電磁兼容EMC基礎知識

1、課程 LA000201EMC基礎知識ISSUE 1.0目 錄課程說明1課程介紹1培訓目標1參考資料1第1章 序論21.1 電磁兼容概述21.2 電磁兼容性的基本概念2 電磁騷擾與電磁干擾2 電磁兼容性(EMC-Electromagnetic Compatibility）2 電磁兼容常用名詞術語31.3 電磁干擾3 電磁干擾三要素3 電磁兼容研究的主要內容41.4 基本的電磁兼容控制技術41.5 電磁兼容標準5 電磁兼容標準的制訂5標準擬訂的理論基礎7 電磁兼容標準的分類7 產品的電磁兼容標準遵循原則81.6 電磁兼容測試技術簡介9 概述9測試項目9 電磁發(fā)射9 抗擾性EMS91.7 EMC測試

2、結果的評價101.8 產品EMC設計的重要性101.9 產品的認證11小結：12思考題：12第2章 EMC基礎理論132.1 電磁騷擾的耦合機理13 引言13 電磁騷擾的常用單位13 傳導干擾15 輻射干擾162.2 電磁干擾的模式17 共模干擾與差模干擾17的輻射與線纜的輻射182.3 電磁屏蔽理論19 屏蔽效能的感念19 屏蔽體上孔縫的影響202.4 電纜的屏蔽設計202.5 接地設計21 接地的概念21 接地的種類212.6 濾波設計22 濾波電路的基本概念22 電源EMI濾波器22小結：23思考題：23第3章 系統(tǒng)安裝和維護243.1 系統(tǒng)安裝的EMC要求24 概述24 系統(tǒng)環(huán)境要求2

3、4 防整機安裝24 電纜布線要求253.2 系統(tǒng)維護27 防靜電要求27 系統(tǒng)檢視27 系統(tǒng)干擾問題的處理27小結：28思考題：28課程說明課程介紹本課程分三個章節(jié)，分別從概念，基本理論和系統(tǒng)方面簡單介紹了EMC的基本概念、標準、測試內容，產品認證和電磁兼容的基本理論，最后介紹了系統(tǒng)安裝和維護中的EMC問題。本教材主要針對系統(tǒng)使用維護類工程師，對EMC設計方面的內面較少，僅需了解即可。培訓目標學完本課程后，學員能夠：l 掌握EMC的基本概念；l 了解電磁兼容基本理論和方法；l 掌握安裝、維護工作中需注意的EMC問題點。參考資料l 屏蔽電纜EMC設計規(guī)范第1章 序論1.1 電磁兼容概述電磁兼容是

4、一門新興的綜合性學科。電磁兼容學科主要研究的是如何使在同一電磁環(huán)境下工作的各種電氣電子設備和元器件都能正常工作，互不干擾，達到兼容狀態(tài)。我公司的電磁兼容研究主要針對電氣電子設備，同時也涉及到如生產中的靜電放電、電磁輻射對人體的影響等方面。1.2 電磁兼容性的基本概念1.2.1 電磁騷擾與電磁干擾電磁騷擾是指任何可能引起設備性能降低或對有生命物質產生損害作用的電磁現象。由機電或其他人為裝置產生的電磁騷擾，稱為人為騷擾；來源于自然現象的電磁騷擾，稱為自然騷擾。電磁干擾則是指由電磁騷擾引起的設備或傳輸通道性能的下降。所以騷擾和干擾的含義是不同的。 從概念上講，騷擾是一種電磁能量，干擾是騷擾產生的結果

5、或后果。電磁干擾產生于騷擾源；大量騷擾源的存在造成電磁環(huán)境污染，導致電磁兼容性問題尖銳化。主要表現在：l 同時工作的電子設備的總數在增長，電子設備的數量每45年增加一倍；l 發(fā)射機的功率在增加，如某些雷達的發(fā)射脈沖功率達幾十甚至幾百兆瓦;l 許多無線電頻段嚴重超載，以致對不同類型的電子設備不得不多次反復使用同一頻段；l 電子設備在運行時產生的電磁騷擾電平不斷提高。如某些醫(yī)療設備運行時產生的干擾電平可達每米幾百伏。1.2.2 電磁兼容性(EMC-Electromagnetic Compatibility）電子設備受電磁騷擾的影響而出現故障或性能降級，就稱為設備對電磁騷擾敏感。如何在設備與電磁環(huán)境

