電磁兼容技術(shù)簡介

1、電磁兼容技術(shù)簡介電磁兼容技術(shù)簡介高能物理所高能物理所 加速器中心加速器中心 徐中雄徐中雄 2002-10目目 錄錄 電磁兼容基本概念電磁兼容基本概念 電磁兼容測量電磁兼容測量 電磁兼容技術(shù)電磁兼容技術(shù) 接地與搭接技術(shù)接地與搭接技術(shù) 屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù) 濾波技術(shù)濾波技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) 電磁兼容的基本概念電磁兼容的基本概念學(xué)科和研究范疇學(xué)科和研究范疇 電磁兼容學(xué)科定義電磁兼容學(xué)科定義 電磁兼容電磁兼容（Electromagnetic Compatibility）是研究在）是研究在有限的空間、時間和頻譜資源條件下，各種電氣設(shè)備有限的空間、時間和頻譜資源條件下，各種電氣設(shè)備可以共同工作，并不發(fā)生降級的科

2、學(xué)。可以共同工作，并不發(fā)生降級的科學(xué)。 一門新興的綜合性學(xué)科一門新興的綜合性學(xué)科 研究對象范疇研究對象范疇 設(shè)備內(nèi)電路模塊之間的電磁相容性設(shè)備內(nèi)電路模塊之間的電磁相容性 設(shè)備之間的電磁相容性設(shè)備之間的電磁相容性 系統(tǒng)之間的電磁相容性系統(tǒng)之間的電磁相容性電磁兼容設(shè)計的目標(biāo)電磁兼容設(shè)計的目標(biāo) 設(shè)備內(nèi)部的電路模塊互不產(chǎn)生電磁干擾，達到設(shè)備內(nèi)部的電路模塊互不產(chǎn)生電磁干擾，達到預(yù)期功能。預(yù)期功能。 設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾度低于特定極限值。設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾度低于特定極限值。 設(shè)備對外界的電磁干擾有一定的抵抗力。設(shè)備對外界的電磁干擾有一定的抵抗力。電磁兼容三要素電磁兼容三要素干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備干擾源、

3、耦合途徑、敏感設(shè)備解決解決EMC問題要從三要素入手，消除三個因素中的一個。問題要從三要素入手，消除三個因素中的一個。干擾源干擾源敏感設(shè)備敏感設(shè)備耦合途徑耦合途徑輻射輻射耦合途徑耦合途徑傳導(dǎo)傳導(dǎo)電磁兼容的工程方法電磁兼容的工程方法系統(tǒng)設(shè)計法系統(tǒng)設(shè)計法+測試修改法測試修改法電磁兼容問題應(yīng)在產(chǎn)品開發(fā)早期著手，這樣成本低，難度小。電磁兼容問題應(yīng)在產(chǎn)品開發(fā)早期著手，這樣成本低，難度小。概念概念 設(shè)計設(shè)計 研制研制 產(chǎn)品產(chǎn)品 投用投用階段階段成本與措施成本與措施成本成本措施措施軟件軟件濾波濾波屏蔽屏蔽結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)電路電路電磁兼容工作程序電磁兼容工作程序確定確定EMC設(shè)計要求設(shè)計要求分析系統(tǒng)內(nèi)分析系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)

4、間部和系統(tǒng)間電磁干擾電磁干擾提出提出EMC總方案總方案設(shè)計圖紙設(shè)計圖紙審核審核產(chǎn)品產(chǎn)品EMC測試、評估測試、評估EMC診斷診斷解決問題解決問題修改修改EMC設(shè)計設(shè)計電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)和通用標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)和通用標(biāo)準(zhǔn)：EMC描述和定義，性能等級判據(jù)，測描述和定義，性能等級判據(jù)，測試方法、設(shè)備。試方法、設(shè)備。產(chǎn)品類和專用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：產(chǎn)品類和專用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：據(jù)基礎(chǔ)與通用標(biāo)準(zhǔn)，針對產(chǎn)品據(jù)基礎(chǔ)與通用標(biāo)準(zhǔn)，針對產(chǎn)品制訂的具體標(biāo)準(zhǔn)。制訂的具體標(biāo)準(zhǔn)。典典 型型 EMC 標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)美國標(biāo)準(zhǔn)美國標(biāo)準(zhǔn) FCC國際無線電干擾特別委員會標(biāo)準(zhǔn)國際無線電干擾特別委員會標(biāo)準(zhǔn)CISPR國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)IEC歐

5、洲標(biāo)準(zhǔn)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN （CE標(biāo)記表示通過標(biāo)記表示通過EN標(biāo)準(zhǔn)認定。標(biāo)準(zhǔn)認定。）中國民用標(biāo)準(zhǔn)中國民用標(biāo)準(zhǔn)GB9254（信息產(chǎn)品）、（信息產(chǎn)品）、GB4343（家電）等（家電）等 大多引大多引用用CISPR和和IEC標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。中國軍用標(biāo)準(zhǔn)中國軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB151A引用美國軍標(biāo)引用美國軍標(biāo)MIL-STD-461D。 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容EMC標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射限值發(fā)射限值Emission Limit敏感度敏感度Susceptibility傳導(dǎo)傳導(dǎo)輻射輻射傳導(dǎo)傳導(dǎo)輻射輻射電電場場磁磁場場電電場場磁磁場場靜靜電電場場天天線線控控制制線線電電源源線線電電源源線線天天線線FCC、CISPR傳導(dǎo)發(fā)射限制

6、傳導(dǎo)發(fā)射限制f MHzdBV405060700.451.6530CISPRCISPRFCCFCCCLASS A工業(yè)環(huán)境工業(yè)環(huán)境CLASS B居民商業(yè)環(huán)境居民商業(yè)環(huán)境FCC、CISPR輻射極限值輻射極限值f MHzdBV/m253040503090250CISPRCISPRFCCFCCCLASS A工業(yè)環(huán)境工業(yè)環(huán)境CLASS B居民商業(yè)環(huán)境居民商業(yè)環(huán)境3545測量距離測量距離 10m電磁兼容術(shù)語定義電磁兼容術(shù)語定義電磁發(fā)射電磁發(fā)射(EM. Emission)EME從源向外發(fā)出電磁能的現(xiàn)象從源向外發(fā)出電磁能的現(xiàn)象電磁騷擾電磁騷擾(EM. Disturbance)EMD可能引起設(shè)備降級或?qū)Νh(huán)境、生命

