電磁兼容原理考試復習提綱

1、1、 基本概念a) 電磁兼容(EMC, Electromagnetic Capability)：器件、設備或系統(tǒng)在所處電磁環(huán)境中良好運行，并且不對其所在環(huán)境產生任何難以承受的電磁騷擾的能力。簡言之，EMC涵蓋了EMI和EMS兩方面。為實現(xiàn)系統(tǒng)內設備互不干擾、兼容運行，既要控制騷擾源的電磁發(fā)射，又要提高受騷擾對象的抗擾度。b) EMI：電磁騷擾(Electromagnetic Disturbance)與電磁干擾(EMI, Electromagnetic Inference)電磁騷擾是指任何可能引起器件、設備或系統(tǒng)性能降低的電磁現(xiàn)象，電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介本身的變化；電磁干擾強

2、調的是電磁騷擾現(xiàn)象所造成的后果。平時統(tǒng)稱為電磁干擾EMI。c) 抗擾度(Immunity)與電磁敏感度(EMS, Electromagnetic Susceptibility)抗擾度是指存在電磁騷擾的情況下，器件、設備或系統(tǒng)性能不降低條件下的正常運行能力；敏感度衡量的是電子設備或分系統(tǒng)對電磁環(huán)境所呈現(xiàn)的不希望有的響應程度。敏感度閾值越小，抗擾度越差。平時多用電磁敏感度EMS一說。d) EMC=EMS+EMIe) EMP(Electromagnetic Pulse)：電磁脈沖，一種突發(fā)的、寬帶電磁輻射的高強度脈沖。f) ESD(Electro Static Discharge)：靜電放電，由靜電

3、荷的分離造成，可能導致中介空氣的擊穿，進而產生強電弧。電弧電流進入靈敏電子電路會造成數(shù)據(jù)不純甚至永久破壞。g) EFT(Electrical Fast Transient)：電快速瞬變脈沖群抗擾度，脈沖群有特定的持續(xù)時間，脈沖群中的單個脈沖有特定的重復周期、電壓幅值，上升時間，脈寬。h) 電磁干擾的三要素（以及近場，遠場）：電磁干擾源、耦合途徑(傳輸通道)、敏感設備(感受器)i) 常見的騷擾源：i. 自然騷擾源：1. 地球上各處雷雨、閃電產生的天電噪聲2. 太陽黑子爆炸和活動產生的噪聲3. 銀河系的宇宙噪聲ii. 人為騷擾源：1. 各種無線電發(fā)射機2. 工業(yè)、科學和醫(yī)用(I. S. M.)射頻

4、設備；3. 架空輸電線、高壓設備和電力牽引系統(tǒng)4. 機動車輛和內燃機5. 電動機、家用電器、照明器具及類似設備；6. 信息技術設備；7. 靜電放電和電磁脈沖等。j) 屏蔽效能：SEdB=10lg(p0/p1)、SEdB=20lg(E0/E1) 、SEdB=20lg(H0/H1)，入射到屏蔽層的電(磁)場幅度與穿透屏蔽層傳輸?shù)碾?磁)場幅度之比。k) 插入損耗：IL=10lgP0/P1=20lgU0/U =20lgI0/I1。指發(fā)射機與接收機之間，插入電纜或元件產生的信號損耗，通常指衰減。插入損耗以接收信號電平的對應分貝(dB)來表示。l) 射頻阻抗：在直流情況下，電流在導體截面上均勻分布，導體

5、的橫截面積就是它的幾何截面積。但對于射頻電流，由于集膚效應，導體的有效載流面積將遠小于導體的幾何截面積，即導體的射頻電阻高于直流電阻。m) 轉移阻抗：裝有襯墊的兩連接面之間的電位差與流經襯墊表面電流的比值。n) 地阻抗干擾：在具體電子設備內，任何地線既有電阻又有電抗，有電流通過時地線上必然產生壓降地阻抗干擾。地環(huán)路干擾：地線還可能與其他線路(信號線、電源線等)形成環(huán)路，一旦交變磁場與此環(huán)路交連，就會在地線中產生感應電勢地環(huán)路干擾。o) 搭接效能：搭接效能是被搭接對象在采用搭接條前后所檢測到的外界感應電壓之比值。一般而言，隨著頻率的升高，搭接效能將下降。p) 差模干擾：產生在信號線與返回線之間，