6、之間尋求一種協(xié)調的關系和共存的條件，這就是電磁兼容性技術。1.2.3 電磁兼容常用名詞術語為了描述電磁騷擾與電磁兼容性，需要引入許多名詞術語，國家軍用標準GJB72-85電磁干擾和電磁兼容名詞術語一書有詳細的內容，這里我們僅選其中的一部分介紹給大家。電磁兼容性 EMC（Electromagnetic Compatibility）設備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即該設備不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設備的電磁發(fā)射導致不允許的降級；也不會使同一電磁環(huán)境中其他設備因受其電磁發(fā)射而導致不允許的降級。電磁干擾EMI（Electromagnetic Interference)電磁騷

7、擾導致電子設備相互影響，并引起不良后果的一種電磁現象。輻射發(fā)射RE (Radiated Emission)通過空間傳播的、有用的或不希望有的電磁能量。傳導發(fā)射CE (Conducted Emission)沿電源或信號線傳輸的電磁發(fā)射。電磁敏感性 EMS（Electromagnetic Susceptibility)設備暴露在電磁環(huán)境下所呈現的不希望有的響應程度。即設備對周圍電磁環(huán)境敏感程度的度量。電磁敏感意味著電磁環(huán)境已經造成設備性能的降低。 輻射敏感度RS（Radiated Susceptibility)對造成設備性能降級的輻射騷擾場的度量。傳導敏感度CS（Conducted Suscept

8、ibility)當引起設備性能降級時，對從傳導方式引入的騷擾信號電流或電壓的度量。1.3 電磁干擾1.3.1 電磁干擾三要素l 電磁騷擾源，指產生電磁騷擾的元件、器件、設備或自然現象；l 耦合途徑或稱耦合通道，指把能量從騷擾源耦合到敏感設備上，并使該設備產生響應的媒介；l 敏感設備，指對電磁騷擾產生響應的設備。所有的電磁干擾都是由上述三個因素的組合而產生的。把它們稱為電磁干擾三要素。如下圖所示。圖1-1 電磁騷擾三要素由電磁騷擾源發(fā)出的電磁能量，經過某種耦合通道傳輸到敏感設備，導致敏感設備出現某種形式的響應并產生效果。這一作用過程及其效果，稱為電磁干擾效應。1.3.2 電磁兼容研究的主要內容電

9、磁兼容學科研究的主要內容是圍繞構成電磁干擾的三要素進行的，即對電磁騷擾源、耦合通道和敏感設備的研究。騷擾源的研究包括其發(fā)生的機理、時域和頻域的定量描述，以便從源端來抑制干擾的發(fā)射，通常采用濾波技術來限制騷擾源的頻譜寬度和幅值。騷擾的耦合通道有二條：1，通過空間輻射；2，通過導線傳導。輻射發(fā)射主要研究在遠場條件下騷擾以電磁波的形式發(fā)射的規(guī)律以及在近場條件下的電磁耦合。通常采用屏蔽技術來阻斷騷擾的輻射。傳導發(fā)射討論騷擾延導線傳輸的影響。通常傳導發(fā)射通過公共地線、公共電源線和互連線而實現。電磁兼容的研究內容還包括電磁兼容控制技術、測量技術、分析預測等。1.4 基本的電磁兼容控制技術最常用也是最基本的

10、電磁兼容控制技術是屏蔽、濾波、接地。此外平衡技術、低電平技術等也是電磁兼容的重要控制技術。隨著新工藝、新材料、新產品的出現，電磁兼容控制技術也得到不斷的發(fā)展。1. 屏蔽主要用于切斷通過空間的靜電耦合、感應耦合形成的電磁噪聲傳播途徑，這三種耦合又對應于靜電屏蔽、磁場屏蔽與電磁屏蔽，衡量屏蔽的質量采用屏蔽效能這一指標。2. 濾波在頻域上處理電磁噪聲的一種技術，其特點是將不需要的一部分頻譜濾掉。3. 接地提供有用信號或無用信號，電磁噪聲的公共通路。 接地的好壞則直接影響到設備內部和外部的電磁兼容性。1.5 電磁兼容標準為了確保設備及其各單元必須滿足的電磁兼容工作特性，國際有關機構、各國政府和軍事部門

11、以及其他相關組織制定了一系列的電磁兼容性標準。標準對設備電磁騷擾發(fā)射和電磁抗擾度作出了規(guī)定和限制。電磁兼容性標準是進行電磁兼容性設計的指導性文件，也是電磁兼容性試驗的依據，因為試驗項目、測試方法和極限值等到都是標準給定的。1.5.1 電磁兼容標準的制訂電磁兼容標準主要通過標準化組織來制訂，國際上制定電磁兼容的主要標準化組織如下表所示。表1-1 國際上主要標準化組織和標準國家或組織制訂單位標準名稱IECCISPRCISPR Pub.XXTC77IEC XXXXX歐共體CENELECEN XXXXX美國FCCFCC Part XXMILMIL-STD.XXX德國VDEVDE XXX日本VCCIVC