7、產(chǎn)可能引起設(shè)備降級或?qū)Νh(huán)境、生命產(chǎn)生損害的電磁現(xiàn)象生損害的電磁現(xiàn)象電磁干擾電磁干擾(EM. Interference) EMI由電磁騷擾引起設(shè)備或系統(tǒng)性能下降由電磁騷擾引起設(shè)備或系統(tǒng)性能下降發(fā)射極限值發(fā)射極限值(Emission Limit)規(guī)定的電磁騷擾源最大發(fā)射電平規(guī)定的電磁騷擾源最大發(fā)射電平發(fā)射電平發(fā)射電平(Emission Level)用規(guī)定方法測得的特定裝置用規(guī)定方法測得的特定裝置EMD電平電平發(fā)射裕量發(fā)射裕量(Emission Margin)系統(tǒng)電磁兼容電平與發(fā)射極限之差系統(tǒng)電磁兼容電平與發(fā)射極限之差電磁敏感度電磁敏感度(EM. Susceptibility)抗擾度電平抗擾度電平(

8、Immunity Level)設(shè)備、系統(tǒng)能保持工作性能等級條設(shè)備、系統(tǒng)能保持工作性能等級條件下所能承受的最大騷擾電平件下所能承受的最大騷擾電平抗擾度極限值抗擾度極限值(Immunity Limit)規(guī)定最小的抗擾度電平規(guī)定最小的抗擾度電平抗擾度裕量抗擾度裕量(Immunity Margin)設(shè)備、系統(tǒng)抗擾度極限值與電磁兼設(shè)備、系統(tǒng)抗擾度極限值與電磁兼容電平之間差值。容電平之間差值。電磁兼容裕量電磁兼容裕量( Compatibility Margin) 設(shè)備、系統(tǒng)的抗擾度極限值與騷擾設(shè)備、系統(tǒng)的抗擾度極限值與騷擾源的發(fā)射極限值之間的差值。源的發(fā)射極限值之間的差值。電磁兼容各類電平的關(guān)系電磁兼容各

9、類電平的關(guān)系電平電平頻率頻率抗擾度電平抗擾度電平抗擾度極限值抗擾度極限值電磁兼容電平電磁兼容電平發(fā)射極限值發(fā)射極限值發(fā)射電平發(fā)射電平抗擾度設(shè)計裕量抗擾度設(shè)計裕量抗擾度裕量抗擾度裕量發(fā)射裕量發(fā)射裕量發(fā)射設(shè)計裕量發(fā)射設(shè)計裕量電磁兼容裕量電磁兼容裕量特種電磁兼容問題特種電磁兼容問題電磁信息電磁信息發(fā)射發(fā)射干擾其他電子干擾其他電子設(shè)備設(shè)備被別有用心的人被別有用心的人接受，獲取信息接受，獲取信息（TEMPEST)第二節(jié)第二節(jié) 電磁兼容測試電磁兼容測試EMC測試分類測試分類 EMC全兼容測試全兼容測試用于設(shè)備產(chǎn)品用于設(shè)備產(chǎn)品EMC等級認證。測等級認證。測試環(huán)境和手段要求嚴(yán)格，價格昂貴。試環(huán)境和手段要求嚴(yán)格

10、，價格昂貴。 測量場地要求：測量場地要求： 屏蔽半無反射室，內(nèi)部除地面外，五面貼有吸波材料屏蔽半無反射室，內(nèi)部除地面外，五面貼有吸波材料的屏蔽室?；驘o反射、空間的屏蔽室。或無反射、空間EMI少開闊地。少開闊地。 EMC預(yù)兼容測試預(yù)兼容測試(Precompliance Measurement)(Precompliance Measurement)用于設(shè)備研制設(shè)計過程中用于設(shè)備研制設(shè)計過程中EMC性能評估和分析診斷。性能評估和分析診斷?？稍诔Ｒ?guī)環(huán)境進行，測試成本低?？稍诔Ｒ?guī)環(huán)境進行，測試成本低。 預(yù)兼容測試是在預(yù)兼容測試是在EMC設(shè)計基礎(chǔ)上，對樣機進行測試修設(shè)計基礎(chǔ)上，對樣機進行測試修改的不可缺少

11、的步驟和手段改的不可缺少的步驟和手段。 電磁全兼容測試電磁全兼容測試 測試內(nèi)容測試內(nèi)容 主要測試儀器主要測試儀器騷擾源輻射發(fā)射測試騷擾源輻射發(fā)射測試 接收天線，接收天線，EMI分析儀分析儀騷擾源傳導(dǎo)發(fā)射測試騷擾源傳導(dǎo)發(fā)射測試 人工網(wǎng)絡(luò)，人工網(wǎng)絡(luò)，EMI分析儀分析儀 連續(xù)與間斷騷擾電壓、電流連續(xù)與間斷騷擾電壓、電流 功率，諧波電流，電壓波動功率，諧波電流，電壓波動設(shè)備抗擾度測試設(shè)備抗擾度測試輻射電磁場抗擾度試驗輻射電磁場抗擾度試驗 高頻信號源，發(fā)射天線高頻信號源，發(fā)射天線射頻感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗射頻感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗 信號源，電磁波室，終端阻抗信號源，電磁波室，終端阻抗靜電放電抗擾度試驗靜

12、電放電抗擾度試驗 靜電發(fā)生器，放電控制設(shè)備靜電發(fā)生器，放電控制設(shè)備快脈沖群抗擾度試驗快脈沖群抗擾度試驗 快脈沖源快脈沖源浪涌抗擾度試驗浪涌抗擾度試驗 信號源，耦合器信號源，耦合器電磁兼容測量單位電磁兼容測量單位分貝（分貝（dB)功功率增益功功率增益dB=10*log (P2/P1)電電壓增益電電壓增益dB=20*log (V2/V1)電電流增益電電流增益dB=20*log (I2/I1) 由于在由于在EMC測試中干擾幅度很寬，使用分貝測試中干擾幅度很寬，使用分貝單位描述增益比較方便。單位描述增益比較方便。電磁預(yù)兼容測試內(nèi)容和儀器電磁預(yù)兼容測試內(nèi)容和儀器設(shè)備電磁場輻射發(fā)射測試設(shè)備電磁場輻射發(fā)射測

