電磁兼容性簡介
  2016-06-15  

電磁兼容是研究電磁干擾的學科。電磁干擾是人們早就發現的電磁現象,它幾乎和電磁效應的現象同時被發現,1981年英國科學家發表“論干擾”的文章,標志著研究干擾問題的開始。1989年英國郵電部門研究了通信中的干擾問題,使干擾問題的研究開始走向工程化和產業化。雖然電磁干擾問題由來已久,但電磁兼容這個新的綜合性學科確是近代形成的。
  40年代提出電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility縮寫為EMC)概念,是電磁干擾問題由單純的排除干擾逐步發展成為從理論上、技術上全面控制用電設備在其電磁環境中正常工作能力保證的系統工程。70年代以來,電磁兼容技術逐漸成為非?;钴S的學科領域之一。80年代,美國、德國、日本、前蘇聯、法國等經濟發達國家在電磁兼容研究和應用方面達到很高的水平。建立了相應的電磁兼容標準和規范,電磁兼容設計成為民用電子設備和軍用武器裝備研制中必須嚴格遵循的原則和步驟。電磁兼容性成為產品可靠性保證中的重要組成部分。90年代,電磁兼容性工程以事后檢測處理發展到預先分析評估、預先檢驗、預先設計。
  在我國電磁兼容理論和技術的研究起步較晚,直到80年代之后才組織系統地研究并制定國家級和行業級的電磁兼容性標準和規范。90年代以來,隨著國民經濟和高科技產業的形迅速發展,在航空、航天、通信、電子等部門,電磁兼容技術受到格外重視。

1. 電磁兼容性的定義

由于電磁干擾源的大量普遍曾在,電磁干擾現象經常發生。如果在一個系統中各種用電設備能和諧正常工作而不致相互發生電磁干擾造成性能改變和遭受損壞,人們就滿意的稱這個系統中的用電設備是相互兼容的。但是隨著用電設備功能的多樣化、結構的復雜化、功率加大和頻率提高,同時它們的靈敏度已越來越高,這種相互包容兼顧、各顯其能的狀態很難獲得。為了使系統達到電磁兼容,必須以系統的電磁環境為依據,要求每個用電設備不產生超過一定限度的電磁發射,同時又要求它具有一定的抗干擾能力。只有對每一個設備作這兩方面的約束,才能保證系統達到完全兼容。
  因此人們對電磁兼容的含義作出了科學的概括,認為電磁兼容是“設備(分系統、系統)在共同的電磁環境中。能一起執行各自功能的共存狀態。即該設備不會由于受到處于同一電磁環境中的其他設備的電磁發射導致或遭受不允許的降級,它也不會使同一電磁環境中其它設備(分系統、系統)應受其電磁發射而導致或遭受不允許的降級?!?

2. 電磁干擾三要素

理論和實踐的研究表明,不管復雜系統還是簡單裝置,任何一個電磁干擾的發生必須具備三個基本條件:首先應該具有干擾源;其次有傳播干擾能量的途徑和通道;第三還必須有被干擾對象的響應。在電磁兼容性理論中把被干擾對象統稱為敏感設備(或敏感器)。
  因此干擾源、干擾傳播途徑(或傳輸通道)和敏感設備稱為電磁干擾三要素。

3. 干擾源分類

一般來說電磁干擾源分為兩大類:自然干擾源和人為干擾源。自然干擾源主要來源于大氣層的天電噪聲、地球外層空間的宇宙噪聲。他們既是地球電磁環境的基本要素組成部分,同時又是對無線電通訊和空間技術造成干擾的干擾源。自然噪聲會對人造衛星和宇宙飛船的運行產生干擾,也會對彈道導彈運載火箭的發射產生干擾。
  人為干擾源是有機電或其他人工裝置產生電磁能量干擾,其中一部分是專門用來發射電磁能量的裝置,如廣播、電視、通信、雷達和導航等無線電設備,稱為有意發射干擾源。另一部分是在完成自身功能的同時附帶產生電磁能量的發射,如交通車輛、架空輸電線、照明器具、電動機械、家用電器以及工業、醫用射頻設備等等。因此這部分又成為無意發射干擾源。
  干擾源的分類方法很多,除了上述分類方法外,從電磁干擾屬性來分,可以分為功能型干擾源和非功能性干擾源。功能性干擾源系指設備實現功能過程中造成對其他設備的直接干擾;非說功能性干擾源是指用電裝置在實現自身功能的同時伴隨產生或附加產生的副作用,如開關閉合或切斷產生的電弧放電干擾。

電磁干擾按照干擾的種類,有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(干擾)到另一個電網絡。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網絡。在高速PCB及系統設計中,高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源,能發射電磁波并影響其他系統或本系統內其他子系統的正常工作。
  從電磁干擾信號頻譜寬度來分,可以分為寬帶干擾源和窄帶干擾源。他們是相對于指定感受器的帶寬大或小來加以區別的。
  從干擾信號的頻率范圍來分,可以把干擾源分為工頻與音頻干擾源(50Hz及其諧波)、甚低頻干擾源(30Hz以下)、載頻干擾源(10kHz~300kHz)、射頻及視頻干擾源(300kHz)、微波干擾源(300MHz~100GHz)。

4. 電磁干擾傳播途徑

任何電磁干擾的發生都必然存在干擾能量的傳輸和傳輸途徑(或傳輸通道)。通常認為電磁干擾傳輸有兩種方式:一種是傳導傳輸方式;另一種是輻射傳輸方式。因此從被干擾的敏感器來看,干擾偶合可分為傳導偶合和輻射偶合兩大類。
  傳導傳輸必須在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接,干擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏感器,發生干擾現象。這個傳輸電路可包括導線,設備的導電構件、供電電源、公共阻抗、接地平板、電阻、電感、電容和互感元件等。
  輻射傳輸是通過介質以電磁波的形式傳播,干擾能量按電磁場的規律向周圍空間發射。常見的輻射偶合由三種:1. 甲天線發射的電磁波被乙天線意外接受,稱為天線對天線偶合;2. 空間電磁場經導線感應而偶合,稱為場對線的偶合;3.兩根平行導線之間的高頻信號感應,稱為線對線的感應偶合。

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