12、CIIEC(國際電工委員會)有兩個平等的組織制訂EMC標準，即CISPR(國際無線電干擾特別委員會)和TC77(第77技術委員會)。CENELEC(歐洲電工標準化委員會)由歐共體委員會授權制訂歐洲標準EN (European Norm)。FCC(美國聯(lián)邦通信委員會)主要制訂民用標準，關于電磁兼容的標準主要包括在FCC Part15和FCC Part18中。MIL-STD是美國軍用標準。德國的VDE（電氣工程師協(xié)會）是世界上最早建立電磁兼容標準的組織之一。日本的VCCI（干擾自愿控制委員會）是民間機構，其標準與CISPR和IEC標準一致。我國的EMC標準化工作是在國家技術監(jiān)督局的領導下進行的。

13、國內標準以GB、GB/T開頭。我國自從1983年發(fā)布第一個EMC標準（GB39071983）以來，至今已發(fā)布了47個有關的國家標準，其中32個強制，15個推薦。我國的EMC標準絕大多數引進國際標準。其來源包括：國際無線電干擾特別委員會出版物。例如GB/T6113，GB14023國際電工委員會。例如GB4365，GB/T13926部分引自美國軍用標準。例如GB15540部分引自國際電信聯(lián)盟有關文件。例如GB/T15658引自國外先進標準。例如GB6833根據我國自己的科研成果制定的標準, 例如GB/T15708為了世界貿易的需要，我國的很多EMC標準都采用了CISPR和IEC標準。實際上，世界上

14、大多數國家采用CISPR和IEC的標準。1.5.2 EMC標準擬訂的理論基礎EMC標準的主要內容之一就是規(guī)定電磁騷擾和電磁抗擾度的極限值，極限值的制訂在理論上應該滿足下圖所示的原則： 圖1-3 EMC標準擬訂的理論基礎EMI和EMS是相互對立的兩個方面，上圖說明，設備的EMI極限值與EMS極限值之間應該留有足夠的余量（IM），即設備EMI發(fā)射要小于其抗擾度（EMS），這樣設備才有足夠的抗干擾能力。另一方面，設備的EMI、EMS實測值應該與極限值之間有足夠的余量。比如在EN300 386標準中，輻射發(fā)射的極限值（EMI Limit）為40dBuV/m，而輻射抗擾度極限值為130dBuV。由此可見

15、，EMI、EMS極限值之間余量的重要性。1.5.3 電磁兼容標準的分類電磁兼容標準可以分為：基礎標準、通用標準、產品類標準和專用標準?；A標準是制訂其他EMC標準的基礎，它描述了EMC現象，規(guī)定了電磁騷擾發(fā)射和抗擾度的測試方法、測試設備和布置，同時定義了試驗等級和性能判據，但并不涉及到具體的產品。例如： IEC61000XX系列標準。產品類標準和專用標準是針對某種產品系列和專用產品的EMC測試而制訂的。它往往引用了基礎標準的內容，同時根據產品的特殊性對測試作出更加詳細的規(guī)定。對于騷擾發(fā)射測試，它規(guī)定了產品的騷擾發(fā)射限值。對于抗擾度試驗，它規(guī)定了產品應該達到的試驗等級和性能判據。如：CISPR1

16、1 EN55011:ISM工科醫(yī)設備的發(fā)射要求CISPR22 EN55022:ITE信息技術設備的發(fā)射要求CISPR24 EN55024:ITE信息技術設備的抗擾性要求GB6833電子測量儀器電磁兼容試驗規(guī)范通常專用的產品EMC標準包含在某種特定產品的一般用途標準中，而不形成單獨的EMC標準。例如：計算機：GB981388：微型數字電子計算機通用技術條件其中包括電磁兼容檢測項目，要求按GB6833.2GB6833.6、GB9254進行。通用標準是按照產品使用的環(huán)境來分類的，例如歐洲標準中分類是按下表進行的。通用標準規(guī)定了設備應該在哪些端口作發(fā)射和抗擾度試驗，包括設備的交、直流電源端口、信號和數