13、試接收天接收天 線線同軸電纜同軸電纜EMI分析儀分析儀測試系統(tǒng)軟件測試系統(tǒng)軟件被測設(shè)備被測設(shè)備屏蔽隔離屏蔽隔離電磁預(yù)兼容測試內(nèi)容和儀器電磁預(yù)兼容測試內(nèi)容和儀器設(shè)備傳導(dǎo)發(fā)射（騷擾電壓、電流、功率，諧波）測試設(shè)備傳導(dǎo)發(fā)射（騷擾電壓、電流、功率，諧波）測試EMI分析儀分析儀測試系統(tǒng)軟件測試系統(tǒng)軟件限幅器限幅器阻抗匹配阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)LISN被測設(shè)備被測設(shè)備電源插頭電源插頭電磁預(yù)兼容測試內(nèi)容和儀器電磁預(yù)兼容測試內(nèi)容和儀器設(shè)備設(shè)備EMC問題診斷問題診斷：部件檢測部件檢測EMI分析分析修改修改EMI分析儀分析儀近場探頭近場探頭被測部件被測部件測試系統(tǒng)軟件測試系統(tǒng)軟件限幅器限幅器 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) EMC分

14、析多在頻域內(nèi)進行，并且不考慮相位。分析多在頻域內(nèi)進行，并且不考慮相位。 國家規(guī)定分析儀標(biāo)準(zhǔn)測試頻段：國家規(guī)定分析儀標(biāo)準(zhǔn)測試頻段： A段段9150kHz B段段0.1530MHz C段段30300MHz D段段3001000MHzEMI分析儀分析儀天線天線高頻高頻衰減器衰減器前置放前置放大器大器場包絡(luò)場包絡(luò)整流器整流器頻譜頻譜分析分析輸出輸出顯示顯示控制系統(tǒng)與軟件控制系統(tǒng)與軟件接接 收收 天天 線線作用：把騷擾電磁場強轉(zhuǎn)換為電壓值，供作用：把騷擾電磁場強轉(zhuǎn)換為電壓值，供EMI分析儀分析。分析儀分析。騷擾場強騷擾場強dBV/m=表讀數(shù)表讀數(shù)dB V+天線系數(shù)天線系數(shù)dB+電纜損耗電纜損耗dB天線系

15、數(shù)天線系數(shù)A定義：定義：電場測量電場測量 A1/m=EV/m/UV 磁場測量磁場測量 AS/m=HA/m/UV標(biāo)準(zhǔn)天線類型標(biāo)準(zhǔn)天線類型天線轉(zhuǎn)換系數(shù)是頻率的函數(shù)，有一定的工作帶寬。天線轉(zhuǎn)換系數(shù)是頻率的函數(shù)，有一定的工作帶寬。有源有源E場棒狀天線場棒狀天線 30Hz50MHz 雙錐天線雙錐天線 30MHz300MHz 有源有源H場環(huán)型天線場環(huán)型天線 10kHz30MHz 對數(shù)周期天線對數(shù)周期天線200MHz1GHz天線阻抗匹配和電纜選擇天線阻抗匹配和電纜選擇保持正確的轉(zhuǎn)換系數(shù)保持正確的轉(zhuǎn)換系數(shù)天線位置和角度的選擇天線位置和角度的選擇確定最大電磁泄漏方位。確定最大電磁泄漏方位。第三節(jié)第三節(jié) 電磁兼容

16、技術(shù)電磁兼容技術(shù)接地與搭接技術(shù)接地與搭接技術(shù)接地的種類和目的接地的種類和目的安全接地安全接地 保護人員和設(shè)備的安全，要直接接大地。保護人員和設(shè)備的安全，要直接接大地。 設(shè)備機殼接大地，防止靜電積累，設(shè)備漏電時使機殼設(shè)備機殼接大地，防止靜電積累，設(shè)備漏電時使機殼保持地電位。保持地電位。 防雷接地防雷接地保護人員和設(shè)備的安全，要直接接大地。保護人員和設(shè)備的安全，要直接接大地。 AC電源地電源地三相電中線、單相電零線，直接接大地。三相電中線、單相電零線，直接接大地。 工作接地工作接地為電路正常工作提供的一個零基準(zhǔn)電位。為電路正常工作提供的一個零基準(zhǔn)電位。該基準(zhǔn)可以接大地，也可以是電路的某一點、某一段

17、。該基準(zhǔn)可以接大地，也可以是電路的某一點、某一段。 屏蔽接地屏蔽接地屏蔽要于接地配合使用，才能起到屏蔽的屏蔽要于接地配合使用，才能起到屏蔽的效果。效果。AC電源接地保護電源接地保護LNPENCBAPE工作接地工作接地 根據(jù)根據(jù)EMC要求和電路性質(zhì)，工作地分為不同種類：要求和電路性質(zhì)，工作地分為不同種類：信號地信號地信號電流流回信號源的低阻抗回路。信號電流流回信號源的低阻抗回路。信號和噪音電流將信號和噪音電流將在有限阻抗產(chǎn)生電壓降，形成干擾。在有限阻抗產(chǎn)生電壓降，形成干擾。模擬量地模擬量地模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)。模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)。注意區(qū)別和選擇不同的注意區(qū)別和選擇不同的接地點：高頻地、