6、由其它設備產生。差模干擾的電壓和電流在各個線路中不同；有用信號均為差模；共模干擾：產生在地線與信號線和返回線之間，輸電線拾取輻射噪聲。共模干擾的電壓和電流在各個線路中相對“地”均相同（幅值和相位）q) 感性耦合/容性耦合：兩個網絡之間通過場相互作用被稱做耦合，耦合又可以分為容性耦合和感性耦合，所謂容性耦合是指通過電場把信號傳遞過去，感性耦合是指通過磁場把信號傳遞過去。但容性耦合更多的是指兩電路之間通過分布電容的信號耦合，感性耦合更多的是指通過感性器件的漏磁而發(fā)生的信號耦合。r) 峰值檢波：峰值檢波器檢測到的是IF中信號包絡的最大電平，并顯示一個具有相同峰值的正弦波的RMS值。準峰值檢波：準峰值

7、檢波的輸出結果與脈沖的重復頻率有關，當脈沖重復頻率提高一倍時，準峰值檢波輸出也隨之上升，其上升規(guī)律與干擾對聽覺的危害程度相一致。平均值檢波的最大特點是檢波器的充放電時間常數(shù)相同，致使檢波的直流輸出基本上正比于檢波器前各級信號包絡的平均值。從平均值檢波器得到的脈沖響應讀數(shù)較之實際值小得多，一般不用于脈沖干擾測量。對于寬帶噪聲，均方根檢波器的輸出正比于帶寬的平方根，這是測量背景噪聲采用均方根檢波器的主要原因之一。s) 3m法：電磁輻射測試中受試設備EUT(Equipment Under Test)與測試天線的距離為3米。t) 主模和高次模：（波導部分的內容） 電子設備結構設計原理P2773cm矩形

8、波導幾種模式的截止波長在矩形波導中，TE10模的截止波長最長（即截止頻率最低），它是矩形波導的主模。其余依次為TE20、TE01及TM11等，統(tǒng)稱高次模。波導內部的不均勻性可能引起波型的變換，產生高次模。任何高次模的出現(xiàn)都將加大主模的衰減并影響其正常傳輸。u) 天線系數(shù)：天線系數(shù)是描述天線接收特性的，是測量天線表面的入射電場與天線終端接收到的電壓的比值。 v) 截止頻率：（波導部分）：電子設備結構設計原理P276每種既定的波導都有最低可傳輸頻率，低于此頻率的電磁波就不能再在波導內傳輸，該頻率稱為截止頻率fc，fc只與波導的橫截面尺寸及波導內介質的特性有關。2、 電磁兼容標準體系：a) 框架：基

9、礎標準 通用標準(A工業(yè) B居民、商業(yè)、輕工業(yè)) 產品類標準 產品標準b) 國際電工委員會IEC國際無線電干擾特別委員會(CISPR, International Special Committee on Radio Interference) 第77技術委員會(TC77)，即電磁兼容技術委員會c) (IEC/CISPR)初衷為有利于國際貿易，促進國際上無線電干擾在下列幾方面的一致意見：i. 保護無線電接收裝置，免受電磁干擾源的干擾；ii. 干擾測量設備與方法；iii. 干擾源所產生的干擾的限值；iv. 聲音與電視廣播接收機裝置的抗擾度以及(與IEC各TC有聯(lián)系的)測量這些抗擾度方法的規(guī)定；v

10、. 如果CISPR所批準的標準與IEC的其他技術委員會以及國際標準化組織 (International Organization for Standardization-ISO)的技術委員會所批準的標準產生重復時，則應就除接收機以外的裝置的發(fā)射和抗擾度要求與這些技術委員會進行磋商；vi. 安全規(guī)程對于電氣設備干擾抑制的影響。vii. CISPR當前6個分委員會的名稱：SCA SCB SCD SCF SCH SCId) TC77的工作范圍i. 0 400GHz 全部頻率范圍的抗擾度及相關事項；ii. 低頻(9 kHz)范圍內的發(fā)射，包括基礎標準及通用標準，例如諧波和電壓波動；iii. 配合CIS

11、PR：高頻(9 kHz)范圍內的發(fā)射，例如電網信號及CISPR不包括的電磁騷擾現(xiàn)象。e) 我國：i. “全國無線電干擾標準化技術委員會”，對口CISPR工作。下設AG等7個分會，分別對應于當時的CISPR相應分會，另設S分會：無線系統(tǒng)與非無線系統(tǒng)間的電磁兼容性。ii. “全國電磁兼容標準化技術委員會”，對應TC77的工作。iii. “電磁兼容標準協(xié)調小組”，負責上述兩組織間的協(xié)調工作。3、 電磁兼容常用單位：dBm：=dBmW=dBuV：=dBuV/m：=dBuA/m：=及相關單位的轉換：4、 傳輸線（計算）a) 特性阻抗：特性阻抗Zc物理意義：當傳輸線上出現(xiàn)脈沖電壓V時，相應的脈沖電流為IV

