《電子裝備設(shè)計(jì)技術(shù)》課件第2章

第2章電磁兼容性設(shè)計(jì)技術(shù)2.1電磁兼容性分析和設(shè)計(jì)2.2電磁干擾源及其特性2.3電子設(shè)備電磁屏蔽設(shè)計(jì)2.4電磁兼容測量方法 2.1電磁兼容性分析和設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)化、信息化的科技時(shí)代的到來，使信息產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)中的第一大產(chǎn)業(yè)。如今，通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)如同神經(jīng)系統(tǒng)分布于全球并延伸到世界每個(gè)角落，各種精密的數(shù)字化、智能化、低耗、高速、高靈敏度的電子設(shè)備越來越多地應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中，而這些電子設(shè)備所處的電磁環(huán)境卻越來越惡劣，這給電子設(shè)備自身的適應(yīng)性、可靠性提出了更高的要求。由于電子設(shè)備遭受電磁干擾時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤或造成信息丟失，甚至可能造成死機(jī)、誤操作、失控等問題，從而可能引起整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，因此必須重視電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)。2.1.1電磁兼容性設(shè)計(jì)內(nèi)容

電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)包括控制干擾源的電磁發(fā)射,抑制電磁干擾的傳播,增強(qiáng)敏感設(shè)備的抗干擾能力。電磁兼容設(shè)計(jì)涉及很廣的學(xué)科領(lǐng)域，具有學(xué)科交叉的特點(diǎn)，在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到使用階段的全過程中必須具體問題具體分析，采用不同的方法和措施，以及適當(dāng)?shù)慕M織管理方法和技術(shù)方法進(jìn)行綜合治理，才能有效地保證和解決電子設(shè)備的電磁兼容性。

電子設(shè)備的電磁兼容性可以分為不同等級(jí)，主要?jiǎng)澐譃椋涸考?jí)的電磁兼容、設(shè)備級(jí)電磁兼容、綜合系統(tǒng)級(jí)電磁兼容、業(yè)務(wù)級(jí)的電磁兼容。

在這些不同級(jí)別中，電磁兼容性設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)與特點(diǎn)分別如下所述。

1.元部件級(jí)的電磁兼容性

元部件級(jí)的電磁干擾主要來源于不同的元件之間的電磁耦合，通常由元器件的分布電氣參數(shù)決定元器件之間的電磁耦合的強(qiáng)弱，屬于近區(qū)電磁場中的相互作用，電磁干擾為電容耦合、電感耦合或經(jīng)過公共阻抗的耦合作用。

在元部件級(jí)保證電磁兼容性，對(duì)于保證更高級(jí)別的電磁兼容性指標(biāo)有很大意義。它不但對(duì)整機(jī)的電磁兼容指標(biāo)有影響，還將影響整個(gè)電子設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)及系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。在電磁兼容設(shè)計(jì)中，印制電路板電磁兼容設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一，就是要消除元部件級(jí)產(chǎn)生的電磁干擾影響，解決電磁兼容性的問題。

2.設(shè)備級(jí)的電磁兼容性

設(shè)備級(jí)所產(chǎn)生的電磁干擾與電子設(shè)備所處的電磁環(huán)境、各電子設(shè)備之間的相互影響以及電子設(shè)備內(nèi)部的元部件之間的電磁耦合有關(guān)。當(dāng)干擾功率大于設(shè)備能夠承受的電磁干擾的容限時(shí)，就需要采取措施改善電磁兼容特性，如采取措施減小干擾源作用功率，或減小干擾源對(duì)設(shè)備干擾的有效作用成分；也可以采取措施降低干擾源對(duì)設(shè)備產(chǎn)生干擾的耦合作用，如減小耦合電容、耦合電感或切斷公共阻抗的耦合渠道；也可以采取措施降低設(shè)備的電磁干擾敏感度，或提高設(shè)備承受干擾的容限。在采取技術(shù)措施減小干擾時(shí)，必須考慮花費(fèi)的成本和取得的效能之間的關(guān)系，選擇最優(yōu)的技術(shù)方案，獲得較好的費(fèi)效比。單獨(dú)采用某一措施并不是最佳選擇，如果不能達(dá)到最優(yōu)的費(fèi)效比，應(yīng)該采用多種措施，并且把最大的投資花費(fèi)在費(fèi)用較小的措施上，只有這樣才可能達(dá)到以最少的花費(fèi)獲得最大的電磁兼容效果。

3.綜合系統(tǒng)和系統(tǒng)級(jí)的電磁兼容性

一個(gè)電子設(shè)備整體或多個(gè)電子設(shè)備彼此聯(lián)系完成某一規(guī)定的技術(shù)功能，都可以稱為是一個(gè)電子系統(tǒng)。在一般情況下，系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)之間都會(huì)產(chǎn)生電磁耦合，造成相互間的干擾，系統(tǒng)級(jí)的電磁兼容性問題必須采用系統(tǒng)論的方法解決。用系統(tǒng)論的方法處理系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性問題的一般方法可以簡單描述如下：

（1）對(duì)系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間的電磁耦合和電磁兼容特性進(jìn)行描述，找到描述電磁兼容問題的最小的一組關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行深入調(diào)查、測量和實(shí)驗(yàn)，查明、描述和分析電磁耦合的發(fā)生途徑和過程。對(duì)系統(tǒng)電磁兼容問題進(jìn)行建模，引入數(shù)學(xué)描述和計(jì)算機(jī)模擬。（2）從系統(tǒng)工程的角度確立能保證電子設(shè)備或電子系統(tǒng)達(dá)到最佳工作質(zhì)量或最佳性能的特征參數(shù)指標(biāo)。（3）根據(jù)這些指標(biāo)合理地組織系統(tǒng)，并合理地選擇組成系統(tǒng)的設(shè)備或元件的參數(shù)。組成系統(tǒng)的設(shè)備或元件的參數(shù)可以分為兩類：一類是系統(tǒng)相關(guān)性參數(shù)，一類是系統(tǒng)無關(guān)性參數(shù)。系統(tǒng)無關(guān)性參數(shù)是指那些可以改善設(shè)備本身的工作質(zhì)量，但參數(shù)的變化不會(huì)引起系統(tǒng)中其他設(shè)備工作條件的變化，也不影響其他設(shè)備的工作性能參數(shù)。兩類參數(shù)對(duì)系統(tǒng)總體性能的影響特性是不同的，第一類參數(shù)僅僅影響單個(gè)電子設(shè)備的性能指標(biāo)，這些電子設(shè)備或元件的性能改善的同時(shí)也改善了整個(gè)系統(tǒng)的工作質(zhì)量；而第二類參數(shù)的改變可能改善單個(gè)設(shè)備的指標(biāo)，但同時(shí)也影響系統(tǒng)中其他設(shè)備的工作條件，其中有些設(shè)備的性能指標(biāo)可能變壞，此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的工作質(zhì)量是這兩種正反作用的綜合結(jié)果，整個(gè)系統(tǒng)的工作質(zhì)量存在一個(gè)最佳值點(diǎn)。系統(tǒng)參數(shù)的最佳值可以通過兩種方法求得。

第一種方法是將各個(gè)設(shè)備或元件的性能參數(shù)綜合在一起，作為影響整個(gè)系統(tǒng)性能的參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)建模，得到數(shù)學(xué)解析式或系統(tǒng)模型，再求得使系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到極值條件的參數(shù)。采用這種方法時(shí)，隨著參量個(gè)數(shù)的增加，會(huì)使系統(tǒng)建模遇到困難。如果模型詳細(xì)精確，其結(jié)果更接近實(shí)際，但是由于因素的增加和參量個(gè)數(shù)增加，使得描寫系統(tǒng)的方程個(gè)數(shù)成指數(shù)或階乘規(guī)律增長，結(jié)果會(huì)使系統(tǒng)的模擬不可能實(shí)現(xiàn)。如果選得模型比較簡單，模擬工作比較簡單和迅速，但是模型的有效性卻會(huì)大大下降，有時(shí)不僅僅是精度下降，而且很可能因?yàn)槿鄙倜枋鱿到y(tǒng)的因素而使所建立的近似模型產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。第二種方法是求取影響系統(tǒng)性能參數(shù)的可以接受的值，要求在這個(gè)量值下，系統(tǒng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不低于給定值。實(shí)際上，系統(tǒng)的性能指標(biāo)（目標(biāo)函數(shù)）要求與模擬方案有關(guān)，目標(biāo)函數(shù)常常采用接收到的干擾電平與信號(hào)之比，即干擾比來描寫。進(jìn)行理論推導(dǎo)時(shí)，應(yīng)能使數(shù)學(xué)表達(dá)式的形式更簡單，并且是單值解。需要引入各種簡化假設(shè)，盡量減少參數(shù)的數(shù)目，同時(shí)又要適當(dāng)選擇不同參數(shù)解決不同的問題，這就需要針對(duì)具體系統(tǒng)的具體問題采取不同的簡化假設(shè)。

4.業(yè)務(wù)級(jí)的電磁兼容性

業(yè)務(wù)級(jí)的電磁兼容是最高一級(jí)的電磁兼容，必須采用一整套的組織措施和技術(shù)措施使國內(nèi)和國際的有關(guān)業(yè)務(wù)工作協(xié)調(diào)一致，建立國際、國內(nèi)的業(yè)務(wù)聯(lián)盟，如國際電信聯(lián)盟、國際無線電干擾委員會(huì)等。由這些組織發(fā)布指導(dǎo)性的甚至強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，管理和協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)級(jí)的電磁兼容問題。制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定是非常重要的，是技術(shù)措施和組織措施的基礎(chǔ)。

此外，在業(yè)務(wù)級(jí)還有資源利用的安排問題。例如，頻譜資源的合理分配和利用，不同的業(yè)務(wù)可以占用不同的無線電頻段，如果同一頻段分配給不同業(yè)務(wù)就要規(guī)定好不同的等級(jí)，區(qū)分主要的、允許的和次要的等級(jí)等。不管是在哪一等級(jí)上的兼容性，都需要通過電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。制定這些標(biāo)準(zhǔn)的目的在于限制各種不同裝備產(chǎn)生的干擾電平，減小無線電設(shè)備對(duì)非有意干擾作用的敏感性，合理利用資源等。這些標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行可以排除大部分電磁干擾或使其有明顯的減小，可以對(duì)影響電磁兼容性的各種參數(shù)有明確的標(biāo)準(zhǔn)要求，以幫助簡化分析電磁兼容問題。