18、低頻地、弱信號地、功率信號地。接地點：高頻地、低頻地、弱信號地、功率信號地。數(shù)字地數(shù)字地數(shù)字電路的零電位公共基準(zhǔn)。數(shù)字電路的零電位公共基準(zhǔn)。地線設(shè)計要考慮到數(shù)字地地線設(shè)計要考慮到數(shù)字地線上存在高頻電流成分影響。線上存在高頻電流成分影響。DC電源地電源地電源零電位公共基準(zhǔn)。電源零電位公共基準(zhǔn)。 注意電源上不同用電單元的注意電源上不同用電單元的性質(zhì)，正確安排接地位置。性質(zhì)，正確安排接地位置。功率地功率地功率負載或功率驅(qū)動電路的零電位公共基準(zhǔn)。功率負載或功率驅(qū)動電路的零電位公共基準(zhǔn)。注意與弱注意與弱電路地隔離。電路地隔離。在在EMC領(lǐng)域不能忽視接地導(dǎo)線的交流電阻和電感領(lǐng)域不能忽視接地導(dǎo)線的交流電阻和

19、電感導(dǎo)線直流電阻：導(dǎo)線直流電阻： 導(dǎo)體電導(dǎo)率，導(dǎo)體電導(dǎo)率，S S r導(dǎo)線半徑，導(dǎo)線半徑，m導(dǎo)線交流電阻：導(dǎo)線交流電阻：導(dǎo)線電感：導(dǎo)線電感： s導(dǎo)線間距導(dǎo)線間距 , m 導(dǎo)體間介質(zhì)介電常數(shù)，導(dǎo)體間介質(zhì)介電常數(shù)，F(xiàn)/mF/m內(nèi)感內(nèi)感 導(dǎo)體間介質(zhì)導(dǎo)磁率導(dǎo)體間介質(zhì)導(dǎo)磁率, H/m, H/m外感和電容（平行雙線）外感和電容（平行雙線）接地線阻抗接地線阻抗frRAC2121rRDCfrLi141rsLolnrsCln接地線阻抗接地線阻抗頻率頻率Hz導(dǎo)線阻抗導(dǎo)線阻抗 歐姆歐姆d=0.65cmd=0.27cmd=0.04cm10cm1m10cm1m10cm1m1051.4517 327 3.28m13.3m1

20、33m1k429 7.14m632 8.91m14m144m1M426m7.12540m8.28783m1.07100M42.65477530應(yīng)使應(yīng)使 S 0.83L，S -導(dǎo)線截面（導(dǎo)線截面（mm2） ，L-導(dǎo)線長度（導(dǎo)線長度（m)地線宜選用扁平線，可增加導(dǎo)線表面積，減小交流電阻地線宜選用扁平線，可增加導(dǎo)線表面積，減小交流電阻使地線靠近地面等大容量導(dǎo)體，可以減小地線電感使地線靠近地面等大容量導(dǎo)體，可以減小地線電感 接地方式接地方式單點接地單點接地123串聯(lián)單點接地串聯(lián)單點接地123并聯(lián)單點接地并聯(lián)單點接地I3I2I1I3I2I1R3R2R1R3R2R1V3=I3R3+(I2+I3)R2+(I

21、1+I2+I3)R1V3=I3R3單點接地適于單點接地適于 f10MHz，對于對于10MHz30MHz頻率，單點接地時，頻率，單點接地時，應(yīng)使地線長度應(yīng)使地線長度L30MHz。缺點缺點：易形成地環(huán)路，產(chǎn)生地環(huán)路電流，經(jīng)接地阻抗形成造成：易形成地環(huán)路，產(chǎn)生地環(huán)路電流，經(jīng)接地阻抗形成造成差模干擾；同時地環(huán)路對電磁場敏感，降低設(shè)備抗擾度。差模干擾；同時地環(huán)路對電磁場敏感，降低設(shè)備抗擾度。解決措施解決措施：屏蔽線單段接地；減小環(huán)路面積。：屏蔽線單段接地；減小環(huán)路面積。I3I2IoZ3Z2Z1屏蔽線屏蔽線接地方式接地方式混合接地混合接地789456123 混合接地適于混合接地適于 f10MHz，對于對于

22、10MHz30MHz頻率，單點接地頻率，單點接地時，應(yīng)使地線長度時，應(yīng)使地線長度L1/20波長，避免產(chǎn)生長傳輸線波擾動。波長，避免產(chǎn)生長傳輸線波擾動。模擬地模擬地數(shù)字地數(shù)字地屏蔽地屏蔽地接地線的電容影響接地線的電容影響789456123平行導(dǎo)體（導(dǎo)線）間的電容存在平行導(dǎo)體（導(dǎo)線）間的電容存在在不同頻率下，接地形式發(fā)生變化在不同頻率下，接地形式發(fā)生變化rsColn接地線網(wǎng)格接地線網(wǎng)格 地線網(wǎng)格提供了大量的平行地線能夠有效地減小地線電感，從而地線網(wǎng)格提供了大量的平行地線能夠有效地減小地線電感，從而減小了地線阻抗。減小了地線阻抗。搭接技術(shù)搭接技術(shù) 電子設(shè)備中，金屬部件之間的低阻抗連接稱為搭接。電子設(shè)

23、備中，金屬部件之間的低阻抗連接稱為搭接。 例如：例如： 電纜屏蔽層與機箱之間的搭接電纜屏蔽層與機箱之間的搭接 屏蔽體上不同部分之間的搭接屏蔽體上不同部分之間的搭接 濾波器與機箱之間的搭接濾波器與機箱之間的搭接 不同機箱之間的地線搭接不同機箱之間的地線搭接 機柜不同部位之間的搭接機柜不同部位之間的搭接EMC濾波器接地搭接 濾波器接地阻抗過大會使干擾信號通過電容從輸入端串繞到輸濾波器接地阻抗過大會使干擾信號通過電容從輸入端串繞到輸出端，使濾波器性能變差。出端，使濾波器性能變差。濾波器搭接阻抗濾波器搭接阻抗搭接不良的機箱搭接不良的機箱 空間電磁場在機箱上的感應(yīng)電流會在搭接不良處產(chǎn)生擾動電壓和空間電磁