12、/ Zc。Zc的大小取決于傳輸線所填充的介質和傳輸線的橫向尺寸，與傳輸線的長度無關。對于無限長的均勻無損耗傳輸線，或者說對于無反射傳輸線（行波），特性阻抗就是傳輸線上任意一點的電壓和電流之比。b) 反射系數(shù)：U(x)與U(x)之比稱為電壓反射系數(shù)，記作。對于均勻無耗傳輸線，線上各點電壓反射系數(shù)的模（大?。┦窍嗤?，其差別只是各點反射系數(shù)的相角不同。ZL®¥，+1，表示開路傳輸線在終端產生同相全反射；ZL®0，-1，表示短路傳輸線在終端產生反相全反射；ZL=Zc，表示匹配傳輸線在終端不存在反射。(U+(x)與U(x)分別表示傳輸線上任意一點位置處的入射波電壓和反射波

13、電壓)c) 電壓駐波比(VSWR,Voltage Standing Wave Ratio)：VSWR=|Umax |/| Umin |, ，回波損耗：RL-20log |d) 傳輸線有三種工作狀態(tài)：行波，純駐波，行駐波。傳輸線上只有入射波，沒有反射波，波在傳播的過程中只有相位的變化，而無幅度的變化，稱為行波。e) 駐波幅度最大處稱波腹，幅度最小處稱波節(jié)。電壓駐波的波腹與波節(jié)之間在空間相距l(xiāng)/4。電流駐波的波腹與電壓駐波的波節(jié)重合。電流駐波瞬時值的時間相位與電壓駐波瞬時值相位相差p/2。f) 輸入阻抗：傳輸線任意位置上電壓的復振幅與電流的復振幅之比，稱為輸入阻抗，也就是從該位置向負載看去的等效阻

14、抗，輸入阻抗用Zin表示。傳輸線可以起到阻抗變換的作用！g) 阻抗匹配：為了使信號源的輸出功率最大，信號源內阻應與傳輸線始端的輸入阻抗共扼匹配；為了使負載吸收全部入射功率，負載阻抗應等于傳輸線特性阻抗。若信號源內阻和負載阻抗均等于傳輸線特性阻抗，則負載吸收的功率最大。此時無反射波，即阻抗匹配。h) 計算：輸入阻抗的模具有最大值，且為純阻性，為電壓腹點；輸入阻抗的模具有最小值，且為純阻性，為電壓節(jié)點。5、 電磁場（計算）a) 波阻抗：橫向電場和橫向磁場之比稱為媒質的波阻抗h。在真空（空氣）中，遠場h=(0/0)1/2=377。b) 平面電磁波：傳播方向上的電場和磁場分量恒等于0，稱為橫電磁波，即

15、TEM波；電場與磁場相互垂直，且都垂直于傳播方向；電場和磁場在時間上同相。c) 極化：空間固定點上電場矢量隨時間的變化方式稱為波的極化。線極化、圓極化、橢圓極化、水平極化（平行于地面）和垂直極化（垂直于地面）。d) 反射：i. 均勻平面電磁波垂直入射到介質表面，理想傳輸線：反射系數(shù)=(h2-h1)/( h2+h1)。ii. 均勻平面電磁波垂直入射到理想導體表面：=-1，透射系數(shù)T=1+=0。iii. 若媒質2的厚度為半波長，只要h1 =h3，即無反射。若媒質2的厚度為1/4波長，可進行阻抗變換。e) 衰減（趨膚效應、趨膚深度）：i. 趨膚效應：在高頻情況，電磁波進入良導體后急劇衰減，電磁波只能

16、存在于良導體表面的一個薄層內。ii. 趨膚深度：電磁波每傳播一個趨膚深度，衰減為原來的1/e，即衰減8.68dB。iii. 衰減率：(s/)*8.68dB (s為物體厚度)6、 天線的基礎知識a) 電偶極子：電偶極子又稱為基本電振子或電流元，是指無限小的線性電流單元，即其長度遠小于工作波長l，線上電流的振幅和相位處處相同（均勻分布）。任何實際天線上的電流不可能均勻分布，但實際的線天線都可以分解為許多個電流元。高電壓且小電流b) 磁偶極子：磁偶極子又稱為磁流元，是指長度遠小于波長振子，上面有均勻分布的磁流。磁偶極子本身不存在，但對于周長遠小于波長的小電流環(huán)和無限大的薄金屬板上開的長度遠小于波長的