標(biāo)準(zhǔn)中參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值在簡化處理問題時(shí)可以作為原始數(shù)據(jù)使用。標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)保證電子設(shè)備的電磁兼容性起著重要的作用，但是，遵守有關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)并不能完全解決各種電子設(shè)備的電磁兼容問題。保證電子設(shè)備電磁兼容性是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須在各個(gè)階段、各個(gè)級(jí)別水平上采取相應(yīng)的措施，特別是在研制電子、電氣設(shè)備和建設(shè)電子、電氣工程時(shí)，應(yīng)盡可能早地進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)或采取電磁兼容措施。隨著電子、電氣設(shè)備的研制或建設(shè)工作的完成，可以采取的抗干擾措施的總數(shù)減少，而花費(fèi)卻要大大增加。在早期階段排除干擾或輻射會(huì)帶來較好的效果，經(jīng)濟(jì)上的花費(fèi)更合算。通常，在電氣、電子設(shè)備的設(shè)計(jì)階段采取措施，可以避免80%～90%的電磁干擾問題。

因此，任何電氣、電子設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和使用都應(yīng)該考慮所產(chǎn)生的電磁干擾及其敏感性和達(dá)到電磁兼容需要采取的措施。2.1.2電磁兼容性設(shè)計(jì)方法

要保證電子設(shè)備或電子系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)電磁兼容，必須采取綜合措施或采取特殊的設(shè)計(jì)技術(shù)、工藝和方法。

1.在不同等級(jí)上保證電磁兼容性的方法

保證電子設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容性是一個(gè)綜合性的任務(wù)，需要在不同的等級(jí)上采用不同的方法和措施。從元件級(jí)、部件級(jí)、設(shè)備級(jí)、系統(tǒng)級(jí)和業(yè)務(wù)級(jí)保證電磁兼容性，其方法主要包括設(shè)計(jì)工藝、電路技術(shù)方法、系統(tǒng)工程方法和利用專業(yè)技術(shù)組織機(jī)構(gòu)四大類。

1）保證設(shè)備元件級(jí)的電磁兼容性

在設(shè)備元件級(jí)上保證電磁兼容性的主要任務(wù)，是要解決元件上產(chǎn)生的干擾以及減小元件上由外界感應(yīng)的電平。設(shè)備中的元件可以分成兩類：無源器件和有源器件。

無源器件主要包括電容器、電阻器、電感線圈（變壓器）、連接導(dǎo)線以及各種連接器。在分析無源器件的電磁兼容問題時(shí)，最關(guān)鍵的就是要分析這些元器件產(chǎn)生電磁問題的原因，包括元件參數(shù)、元件的末端引線電感、元器件上的各種寄生電容、寄生電感等電路上的分布參數(shù)。必須考慮由這些寄生參數(shù)和電路器件所組成的新的等效電路。對(duì)有源器件而言，器件工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，也會(huì)以傳導(dǎo)電流的方式成為干擾源。由于隔離不完善以及耦合電感、耦合電容的存在，使得有源器件會(huì)影響其他器件或電路功能的實(shí)現(xiàn)，在含有非線性元件的電路中還可能發(fā)生頻譜成分的變化，這種變化會(huì)引起電磁干擾。繼電器接觸點(diǎn)、開關(guān)的火花效應(yīng)和電弧也可以認(rèn)為是有源器件。不同的有源器件的特性不同，例如，發(fā)射極耦合的邏輯元件產(chǎn)生的干擾最小，但同時(shí)對(duì)干擾作用卻最敏感；互補(bǔ)MOS邏輯電路的元器件最不容易受干擾，但是本身卻產(chǎn)生相當(dāng)高的干擾電平。

2）保證設(shè)備級(jí)的電磁兼容性

保證設(shè)備級(jí)或設(shè)備部件級(jí)的電磁兼容性的主要任務(wù)是減弱元件、部件范圍以外的由干擾源產(chǎn)生的干擾電平?？梢圆扇≡黾用}沖前沿時(shí)間，消除電路中的諧波和信號(hào)的諧波方法來限制干擾的傳播途徑，改善設(shè)備電路元件的性能，還可采用屏蔽、接地、濾波等方法和措施減小振蕩電平以減小干擾。

3）保證系統(tǒng)級(jí)的電磁兼容性

可通過系統(tǒng)工程的方法保證系統(tǒng)級(jí)的電磁兼容性，充分利用空間區(qū)域分布、頻率資源以及時(shí)間因素，以獲得最佳的電磁兼容效果。

2.減小導(dǎo)線之間的耦合

最常見的改善電磁兼容性的措施之一，就是要盡量減小設(shè)備電路的內(nèi)部導(dǎo)線之間或各種部件間連接導(dǎo)線之間的耦合。為了減小導(dǎo)線之間的耦合，最為有效的辦法就是對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行屏蔽，但在進(jìn)行導(dǎo)線屏蔽時(shí)，屏蔽接地的方式非常重要。屏蔽接地的方式主要有以下幾種：

（1）信號(hào)線與屏蔽相接，但與地隔離。這種情況對(duì)電容耦合的屏蔽效果卻很差。

（2）采用導(dǎo)線扭絞的方式達(dá)到屏蔽作用。當(dāng)兩根導(dǎo)線扭絞起來時(shí)，兩導(dǎo)線中的感生電動(dòng)勢恰好相反，可以抵消大部分干擾，此時(shí)兩端都接地的情況對(duì)電磁干擾的敏感程度就比一端接地的情況嚴(yán)重。

（3）將兩根導(dǎo)線扭絞之后再加上同軸導(dǎo)體屏蔽，則能夠獲得最大的屏蔽效果，這種方式也是實(shí)際上廣泛采用的綜合方法。在這種情況中，盡量達(dá)到對(duì)稱是減少各種部件連接導(dǎo)線之間耦合的有效措施，要求兩根導(dǎo)線及所有連接在它們上面的電路具有相同的阻抗，此時(shí)回路中的干擾電流將等于零，而且與耦合的性質(zhì)無關(guān)。

由于導(dǎo)線很多，不可能屏蔽每一對(duì)導(dǎo)線，必然會(huì)產(chǎn)生干擾。這種干擾與干擾源的性質(zhì)、干擾源與被干擾器件或設(shè)備之間耦合的性質(zhì)有關(guān)，應(yīng)采用分組的方法削弱成束導(dǎo)線產(chǎn)生的干擾。首先把承載大功率的與干擾源有關(guān)的導(dǎo)線與對(duì)電磁干擾敏感的設(shè)備有關(guān)的導(dǎo)線分開編組，然后再把每一組的導(dǎo)線組成束。

3.接地

1）接地的功能

接地是電子設(shè)備和電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，是十分復(fù)雜的技術(shù)，與電子系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)有關(guān)系，與所要防護(hù)的系統(tǒng)的工作電流、頻率及波形有密切關(guān)系，與構(gòu)成“地”的材質(zhì)和電磁特性有關(guān)，更與接地元件及工藝有關(guān)。

接地主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）地表面是良好的導(dǎo)電表面，電位被看做零電位，并作為各種電壓信號(hào)的比較基準(zhǔn)。

（2）接地表面作為各種信號(hào)電路的返回電流的通道和電源回路的一部分。

（3）接地用來配合各種屏蔽系統(tǒng)功能，作為各種頻率的干擾電流的通道。

（4）接地作為零電位基準(zhǔn)，連接裸露的設(shè)備金屬外殼以保護(hù)操作人員不受到傷害。

2）接地產(chǎn)生的電磁干擾接地不當(dāng)，也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。

（1）接地系統(tǒng)存在電阻，就會(huì)產(chǎn)生電壓降，電壓降與接地系統(tǒng)上的電流成正比，這個(gè)電壓將造成電磁干擾的干擾電動(dòng)勢（公共阻抗效應(yīng)）。

（2）接地系統(tǒng)中存在有回路，外部電磁干擾源通過電磁波作用在接地回路中產(chǎn)生感應(yīng)干擾電動(dòng)勢。

接地母線電阻越大，接地回路的面積越大，接地導(dǎo)線的復(fù)阻抗越大，則接地系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾就越大。

3）接地應(yīng)該遵守的原則

（1）接地導(dǎo)線及公共母線的阻抗應(yīng)盡可能小。接地導(dǎo)線應(yīng)該具有最小的阻抗和自感。接地導(dǎo)線的長度應(yīng)該盡量短，應(yīng)比波長小得多，通常要求接地導(dǎo)線的長度遠(yuǎn)小于0.02λ。

（2）接地導(dǎo)線應(yīng)該采用橫截面為管形的接地線，因?yàn)楣苄蔚慕拥鼐€同其他具有同樣截面積的導(dǎo)線相比，具有最小的全阻抗。

（3）應(yīng)控制接地線的電氣連接質(zhì)量，保證接地連接點(diǎn)始終具有最小的接觸電阻。布線時(shí)應(yīng)盡量避免利用公共導(dǎo)線。

（4）應(yīng)選用合適的接地方式。根據(jù)具體情況采用單點(diǎn)串聯(lián)接地、一點(diǎn)并聯(lián)接地和多點(diǎn)并聯(lián)接地等方式。單點(diǎn)串聯(lián)接地最簡單，但具有最大的干擾電平，干擾的大小取決于沿接地電路公共段流過的電流。單點(diǎn)并聯(lián)接地導(dǎo)線長度大大增加，難以保證接地段的低阻抗要求，會(huì)產(chǎn)生明顯的接地導(dǎo)線間的電磁耦合，增加干擾。多點(diǎn)接地容易形成接地回路，必須采取專門的措施來消除由于接地回路面積大而引入的很大的電感耦合干擾。

實(shí)際的接地方案應(yīng)綜合考慮所有的因素和效果，通常在低頻時(shí)多采用單點(diǎn)接地，在高頻時(shí)采用多點(diǎn)接地系統(tǒng)。低頻屏蔽原理應(yīng)該基于電流對(duì)消原理，故用作電源電路的返回電流的接地線，和用作信號(hào)電路的返回電流的接地線要各自采用獨(dú)立的地線連接。

4.屏蔽

1）屏蔽衰減

電磁屏蔽要實(shí)現(xiàn)的功能主要在于，如果屏蔽體內(nèi)部有干擾源，則屏蔽的目的是減弱內(nèi)部干擾源對(duì)周圍空間的電磁干擾；如果屏蔽體內(nèi)部沒有干擾源，則屏蔽的目的是減小外界電磁干擾對(duì)屏蔽體內(nèi)部電路的作用，并且降低設(shè)備的電磁敏感性。

