目錄

1.1 什么是電磁兼容（EMC）

1.2 各種各樣的“干擾”

1.3 電磁兼容三要素

1.4 什么是分貝

1.5 天線

1.1 什么是電磁兼容（EMC）

電磁兼容(Electro Magnetic Compatibility，EMC)是電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)的一種重要的技術(shù)性能。其定義為：

設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。

① 電磁干擾（Electro Magnetic Interference，EMI）

，是指任何在傳導(dǎo)或電磁場(chǎng)伴隨著電壓、電流的作用而產(chǎn)生會(huì)降低某個(gè)裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的性能，或可能對(duì)生物或物質(zhì)產(chǎn)生不良影響的電磁現(xiàn)象。相對(duì)應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型及標(biāo)準(zhǔn)不同而不同。

② 電磁抗擾度（Electro Magnetic Susceptibility，EMS），

是指處在一定環(huán)境中的設(shè)備或系統(tǒng)，在正常運(yùn)行時(shí)，承受相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)規(guī)定范圍內(nèi)的電磁能量干擾的能力。

1.2 各種各樣的“干擾”

使用吹風(fēng)機(jī)時(shí)收音機(jī)會(huì)出現(xiàn)“啪啦，啪啦”的噪聲，原因是吹風(fēng)機(jī)的電機(jī)產(chǎn)生的微弱（低強(qiáng)度高頻的）電壓/電流變化通過(guò)電源線傳遞進(jìn)入收音機(jī)，以噪聲的形式表現(xiàn)出來(lái)。

這種由一個(gè)設(shè)備中產(chǎn)生的電壓/電流通過(guò)電源線、信號(hào)線傳導(dǎo)并影響其他設(shè)備時(shí)，將這個(gè)電壓/電流的變化稱(chēng)為

“傳導(dǎo)干擾”。

“對(duì)付”這種干擾通常采用給干擾源及被干擾設(shè)備的電源線等安裝濾波器，阻止傳導(dǎo)干擾的傳輸。當(dāng)信號(hào)線上出現(xiàn)噪聲時(shí)，可將信號(hào)線改為光纖，這樣也能隔斷傳輸途徑。 在使用手機(jī)時(shí)，旁邊的電視機(jī)CRT圖像會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，揚(yáng)聲器中也會(huì)發(fā)出“嘟嘟嘟”的噪聲，這是因?yàn)?/p>

手機(jī)工作時(shí)的信號(hào)通過(guò)空間以電磁場(chǎng)的形式傳輸?shù)诫娨暀C(jī)內(nèi)部。

當(dāng)汽車(chē)從附近道路經(jīng)過(guò)時(shí)，電視會(huì)出現(xiàn)雪花狀干擾，這是因?yàn)槠?chē)點(diǎn)火裝置的脈沖電流產(chǎn)生了電磁波，傳到空間再傳到附近的電視天線、電路上，產(chǎn)生了干擾電壓/電流。

像這種通過(guò)空間傳播，并且對(duì)其他設(shè)備電路產(chǎn)生無(wú)用電壓/電流，造成危害的干擾稱(chēng)為

“輻射干擾”

。

輻射現(xiàn)象的產(chǎn)生必然有天線與源存在。像這種傳播途徑是空間的干擾，可以通過(guò)屏蔽的手段來(lái)解決。 通過(guò)上述內(nèi)容不難看出，電磁干擾的根源其實(shí)就是電壓/電流產(chǎn)生不必要的變化。這種變化通過(guò)電纜（電源線或信號(hào)線）直接傳遞給其他設(shè)備，造成危害，稱(chēng)為

“傳導(dǎo)干擾”。

另外，由于電壓/電流變化而產(chǎn)生的電磁波通過(guò)空間傳播到其他設(shè)備中，在其導(dǎo)線或電路上產(chǎn)生不必要的電壓/電流，并造成危害的干擾稱(chēng)為“輻射干擾”。在實(shí)際中干擾類(lèi)型的區(qū)分并不是這樣簡(jiǎn)單。

某些數(shù)字視聽(tīng)設(shè)備（例如液晶電視等）的干擾源，雖然是在設(shè)備內(nèi)部電路上流動(dòng)的數(shù)字信號(hào)的電壓/電流，但這些干擾以傳導(dǎo)干擾的方式通過(guò)電源線或信號(hào)線泄漏，直接傳遞給其他設(shè)備。同時(shí)這些導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁波以輻射干擾的形式危及附近的設(shè)備。而且數(shù)字視聽(tīng)設(shè)備本身內(nèi)部電路也產(chǎn)生電磁波，以輻射的形式危及其他設(shè)備。 輻射干擾現(xiàn)象的產(chǎn)生和天線是緊密相連的，

根據(jù)天線理論，如果導(dǎo)線的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)相等，就容易產(chǎn)生電磁波。

例如，數(shù)米長(zhǎng)的電源線就會(huì)產(chǎn)生30～300MHz頻帶的輻射發(fā)射。比此頻率低的頻段，因波長(zhǎng)較長(zhǎng)，當(dāng)電源線中流過(guò)同樣的電流時(shí)，不會(huì)輻射很強(qiáng)的電磁波。所以在30MHz以下的低頻段主要是傳導(dǎo)干擾。

輻射干擾是比傳導(dǎo)干擾還要嚴(yán)重的問(wèn)題，

因?yàn)樵?0～300MHz寬帶內(nèi)電源線泄漏的干擾可以轉(zhuǎn)變成電磁波發(fā)射到空間。在比此更高的頻率上，比電源線尺寸更小的設(shè)備內(nèi)部電路會(huì)產(chǎn)生輻射干擾，對(duì)其他設(shè)備造成危害。

