)。采取有效措施，控制輸入信號(hào)電平是測試人員應(yīng)掌握的基本技能。,.,89,第五節(jié)定量測試與環(huán)境電平1、測量值的準(zhǔn)確度在測量過程中，測量儀表的讀數(shù)與被測變量的真值之間會(huì)有所差異，人們把它們的接近程度，用測量儀表的測量準(zhǔn)確度來表述。任何測量都會(huì)存在誤差，沒有誤差的測量是不存在的。這種測量誤差一般用系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差來描述。,.,90,系統(tǒng)誤差包括儀器誤差、環(huán)境誤差。儀器誤差是屬于儀器自身固有的缺陷，可以通過計(jì)量校準(zhǔn)修正。環(huán)境誤差屬于影響測量的外部條件，如溫度、濕度、氣壓、電磁場等引入的誤差，可供分析測量結(jié)果時(shí)采用。隨機(jī)誤差是由一些未知原因造成的，即使在所有的系統(tǒng)誤差均被考慮后，它依然存在。隨機(jī)誤差一般很難消除，或者說消除不了的。理論上可以靠反復(fù)多次測量，用統(tǒng)計(jì)辦法降低隨機(jī)誤差的影響。如果測量過程是在理想的環(huán)境條件下進(jìn)行，測量結(jié)果會(huì)更為準(zhǔn)確、可靠。實(shí)際上，測量系統(tǒng)自身也有可能產(chǎn)生干擾或受擾。對(duì)測量系統(tǒng)所采取的一系列EMC措施，統(tǒng)稱為測量系統(tǒng)防護(hù)。它是研究提高EMC測量準(zhǔn)確度的重要內(nèi)容之一。,.,91,2、天線系數(shù)與修正在GJB7285電磁干擾和電磁兼容性名詞術(shù)語中對(duì)天線系數(shù)是這樣定義的：天線系數(shù)指這樣一個(gè)系數(shù)，將它適當(dāng)用于測量儀的儀表讀數(shù)上，就可得出以伏每米表示的電場強(qiáng)度或以安每米表示的磁場強(qiáng)度。顯然，這是從應(yīng)用的角度來描述的。此系數(shù)包含了天線有效長度、失配和傳輸損耗的影響?；径x：儀表讀數(shù)指儀表輸入端的電壓；天線有效長度指天線的開路感應(yīng)電壓與被測電場強(qiáng)度分量之比；天線感應(yīng)電壓指天線開路兩端子間所測得的或算出的電壓。,.,92,以輻射干擾測量為例，測試天線處于接收狀態(tài)，依上述定義天線系數(shù)可用下式表示：AF=E/U式中：E被測量的電場強(qiáng)度，Vm；U測量天線的輸出端電壓，V；AF天線系數(shù)，1m。將上式用對(duì)數(shù)形式表示：E(dBuV/m)=AF(dB/m)+U(dBuV),.,93,以輻射敏感度測量為例，測試天線處于發(fā)射狀態(tài)，天線系數(shù)可用下式表示：TAF=E/U式中：E距離源或發(fā)射天線1m遠(yuǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度，Vm；U天線輸入電壓，V；TAF天線系數(shù)，1m。將上式用對(duì)數(shù)表示：E(dBuV/m)=TAF(dB/m)+U(dBuV),.,94,天線系數(shù)是一個(gè)與頻率相關(guān)的函數(shù)，一般由測試天線生產(chǎn)廠家提供。具體應(yīng)用時(shí)，還應(yīng)考慮測試天線與測量儀表之間的電纜損耗。即：EMI=測量儀系數(shù)表讀數(shù)+天線系數(shù)十電纜損耗鑒于EMC試驗(yàn)中測量值指視在場強(qiáng)，一般來說，測試天線系數(shù)是在試驗(yàn)場利用互易原理測試得到。目前推薦用SEA-ARP-958標(biāo)準(zhǔn)測試或校準(zhǔn)天線系數(shù)。測試裝置如圖所示：,.,95,圖中所示的兩副天線完全相同，相距為R，一般選取1m，3m，10m。兩副天線架設(shè)高度相同，極化方式設(shè)置一致。假設(shè)測試系統(tǒng)為50阻抗匹配系統(tǒng)，地面反射和周圍反射忽略不計(jì)。