屏蔽的防護(hù)作用常用屏蔽衰減表示。

2）屏蔽效能的頻率特性

在低頻時(shí)，交變電磁場作用在屏蔽體上，電場作用類似于靜電場，電荷分布在屏蔽體外表面，屏蔽體內(nèi)沒有場，電場屏蔽衰減可以認(rèn)為是無窮大。在頻率的作用下，感應(yīng)電荷不斷改變符號(hào)，感應(yīng)電荷符號(hào)的交變使屏蔽體上產(chǎn)生交變電流，頻率的進(jìn)一步增高會(huì)伴隨著在屏蔽體內(nèi)出現(xiàn)交變電場。因?yàn)槠帘误w的導(dǎo)電率的限制，使得電場屏蔽的效果降低。當(dāng)頻率再升高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)集膚效應(yīng)，電流則只集中在屏蔽體表面，屏蔽體內(nèi)的場將再次減弱，屏蔽效能會(huì)逐漸增高。屏蔽層越厚、材料導(dǎo)電率越高，屏蔽效能越好。在磁屏蔽中，一般物質(zhì)導(dǎo)磁率很小，在恒定磁場中磁力線雖然在屏蔽體中集中，但由于導(dǎo)磁率很小，這種磁力線集中的作用很小，因而磁屏蔽效能很低。在低頻區(qū)中，隨著頻率的增高，在屏蔽體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流，其結(jié)果是消耗了磁場能，磁屏蔽效能有所提高。繼續(xù)升高頻率時(shí)，由于集膚效應(yīng)的作用能透過屏蔽體進(jìn)入內(nèi)部的磁場很少，磁屏蔽效能大大提高。

在高頻時(shí)，電場或磁場都有很強(qiáng)的集膚效應(yīng)，透入深度很小。能透入到屏蔽體內(nèi)部的電場和磁場都很小，屏蔽效能將大大提高。

3）影響屏蔽效果的因素

任何屏蔽都不可能做到對(duì)電磁場完全封閉，屏蔽體上總會(huì)有縫隙、通風(fēng)口、門窗結(jié)構(gòu)和進(jìn)入的電纜線，這些結(jié)構(gòu)會(huì)降低屏蔽效能。

5.濾波

濾波是為了預(yù)防電磁干擾經(jīng)傳導(dǎo)渠道傳播到系統(tǒng)或儀表內(nèi)部，通過濾波可以把有用信號(hào)頻譜以外的能量加以抑制。以下的情況應(yīng)考慮采取濾波措施：

（1）在高頻系統(tǒng)中，為了抑制工作頻帶以外的頻帶上的干擾，應(yīng)采取濾波措施。

（2）在信號(hào)電路中，為了消除無用的或無關(guān)的頻譜成分，可以采用吸收濾波器等。

（3）在電源電路、操縱電路、控制電路及轉(zhuǎn)換電路中消除產(chǎn)生的干擾作用。采用濾波器減小干擾源產(chǎn)生的干擾作用及保護(hù)干擾敏感設(shè)備的設(shè)計(jì)原理如圖2.1所示。圖2.1采用濾波器減小干擾和保護(hù)敏感設(shè)備的設(shè)計(jì)原理

6.電子設(shè)備空間布局

各種電子設(shè)備的接收特性以及干擾源設(shè)備的輻射特性都具有一定的方向性和一定的作用距離，利用這些特性適當(dāng)安排電子設(shè)備在空間的位置可以避免干擾。電子設(shè)備空間位置規(guī)劃就是要合理地確定電子設(shè)備之間的空間距離和位置的格局，使得彼此產(chǎn)生的干擾在允許的范圍內(nèi)。電子設(shè)備位置布局應(yīng)考慮電子設(shè)備的信號(hào)功率、輻射的電磁干擾、電磁敏感度以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)能使系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳。

合理布局應(yīng)考慮系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)各單元之間的相對(duì)位置和電纜走線，其基本原則是使感受器和干擾源盡可能分離，輸出與輸入端口妥善分隔，高電平電纜及脈沖引線與低電平電纜分別鋪設(shè)。

7.優(yōu)化信號(hào)設(shè)計(jì)

電信號(hào)在傳輸信息時(shí)需占據(jù)一定的頻譜，為減小干擾，信號(hào)占用的頻譜不應(yīng)大于信息所必須的頻譜寬度，即應(yīng)對(duì)有用信號(hào)規(guī)定必要的最小帶寬，同時(shí)必須優(yōu)化信號(hào)波形。

8.完善線路設(shè)計(jì)

進(jìn)行線路設(shè)計(jì)或選用時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)和選用自身發(fā)射功率小、抗干擾能力強(qiáng)的電子線路（包括集成電路）作為電子設(shè)備的基本電路單元。2.1.3電磁兼容性設(shè)計(jì)主要原則

（1）滿足產(chǎn)品基本要求。

電磁兼容性設(shè)計(jì)措施應(yīng)保證電子設(shè)備、系統(tǒng)或分系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)（包括可靠性指標(biāo)）達(dá)到要求，將電磁兼容性指標(biāo)與設(shè)備、系統(tǒng)或分系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)綜合考慮，按嚴(yán)格的指標(biāo)要求執(zhí)行。（2）嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

電磁兼容性指標(biāo)可以根據(jù)不同的產(chǎn)品執(zhí)行不同的標(biāo)準(zhǔn)，電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)大致可分為軍用指標(biāo)和民用指標(biāo)，為了滿足這些要求，設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)也有差別。從電磁兼容性技術(shù)發(fā)展分析，軍用指標(biāo)和民用指標(biāo)依然會(huì)存在差距，但兩者差距會(huì)逐漸縮小。（3）適應(yīng)工藝水平的發(fā)展。

電磁兼容性設(shè)計(jì)涉及機(jī)械加工、無線裝配、化學(xué)制品和化學(xué)工藝等制造行業(yè)，這就要求電磁兼容性設(shè)計(jì)從具體情況出發(fā)，不能超越國內(nèi)工藝的能力，否則電磁兼容性設(shè)計(jì)就很難實(shí)現(xiàn)，或只能依靠引進(jìn)國外技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。（4）考慮性能價(jià)格比。

電磁兼容性設(shè)計(jì)需要消耗一定數(shù)額的資金，且測試費(fèi)所占的比例很大，由于器材和加工工藝成本很高，在電磁兼容性設(shè)計(jì)過程中必須考慮各類措施的經(jīng)濟(jì)性。電磁兼容性設(shè)計(jì)必須綜合考慮效果與經(jīng)濟(jì)性的因素，以達(dá)到較好的性能價(jià)格比。（5）確定適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)范圍。

為了實(shí)現(xiàn)電磁兼容性指標(biāo)，必須進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)。電磁兼容性設(shè)計(jì)不像典型電路設(shè)計(jì)那樣，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)有一個(gè)確定值，電磁兼容性設(shè)計(jì)的方法、手段應(yīng)根據(jù)電子設(shè)備或系統(tǒng)的特點(diǎn)，有較大的選擇范圍，設(shè)計(jì)參數(shù)不是非常確定的數(shù)值，設(shè)計(jì)人員只有經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)積累，才能自如地進(jìn)行設(shè)計(jì)。（6）考慮綜合因素。

通過電磁兼容性設(shè)計(jì)可以提高電子設(shè)備或系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性，提高可靠性和安全性。電磁兼容性設(shè)計(jì)必須加以協(xié)調(diào)，綜合考慮。

（7）進(jìn)行加固性設(shè)計(jì)。

電磁兼容規(guī)范性指標(biāo)具有一定的普遍性，根據(jù)各設(shè)備和分系統(tǒng)、系統(tǒng)的特殊性要求可補(bǔ)充一部分指標(biāo)。但不同的電子設(shè)備或系統(tǒng)的指標(biāo)要求并不相同，因此必須經(jīng)過分析，對(duì)不同的系統(tǒng)或線路提出適合自身要求的指標(biāo)，使設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下能正常、穩(wěn)定地工作。

（8）采用合適的處理和設(shè)計(jì)方法。

對(duì)電磁兼容性問題的處理方法是，規(guī)范要求每個(gè)設(shè)備或分系統(tǒng)必須滿足規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，應(yīng)結(jié)合具體系統(tǒng)進(jìn)行分析，利用電磁兼容性預(yù)測數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)庫，在各個(gè)設(shè)計(jì)階段不斷修正設(shè)計(jì)措施，以達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)的要求。2.1.4電磁兼容性設(shè)計(jì)措施

電磁兼容學(xué)科所研究的根本任務(wù)和目的，是使各種電子設(shè)備和系統(tǒng)能在較復(fù)雜的電磁環(huán)境下不受干擾、準(zhǔn)確無誤地工作。電磁兼容性設(shè)計(jì)的最終目的是克服潛在故障，滿足電磁兼容性指標(biāo)，保證電子系統(tǒng)和設(shè)備能正常工作，因此，必須采取適當(dāng)?shù)碾姶偶嫒菪栽O(shè)計(jì)措施，保證電磁兼容性指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1.正確接地改善電磁兼容性指標(biāo)

電子設(shè)備或系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)，要求其金屬結(jié)構(gòu)體正確、可靠地接地，其目的是泄放積累或感應(yīng)的電荷，保證設(shè)備和人身安全。同時(shí)，接地對(duì)抑制電磁干擾也有著很重要的作用。

（1）接地可以改善電磁兼容屏蔽性能。

屏蔽體和電纜屏蔽層都應(yīng)接地，改善屏蔽性能主要集中在低頻端，殼體和被屏蔽部件處于近區(qū)場，其中的電磁場分布有較大的靜電場分量，接地對(duì)靜電場影響很大。（2）接地對(duì)布線的傳導(dǎo)干擾有影響。

導(dǎo)線的屏蔽層接地除了能提高屏蔽效能外，布線的接地和導(dǎo)線屏蔽層接地可形成接地回路，有可能與信號(hào)線產(chǎn)生電磁耦合。布線時(shí)可將一端優(yōu)先接地，在不影響信號(hào)傳輸?shù)那闆r下，可將另一端懸浮，避免形成接地回路。

（3）接地點(diǎn)電平的對(duì)消作用。

電子設(shè)備接地點(diǎn)的選擇很重要，接地點(diǎn)不僅可以改變干擾能量的流向，還可起到電平對(duì)消作用。接地可提供參考電平，即零電平，各類接地點(diǎn)都有較高的電平，如果接地點(diǎn)的參考電平與信號(hào)線中干擾電平同相，則信號(hào)端口的干擾就會(huì)減少，可以抑制干擾的傳輸。（4）接地點(diǎn)搭接電阻。要求接地點(diǎn)的搭接電阻比較小，且搭接電阻穩(wěn)定，其目的是使干擾電流容易流向大地，使該點(diǎn)由干擾電流產(chǎn)生的壓降較小。機(jī)械殼體的接觸式搭接通常都不太穩(wěn)定，只能作為機(jī)殼消除靜電感應(yīng)的接地。

2.通過屏蔽減小輻射強(qiáng)度

電磁輻射的指標(biāo)包括輻射發(fā)射和輻射敏感度，通過電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽，可以降低電磁輻射的強(qiáng)度和減少敏感度。

1）電磁屏蔽措施中的電磁場分布

由電磁屏蔽定義可知，屏蔽效能是指空間某點(diǎn)設(shè)置電磁屏蔽裝置前后電磁場的變化量。在主動(dòng)屏蔽即對(duì)輻射源進(jìn)行屏蔽時(shí)，設(shè)置屏蔽體后，電磁波被包容在某一區(qū)域，在這一區(qū)域內(nèi)，局部電磁場強(qiáng)度可能會(huì)增大，此時(shí)屏蔽體內(nèi)敏感設(shè)備反而遭受更強(qiáng)的干擾。