17、據線端口、機殼、接地點等，同時也規(guī)定了可以依據的基礎標準。如： EN50082-1：居民區(qū)、商業(yè)區(qū)和輕工業(yè)區(qū)環(huán)境抗擾度通用標準EN50082-2：工業(yè)區(qū)環(huán)境抗擾度通用標準EN50081-1：居民區(qū)、商業(yè)區(qū)和輕工業(yè)區(qū)環(huán)境發(fā)射通用標準EN50081-2：工業(yè)環(huán)境的發(fā)射通用標準表1-2 歐洲通用標準的分類使用環(huán)境通用發(fā)射標準通用抗擾度標準民用、商用、輕工業(yè)區(qū)EN50081-1EN50082-1工業(yè)區(qū)EN50081-2EN50082-21.5.4 產品的電磁兼容標準遵循原則產品依照標準的原則依照如此的順序：專用產品類標準產品類標準通用標準即一個產品如果有專用產品類標準，則他的EMC性能應該滿足專用產品

18、類標準的要求；如果沒有，則應該采用產品類標準進行EMC試驗，如果沒有產品類標準，則用通用標準進行EMC試驗，以此類推。1.6 電磁兼容測試技術簡介1.6.1 概述電磁兼容測試是根據有關電磁兼容標準規(guī)定的方法對設備進行測試，評估其是否達到標準要求。產品在定型和進入市場之前EMC性能必須達到標準要求。1.6.2 EMC測試項目EMC測量主要分兩大類： 電磁干擾EMI（Electromagnetic Intreference）測試和電磁抗擾性EMS （Electromagnetic Susceptibility）測試。1.6.3 電磁發(fā)射 1. 輻射發(fā)射RE（Radiated Emission）測試

19、通過空間傳播的電磁能量。2. 傳導發(fā)射CE（ Conducted Emission）測試沿電源線、控制線或信號線傳播的電磁能量。1.6.4 抗擾性EMS1. 輻射敏感度試驗RS（Radiated Susceptibility）：測試被試設備對空間電磁騷擾的抗擾性。2. 工頻 磁場輻射敏感度試驗PMS （Power frequency magnetic susceptibility） 檢驗電子電氣產品對工頻磁場的抗擾性。3. 射頻場感應的傳導敏感度CS （Conducted susceptibility）測試被試設備對沿電源線、控制線或信號線傳輸的電磁能量的敏感度。4. 電快速瞬態(tài)脈沖群抗擾度E

20、FT /B（Electrical fast transient burst）模擬對電感性負載的切換（如繼電器、接觸器）；對高壓開關的切換（如真空開關、六氟化硫）設備的干擾。放電波形為5ns/50ns（上升沿5ns，半波時間50ns）的脈沖串，脈沖串持續(xù)時間15ms，脈沖周期為300ms。特點是上升時間快、持續(xù)時間短、能量低，但有較高的重復頻率。5. 浪涌抗擾度SURGE模擬電網中的故障；雷擊（直接或間接）對設備的干擾,，電網中的開關操作。放電波形為開路電壓1.2us/50us、短路電流8us/20us的脈沖。 特點是上升時間慢（相對EFT/B）、持續(xù)時間較長、能量大。6. 電壓跌落與中斷抗擾度

21、DIP/interruption模擬由低壓、中壓或高壓網絡中的故障所造成（短路或接地故障）的電壓瞬時跌落和中斷；以及由連接到電網的負荷連續(xù)變化引起的電壓變化。7. 電力線感應/接觸（Power induction/contact）模擬室外信號線與電力線距離過近或接觸故障。8. 靜電放電抗擾度ESD（Electrostatic discharge）模擬操作人員或物體在接觸設備時的放電以及人或物體對鄰近物體的放電。1.7 EMC測試結果的評價對EMI測試結果以是否達到某個限制要求為準則；對于EMS試驗，其性能判據可分為四個等級：A級：試驗中性能指標正常；B級：試驗中性能暫時降低，功能不喪失，試驗后

22、能自行恢復；C級：功能允許喪失，但能自恢復，或操作者干預后能恢復；R級：除保護元件外，不允許出現因設備（元件）或軟件損壞或數據丟失而造成不能恢復的功能喪失或性能降低。1.8 產品EMC設計的重要性產品的EMC設計是保證產品的EMC性能，而產品的EMC性能的好壞直接涉及到電子產品的市場準入；隨著電子設備的大量運用，各國都感覺到產品EMC性能的重要性，紛紛從法規(guī)上提出對進入本國市場的電子產品的EMC要求，如： l 歐共體-89/336/EEC DIRECTIVE-明確要求產品必須符合歐共體有關EMC標準要求，否則不得在歐共體市場銷售。違者將可能受到罰金及市場禁入的懲罰。l 美國則要求進入本國的通信