24、場在機箱上的感應(yīng)電流會在搭接不良處產(chǎn)生擾動電壓和發(fā)熱。美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：飛行器的搭接電阻要小于發(fā)熱。美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：飛行器的搭接電阻要小于2.5m。vI搭接工藝方法搭接工藝方法 焊接焊接理想搭接方式。特別是熔焊，具有最佳導(dǎo)電性。理想搭接方式。特別是熔焊，具有最佳導(dǎo)電性。 螺釘壓接或鉚釘鉚接螺釘壓接或鉚釘鉚接連接可靠。螺釘距離不能太大，連接可靠。螺釘距離不能太大，因為在非壓接處存在縫隙或氧化，造成搭接電阻很大。因為在非壓接處存在縫隙或氧化，造成搭接電阻很大。 鋼性或軟導(dǎo)體搭接條鋼性或軟導(dǎo)體搭接條用于兩導(dǎo)體不能直接搭接情況。用于兩導(dǎo)體不能直接搭接情況。 非永久性搭接非永久性搭接用于經(jīng)常拆裝的機箱蓋板等情

25、況。搭用于經(jīng)常拆裝的機箱蓋板等情況。搭接面采用專門的電磁密封墊。接面采用專門的電磁密封墊。 搭接效果可通過測量確定。搭接阻抗不能用直流電搭接效果可通過測量確定。搭接阻抗不能用直流電阻測量方式，要根據(jù)使用頻率，用高頻信號源測試。阻測量方式，要根據(jù)使用頻率，用高頻信號源測試。在頻率較高時，搭接電感和電容會發(fā)生諧振，形成高在頻率較高時，搭接電感和電容會發(fā)生諧振，形成高阻狀態(tài)，工作頻率要避開諧振點。阻狀態(tài)，工作頻率要避開諧振點。接地與搭接面的材料和腐蝕接地與搭接面的材料和腐蝕 接地網(wǎng)線與搭接面的氧化腐蝕是降低接地和搭接質(zhì)量的主要原因，接地網(wǎng)線與搭接面的氧化腐蝕是降低接地和搭接質(zhì)量的主要原因，應(yīng)選擇性能

26、穩(wěn)定、不易腐蝕的材料：應(yīng)選擇性能穩(wěn)定、不易腐蝕的材料： 使用電位較低的金屬材料。使用電位較低的金屬材料。 盡量使用同類金屬面搭接，不同金屬搭接時，電位要盡量靠近。盡量使用同類金屬面搭接，不同金屬搭接時，電位要盡量靠近。1.對易氧化的材料表面電鍍、氧化處理。對易氧化的材料表面電鍍、氧化處理。金屬金屬鎂鎂合金合金鋁鋁鋅鋅鉻鉻鐵鐵鎳鎳錫錫銅銅銀銀金金電極電極電位電位+2.37+1.66+0.76+0.74+0.44+0.25+0.14-0.34-0.8-1.42EMC屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)EMC屏蔽技術(shù)目的和基本類型屏蔽技術(shù)目的和基本類型 目的：目的： 切斷電磁噪聲的傳播途徑。切斷電磁噪聲的傳播途徑。 基

27、本類型：基本類型：主動屏蔽主動屏蔽對電磁噪聲源的屏蔽。對電磁噪聲源的屏蔽。 被動屏蔽被動屏蔽對電磁敏感設(shè)備的屏蔽。對電磁敏感設(shè)備的屏蔽。 電磁噪聲場類型：電磁噪聲場類型：近場（近場（d/2) 屬于電磁場（波）。多用于設(shè)備之間、屬于電磁場（波）。多用于設(shè)備之間、 系統(tǒng)之間屏蔽技術(shù)分析。系統(tǒng)之間屏蔽技術(shù)分析。電場、磁場、電磁場屏蔽技術(shù)不同。電場、磁場、電磁場屏蔽技術(shù)不同。屏蔽效能（屏蔽效能（SE）SEE(dB)=20log(E1/E2)SEH(dB)=20log(H1/H2)對于遠場：對于遠場： SEE=SEH=SE屏蔽體屏蔽前場強屏蔽前場強E1，H1屏蔽后場強屏蔽后場強E2，H2近場靜電場屏蔽近

28、場靜電場屏蔽+Q-Q+Q靜電場主動屏蔽靜電場主動屏蔽靜電場被動屏蔽靜電場被動屏蔽（不必接地）（不必接地）靜電場屏蔽條件：靜電場屏蔽條件： 金屬體金屬體+接地接地金屬金屬屏蔽體屏蔽體金屬金屬屏蔽體屏蔽體近場交變電場屏蔽近場交變電場屏蔽場源：場源：交變高壓、小電流載體。交變高壓、小電流載體。交變近電場屏蔽條件：交變近電場屏蔽條件：金屬體金屬體+接地接地GSZgZSUgC0USUS= jC0ZSUg / 1+ jC0(Zg+ZS) jC0ZSUg 金屬板不接地金屬板不接地 Uj = jC1ZSUg金屬板接地金屬板接地 Uj = 0US jC2ZSUj (C0 C0)GSZgZSUgC1C0C2UjU

29、S近場低頻磁場屏蔽（近場低頻磁場屏蔽（ 100kHz） 高頻磁場屏蔽體的材料采用金屬良導(dǎo)體，例高頻磁場屏蔽體的材料采用金屬良導(dǎo)體，例如銅、鋁等。如銅、鋁等。高頻磁場穿過良導(dǎo)體，產(chǎn)生大渦高頻磁場穿過良導(dǎo)體，產(chǎn)生大渦流，渦流的反磁場可抵消噪聲磁場。因此屏蔽流，渦流的反磁場可抵消噪聲磁場。因此屏蔽體的效能與渦流大小有關(guān)。體的效能與渦流大小有關(guān)。 注意：屏蔽殼體上的開縫方向要有利于渦流流注意：屏蔽殼體上的開縫方向要有利于渦流流通。通。磁場屏蔽關(guān)鍵技術(shù)磁場屏蔽關(guān)鍵技術(shù) 磁導(dǎo)率隨場強變化，屏蔽體要選擇適當(dāng)橫截面積，防止磁路飽和。磁導(dǎo)率隨場強變化，屏蔽體要選擇適當(dāng)橫截面積，防止磁路飽和。 選擇較短磁路，盡量