2）強(qiáng)磁場、強(qiáng)電磁場屏蔽

利用磁性材料作磁屏蔽或電磁場屏蔽時(shí)，應(yīng)考慮導(dǎo)磁率的非線性問題，即初始導(dǎo)磁率較小，中間一段導(dǎo)磁率線性較好，當(dāng)磁場強(qiáng)度很高時(shí)，由于出現(xiàn)磁飽和，導(dǎo)磁率開始下降。在計(jì)算磁屏蔽、電磁屏蔽時(shí)，應(yīng)注意導(dǎo)磁率的變化，以得到較好的屏蔽效果。

3）對(duì)消屏蔽原理

傳統(tǒng)的屏蔽原理是采用隔離技術(shù)，通過反射、吸收使磁場、電磁場得到削弱。這種方法在空間上受到限制，并形成一個(gè)屏蔽封閉層，對(duì)布線、操作產(chǎn)生妨礙作用。采用對(duì)消原理，是應(yīng)用傳感器檢測到磁場、電磁場，利用電路和一些裝置，產(chǎn)生與檢測場強(qiáng)反向的磁場或電磁場，以抵消原有場強(qiáng)。

3.采用電源濾波器抑制干擾

電源濾波器能有效抑制電源線傳導(dǎo)干擾，降低傳導(dǎo)敏感度。電子設(shè)備中數(shù)字電路的應(yīng)用越來越多，利用電源濾波器抑制外來的脈沖干擾尤為重要，但在應(yīng)用電源濾波器時(shí)必須考慮以下問題：

（1）電源濾波器的抑制帶寬與干擾頻譜的匹配。

電氣設(shè)備的電源濾波器抑制頻譜相對(duì)較窄，通常要求的抑制范圍為500kHz～200MHz。濾波器抑制尖峰干擾也是十分有效的，應(yīng)用中必須注意匹配問題。（2）電源濾波器阻抗與負(fù)載阻抗的匹配。

通常要求濾波器高輸出阻抗配低阻抗負(fù)載，由于負(fù)載阻抗經(jīng)常是變化的，這對(duì)濾波器的使用效果帶來一定問題，使用不當(dāng)則效果較差，因此必須注意兩者的匹配問題。

（3）電源濾波器的負(fù)載能力。測試電源濾波器性能指標(biāo)時(shí)，一般定義為空載或50Ω負(fù)載，濾波器處于良好狀態(tài)，此時(shí)其性能指標(biāo)都比實(shí)際應(yīng)用偏高。而實(shí)際情況是負(fù)載阻抗很小，濾波器一般不滿載使用。從可靠性設(shè)計(jì)考慮，都要降額設(shè)計(jì)，降額因子為0.5～0.8，即最大工作負(fù)載為額定值的50%～80%。（4）使用電源濾波器后指標(biāo)的改善。

在電子設(shè)備的電源輸入端裝入濾波器后，可改善電源線的傳導(dǎo)發(fā)射指標(biāo)和傳導(dǎo)敏感度指標(biāo)。從濾波器原理分析，濾波器具有雙向抑制功能，既可以抑制電源干擾對(duì)供電網(wǎng)的影響，又能抑制從供電網(wǎng)進(jìn)入的連續(xù)波干擾和脈沖干擾，這種抑制作用也可用來抑制尖峰脈沖干擾和脈沖串干擾，電源濾波器對(duì)浪涌的抑制作用效果較差。

2.2電磁干擾源及其特性

熟悉常見的電磁干擾源是發(fā)現(xiàn)和解決電磁干擾問題的關(guān)鍵之一。電磁干擾源通?？梢苑譃樽匀桓蓴_源和人為干擾源兩大類。自然干擾源是指自然界所固有的與人的活動(dòng)無關(guān)的電磁干擾現(xiàn)象；人為干擾源是指由于人類的工業(yè)和社會(huì)的活動(dòng)所產(chǎn)生的電磁干擾。無論是自然干擾源還是人為干擾源，對(duì)電子設(shè)備的安全性和可靠性都會(huì)構(gòu)成威脅，影響程度最大的四類干擾依次為：雷電、強(qiáng)電磁脈沖、靜電放電和開關(guān)操作。

雷電是一種大氣物理現(xiàn)象，雷電電磁脈沖是最嚴(yán)重的自然電磁干擾源，閃電放電脈沖的陡度大、峰值電流大、電場強(qiáng)、頻譜寬，將對(duì)電子設(shè)備造成嚴(yán)重的威脅，產(chǎn)生破壞性的影響。雷電產(chǎn)生的靜電感應(yīng)將會(huì)造成區(qū)域性的災(zāi)害。

強(qiáng)電磁脈沖是指核電磁脈沖（NEMP）、高空核電磁脈沖（HEMP）和非核高能微波電磁脈沖（HPM）等極強(qiáng)的人工電磁干擾源，它們極強(qiáng)的電磁輻射將對(duì)電氣、電子設(shè)備進(jìn)行干擾破壞，造成電子產(chǎn)品失效或癱瘓。

靜電放電（ESD）是指在低濕環(huán)境中，運(yùn)動(dòng)設(shè)備或內(nèi)部有運(yùn)動(dòng)部件的靜止設(shè)備產(chǎn)生的一種電荷積累和釋放的物理現(xiàn)象，是一種非周期性的放電脈沖，同時(shí)又是一種寬帶干擾源，不僅能干擾寬帶設(shè)備，也能干擾窄帶設(shè)備。

在開關(guān)操作過程中，開關(guān)的通斷將引起電壓和電流的急劇變化，產(chǎn)生瞬間干擾。表2.1四類強(qiáng)電磁干擾的干擾特性各類電磁干擾對(duì)電子設(shè)備的破壞作用主要表現(xiàn)在：造成高壓擊穿，引起接點(diǎn)、部件或電路的電擊穿，導(dǎo)致器件的損壞或瞬時(shí)失效；使器件燒毀或受瞬變干擾，器件因瞬變電壓造成短路損壞的原因?yàn)楣β蔬^大或PN結(jié)電壓過高而擊穿，包括集成電路、存儲(chǔ)器、晶體管、二極管、可控硅等；產(chǎn)生電涌沖擊，對(duì)有金屬屏蔽的電子設(shè)備，屏蔽殼體上感應(yīng)的脈沖大電流會(huì)像浪涌一樣在殼體上流動(dòng)，殼體上的縫隙、孔洞、外露引線一旦將浪涌電流引入內(nèi)部設(shè)備，足以使內(nèi)部敏感器件損壞。2.2.1自然干擾源

自然干擾源包括雷電產(chǎn)生的天電噪聲，銀河系的宇宙噪聲、熱輻射、靜電等。天電噪聲的能譜集中在20MHz以下，宇宙噪聲的能譜集中在20～500MHz以內(nèi)。

大氣放電是人們所認(rèn)識(shí)到的最為典型的自然干擾源。大氣放電主要以雷電現(xiàn)象的形式出現(xiàn)，雷電放電本身會(huì)產(chǎn)生電噪聲，可以產(chǎn)生雷擊破壞作用。同時(shí)，雷電下的電力線可能會(huì)因雷電放電產(chǎn)生強(qiáng)烈的電壓或電流擾動(dòng)，幅度很高的浪涌電壓也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾，其頻譜可以包含從低頻到甚高頻的全部頻率范圍。

此外，太陽系的強(qiáng)烈電磁現(xiàn)象、地球磁場的波動(dòng)也會(huì)對(duì)電子設(shè)備、電力系統(tǒng)或通信系統(tǒng)產(chǎn)生電子干擾。2.2.2人為干擾源

1.人為電磁干擾的產(chǎn)生和分類

人為干擾源是指由機(jī)電或其他人工裝置產(chǎn)生的電磁干擾的感應(yīng)源。人為干擾源可以劃分為連續(xù)干擾源、脈沖干擾源、間接干擾源和接觸干擾源等幾種類型。

電子設(shè)備在完成自身功能的同時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的電磁干擾，是連續(xù)干擾源，如電力輸電線、無線發(fā)射臺(tái)、變壓器等，其特點(diǎn)是產(chǎn)生有規(guī)律的高頻振蕩，其干擾可以預(yù)測。

脈沖干擾源產(chǎn)生單脈沖或脈沖串形式的電磁干擾，脈沖的波形、寬度和重復(fù)頻率具有隨機(jī)性，頻譜相當(dāng)寬。間接干擾源往往不是電子設(shè)備本身產(chǎn)生，而是由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)或壓電效應(yīng)等原因引起的間接電磁干擾。這一類型的電磁干擾通常不影響其他設(shè)備，只影響產(chǎn)生干擾源的設(shè)備中的電氣、電子設(shè)備。

許多系統(tǒng)中都有大量的螺釘、螺栓和焊接在一起或不完全接觸的金屬結(jié)構(gòu)件，這些元件或金屬連接的接觸面之間的阻抗具有復(fù)阻抗特性，阻抗的數(shù)值取決于構(gòu)成元件的材料、外形、表面的狀態(tài)、接觸壓力大小和環(huán)境因素（溫度、濕度等）。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)或發(fā)生振動(dòng)、顛簸、撞擊時(shí)，接觸阻抗成為可變的阻抗，此時(shí)這類結(jié)構(gòu)元件在有電流和電壓作用時(shí)將產(chǎn)生再生電磁輻射，從而產(chǎn)生接觸干擾。接觸干擾的輻射頻譜與原輻射的頻譜相同，既有連續(xù)分量，又有離散分量，大多數(shù)情況下具有準(zhǔn)脈沖的性質(zhì)，通常要達(dá)到數(shù)兆赫茲的頻帶。

2.典型人為干擾源及其特性

（1）通信、廣播、電視、雷達(dá)等具有強(qiáng)電磁波的發(fā)射機(jī)：具有強(qiáng)電磁波，包括基波、諧波、非諧波寄生發(fā)射。

（2）工業(yè)、科學(xué)研究和醫(yī)用射頻設(shè)備：射頻振蕩器、焊接機(jī)械、超聲儀、家用電磁灶等。

（3）架空輸電線、高壓設(shè)備和電力牽引系統(tǒng)：高壓輸電線的工作電壓很高，輸送的電能巨大，它可以經(jīng)耦合電容和互感對(duì)周圍的電氣、電子設(shè)備造成影響，甚至損壞弱電設(shè)備。此外，在輸送的工頻電流中還包含許多諧波分量，干擾頻譜為數(shù)十千赫茲到數(shù)百兆赫茲。（4）機(jī)動(dòng)車輛和內(nèi)燃機(jī)：汽車等點(diǎn)火系統(tǒng)的火花塞可能產(chǎn)生電磁干擾，各種內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)所需要的點(diǎn)火系統(tǒng)都是很強(qiáng)的電磁干擾源，在30～300MHz之間的頻帶內(nèi)干擾強(qiáng)度最強(qiáng)。