23、產品必須符合FCC PART15與68的要求；l 韓國則要求通信產品必須符合EMC要求，否則不發(fā)給入網證。l 中國家電產品已強制執(zhí)行EMC標準；通信電源產品2001年10月已開始執(zhí)行EMC標準，而公司部分產品開發(fā)受此影響，進度推遲。另外產品的EMC性能好壞，還關系到產品的穩(wěn)定性，影響客戶滿意度；主要表現在：l 產品EMC設計考慮不周易引起內部串擾，影響產品穩(wěn)定性；l 抗外部干擾能力差，工作難穩(wěn)定；l 產生干擾會引起客戶投訴。最后產品的EMC性能好壞還與產品的競爭力密切相關。相同的產品有還是沒有通過CE認證在市場競爭中常?？梢云鸬經Q定性的作用。所以我們?yōu)榱藚⑴c國際競爭，成為國際化的大公司就必須進

24、行產品的EMC設計，解決產品的EMC問題。1.9 產品的認證產品通過特定的測試流程，表明產品符合相應政策、法令、法規(guī)的過程，稱產品認證。以CE認證為例，簡述產品認證的基本流程如下：l 產品EMC、安規(guī)性能達到標準要求；l 提出認證要求，聯(lián)系認證公司（Competent Body）進行認證測試（自我宣稱方式不需要該步驟）；l 認證公司給出認證證書（COC）、報告；l 簽署符合性聲明（Declaration of Conformity，由專業(yè)實驗室負責）；l 在產品上貼上CE標志；任何產品都要經過測試，發(fā)表DOC聲明，加貼CE標記才能最后進入歐洲市場。其他國家的產品認證過程也與此相似。CE標記如下

25、圖所示，可按比例縮放。圖1-5 CE標記圖小結：本節(jié)內容中，電磁兼容概念、電磁干擾是本節(jié)的重點掌握內容。思考題：電磁干擾的三要素？第2章 EMC基礎理論2.1 電磁騷擾的耦合機理2.1.1 引言電磁騷擾傳播或耦合，通常分為兩大類：即傳導騷擾傳播和輻射騷擾傳播。通過導體傳播的電磁騷擾，叫傳導騷擾；通過空間傳播的電磁騷擾，叫輻射騷擾。 2.1.2 電磁騷擾的常用單位騷擾的單位通用分貝來表示，分貝的原始定義為兩個功率的比：通常用dBm表示功率的單位，dBm即是功率相對于1mW的值： 通過以下的推導可知電壓由分貝表示為（注意有一個前提條件為R1=R2)： 通常用dBuV表示電壓的大小，dBuV即是電壓

26、相對于1uV的值。對于輻射騷擾通常用電磁場的大小來度量，其單位是V/m。通常用的單位是dBuV/m。2.1.3 傳導干擾共阻抗耦合由兩個回路經公共阻抗耦合而產生，干擾量是電流i，或變化的電流di/dt。容性耦合在干擾源與干擾對稱之間存在著分布電容而產生，干擾量是變化的電場，即變化的電壓du/dt。感性耦合在干擾源與干擾對稱之間存在著互感而產生，干擾量是變化的磁場，即變化的電流di/dt。1. 共阻抗耦合干擾抑制方法1）讓兩個電流回路或系統(tǒng)彼此無關。信號相互獨立，避免電路的連接，以避免形成電路性耦合。2）限制耦合阻抗，使耦合阻抗愈低愈好，當耦合阻抗趨于零時，稱為電路去耦。為使耦合阻抗小，必須使導

27、線電阻和導線電感都盡可能小。3）電路去耦：即各個不同的電流回路之間僅在唯一的一點作電的連接，在這一點就不可能流過電路性干擾電流，于是達到電流回路間電路去耦的目的。4）隔離：電平相差懸殊的相關系統(tǒng)（比如信號傳輸設備和大功率電氣設備之間），常采用隔離技術。2. 容性耦合干擾抑制方法為了抑制電容性干擾可以采取以下措施：1）干擾源系統(tǒng)的電氣參數應使電壓變化幅度和變化率盡可能地?。?）被干擾系統(tǒng)應盡可能設計成低阻；3）兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應使耦合電容盡量小。例如電線、電纜系統(tǒng)，則應使其間距盡量大，導線短，避免平行走線；4）可對干擾源的干擾對象進行電氣屏蔽，屏蔽的目的在于切斷干擾源的導體表面和干擾對象

28、的導體表面之間的電力線通路，使耦合電容變得最?。?. 感性耦合干擾抑制方法· 干擾源系統(tǒng)的電氣參數應使電流變化的幅度和速率盡量??；· 被干擾系統(tǒng)應該具有高阻抗； · 減少兩個系統(tǒng)的互感，為此讓導線盡量短，間距盡量大，避免平行走線，采用雙線結構時應縮小電流回路所圍成的面積；· 對于干擾源或干擾對象設置磁屏蔽，以抑制干擾磁場。· 采用平衡措施，使干擾磁場以及耦合的干擾信號大部分相互抵消。如使被干擾的導線環(huán)在干擾場中的放置方式處于切割磁力線最?。ōh(huán)方向與磁力線平行），則耦合的干擾信號最??；另外如將干擾源導線平衡絞合，可將干擾電流產生的磁場相互抵消。2