17、窄縫都近似具有磁流元的特性。大電流及低電壓c) 近場：存在于距電磁輻射源(例如發(fā)射天線)一個波長范圍內的電磁場，即r<l/(2p)。遠場：r>l/(2p) 。在近場區(qū)，兩種偶極子的波阻抗在量值上不同，電偶極子是容性耦合的高阻抗場，磁偶極子是感性耦合的低阻抗場，并且波阻抗與距離有關。在遠場區(qū)，自由空間的波阻抗是一常數(shù)377W，與場源的特性和距離無關。7、 屏蔽（計算）a) 低頻時反射損耗是主要機理，高頻時吸收損耗是主要機理b) 電屏蔽：從場的觀點看，是減小兩個回路(或兩個元件、組件)間電場感應的影響。從電路的觀點看，是減小干擾源和感受器之間分布電容的作用。電屏蔽只要保證良好接地即滿足

18、電屏蔽要求，無需進行特殊考慮。(近場、低頻)c) 磁屏蔽：使用高磁導率材料分流磁通量(近場、低頻)渦流的屏蔽作用很小，依靠高磁導率材料的磁旁路作用。高導磁率材料：易飽和；低磁導率：屏效不夠；屏蔽時用低磁導率材料+高磁導率材料d) 電磁屏蔽：屏蔽的機理：反射+吸收+多次反射；屏蔽效能：SE(dB)R(dB)A(dB)+B(dB)R = (Zs+Zw)2/(4ZsZw)e) 空腔諧振：在實際工程中，有時會遇到在個別頻率點上屏蔽效能很小，甚至為負值。i, j, k0, 1, 2（i, j, k最多只能一個為0）諧振模式的階次越高，其頻率間隔越小。f) 波導通風窗：為了能達到預期的屏蔽效能，又確保通風

19、良好，用多個小孔代替大孔；把金屬網覆蓋在大面積的通風孔洞上，能顯著地提高屏蔽效能采用波導通風窗。波導通風窗對于低頻磁場的屏蔽效能并不理想，100MHz以下不推薦使用，波導管內不允許穿過金屬物體。設計截止波導通風管時 ，一般取fc=510f ,依據(jù)fc確定波導管的孔徑：矩形波導管：寬邊邊長a(m)=150/fc(MHz)；圓形波導：內徑d(m)=176/fc(MHz)；六角形波導：外接圓直徑w(m)=150/fc(MHz)截止波導管的長度l，一般要求la，l3D，或l3w波導通風窗對于低頻磁場的屏蔽效能并不理想，100MHzg) 電磁屏蔽的設計指標：屏蔽效能的期望值，總體指標的分配有30dB與7

20、0dB準則。騷擾電平與敏感度門限電平之差小于30dB時，設計階段可不必專門進行屏蔽設計。兩者之差超過70dB，單靠屏蔽很難保證兩者兼容，即使能達到指標，設備成本將急劇增加。請注意：大部分結構輔助材料：雙層屏蔽電纜、射頻同軸連接器、夾網屏蔽玻璃、穿孔金屬板、各種導電襯墊，甚至包括與屏蔽措施配套使用的電源干擾抑制濾波器等，對干擾所提供的實際抑制效能大致都不超過6070dB。h) 電磁屏蔽設計的要點：屏蔽結構中，任何情況下都應使縫隙長度遠小于所要抑制的電磁波波長，一般應小于/100波長，至少不大于/20波長；改善接縫處的電接觸，除去接縫配合表面上的潤滑油、機油、油漆、灰塵、氧化層及其他不導電的薄層，

21、并且可以涂上導電涂料和填隙料；使用導電襯墊。i) 電磁屏蔽效能測試：窗口法：IEEE 299-2006；適用頻率范圍：30MHz1.5GHz；厚度：不大于/100、同軸法：ASTM D43958、 接地和搭接a) 單點接地和多點接地的選擇準則：對低頻電子設備，最常用的是單點接地方式，串聯(lián)式單點接地因各單元共用一條線，易引起共地阻抗干擾。并聯(lián)式單點接地，在低頻時可有效地避免各單元間的地阻抗干擾，但是需要多根地線且只適用于低頻，在高頻時，相鄰地線之間的耦合會增強，易造成各單元間的相互干擾，另外地線的總數(shù)大大增加，導致設備的重量和體積增大，成本提高。對高頻電子設備，最常用的是多點接地方式，即各接地點