（5）電動(dòng)工具、家用電器、照明器具等設(shè)備：這些設(shè)備在啟動(dòng)、工作、切斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。

（6）信息技術(shù)設(shè)備及工業(yè)控制設(shè)備：該類設(shè)備中的開關(guān)電源、時(shí)鐘及頻率變換、脈沖信號(hào)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。（7）靜電：人體靜電充電電壓可達(dá)到幾萬伏，將造成電子元器件的擊穿和設(shè)備的損壞。

（8）電磁脈沖：這種脈沖作用于電路時(shí)，可能引起電路性能急劇變化，造成元件損壞。

（9）開關(guān)器件和繼電器：該類設(shè)備工作時(shí)，觸點(diǎn)閉合或打開往往伴隨著火花放電，電動(dòng)機(jī)電刷和整流子之間隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)也會(huì)出現(xiàn)火花放電。由于火花放電產(chǎn)生的電磁脈沖會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，這樣會(huì)引發(fā)電路誤動(dòng)作。當(dāng)開關(guān)觸點(diǎn)閉合時(shí)，電流流經(jīng)觸點(diǎn)到達(dá)負(fù)載，如圖2.2所示。圖2.2開關(guān)器件和繼電器工作時(shí)的等效電路當(dāng)觸點(diǎn)斷開時(shí)，由于負(fù)載阻抗的瞬變特性，特別是感性阻抗的作用，當(dāng)電流突然變?yōu)榱銜r(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的感應(yīng)電壓。此時(shí)，開關(guān)器件和繼電器的負(fù)載上作用電壓的過渡過程按如圖2.3所示的情形變化。圖2.3開關(guān)器件和繼電器負(fù)載上作用電壓的過渡過程過渡過程產(chǎn)生的過渡電壓的峰值很高，是正常值的幾十到幾百倍，但這時(shí)開關(guān)的觸點(diǎn)尚未充分離開，于是就會(huì)發(fā)生放電，產(chǎn)生火花。

觸點(diǎn)之間的放電包括氣體放電和電弧放電兩種。氣體放電是由于觸點(diǎn)間的氣體分子發(fā)生電離而引發(fā)的放電，其起始電壓隨著觸點(diǎn)間的距離而變化，隨著氣壓和氣體的組成不同而變化。電弧放電是因?yàn)橛|點(diǎn)的金屬處于高溫而汽化，因而形成放電電流通路而出現(xiàn)的放電現(xiàn)象，此時(shí)沒有氣體時(shí)也照樣產(chǎn)生電弧放電。電弧放電的開始放電電壓與電場有關(guān)，因此與觸點(diǎn)間距離直接相關(guān)，但電弧放電的停止電壓與距離無關(guān)。處于大氣中的觸點(diǎn)，當(dāng)間距較小時(shí)，因?yàn)殡娀》烹娖鹗茧妷狠^低，電弧放電起主要作用；當(dāng)間距較大時(shí)，氣體放電起主導(dǎo)作用。當(dāng)觸點(diǎn)間電壓高于放電起始電壓時(shí)便開始放電，產(chǎn)生放電電流，于是電壓下降，當(dāng)觸點(diǎn)間電壓低于放電停止電壓時(shí)停止放電。由于放電停止，放電電流變?yōu)榱?，但此時(shí)由于電感作用，觸點(diǎn)間電壓會(huì)再次升高，當(dāng)超過放電起始電壓時(shí)就又開始新的放電。如此多次重復(fù)放電，直到電感所蓄積的電磁能耗盡為止。這時(shí)，放電電流是斷續(xù)式的脈沖，脈沖電流流過所連接的導(dǎo)線產(chǎn)生脈沖式的干擾電磁場。

3.電子設(shè)備內(nèi)部的干擾源

電子設(shè)備內(nèi)部電路及器件在工作時(shí)也會(huì)輻射電磁波，產(chǎn)生電磁干擾。這種電磁輻射一方面會(huì)在設(shè)備內(nèi)部電路上產(chǎn)生干擾，影響其他部件的工作，使電子設(shè)備的功能變壞，穩(wěn)定性變差，另一方面也會(huì)傳送到電子設(shè)備之外，對(duì)其他設(shè)備造成干擾和影響。特別是在有數(shù)字器件的電子電路中，高速度的數(shù)字邏輯元件都是產(chǎn)生噪聲和干擾的原因。

1）TTL開關(guān)噪聲

TTL邏輯元件工作時(shí)，邏輯狀態(tài)變化將使電流發(fā)生很大變化，開關(guān)電流的成分中包含有幾十到幾百兆赫的高頻成分，它是引起噪聲的重要原因。這些噪聲引起的高頻電流通過電源和接地對(duì)其他電路產(chǎn)生影響。TTL邏輯元件本身也極容易遭受噪聲的影響。

2）動(dòng)態(tài)RAM

動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）的存儲(chǔ)單元是電容器，利用電荷存儲(chǔ)數(shù)位信息，讀出信息時(shí)電容器上的電荷就轉(zhuǎn)移到位讀出線上，再經(jīng)放大器放大，同時(shí)再對(duì)該電容器充電以便再度儲(chǔ)存電荷，保存曾經(jīng)讀過的邏輯值。由于電路總會(huì)有漏電，電容的電荷有衰減，就必須定期再生。所以，DRAM是以電容器放電為基礎(chǔ)的部件，因而能夠經(jīng)過電源線和接地線產(chǎn)生串?dāng)_和公共阻抗噪聲。

3）電源和接地

電子設(shè)備通常采用直流電源，而電網(wǎng)上提供的是交流電源，所以要采用相關(guān)的電子設(shè)備產(chǎn)生直流電源。這些電源設(shè)備會(huì)把電網(wǎng)中的高頻噪聲或電源設(shè)備工作中的電磁噪聲經(jīng)直流通路傳送到電子電路上造成干擾。同時(shí)，電子電路中的數(shù)字器件和高頻器件工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生噪聲，經(jīng)電源和接地通路對(duì)其他部件產(chǎn)生干擾。

4）振蕩器件及變壓器

電路中的晶體振蕩器工作時(shí)，會(huì)向周圍輻射高頻電磁波；變壓器工作時(shí)也會(huì)有電磁輻射發(fā)生。

5）靜電放電和輸入、輸出端的干擾

由于摩擦，特別是人體的運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生很高的靜電電壓，從而引發(fā)靜電放電。靜電放電會(huì)經(jīng)過不完善的屏蔽進(jìn)入到電子設(shè)備內(nèi)部，對(duì)設(shè)備內(nèi)部電路產(chǎn)生干擾甚至損壞器件。

輸入、輸出端連接外部設(shè)備，經(jīng)過信號(hào)線，外界的電磁干擾通過連接器進(jìn)入電子設(shè)備內(nèi)部，從而產(chǎn)生干擾。2.2.3電磁干擾作用途徑及分析方法

電磁干擾源無處不在，任何電子設(shè)備都會(huì)處在各種干擾源的影響環(huán)境中工作。電子設(shè)備的工作是否受這些干擾源的影響，主要決定于三個(gè)要素：干擾源的強(qiáng)度和特性，電磁干擾作用途徑的類型和性質(zhì)，設(shè)備本身對(duì)電磁干擾的敏感度以及是否采取了必要的防護(hù)措施。電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計(jì)就是要控制這三要素，即控制干擾源的發(fā)射，抑制電磁干擾的傳播（阻斷其傳播途徑），增強(qiáng)敏感設(shè)備的抗干擾能力（采取屏蔽措施）。實(shí)現(xiàn)電磁兼容性的任務(wù)之一就是要采取有效的措施阻斷輻射和傳導(dǎo)耦合通道，包括時(shí)域或頻域分隔。

按照電磁干擾的原理，電磁干擾的作用途徑主要包括兩大類，即輻射干擾和傳導(dǎo)干擾。輻射干擾是指通過空間傳播的電磁干擾，干擾源比較遠(yuǎn)，干擾源發(fā)出的干擾以電磁波的形式被接收。傳導(dǎo)干擾是指沿電源線或信號(hào)線傳輸?shù)碾姶鸥蓴_，干擾源距離比較近，或干擾源經(jīng)過耦合電容、耦合電感和公共阻抗等途徑進(jìn)入受干擾的設(shè)備。

1.輻射干擾

1）電磁波的空間特性

任何干擾源的本質(zhì)都是產(chǎn)生電磁波，但產(chǎn)生的電磁波隨時(shí)間和空間變化的規(guī)律不同。電磁波的時(shí)間特性可以用頻譜特性描述，因?yàn)槿我獠ㄐ蔚碾姶挪ǘ伎梢杂酶道锶~變換分解為無窮多個(gè)正弦波，各個(gè)正弦波的頻率和幅度有所不同，因而構(gòu)成了各自獨(dú)特的頻譜。

另一方面，電磁波具有很強(qiáng)的空間特性。電磁波從干擾源輻射時(shí)就已經(jīng)具有了自身特定的狀態(tài)，或者說具有自己的特性。

形成這種特性，一方面是由于輻射器件的形狀及空間特性不同，另一方面是由于外界環(huán)境條件不同。例如，是否有大地影響，是否存在金屬殼體、空間的導(dǎo)電和導(dǎo)磁特性等。

2）輻射干擾傳播規(guī)律

在遠(yuǎn)區(qū)，電磁波在均勻媒質(zhì)中能夠以平面波、柱面波、球面波等形式向外輻射。

3）輻射干擾對(duì)設(shè)備的影響

干擾源的輻射場要經(jīng)過空間傳播過程才能到達(dá)受干擾設(shè)備。許多附加情況的出現(xiàn)使這個(gè)傳播過程呈現(xiàn)極為復(fù)雜的局面，因而這個(gè)傳播過程或耦合數(shù)值不可能準(zhǔn)確地計(jì)算，而常常依靠實(shí)驗(yàn)測定。在設(shè)計(jì)階段為了能定量描述，常常使用半經(jīng)驗(yàn)的公式進(jìn)行估算。

2.傳導(dǎo)干擾

在近區(qū)的感應(yīng)場區(qū)，電磁干擾主要是通過傳導(dǎo)耦合的途徑發(fā)生作用的。傳導(dǎo)耦合主要有三種類型，即電容耦合、互感耦合和公共阻抗耦合。

1）電容耦合（靜電耦合）

當(dāng)兩導(dǎo)體之間存在分布電容時(shí)，兩根導(dǎo)線之間就會(huì)產(chǎn)生電容耦合。最常見、最基本的電容耦合就是兩根互相靠近的平行導(dǎo)線。耦合電容的大小與兩根導(dǎo)線的長度成正比，與導(dǎo)線間距離的平方成反比。隨著兩根導(dǎo)線間隔的增大，耦合電容迅速減小，因而影響也就迅速減小。因此，電容耦合只發(fā)生在干擾源與被干擾設(shè)備靠得很近的情況下，隨著間距的增大，其影響將很快變成為次要因素。