29、.1.4 輻射干擾1. 近場和遠場干擾通過空間傳輸實質上是干擾源的電磁能量以場的形式向四周空間傳播。場可分為近場和遠場。近場又稱感應場，遠場又稱輻射場。判定近場遠場的準則是以離場源的距離r也定的。r>/2 則為遠場r</2 則為近場我們常用波阻抗來描述電場和磁場的關系，波阻抗定義為Zo=E/H在遠場區(qū)電場和磁場方向垂直并且都和傳播方向垂直稱為平面波，電場和磁場的比值為固定值，為Zo=120=377歐。下圖為波阻抗與距離的關系。圖2-1 遠場與近場2. 減少輻射干擾的措施減小輻射干擾的措施主要有：l 輻射屏蔽：在干擾源和干擾對象之間插入一金屬屏蔽物，以阻擋干擾的傳播。l 極化隔離：干

30、擾源與干擾對象在布局上采取極化隔離措施。即一個為垂直極化時，另一個為水平極化，以減小其間的耦合。l 距離隔離：拉開干擾源與被干擾對象之間的距離，這是由于志在近場區(qū)，場量強度與距離平方或立方成比例，當距離增大時，場衰減很快。l 吸收涂層法：被干擾對象有時可涂復一層吸收電磁波的材料，以減小干擾。2.2 電磁干擾的模式2.2.1 共模干擾與差模干擾共模干擾（Common-mode）：兩導線上的干擾電流振幅相等，而方向相同者稱為共模干擾。圖2-2 共模干擾差模干擾（Differential-mode）：兩導線上的干擾電流，振幅相等，方向相反稱為差模干擾。圖2-3 差模干擾2.2.2 PCB的輻射與線纜

31、的輻射1. PCB的輻射圖2-4 PCB的輻射 PCB上有許多信號環(huán)路，由中有差模電流環(huán)也有共模電流環(huán)，計算其輻射強度時，可等效為環(huán)天線，輻射強度由下式計算：E=263*10-16f2AI/r其中 E:電場強度(V/m) f :電流的頻率(MHz) A:電流的環(huán)路面積(cm2) I :電流的強度(mA) r :測試點到電流環(huán)路的距離(m)2. 線纜的輻射圖2-5 線纜的輻射計算線纜的輻射強度時，將其等效為單極天線，其輻射強度由下式計算：E=12.6*10-7fIL/r其中 E:電場強度(V/m) f :電流的頻率(MHz) L:電纜的長度(m) I :電流的強度(mA) r :測試點到電流環(huán)路

32、的距離(m)以上兩式可以看出線纜的輻射效率遠大于PCB的輻射效率。2.3 電磁屏蔽理論2.3.1 屏蔽效能的感念屏蔽是利用屏蔽體來阻擋或減小電磁能傳輸的一種技術，是抑制電磁干擾的重要手段之一。屏蔽有兩個目的，一是限值內部輻射的電磁能量泄漏出該內部區(qū)域，二是防止外來的輻射干擾進入某一區(qū)域。電磁場通過金屬材料隔離時，電磁場的強度將明顯降低，這種現象就是金屬材料的屏蔽作用。我們可以用同一位置無屏蔽體時電磁場的強度與加屏蔽體之后電磁場的強度之比來表征金屬材料的屏蔽作用，定義屏蔽效能（Shielding Effectiveness，簡稱SE）： ，電場的屏蔽效能 ，磁場的屏蔽效能式中：為無屏蔽體時的電場

33、強度和磁場強度， 為有屏蔽體時的電場強度和磁場強度。2.3.2 屏蔽體上孔縫的影響實際上，屏蔽體上面不可避免地存在各種縫隙、開孔以及進出電纜等各種缺陷，這些缺陷將對屏蔽體的屏蔽效能有急劇的劣化作用。上節(jié)中分析的理想屏蔽體在30MHz以上的屏蔽效能已經足夠高，遠遠超過工程實際的需要。真正決定實際屏蔽體的屏蔽效能的因素是各種電氣不連續(xù)缺陷，包括：縫隙、開孔、電纜穿透等。屏蔽體上面的縫隙十分常見，特別是目前機柜、插箱均是采用拼裝方式，其縫隙十分多，如果處理不妥，縫隙將急劇劣化屏蔽體的屏蔽效能。2.4 電纜的屏蔽設計如果導體從屏蔽體中穿出去，將對屏蔽體的屏蔽效能產生顯著的劣化作用。這種穿透比較典型的是