22、就近接地。低頻和高頻應具體情況具體分析。高頻設計時為使接地阻抗最小，減少射頻電流返回路徑的阻抗，應讓走線盡量短，使引線電感最小化。b) 地環(huán)路干擾的抑制措施：就得減小地環(huán)路面積，最好在線路布局時避免構成地環(huán)路（例如：雙絞線）c) 地阻抗干擾的抑制措施：i. 減小地線阻抗和電源饋線阻抗隨著頻率升高，由于集膚效應，導體的有效載流面積將遠小于導體的幾何截面積，即導體的射頻電阻高于直流電阻；高頻時，電感分量Lg起主導作用。為了減小導體的射頻電阻和電感，采用寬/厚比值大的扁銅帶制作地線。信號地線連接點之間的直流搭接電阻<2m，安全地線的接地電阻<10 m。為減小射頻阻抗，可以采用矩形截面的導

23、體，并且截面的寬厚比越大，效果越好。導體直徑越大，趨膚效應越明顯，用多股線代替大直徑導線，也可以減小射頻阻抗。ii. 正確選擇接地方式iii. 設置多組地線設計幾組相互獨立的地線：電源地、數(shù)字信號地、模擬信號地、安全地線各類地線之間相互隔離：絕緣電阻>20MW,與機殼之間的絕緣電阻>100M不同種類的地線連接時，應進行高頻去耦iv. 阻隔地環(huán)路。變壓器耦合，變壓器抑制地環(huán)路干擾的頻率范圍為：0<f<1/(2RLC)；縱向扼流圈傳輸信號，只有當工作頻率高到一定程度，縱向扼流圈兩個繞組之間的磁耦合才足以迫使信號返回電流流回次級繞組。a.它既能傳輸交流信號，又可傳輸直流信號；

24、b.扼流圈對地線中高頻干擾的抑制能力強； c.扼流圈可有效地抑制線路中所傳輸?shù)母哳l信號對其他電路單元的干擾。9、 濾波a) EMI濾波器的特點：i. 期望的工作頻帶寬 ii. 端接阻抗的變化范圍大 iii. 關心的是對外界干擾信號的抑制能力 iv. 加載電流影響插入損耗 v. 插入損耗難以進行精確的分析和計算！b) 使用的注意事項：i. 直流濾波器不能用于交流電源線；ii. 樣本上給出的插入損耗是在50條件下測得的；iii. 實際濾波器是帶阻濾波器，因為電容器引線有電感和電阻，電感線圈上有分布電容和電阻；高頻時必須注意這些效應；iv. 另外，高頻時器件之間的耦合也會造成插入損耗下降；1.考慮影

25、響因素EMI濾波器的容性電流，對于實驗室配置的EMI濾波器，應注意無功功率的影響。利用電感進行功率因數(shù)校正。端接阻抗對濾波器的影響。接地對濾波器性能的影響。2.注意直流濾波器不能用于交流電源線； 實際濾波器是帶阻濾波器，因為電容器引線有電感和電阻，電感線圈上有分布電容和電阻；高頻時必須注意這些效應；另外，高頻時器件之間的耦合也會造成插入損耗下降；3.使用串聯(lián)電感接低阻抗源，并聯(lián)電容接高阻抗源；串聯(lián)電感面向低阻抗負載，并聯(lián)電容面向高阻抗負載；使濾波器和對應的端口阻抗在低頻匹配，并補償源和負載在寬頻帶內的阻抗變化。4.安裝電源線濾波器應安裝在設備或屏蔽殼體的電源入口處，并予以屏蔽；焊接在同一插座上的每根導線都必須進行濾波，否則會破壞濾波器濾波的有效性；濾波器的輸入和輸出引線之間應予以屏蔽，并盡量遠離，更不得往返交叉；濾波器的外殼必須接地！c) 濾波器插入損耗的測試方法：i. 空載50系統(tǒng)測試法ii. 空載0.1/100 和100/ 0.1系統(tǒng)測試法iii. 加載50系統(tǒng)測試法iv. 加載電流探頭測試法10、 試驗a) 接收機的關鍵技術指標：分辨帶寬、檢波方式。i. 分辨率帶寬（RBW）反映了濾波器區(qū)分兩個相同幅度、不同頻率的信號的能力。通常是指3dB帶寬，但EMI接收機是6dB帶寬。ii. 所有檢波器的功能（即：峰值、準峰值、平均值和RMS值）都是所有檢波器的