在電子設(shè)備實(shí)際工作情況下，不只是平行導(dǎo)體之間存在著電容耦合，任意角度接近的導(dǎo)體之間都存在著電容耦合。

2）互感耦合（電磁感應(yīng)耦合）

互感耦合發(fā)生在兩個(gè)回路之間。當(dāng)干擾線回路中有交變電流時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生交變磁能。這種情形與電容耦合的情況不同，在電容耦合中，電磁干擾是以被影響導(dǎo)體和地之間存在噪聲電流的方式起作用的，而在電磁影響中，電磁干擾是以噪聲電動(dòng)勢或電壓串聯(lián)在被影響導(dǎo)體上起作用的。加大兩導(dǎo)線間的距離，干擾影響減小不多，互感耦合的作用范圍要比電容耦合的大很多。在屏蔽電纜中，導(dǎo)線與屏蔽層之間構(gòu)造成同軸電纜的結(jié)構(gòu)。當(dāng)有電流流過屏蔽層時(shí)，只在屏蔽層外面的空間產(chǎn)生磁通，屏蔽層內(nèi)部沒有磁場。因此，導(dǎo)線回路所感受到的磁通與屏蔽回路所感受的一樣多。為了防止導(dǎo)體上電流產(chǎn)生的磁場輻射，就必須用屏蔽導(dǎo)體將其包起來，并且將屏蔽導(dǎo)體兩端接地。此時(shí)的磁屏蔽作用并不是因?yàn)槠帘螌?dǎo)體的磁屏蔽特性，而是因?yàn)樵谄帘螌?dǎo)體上產(chǎn)生了一個(gè)回流電流，這個(gè)電流的磁場抵消了中心導(dǎo)體上的電流所產(chǎn)生的干擾磁場。工程上常常采用屏蔽電纜減少輻射，屏蔽導(dǎo)體接地的方式不同，產(chǎn)生的效果也不同。不加屏蔽時(shí)，輻射回路面積很大，輻射磁通很大。加了兩端接地的屏蔽體，輻射回路面積大大減小，輻射磁通也大大減小；加了一端接地的屏蔽體，由于屏蔽一端接地，屏蔽回路沒有電流，其情形同不加屏蔽的情況相同，輻射很大。因此，只有屏蔽體兩端接地時(shí)，才能起到磁屏蔽的作用。

3）公共阻抗耦合（阻性耦合）

許多電氣設(shè)備和元件都需要接地，但是地平面中充滿著各種頻率的雜散電流。有的設(shè)備或器件經(jīng)接地點(diǎn)向地中注入高頻電流，因而就會(huì)在大地中形成電場分布。如果大地是均勻的，注入的電流將均等地向四周流動(dòng)，形成半球面形分布的電流密度。在地面上任一點(diǎn)距離入地點(diǎn)為r的地方就對(duì)無窮遠(yuǎn)處產(chǎn)生電位，同時(shí)，接地的系統(tǒng)中的不同地方就產(chǎn)生了感應(yīng)電位差。在印制電路板上也會(huì)有類似的情況發(fā)生。

除了地中雜散干擾電流引起的電磁干擾之外，還可能因?yàn)榻拥貙?dǎo)線在高頻電流的情況下表現(xiàn)出很大的電感值，使本來可以忽略的阻抗表現(xiàn)出很大的數(shù)值，并且跨接在導(dǎo)線上的元件之間。由于流過公共阻抗的噪聲或干擾電流的存在，電路間將互相影響，產(chǎn)生電磁干擾。 2.3電子設(shè)備電磁屏蔽設(shè)計(jì)

2.3.1概述

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電子設(shè)備或系統(tǒng)得到了越來越廣泛的使用。運(yùn)行中的電子設(shè)備大多伴隨著電磁能量的轉(zhuǎn)換，高密度、寬頻譜的電磁信號(hào)充滿了整個(gè)空間，構(gòu)成了極其復(fù)雜的電磁環(huán)境，從而形成了電磁干擾。解決電磁干擾的一個(gè)很重要的方法就是對(duì)電子設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行電屏蔽、磁屏蔽或電磁屏蔽。

1.電磁屏蔽的意義

電磁屏蔽是利用屏蔽體來阻擋或減小電磁能量傳輸?shù)囊环N技術(shù)，是抑制電磁干擾的重要手段之一。從電磁場理論的觀點(diǎn)可以認(rèn)為，有兩個(gè)電磁空間，在其分界面上存在一物體，如果因該物體的存在而能將這兩個(gè)電磁空間看成是相互獨(dú)立存在的，那么這個(gè)界面就被稱為屏蔽，而分界面上所存在的物體就被稱為屏蔽體。

2.電磁屏蔽的目的

電磁屏蔽的目的包括兩個(gè)方面：一是限制某一區(qū)域內(nèi)部的電磁能量泄漏出該區(qū)域，干擾外部的其他設(shè)備；二是防止區(qū)域外部的電磁能量進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)部，造成對(duì)內(nèi)部設(shè)備的影響。

3.電磁屏蔽的分類

電磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽體對(duì)電磁能量的反射、吸收和引導(dǎo)作用，將屏蔽區(qū)域與其他區(qū)域分開，而這些作用是與屏蔽體結(jié)構(gòu)表面上和屏蔽體內(nèi)感應(yīng)的電荷、電流以及極化現(xiàn)象密切相關(guān)的。按屏蔽原理，屏蔽可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽。電場屏蔽（電屏蔽）是對(duì)電場耦合形成的干擾采取的屏蔽措施，電場耦合是由導(dǎo)體或電路間的分布電容形成的電場相互作用的結(jié)果，主要用于抑制共地電路之間的電場干擾，抑制寄生的電容耦合，包括靜電屏蔽和交變電場屏蔽；磁場屏蔽（磁屏蔽）主要抑制寄生的互感耦合，電感性耦合是由于導(dǎo)體或電路的磁場相互作用的結(jié)果，包括靜磁屏蔽和交變磁場屏蔽；電磁屏蔽是用屏蔽體阻止高頻電磁場的空間傳播的屏蔽措施，通常是指對(duì)輻射場的屏蔽，即對(duì)空間傳輸?shù)慕蛔冸姶艌龅钠帘巍?/p>

4.電磁屏蔽效能

電磁屏蔽效果是用屏蔽效能來衡量的。屏蔽效能是指空間某點(diǎn)上未加屏蔽時(shí)的電場強(qiáng)度E0（或磁場強(qiáng)度H0）與加屏蔽后該點(diǎn)的電場強(qiáng)度E1（或磁場強(qiáng)度H1）的比值，用SE表示，即（2.1）

由于屏蔽前后場強(qiáng)相差的倍數(shù)很大，因而屏蔽效能的量值很寬，工程中常常以分貝（dB）為單位來計(jì)量，此時(shí)屏蔽效能表示為（2.2）2.3.2電場屏蔽

1.靜電屏蔽

帶電物體周圍存在著電場，處在該電場中的其他物體會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)，受到靜電干擾。當(dāng)這種靜電場的電場強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)就會(huì)擊穿空氣，發(fā)生放電現(xiàn)象,這種靜電放電不僅會(huì)干擾電子系統(tǒng)的工作，而且可能造成器件損壞，影響設(shè)備正常工作，還可能引起其他更為嚴(yán)重的事故。

由于靜電放電時(shí)必然存在放電電流，此電流對(duì)時(shí)間的變化率很大,因此，靜電放電還將對(duì)鄰近的電子設(shè)備造成輻射干擾，這種干擾屬于寬帶干擾。根據(jù)電磁理論可知，處于靜電場中的導(dǎo)體，在靜電平衡的情況下有以下性質(zhì)：

（1）導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)的電場為零。

（2）導(dǎo)體表面上任何一點(diǎn)的電場方向與該點(diǎn)的導(dǎo)體表面垂直。

（3）整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等位體。

（4）導(dǎo)體內(nèi)部沒有靜電荷存在，電荷只能分布在導(dǎo)體表面上。圖2.4主動(dòng)靜電屏蔽圖2.4（b）表示用球形導(dǎo)體殼B包圍帶電體A時(shí)的電力線分布?？梢钥闯觯藢?dǎo)體殼B的壁內(nèi)不存在電場外，其他區(qū)域的電場與圖2.4（a）相同。這說明，單純采用金屬殼將帶電體包圍起來的方法并不能起到屏蔽的作用。

圖2.4（c）表示將導(dǎo)體B接地的情況，此時(shí)導(dǎo)體B的電位為零，導(dǎo)體B外部的電力線消失，即帶電體B所產(chǎn)生的電場被封閉在B導(dǎo)體內(nèi)，從而達(dá)到了屏蔽的目的。因此，靜電屏蔽時(shí)屏蔽體一定要良好接地，否則將起不到屏蔽的作用。上述靜電屏蔽是將電場封閉在屏蔽體內(nèi)，這種屏蔽叫做主動(dòng)屏蔽。將電場擋在屏蔽體以外的屏蔽叫做被動(dòng)屏蔽。被動(dòng)屏蔽的靜電屏蔽原理是，根據(jù)導(dǎo)體在電場中的性質(zhì)，屏蔽導(dǎo)體的整個(gè)表面處于等電位，其內(nèi)部空間就不存在電場，實(shí)現(xiàn)了對(duì)外界電場的屏蔽。為了使屏蔽體的電位與地電位相等，常常將屏蔽體接地。

2.交變電場屏蔽

設(shè)有一干擾源，它周圍產(chǎn)生一交變電場。處在該電場中的其他電子設(shè)備（感受器）都會(huì)通過干擾源與其自身之間的分布電容受到干擾，這種干擾叫做電容性耦合干擾，實(shí)質(zhì)上是一種電場感應(yīng)，可用電場屏蔽來消除或減弱這種干擾。

圖2.5說明了電容性耦合干擾原理。設(shè)A為一干擾源，其干擾交變電壓為UA。在其附近有一感受器B，它與地之間的分布電容為C2，干擾源A與受感器B之間的分布電容為C1,UA、C1、C2通過地構(gòu)成耦合回路，如圖2.5所示。圖2.5電容性耦合干擾原理

感受器B上產(chǎn)生的干擾電壓為（2.3）從式（2.3）中可以看出，干擾源與感受器之間的分布電容越大，干擾越嚴(yán)重。為了減小這種干擾（減小UB），可使干擾源與感受器之間的距離盡可能遠(yuǎn)些，這樣可以減小二者之間的分布電容，同時(shí)可將感受器（敏感元件）貼近金屬板或地線布置，即盡量增大C2。當(dāng)仍無法滿足要求時(shí)，可采用電場屏蔽的方法。