34、電纜從屏蔽體中穿出。圖2-6 電纜穿透原理圖電纜穿透的作用是將屏蔽體內外通過導線連通，等效于兩個背靠背的天線，對屏蔽體的屏蔽有極大的影響。為了避免電纜穿透對屏蔽體的影響，可以從幾個方面采取措施：l 采用屏蔽電纜時，屏蔽電纜在出屏蔽體時，采用夾線結構，保證電纜屏蔽層與屏蔽體之間可靠接地，提供足夠低的接觸阻抗。l 采用屏蔽電纜時，用屏蔽連接器轉接將信號接出屏蔽體，通過連接器保證電纜屏蔽層的可靠接地。l 采用非屏蔽電纜時，采用濾波連接器轉接，保證電纜與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。l 采用非屏蔽電纜時，電纜在屏蔽體的內側（或者外側）要足夠短，使干擾信號不能有效地耦合出去，從而減小了電纜穿透的影響。

35、l 電源線通過電源濾波器出屏蔽體，保證電源線與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。2.5 接地設計接地是抑制電磁干擾、提高電子設備電磁兼容性的重要手段之一。正確的接地既能抑制干擾的影響，又能抑制設備向外輻射干擾；反之錯誤的接地反而會引入嚴重的干擾，甚至使電子設備無法正常工作。2.5.1 接地的概念電子設備中的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”，另一種是“系統(tǒng)基準地”。接地就是指在系統(tǒng)的某個選定點與某個電位基準間建立低阻的導電通路?！敖哟蟮亍本褪且缘厍虻碾娢蛔鳛榛鶞?，并以大地作為零電位，把電子設備的金屬外殼、線路選定點等通過接地線、接地極等組成的接地裝置與大地相連接。“系統(tǒng)基準地”是指信號回路的基準

36、導體（電子設備通常以金屬底座、機殼、屏蔽罩或粗銅線、銅帶作為基準導體），并設該基準導體電位為相對零電位，但不是大地零電位，簡稱為系統(tǒng)地。接地的目的有兩個：一是為了安全，稱為保護接地。電子設備的金屬外殼必須接大地，這樣可以避免因事故導致金屬外殼上出現過高對地電壓而危及操作人員和設備的安全。二是為電流返回其源提供低阻抗通道。2.5.2 接地的種類實際上，各種地線都存在電氣上或是物理上的聯(lián)系，不一定有明確的劃分。在地系統(tǒng)中，有時一個地既承擔保護地，又承當防雷地的作用；或既承擔工作地，又承當保護地的作用。而不同功能的地連接，針對的電氣對象不同，其處理方式的側重點還會有所差異。1. 保護接地保護接地是為

37、了保護設備、裝置、電路及人身的安全，防止雷擊、靜電損壞設備，或在設備故障情況下，保護人身安全。因此在設備、裝置、電路的底盤及金屬機殼一定要采取保護接地。保護地保護原理是：通過把帶故障電壓的設備外殼短路到大地或地線端，保護過程中產生的短路電流使熔絲或空氣開關斷開，從而達到保護設備和人員安全的作用。2. 工作接地工作地是單板、母板或系統(tǒng)之間信號的等電位參考點或參考平面，它給信號回流提供了低的阻抗通道。信號質量很大程度上依賴于工作接地質量的好壞。由于受接地材料特性和其他技術因素的影響，接地導體的連接或搭接無論做的如何好，總有一定的阻抗，信號的回流會在工作地線上產生電壓降，形成地紋波，對信號質量產生影

38、響；信號越弱，信號頻率越高，這種影響就越嚴重。盡管如此，在設計和施工中最大限度地降低工作接地導體的阻抗仍然是非常重要的。2.6 濾波設計 2.6.1 濾波電路的基本概念濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈構成的頻率選擇性網絡，低通濾波器是電磁兼容抑制技術中普遍應用的濾波器。為了減小電源和信號線纜對外輻射，接口電路和電源電路必須進行濾波設計。濾波電路的效能取決于濾波電路兩邊的阻抗特性，在低阻抗電路中，簡單的電感濾波電路可以得到40dB的衰減，而在高阻抗電路中，幾乎沒有作用；在高阻抗電路中，簡單的電容濾波電路可以得到很好的濾波效果，在低阻抗電路中幾乎不起作用。在濾波電路設計中，電容靠