30、減小屏蔽體的接縫，保持低磁阻特性。選擇較短磁路，盡量減小屏蔽體的接縫，保持低磁阻特性。 屏蔽材料磁導(dǎo)率隨頻率升高而下降，注意對不同頻率噪聲磁場選屏蔽材料磁導(dǎo)率隨頻率升高而下降，注意對不同頻率噪聲磁場選 用適當(dāng)屏蔽材料。用適當(dāng)屏蔽材料。 高導(dǎo)磁材料的導(dǎo)磁率對加工應(yīng)力敏感，注意采用合理加工方法和高導(dǎo)磁材料的導(dǎo)磁率對加工應(yīng)力敏感，注意采用合理加工方法和 加工后的磁性恢復(fù)處理。加工后的磁性恢復(fù)處理。 單純增加屏蔽層厚度（單純增加屏蔽層厚度（1.5mm）對磁場衰減效果不會明顯增加。）對磁場衰減效果不會明顯增加。 采用多層屏蔽，可收到良好效果。采用多層屏蔽，可收到良好效果。高導(dǎo)磁層高導(dǎo)磁層良導(dǎo)電層良導(dǎo)電層

31、單層鐵磁材料的屏蔽效能：單層鐵磁材料的屏蔽效能： SEH=20log 0.22r1-(1-t/r)3 r相對導(dǎo)磁率；相對導(dǎo)磁率； t屏蔽體厚度；屏蔽體厚度；r屏蔽體容積等效球半徑。屏蔽體容積等效球半徑。遠場屏蔽遠場屏蔽電磁波屏蔽電磁波屏蔽 電磁場屏蔽的分析基于電磁波（平面波）理論。電磁場屏蔽的分析基于電磁波（平面波）理論。 波阻抗的概念波阻抗的概念 ZW=E/H波阻抗波阻抗ZW377電場為主ZW377E1/r3, H1/r2磁場為主ZW377E1/r2, H1/r3平面波ZW=377E1/r, H1/r/2觀測距離觀測距離r電磁波屏蔽效能的計算電磁波屏蔽效能的計算入射波入射波E1反射波反射波繼

32、續(xù)波繼續(xù)波E2泄漏泄漏B場強場強距離距離反射損耗反射損耗R1反射損耗反射損耗R2吸收損耗吸收損耗A屏蔽效能屏蔽效能SE=R1+R2+A+B =R+A+B 電磁波屏蔽效能與電磁波屏蔽效能與 屏蔽體接地?zé)o關(guān)屏蔽體接地?zé)o關(guān)吸收損耗的計算吸收損耗的計算電磁場在介質(zhì)中傳播時的衰減規(guī)律：電磁場在介質(zhì)中傳播時的衰減規(guī)律： Et=E0e-t/ Ht=H0e-t/介質(zhì)厚度介質(zhì)厚度 t 趨膚深度趨膚深度=（2/）1/2 m，或，或=2.6/(frr)1/2 in , : 介質(zhì)磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率；介質(zhì)磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率； r , r：介質(zhì)：介質(zhì) 相對磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率。相對磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率。 吸收損耗吸收損耗 A=20 log

33、(E1/E2) = 20 log et/ = 8.69 (t/) dB 屏蔽材料厚度越大，吸收損耗越大。屏蔽材料厚度越大，吸收損耗越大。 屏蔽材料磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率越高，吸收損耗越大。屏蔽材料磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率越高，吸收損耗越大。被屏蔽電磁波頻率越高，吸收損耗越大。被屏蔽電磁波頻率越高，吸收損耗越大。電場和磁場的反射損耗電場和磁場的反射損耗據(jù)傳輸線理論，當(dāng)電磁波到達兩種介質(zhì)界面時，因阻抗不匹配而據(jù)傳輸線理論，當(dāng)電磁波到達兩種介質(zhì)界面時，因阻抗不匹配而發(fā)生反射，產(chǎn)生反射損耗。反射損耗與電磁波的空氣波阻抗和屏發(fā)生反射，產(chǎn)生反射損耗。反射損耗與電磁波的空氣波阻抗和屏蔽材料波阻抗有關(guān)：蔽材料波阻抗有關(guān)： R

34、= 20 log (ZW +ZS）2/ 4ZW ZS空氣波阻抗空氣波阻抗ZW ： 遠場遠場 377; 近電場近電場 1.81010 / f d ; 近磁場近磁場 810-6 f d 金屬屏蔽體波阻抗：金屬屏蔽體波阻抗： ZS = 3.6910-7 (fr/r)1/2 其中，其中，d ：場源至屏蔽體距離；：場源至屏蔽體距離；f：場頻率：場頻率各類場的反射損耗各類場的反射損耗 平面波：平面波：RW = 168 + 10 log r / (rf) dB 純電場：純電場：RE = 322+10 log r / (rf3d2) dB 純磁場：純磁場：Rm = 14.6+10 log (rfd2) / r

35、 dB電場和磁場的反射損耗（續(xù)）電場和磁場的反射損耗（續(xù)）平面波的反射損耗與場源到屏蔽體距離無關(guān)。而電場的反射損耗平面波的反射損耗與場源到屏蔽體距離無關(guān)。而電場的反射損耗以以20logd的速度下降，磁場的反射損耗以的速度下降，磁場的反射損耗以20logd的速度上升。的速度上升。隨頻率的提高，平面波的反射損耗以隨頻率的提高，平面波的反射損耗以-10dB/10倍頻程速率下降，倍頻程速率下降，電場的反射損耗以電場的反射損耗以-30dB/10倍頻程速率下降，磁場反射損耗卻以倍頻程速率下降，磁場反射損耗卻以以以+10dB/10倍頻程速率上升。倍頻程速率上升。同一屏蔽材料對各類型場的同一屏蔽材料對各類型場

36、的 反射損耗不同，通常有：反射損耗不同，通常有： RH RW RE不管場型如何，不同材料的不管場型如何，不同材料的 反射損耗只差常數(shù)反射損耗只差常數(shù)10log (r /r) 鐵的反射損耗比銅小許多。鐵的反射損耗比銅小許多。fR30dB/10倍頻程倍頻程RE10dB/10倍頻程倍頻程RW+10dB/10倍頻程倍頻程RH 孔洞的屏蔽效能孔洞的屏蔽效能實際屏蔽體效能主要取決于其上的孔洞和縫隙。這些不連續(xù)點造實際屏蔽體效能主要取決于其上的孔洞和縫隙。這些不連續(xù)點造成電磁泄漏。電磁泄漏值決定于成電磁泄漏。電磁泄漏值決定于4個因素：個因素： 開口最大尺寸，波阻抗，源的頻率，源到開口的距離。開口最大尺寸，波