在干擾源和感受器之間加一足夠大的導(dǎo)體板S作為屏蔽體，如圖2.6所示。C1’為放置屏蔽后干擾源與感受器之間的分布電容，由于屏蔽體足夠大，C1’可不考慮。C3、C5分別為干擾源與屏蔽體、感受器與屏蔽體之間的分布電容，C4為屏蔽體與地之間的分布電容。圖2.6靜電屏蔽原理圖（屏蔽體不接地）當(dāng)屏蔽體不接地時(shí)，通過計(jì)算可以得到：（2.4）（2.5）

（2.6）

顯然有C5>C1，因?yàn)槠帘谓饘侔咫x干擾源比感受器離干擾源更近，且屏蔽體的尺寸比感受器的尺寸大，比較式（2.3）和式（2.6）可以看出，加了不接地的屏蔽體后，不但沒有起到屏蔽作用，反而增大了干擾。這是因?yàn)樵黾恿瞬唤拥氐膶?dǎo)體板后增加了干擾源與受感器之間的耦合。

屏蔽體良好接地的情況如圖2.7所示。圖2.7靜電屏蔽原理圖（屏蔽體接地）當(dāng)屏蔽體良好接地時(shí)，屏蔽體對(duì)地的電容C4趨向無窮大，屏蔽體的電位趨于零。感受器上的電壓也趨于零，屏蔽體起到良好的屏蔽作用。但屏蔽金屬板不是無窮大，A、B間存在剩余電容C1’，則：（2.7）如果感應(yīng)源與感受器之間不是加屏蔽金屬板，而是用金屬殼體（金屬罩）將感受器B封閉起來，并且金屬罩良好接地，同樣可以起到良好的屏蔽作用。這是因?yàn)榻饘贇そ拥睾驝2變?yōu)闊o窮大，由式（2.6）可得干擾電壓趨于零。

3.電場屏蔽設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)以上分析可以得出如下結(jié)論：電屏蔽的實(shí)質(zhì)是干擾源發(fā)出的電力線被終止于屏蔽體，從電路觀點(diǎn)分析，屏蔽體起著減小干擾源和感受器之間分布電容的作用；屏蔽金屬板不接地，不僅沒有起到屏蔽作用，反而加強(qiáng)了耦合干擾；若金屬板不是直接接地，而是通過導(dǎo)線接地，接地阻抗將影響屏蔽效能；若要提高屏蔽效能，可用金屬罩代替金屬板，并保證金屬罩良好接地；布局時(shí)，應(yīng)使干擾源和感受器盡可能遠(yuǎn)離；使敏感導(dǎo)線或元件貼近金屬板或靠近地線布置。由此，在進(jìn)行電場屏蔽時(shí)必須注意以下設(shè)計(jì)要點(diǎn):

（1）屏蔽體必須良好接地。接地導(dǎo)線應(yīng)盡可能短而寬，通?？刹捎脦钜€，并進(jìn)行焊接處理。

（2）正確選擇接地點(diǎn)。屏蔽體接地點(diǎn)應(yīng)靠近被屏蔽元件的入地點(diǎn)，以避免大的地電流。

（3）合理設(shè)計(jì)屏蔽體的形狀。盒狀結(jié)構(gòu)的屏蔽體比板狀結(jié)構(gòu)屏蔽體的屏蔽效果好；全密封屏蔽體的屏蔽效果優(yōu)于開有窗孔和縫隙的屏蔽體。

（4）應(yīng)注意屏蔽體材料的選擇。屏蔽體材料應(yīng)選良導(dǎo)體，如銅、鋁等。在高頻時(shí)，屏蔽體表面應(yīng)鍍銀。2.3.3磁場屏蔽

磁場屏蔽簡稱為磁屏蔽，用以衰減恒定磁場和低頻磁場等產(chǎn)生的干擾，即抑制寄生的互感耦合。磁場耦合為互感性耦合，是導(dǎo)體或電路之間的磁場相互作用的結(jié)果。

在載有電流的導(dǎo)線或線圈周圍都存在著磁場，如果電流發(fā)生變化，其周圍就會(huì)產(chǎn)生交變的磁場。處在該磁場中的導(dǎo)線或線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，當(dāng)這些導(dǎo)線或線圈構(gòu)成閉合回路時(shí)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。即使是恒定磁場，當(dāng)處在該磁場中的導(dǎo)線或線圈發(fā)生振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢或感應(yīng)電流，這就是磁場干擾的原理。

減小磁場干擾的方法就是進(jìn)行磁場屏蔽。磁場屏蔽包括靜磁屏蔽和低頻磁屏蔽（小于100kHz）。

1.靜磁屏蔽

由于鐵磁材料的磁阻比空氣的磁阻小得多，磁力線集中于屏蔽體內(nèi),屏蔽體外的磁場變量很弱，從而達(dá)到磁屏蔽的目的。罐形磁芯就是應(yīng)用了這種原理，用罐形磁芯做電感或變壓器的磁芯具有較好的磁屏蔽作用。

2.低頻磁場屏蔽

低頻磁屏蔽的分析方法可以采用磁路的分析方法，也可以采用場的分析方法。（1）低頻磁屏蔽可以利用鐵磁性物質(zhì)（如鐵、硅鋼片等）磁導(dǎo)率高、磁阻小的性質(zhì)，對(duì)干擾磁場進(jìn)行旁路，讓磁場通過磁屏蔽體，從而減小外面的磁場，實(shí)現(xiàn)磁場屏蔽。（2）電場干擾是通過干擾源與感受器之間的分布電容耦合形成的，而磁場干擾則是通過干擾源與感受器之間的互感耦合形成的。干擾源的電流產(chǎn)生磁場，如果電流是交變的，則產(chǎn)生的磁場也是交變的。處于這種交變磁場中的回路就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。根據(jù)電磁場理論可以寫出交變場產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為（2.8）式中：M為兩電路之間的互感；I為干擾回路中的電流；ω為時(shí)變場的角頻率。

這種耦合是通過互感M進(jìn)行的，所以這種干擾叫做電感性耦合干擾。

對(duì)于較高頻率磁場（>100kHz～1MHz）的干擾，可以讓屏蔽體內(nèi)流過與干擾電流大小相等、方向相反的磁場，以抵消干擾磁場的影響。

3.磁場屏蔽設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)以上分析可以得出如下結(jié)論：頻率較低時(shí)，利用屏蔽體對(duì)磁路的分路作用，可采用導(dǎo)磁率高的鐵磁材料制成屏蔽體；頻率較高時(shí)，利用屏蔽體對(duì)磁場的排斥作用，可采用導(dǎo)電性好的非磁性金屬材料制成屏蔽體。因此，在進(jìn)行磁場屏蔽時(shí)必須注意以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）根據(jù)屏蔽磁場的頻率高低，正確利用屏蔽原理。

（2）合理選擇、使用屏蔽體材料。

（3）合理設(shè)計(jì)屏蔽體的厚度。

（4）合理布置接縫與磁場的相對(duì)位置。

（5）正確布置通風(fēng)孔洞。

（6）合理選擇屏蔽體結(jié)構(gòu)與工藝。2.3.4電磁屏蔽

隨著頻率的增高，一些有源器件的輻射能力增強(qiáng)，產(chǎn)生輻射電磁場。若感受器距干擾源較遠(yuǎn)，這種場可視為遠(yuǎn)場干擾，電場、磁場均不能忽略，因而就要對(duì)電場和磁場同時(shí)屏蔽。設(shè)備內(nèi)部在高頻頻段也有可能形成遠(yuǎn)場干擾，可采用良好的導(dǎo)電材料作為電磁屏蔽材料，同時(shí)具有對(duì)電場和磁場的屏蔽作用。

電磁屏蔽的目的是限制電子設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部輻射的電磁能量對(duì)外泄漏；防止外部的輻射干擾進(jìn)入電子設(shè)備內(nèi)部。

1.電磁輻射干擾源

電磁輻射干擾源歸納起來主要包括兩類：第一類是電偶極子（基本電振子）輻射；第二類是磁偶極子（基本磁振子，即小電流環(huán)）輻射。對(duì)于近區(qū)場，電偶極子為高阻抗源，干擾場以電場為主；磁偶極子為低阻抗源，干擾場以磁場為主；對(duì)于遠(yuǎn)區(qū)場，電偶極子和磁偶極子輻射場的性質(zhì)相同，都可視為平面電磁波。

2.電磁屏蔽原理

電磁屏蔽可以用金屬板或金屬罩將感受器和感應(yīng)源分隔，并可靠接地來實(shí)現(xiàn)。

設(shè)有一厚度為t的無限大金屬板將空間分為兩部分，感應(yīng)源和感受器分別位于這兩個(gè)空間中。設(shè)定感應(yīng)源在左部，感應(yīng)源發(fā)出的高頻電磁波P自左向右傳播至金屬板的左表面。

由于空氣和金屬材料是兩種不同的介質(zhì)，高頻電磁波在金屬板的左表面產(chǎn)生反射，一部分電磁波P1（反射波）因反射向左傳播，另一部分電磁波P2進(jìn)入金屬內(nèi)部，繼續(xù)向右傳播。電磁波P2經(jīng)過厚度為t的金屬板后衰減為P3，在金屬板的右界面，又有一部分電磁波P4反射回金屬板向左傳播，另一部分電磁波P5穿過右界面繼續(xù)向右傳播。圖2.8電磁屏蔽原理

3.電磁屏蔽的計(jì)算

屏蔽效能的計(jì)算屬于求解電磁場的邊值問題，一般情況下，只能求解幾種形狀較為規(guī)則的屏蔽體（無限大金屬平板、導(dǎo)體球殼等），得出一些結(jié)論和公式，求出其近似解。

1）電磁屏蔽效果的計(jì)算

設(shè)金屬板的吸收損耗為A，反射損耗為R，則屏蔽效果S可表示為（2.9）可見，電磁波的反射和吸收損耗越大，電磁屏蔽效果越好。（1）反射損耗計(jì)算。

當(dāng)感應(yīng)源到金屬屏蔽板的距離較近時(shí)，則傳到金屬板的電磁波為球面波，即為近場。

若此時(shí)感應(yīng)源是高電位小電流元件（如偶極子天線，輸出為高阻抗），則近場主要是電場，其反射損耗公式為：（2.10）式中：R為金屬板的反射損耗（單位為dB）；r為感應(yīng)源到屏蔽金屬板的距離（單位為m）；f為感應(yīng)源的頻率（單位為Hz）；σr為金屬材料對(duì)銅的相對(duì)電導(dǎo)率；μr為金屬材料對(duì)真空（空氣）的相對(duì)磁導(dǎo)率。若此時(shí)感應(yīng)源是低電位大電流元件（如環(huán)形天線，輸出為低阻抗），則近場主要是磁場，其反射損耗公式為（2.11）當(dāng)感應(yīng)源到屏蔽金屬板的距離較遠(yuǎn)時(shí)，則傳到金屬板的電磁波可視為平面波，即為遠(yuǎn)場。遠(yuǎn)場的反射損耗公式為（2.12）可見，反射損耗的大小不僅與電磁波的頻率有關(guān)，還與金屬板的形狀及其與感應(yīng)源的距離有關(guān)。（2）吸收損耗計(jì)算。