,.,96,工程上常根據(jù)天線增益(真數(shù))來計(jì)算天線系數(shù)，用下式表示：AFdB=20lg（9.76/G0.5）為計(jì)算方便還可以寫成下面形式：AFdB=-29.75+20lgf-10lgG式中f的單位為MHz同樣，天線增益（dB）可表示為：GdB=-29.75-AFdB+20lgf,.,97,推導(dǎo)：（1）電波由發(fā)射點(diǎn)向空間擴(kuò)散，在距離發(fā)射天線距離為R時(shí)，自由空間場強(qiáng)為下：Et場強(qiáng)（V/m）Gt發(fā)信天線增益（dB）Pt發(fā)射功率（W）（2）假設(shè)Gr=Gt=G，信號(hào)源輸出功率為Pt，接收天線處的功率密度為：p=PtGt/（4R2）波印亭矢量S=E*H在遠(yuǎn)場區(qū)，同時(shí)滿足自由空間條件，E，H兩者互相垂直，其比值為常量120。即p=S=E*H=Et2/120則Et2=120PtGt/4R2,.,98,（3）接收天線的輸出功率可定義為接收天線處的功率譜密度和接收天線的有效面積的乘積。Pr=P*Se天線有效面積可理解為天線輸出端子上有用功率與給定方向入射平面波的功率密度之比，其入射平面波的極化方向應(yīng)與天線輻射的極化方向一致。Se=Gr2/4（4）接收天線輸出功率：Pr=P*Se=PtGt/（4R2）*Gr2/4=Pt（G/4R）2（5）接收機(jī)輸入功率可用下式表示：,.,99,（6）顯然，則在50測試系統(tǒng)中由得到,.,100,3、電磁環(huán)境電平與修正電磁環(huán)境電平定義：在規(guī)定的試驗(yàn)地點(diǎn)和時(shí)間內(nèi)，當(dāng)試驗(yàn)樣品尚未通電時(shí)，已存在的輻射及傳導(dǎo)的信號(hào)和噪聲電平。環(huán)境電平是由人為及自然的電磁能量共同形成的。所謂規(guī)定的試驗(yàn)地點(diǎn)，一般是指進(jìn)行EMC測試的開闊場地、實(shí)驗(yàn)室和進(jìn)行EMI預(yù)測試的場所。在實(shí)驗(yàn)室，環(huán)境電平是實(shí)驗(yàn)室各種設(shè)施到位、測試設(shè)備正常運(yùn)行下固有噪聲的總和。以實(shí)驗(yàn)室的電磁環(huán)境電平測試為例，它分為傳導(dǎo)和輻射兩種模式。測試方法采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試方法。,.,101,圖給出某EMC實(shí)驗(yàn)室按國軍標(biāo)規(guī)定，在10kHz50MHz范圍內(nèi)傳導(dǎo)發(fā)射環(huán)境電平。,實(shí)驗(yàn)室的傳導(dǎo)發(fā)射環(huán)境電平與實(shí)驗(yàn)室的接地、絕緣性能指標(biāo)有關(guān)，與電源濾波器性能的好壞關(guān)系極大；實(shí)驗(yàn)室的輻射發(fā)射環(huán)境電平與實(shí)驗(yàn)室的屏蔽度特性和場地衰減特性相關(guān)。,.,102,實(shí)驗(yàn)室的傳導(dǎo)發(fā)射環(huán)境電平與實(shí)驗(yàn)室的接地、絕緣性能指標(biāo)有關(guān)，與電源濾波器性能的好壞關(guān)系極大。在標(biāo)準(zhǔn)中，認(rèn)為只要電磁環(huán)境電平低于極限值6dB，則認(rèn)為是滿足規(guī)范要求的EMC實(shí)驗(yàn)室。智能型測試軟件有能力將感興趣的頻率點(diǎn)上的環(huán)境影響剔除。數(shù)據(jù)處理如下：假設(shè)EUT未通電時(shí)，接收機(jī)讀數(shù)為U1；假設(shè)EUT接通后，接收機(jī)讀數(shù)為U2；假設(shè)EUT的真實(shí)發(fā)射測量值為Ut,則：U22=Ut2+U12Ut可以由兩次測量數(shù)據(jù)中解出。在EMC測量中，用U2代替Ut，測量誤差控制在1dB之內(nèi)。,.,103,第六節(jié)測試系統(tǒng)中干擾及其形成機(jī)理（補(bǔ)充）,測試系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域。由于存在干擾，它對(duì)測試系統(tǒng)的穩(wěn)定度和精確度受到了直接的影響，嚴(yán)重時(shí)可使測試系統(tǒng)不能正常工作。因此，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、使用方式以及工作環(huán)境等各個(gè)方面都不得不優(yōu)先考慮抗干擾問題。所以對(duì)干擾的研究是測