37、阻抗，源的頻率，源到開口的距離?？锥磳ζ矫娌ǖ钠帘涡埽嚎锥磳ζ矫娌ǖ钠帘涡埽篠E=20log (/2d)； d孔的最大尺寸?？椎淖畲蟪叽?。為減小孔洞尺寸，可將大孔分為減小孔洞尺寸，可將大孔分 解為小孔。解為小孔。當(dāng)孔距小于半個波長時，孔的當(dāng)孔距小于半個波長時，孔的 數(shù)目增加，泄漏還會增加：數(shù)目增加，泄漏還會增加： SE= 20log (/2d) 10log(n) n：孔洞數(shù)目。：孔洞數(shù)目。fSE1008060401101001k20fC=3108/2d SE=20log (/2d)1.5cm15cm屏蔽體縫隙的處理屏蔽體縫隙的處理 屏蔽體縫隙的電磁泄漏十分嚴(yán)重，在不便焊接時的處理方法是：屏

38、蔽體縫隙的電磁泄漏十分嚴(yán)重，在不便焊接時的處理方法是：加電磁密封墊。加電磁密封墊。 電磁密封墊基本特性：電磁密封墊基本特性：良導(dǎo)體且不易氧化，有彈性。良導(dǎo)體且不易氧化，有彈性。 密封墊種類：密封墊種類：金屬絲網(wǎng)（帶橡膠芯或空芯）；導(dǎo)電布；金屬絲網(wǎng)（帶橡膠芯或空芯）；導(dǎo)電布； 導(dǎo)電橡膠（不同導(dǎo)電填充物）；螺旋管襯墊（表面鍍錫）。導(dǎo)電橡膠（不同導(dǎo)電填充物）；螺旋管襯墊（表面鍍錫）。 指形彈簧（鈹銅）常用于滑動面；指形彈簧（鈹銅）常用于滑動面； 使用要點：使用要點：壓力適當(dāng)；采用電化壓力適當(dāng)；采用電化 學(xué)相容材料。學(xué)相容材料。 螺釘緊固。技術(shù)要求是：螺釘緊固。技術(shù)要求是： 要求連接面平且光潔度高。要

39、求連接面平且光潔度高。 螺釘距離小于螺釘距離小于2cm。 電磁密電磁密封墊封墊截止波導(dǎo)管的應(yīng)用截止波導(dǎo)管的應(yīng)用 原理：原理：金屬管具有電磁波高通、低阻特性，低頻電磁波通過它產(chǎn)金屬管具有電磁波高通、低阻特性，低頻電磁波通過它產(chǎn)生很大衰減。這一特性用截止頻率生很大衰減。這一特性用截止頻率fC描述。通過設(shè)計，可使需要描述。通過設(shè)計，可使需要屏蔽的電磁波的頻率全部落在截止區(qū)內(nèi)，構(gòu)成截止波導(dǎo)管。屏蔽的電磁波的頻率全部落在截止區(qū)內(nèi)，構(gòu)成截止波導(dǎo)管。矩形波導(dǎo)管截止頻率矩形波導(dǎo)管截止頻率 fC = 5.9109 / b ( b 英寸英寸 矩形最大尺寸）矩形最大尺寸） 圓形波導(dǎo)管截止頻率圓形波導(dǎo)管截止頻率 fC

40、 = 6.9109 / d ( d 英寸英寸 圓管直徑）圓管直徑）截止波導(dǎo)管對電磁波衰減由吸收截止波導(dǎo)管對電磁波衰減由吸收 損耗和反射損耗兩部分構(gòu)成。損耗和反射損耗兩部分構(gòu)成。圓形管損耗圓形管損耗 SE=32t/d + 20log(/2d) 矩形管損耗矩形管損耗 SE=27.2t/b + 20log(/2b) t波導(dǎo)管長度，波導(dǎo)管長度，ffC/5。 顯然，波導(dǎo)管越長，損耗越大。顯然，波導(dǎo)管越長，損耗越大。頻率頻率損耗損耗fC截止頻率截止頻率通風(fēng)口的處理通風(fēng)口的處理 穿孔金屬板穿孔金屬板截止波導(dǎo)通風(fēng)板截止波導(dǎo)通風(fēng)板顯示窗的處理顯示窗的處理 顯示器顯示器隔離倉隔離倉濾波器濾波器密封墊密封墊操作器件

41、的處理操作器件的處理 屏蔽體上開孔屏蔽體上開孔屏蔽體上栽屏蔽體上栽截止波導(dǎo)管截止波導(dǎo)管用隔離倉將用隔離倉將造作件隔離出造作件隔離出EMC濾波技術(shù)濾波技術(shù)濾波器的作用濾波器的作用 信號濾波器信號濾波器AC電源濾波器電源濾波器功率輸出功率輸出濾波器濾波器磁鐵電源磁鐵電源切斷電磁干擾沿輸入、輸出信號線、電源線、輸出功率切斷電磁干擾沿輸入、輸出信號線、電源線、輸出功率線的傳導(dǎo)傳播途徑，與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護。線的傳導(dǎo)傳播途徑，與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護。 傳導(dǎo)型干擾的種類傳導(dǎo)型干擾的種類電子電子設(shè)備設(shè)備差模電流差模電流共模電流共模電流差模干擾：差模干擾：施加在信號線和信號地線之間的干擾。施加在