通過分析、計(jì)算，可得到金屬板的吸收損耗的公式為（2.13）式中：A為金屬板的吸收損耗（單位為dB）；t為金屬板的厚度（單位為mm）；f為感應(yīng)源的頻率（單位為Hz）；σr為金屬材料對(duì)銅的相對(duì)電導(dǎo)率；μr為金屬材料對(duì)真空（空氣）的相對(duì)磁導(dǎo)率?？梢?，吸收損耗的大小與屏蔽金屬板的厚度、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率有關(guān)。幾種常用金屬材料的相對(duì)電導(dǎo)率和相對(duì)磁導(dǎo)率及屏蔽厚度的典型值如表2.2所示。(3)屏蔽罩厚度計(jì)算。

根據(jù)式（2.13）整理可得屏蔽罩厚度計(jì)算公式為（2.14）

表2.2常用金屬材料的相對(duì)電導(dǎo)率、

相對(duì)磁導(dǎo)率及屏蔽厚度的典型值

2）設(shè)計(jì)舉例

例2.1假設(shè)某感應(yīng)源的工作頻率為1MHz，若用鋁做屏蔽盒，要求屏蔽效果為200dB，求屏蔽盒所需厚度。

解本例是對(duì)感應(yīng)源的屏蔽，電磁波在屏蔽盒的內(nèi)部，盒外的電磁場是盒內(nèi)的電磁場經(jīng)屏蔽盒的吸收損耗后穿出的電磁場，故在設(shè)計(jì)屏蔽盒的厚度時(shí)，必須保證吸收損耗在200dB以上方可，即A=S=200dB。從表2.2可查得σr＝0.63，μr＝1，則根據(jù)吸收損耗的計(jì)算公式可得鋁制屏蔽盒的厚度應(yīng)選用1.92mm以上。

4.電磁屏蔽設(shè)計(jì)程序

(1）確定屏蔽效能值。

根據(jù)電子設(shè)備或系統(tǒng)中電路單元、部件的工作環(huán)境和電磁兼容性要求，提出確保電子設(shè)備或系統(tǒng)正常運(yùn)行所必需的屏蔽效能值。

（2）確定屏蔽類型。

根據(jù)所需的屏蔽效能值確定屏蔽類型。對(duì)于屏蔽要求不高的設(shè)備，可采用導(dǎo)電塑料制成的機(jī)殼殼體；對(duì)于屏蔽要求高的設(shè)備，可采用薄金屬板制成的機(jī)殼殼體；對(duì)于屏蔽要求很高的設(shè)備或部件，則應(yīng)采用雙層屏蔽或多層屏蔽結(jié)構(gòu)。（3）確定屏蔽體的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)。

根據(jù)屏蔽體的功能、允許的屏蔽空間，確定屏蔽體的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)形式。

（4）確定屏蔽體的材料和壁厚。

根據(jù)干擾場源的特性和所處的場區(qū)，合理選擇屏蔽體的材料、壁厚，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有一定的余量。

（5）進(jìn)行屏蔽體的完善性設(shè)計(jì)。

5.屏蔽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）電磁場的屏蔽對(duì)屏蔽盒的要求較高，屏蔽罩應(yīng)將被屏蔽的元器件全部封閉起來，以保證良好的屏蔽效果。

（2）為了抑制電磁干擾，高頻電路的線圈應(yīng)裝在由導(dǎo)電性能好的銅或鋁制作的屏蔽罩中。屏蔽體應(yīng)妥善固定，并注意高頻線圈在屏蔽盒內(nèi)的安裝方向。

（3）屏蔽體應(yīng)保證較高的嚴(yán)密性，防止高頻電磁波泄漏。

（4）被屏蔽的元件或電路如果產(chǎn)生較大的熱量，設(shè)計(jì)屏蔽罩時(shí)應(yīng)考慮散熱。可將屏蔽罩涂黑處理，也開設(shè)通風(fēng)小孔，以利于散熱。 2.4電磁兼容測量方法

2.4.1電磁兼容測量基本概念

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，治理電磁環(huán)境污染和進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)已引起各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。電磁兼容性（EMC）已成為評(píng)價(jià)電子產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)或性能指標(biāo)的依據(jù)。

為了測量和消除電磁干擾，必須弄清干擾傳播的途徑和干擾的機(jī)理，對(duì)各種干擾現(xiàn)象迅速地做出判斷，采取正確的措施消除干擾。

1.電磁干擾的形成條件

形成電磁干擾必須同時(shí)具備三個(gè)條件：

（1）干擾源（感應(yīng)源）：會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的元器件和電路；

（2）接收器（感受器）：對(duì)電磁干擾敏感的元器件和電路；

（3）傳播途徑：電磁干擾從干擾源傳播到接收器上的途徑。

2.電磁干擾的傳播途徑

電磁干擾的傳播途徑分為兩種：傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。

傳導(dǎo)干擾是干擾信號(hào)通過金屬線路傳播的，即干擾源和接收器之間有完整的電路連接，包括導(dǎo)線、供電系統(tǒng)、公共阻抗、設(shè)備機(jī)殼、金屬支架、接地線、變壓器、互感和電容等集中元器件。只要共用一個(gè)返回通路，將兩個(gè)電路直接連起來，就會(huì)形成傳導(dǎo)干擾耦合。

輻射干擾是干擾以電磁波的形式通過空間傳播的。

通常用傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射來描述電子設(shè)備的發(fā)射特性，用傳導(dǎo)敏感度和輻射敏感度來描述電子設(shè)備的接收特性。任何一部電子設(shè)備可能既是發(fā)射器，又是接收器，都可以從這四個(gè)方面來描述其電磁兼容性，電磁干擾傳輸過程如圖2.9所示。圖2.9干擾傳播途徑及測試類型示意圖2.4.2電磁兼容性測量目的及分類

1.測量目的

電磁兼容性測量就是要找出干擾源、干擾途徑以及抗干擾的程度，采用屏蔽、濾波、接地等措施，抑制電磁干擾，消除或減弱干擾耦合，增強(qiáng)敏感電路的抗擾度。

電磁干擾種類繁多，不同的電磁干擾具有不同的頻譜和傳播途徑，應(yīng)采取不同的抑制措施。在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)大量的元器件都處在很小的空間中，元器件之間以及導(dǎo)線之間距離很近，通過電磁場產(chǎn)生的耦合可以看成是近場。線路特性是隨著頻率變化而變化的，頻率較低時(shí)，可將傳輸線視為集中參數(shù)回路，但在高頻時(shí)，就必須考慮分布參數(shù)和集膚效應(yīng)，因此在處理電磁干擾時(shí)，導(dǎo)線不能視為純導(dǎo)體，還應(yīng)考慮其阻抗特性。電磁耦合的程度取決于自感、互感和耦合電容的大小等。

2.測量條件

EMC測試必須有精確的測量儀器，還要具備符合要求的測量實(shí)驗(yàn)室（或場地）和規(guī)定嚴(yán)格的測量方法。沒有合格的測量場地和不按規(guī)定的測量方法進(jìn)行測試，即使有了精確的測量設(shè)備也測不準(zhǔn)確。

不同的電子設(shè)備和不同的使用場合，依據(jù)的測量標(biāo)準(zhǔn)也不一樣。要測量某一電子設(shè)備的EMC性能，首先要確定測量標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)確定后測量方法和測量設(shè)備及測量場地也就確定了，因此，EMC測量必須具備測量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、測量設(shè)備和測量場地。

3.測試分類

電磁兼容性測試根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，有許多種測量方法，歸納起來可分為四類：傳導(dǎo)發(fā)射測試、輻射發(fā)射測試、傳導(dǎo)敏感度（抗擾度）測試和輻射敏感度（抗擾度）測試。四種測試方法之間的關(guān)系如圖2.9所示。

EMC測試根據(jù)產(chǎn)品的不同研制階段可分為預(yù)兼容測試和標(biāo)準(zhǔn)測試兩種。預(yù)兼容測試是在產(chǎn)品研制過程中進(jìn)行的，使用的測量儀器比較簡單，目的是確定電路板、機(jī)箱、連接器等是否有干擾產(chǎn)生或電磁泄漏，部件組裝之后其周圍是否有較大的輻射電磁場，以及確定干擾發(fā)射源的位置和敏感部件周圍的電磁環(huán)境，以便有針對(duì)性地采取EMC改進(jìn)措施，選擇合適的器件和方法，限制干擾源，保護(hù)敏感器件，達(dá)到相互之間的電磁兼容性。

標(biāo)準(zhǔn)測試通常在產(chǎn)品的完成、定型階段進(jìn)行，按照產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的測量標(biāo)準(zhǔn)要求，測試產(chǎn)品的輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射是否在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值以下，抗干擾能力是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。此類測試考核產(chǎn)品整體的電磁兼容性指標(biāo)，使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量儀器和測量方法。2.4.3電磁兼容測量方法

1.測試步驟

確定并進(jìn)行一項(xiàng)EMC測試實(shí)驗(yàn)，應(yīng)遵循一套程序來實(shí)現(xiàn)，通常有以下幾個(gè)步驟。

（1）制定試驗(yàn)大綱和測試細(xì)則。

試驗(yàn)大綱通常由用戶方制定，根據(jù)被測件的性質(zhì)、用途、分類提出測試要求，確定實(shí)驗(yàn)的等級(jí)、測試的范圍（如頻段、場強(qiáng)等）、使用的標(biāo)準(zhǔn)、被測件的數(shù)量、工作的狀態(tài)、敏感性監(jiān)測的方法等，以指導(dǎo)試驗(yàn)的進(jìn)行和設(shè)計(jì)，編寫測試細(xì)則，也可作為存檔的資料。測試細(xì)則通常由測試方編寫，根據(jù)被測方試驗(yàn)方案給出的信息及提出的測試項(xiàng)目，安排測試有關(guān)事宜，從不具破壞性的傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射測試開始，需要處理、剝開電源線或因施加干擾可能導(dǎo)致被測件出現(xiàn)故障以致?lián)p壞的抗擾度測試項(xiàng)目通常放在最后進(jìn)行。對(duì)小型測試，只測單臺(tái)儀器或摸底測試，可不做書面的測試細(xì)則（比如完全按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行），但以上安排仍然存在。（2）確定所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。

可根據(jù)產(chǎn)品的分類，按照相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行EMC測試，測試標(biāo)準(zhǔn)中包含兩方面的信息：一是測試要求，它給出產(chǎn)品必須符合或滿足的極限值；二是測試方