39、近高阻抗電路設計，電感靠近低阻抗電路設計。電容器的插入損耗隨頻率的增加而增加，直到頻率達到自諧振頻率后，由于存在導線和電容器電極的電感在電路上與電容串聯(lián)，于是插入損耗開始下降。2.6.2 電源EMI濾波器電源EMI濾波器是一種無源雙向網絡，它一端接電源，另一端接負載。在所關心的衰減頻帶的較高頻段，可把電源EMI濾波器看作是“阻抗失配網絡”。網絡分析結果表明，濾波器阻抗兩側端口阻抗失配越大，對電磁干擾能量的衰減就越是有效。由于電源線側的共模阻抗一般比較低，所以濾波器電源側的阻抗一般比較高。為了得到較好的濾波效果，對低阻抗的電源側，應配高輸入阻抗的濾波器；對高輸入阻抗的負載側，則應配低輸出阻抗的濾

40、波器。普通的電源濾波器對于數十兆以下的干擾信號有較好的濾波作用,在較高頻段,由于電容的電感效應,其濾波性能將會下降。對于頻率較高的干擾情況，要使用饋通式濾波器。該濾波器由于其結構特點，具有良好的濾波特性，其有效頻段可以擴展到GHz，因此在無線產品中使用較多。濾波器的使用，最重要的問題是接地問題。只有接地良好的濾波器才能發(fā)揮其濾波作用，否則是沒有價值的。濾波器使用要注意以下問題：l 濾波器放置在電源的入口位置；l 饋通濾波器要放置在機箱（機柜）的金屬壁上；l 濾波器直接與機柜緊密連接，濾波器下面不能涂保護漆；l 濾波器的輸入輸出引線不能并行，交叉。小結：本節(jié)主要講述了EMC的基本理論，電纜屏蔽設

41、計、電磁屏蔽理論、接地設計是重點內容。思考題：接地的目的是什么？保護接地于工作接地的區(qū)別？第3章 系統(tǒng)安裝和維護3.1 系統(tǒng)安裝的EMC要求3.1.1 概述對設備的電磁騷擾性而言，設計是保證其性能的關鍵，但離開良好的系統(tǒng)安裝，再好的設備都可能有電磁兼容問題，因此系統(tǒng)的安裝對電磁兼容性是非常重要的。3.1.2 系統(tǒng)環(huán)境要求1. 電磁環(huán)境一般要求電場要求：在10KHz10GHz范圍內，環(huán)境電磁場強度不超過130dBuv/m（見通信機房環(huán)境條件GF01495）在沒有條件判別是否環(huán)境滿足以上條件時，可參考以下要求：· 安裝位置遠離大型電機、UPS電源、逆變器10m以上；· 遠離變電

42、站20m以上；2. 靜電要求電信中心環(huán)境：環(huán)境靜電強度小于200V（見YD/T 75495 通信機房靜電防護通則）非電信中心環(huán)境： 環(huán)境靜電強度小于1KV3.1.3 防整機安裝機柜安裝注意事項：l 機柜所有螺釘要緊固適當；l 機柜門等活動部分與機柜接觸良好，沒有縫隙；l 并柜機柜在關門后，中間不留下縫隙；l 并柜互連線分布均勻，搭接良好，構成一個等勢體；單板安裝注意事項：l 手抓單板前戴好帶防靜電手套，避免直接抓單板；l 戴好防靜電手腕，防靜電手腕要接地；l 取下的單板不要直接放在地上，桌子上等，要套上防靜電袋；l 拿單板時注意不要碰觸單板上的器件，最好是拿單板的邊沿；l 單板不可重迭迭放；電

43、纜安裝：l 電纜安裝時，手不可接觸連接器的芯線；l 保證系統(tǒng)接地良好，接地線符合規(guī)范要求；3.1.4 電纜布線要求電纜敷設一般原則:電磁發(fā)射電纜與電磁敏感電纜必須遠離。最小間距遵循如下原則：其中D為不同類電纜束間距，d為各類電纜束的綁扎后的外徑最大值，要求D>10d。電纜盡量貼近機柜金屬體敷設，但要避開長縫和直徑大于5mm的開孔禁止線纜出入屏蔽機柜而無任何屏蔽或濾波措施。 線纜出入子架或機框應盡量采取屏蔽措施或濾波措施。電纜敷設間距要求各類電纜敷設最小間距:表3-1 電纜敷設最小間距分類一類二類三類四類一類0mm150mm100mm200mm二類150mm0mm100mm150mm三類100mm100mm0mm150mm四類200mm150mm150mm0mm注：1、當表4-2中的數值不滿足間距D>10d的準則時，應當以該準則為準。 2、電纜的分類：一類電纜：電磁發(fā)射電纜。如220Vac電源線，一次電源-48Vdc輸出線，機柜-48Vdc電源線等。二類電纜：