42、信號線和信號地線之間的干擾。共模干擾：同相位、同幅度地共模干擾：同相位、同幅度地施加在所有信號線上（包括信號地）施加在所有信號線上（包括信號地） 的干擾，共模干擾電流在信號電纜與大地之間流動，的干擾，共模干擾電流在信號電纜與大地之間流動， 其本身不會對電路產(chǎn)生影響，但電流流經(jīng)的電路不平其本身不會對電路產(chǎn)生影響，但電流流經(jīng)的電路不平 橫，共摸干擾會轉(zhuǎn)化為差模干擾，影響電路工作。橫，共摸干擾會轉(zhuǎn)化為差模干擾，影響電路工作。 干干 擾擾 源的形成源的形成差模：不同信號線之間的耦合；差模：不同信號線之間的耦合； 各級聯(lián)電路噪聲的傳導(dǎo)。各級聯(lián)電路噪聲的傳導(dǎo)。共模：高壓電路對地漏電阻抗；共模：高壓電路對地

43、漏電阻抗； 空間電磁輻射在信號線空間電磁輻射在信號線 與地之間回路的感應(yīng)噪聲。與地之間回路的感應(yīng)噪聲。EMC濾波器的插入損耗和頻率特性濾波器的插入損耗和頻率特性 濾波器插入損耗定義：濾波器插入損耗定義： IL = 20log (U1/U2) dB U1、U2 為濾波器接入前、后信號源加到負載上的電壓。為濾波器接入前、后信號源加到負載上的電壓。濾波器的種類及其參數(shù)：濾波器的種類及其參數(shù)：截止頻率、阻帶插入損耗、過渡帶截止頻率、阻帶插入損耗、過渡帶低通濾波器低通濾波器ILf通帶通帶阻帶阻帶fCILf通帶通帶阻帶阻帶fC高通濾波器高通濾波器ILf通帶通帶阻帶阻帶fC1fC2阻帶阻帶ILf通帶通帶通帶

44、通帶fC1fC2阻帶阻帶帶通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器帶阻濾波器截止頻率截止頻率過渡帶過渡帶低通濾波器的基本類型低通濾波器的基本類型 CLLLCC型型L型型T型型ILC = 10log 1+(RC/2)2 設(shè)源輸出阻抗和負載輸入阻抗均為設(shè)源輸出阻抗和負載輸入阻抗均為R， 標(biāo)準(zhǔn)測試中，標(biāo)準(zhǔn)測試中，R等于等于50或或75。ILL = 10log 1+(L/2R)2 ILT = 10log (1 - (2LC)2 + (L/R 3 L2C/2R + RC /2)2 低通濾波器的類型（續(xù)）低通濾波器的類型（續(xù)） LCLCLCC反反型型型型型型IL反反 = 10log (2-2LC)2 + (RC +

45、L/R)2/4IL =10log (1 - (2LC)2 + (L/2R 2 LC2R/2 + RC)2 低通濾波器的匹配應(yīng)用低通濾波器的匹配應(yīng)用 不同結(jié)構(gòu)的干擾源和負載電路需要不同類型的低通濾波器匹配，不同結(jié)構(gòu)的干擾源和負載電路需要不同類型的低通濾波器匹配，才能獲得設(shè)計的衰減效果。才能獲得設(shè)計的衰減效果。通過電路連接（包括接地）設(shè)計，可構(gòu)成共?；虿钅V波器。通過電路連接（包括接地）設(shè)計，可構(gòu)成共?；虿钅V波器。 源阻抗源阻抗濾波器型式濾波器型式負載阻抗負載阻抗高高C型、型、型型高高高高型型低低低低反反型型高高低低L型、型、T型型低低低通濾波器的級聯(lián)和階數(shù)低通濾波器的級聯(lián)和階數(shù) 使用同類型或適

46、當(dāng)?shù)牟煌愋蜑V波器串聯(lián)（級聯(lián)），可以提高阻使用同類型或適當(dāng)?shù)牟煌愋蜑V波器串聯(lián)（級聯(lián)），可以提高阻帶的衰減量，并使過渡帶變短，改善選擇性。濾波元件數(shù)為帶的衰減量，并使過渡帶變短，改善選擇性。濾波元件數(shù)為N的濾的濾波器，稱作波器，稱作N階濾波器。過渡帶的斜率等于階濾波器。過渡帶的斜率等于 20NdB/倍頻程。倍頻程。fIL(dB)1000fC100fC10fCfC806040201階階2階階3階階4階階5階階100單電容低通濾波器單電容低通濾波器 實際電容器存在引線電感，因此衰減曲線是實際電容器存在引線電感，因此衰減曲線是LC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)衰減曲串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)衰減曲線，在某一頻率上會發(fā)生諧振，超過諧振點，電

47、容器呈現(xiàn)感抗特線，在某一頻率上會發(fā)生諧振，超過諧振點，電容器呈現(xiàn)感抗特性，應(yīng)選用高頻特性好的電容，或設(shè)法減小引線電感。性，應(yīng)選用高頻特性好的電容，或設(shè)法減小引線電感。LCfC=1/RCfIL(dB)fR=1/2(LC)0.5理想電容理想電容實際電容實際電容ILC = 10log 1+(RC/2)2實際電容器等效電路實際電容器等效電路并聯(lián)電容器的濾波效果并聯(lián)電容器的濾波效果 使用容量大的電容器與容量小的電容器并聯(lián)，可改善大電容器使用容量大的電容器與容量小的電容器并聯(lián)，可改善大電容器寄生電感的影響。應(yīng)注意：在較高頻大、小電容會分別呈現(xiàn)電感、寄生電感的影響。應(yīng)注意：在較高頻大、小電容會分別呈現(xiàn)電感、電容特性，出現(xiàn)電容特性，出現(xiàn)LC并聯(lián)諧振，使衰減量下降。并聯(lián)諧振，使衰減量下降。電容并聯(lián)區(qū)電容并聯(lián)區(qū)fIL(dB)LC并聯(lián)區(qū)并聯(lián)區(qū)電感并聯(lián)區(qū)電感并聯(lián)區(qū)穿心電容器的原理和使用方法穿心電容器的原理和使用方法 穿心電容是一種共模濾波器，使用時由螺栓固定或焊接于金屬穿心電容是一種共模濾波器，使用時由螺栓固定或焊接于金屬板機殼或底版上，信號線可通過芯穿過金屬板，使高頻噪聲通過板機殼或底版上，信號線可通過芯穿過金屬板，使高頻噪聲通過電容流入地。電容流入地。穿心電