綜合起來(lái)就是當(dāng)設(shè)備和導(dǎo)線的長(zhǎng)度比波長(zhǎng)短時(shí)，主要問(wèn)題是傳導(dǎo)干擾，當(dāng)它們的尺寸比波長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)，主要問(wèn)題是輻射干擾。

圖1-1所示為各種電子干擾的現(xiàn)象。

圖1-1 各種電子干擾

環(huán)境中還存在著一些短暫的高能量脈沖干擾，這些干擾對(duì)電子設(shè)備的危害很大，這種干擾一般稱(chēng)為

瞬態(tài)干擾

。瞬態(tài)干擾既可以通過(guò)電纜（包括電源線和信號(hào)線）進(jìn)入設(shè)備，也可以以寬帶輻射干擾的形式對(duì)設(shè)備造成影響。例如，汽車(chē)點(diǎn)火裝置和直流電動(dòng)機(jī)電刷產(chǎn)生的電火花對(duì)收音機(jī)的干擾。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，雷電、靜電放電、電力線上的負(fù)載通斷（特別是感性負(fù)載）、核電磁脈沖等都是產(chǎn)生瞬態(tài)干擾的原因。可見(jiàn)瞬態(tài)干擾是指時(shí)間很短但幅度較大的電磁干擾。

設(shè)備需要通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證的瞬態(tài)干擾抗擾度有三種：各類(lèi)電快速瞬變脈沖（EFT）、各類(lèi)浪涌（SURGE）、靜電放電（ESD）。圖1-2所示為常見(jiàn)干擾源。

圖1-2所示為常見(jiàn)干擾源。

1.3 電磁兼容三要素

產(chǎn)生電磁兼容（或者說(shuō)電磁干擾）問(wèn)題，必須同時(shí)具備三個(gè)條件：

① 干擾源：產(chǎn)生干擾的電路或設(shè)備；② 敏感源：受這種干擾影響的電路或設(shè)備；③ 耦合路徑：能夠?qū)⒏蓴_源產(chǎn)生的干擾能量傳遞到敏感源的路徑。

以上三個(gè)條件就是電磁兼容的三要素，只要將這三個(gè)要素中的一個(gè)去除掉，那么，電磁干擾的問(wèn)題就不復(fù)存在了。電磁兼容技術(shù)就是通過(guò)研究每個(gè)要素的特點(diǎn)，提出消除每個(gè)要素的技術(shù)手段，以及這些技術(shù)手段在實(shí)際工程中的實(shí)現(xiàn)方法。

產(chǎn)生電磁干擾的條件：① 突變的電壓或電流（即dv/dt或di/dt很大）；② 輻射天線或傳導(dǎo)導(dǎo)體。

當(dāng)電壓或電流發(fā)生迅速變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電磁輻射現(xiàn)象，導(dǎo)致電磁干擾。因此，最近電磁干擾問(wèn)題日益突出的主要原因之一就是脈沖電路的大量應(yīng)用。凡是這種電壓或電流突然變化的環(huán)境，都要考慮電磁干擾問(wèn)題，例如：

① 數(shù)字脈沖電路，隨著產(chǎn)品的信息化和智能化發(fā)展，這種電路無(wú)所不在；② 工作在開(kāi)關(guān)模式的電源（開(kāi)關(guān)電源），包括AC/DC變換器、DC/DC變換器；③ 電感性負(fù)載的接通和斷開(kāi)。1.4 什么是分貝

在電磁兼容分析中，分貝（dB）是比較常用的物理量，對(duì)dB有一個(gè)正確的理解是十分必要的。例如對(duì)傳導(dǎo)干擾的限值為dBμV或dBμA，對(duì)輻射干擾的限值為dBμV/m，金屬機(jī)箱的屏蔽效能和濾波器的插入損耗也都用dB來(lái)衡量等。并且，就連頻譜分析儀的幅度顯示刻度一般也是以dB來(lái)標(biāo)示的。在實(shí)際工程中，有許多錯(cuò)誤也都是由于對(duì)dB的錯(cuò)誤理解所造成的。

分貝的定義如下：分貝數(shù)=10lg (P2/P1) dB

式中，P2和P1表示進(jìn)行比較的兩個(gè)功率值，如果P2大于P1，分貝數(shù)即為正，表示有功率增益；如果P2小于P1，分貝數(shù)即為負(fù)，表示功率發(fā)生損耗。從定義中可知，分貝實(shí)際就是兩個(gè)數(shù)值的比值，分貝數(shù)只表示兩個(gè)數(shù)值的比值的大小，并沒(méi)有給予對(duì)數(shù)量絕對(duì)值的概念。要牢記這一點(diǎn)，這在電磁兼容實(shí)踐中是十分重要的。在電路分析中，電壓和電流的單位用得最多，因此，常用分貝來(lái)表示電壓/電流的增益。由于電壓和電流的平方對(duì)應(yīng)功率，因此，對(duì)電壓/電流增益使用分貝時(shí)，定義如下：

電壓增益的分貝數(shù)=20lg (V2/V1) dB電流增益的分貝數(shù)=20lg (I2/I1) dB

分貝也可以表示物理量的絕對(duì)數(shù)值，這里包含著一個(gè)比較基準(zhǔn)，在使用這個(gè)物理量時(shí)，需要清楚這個(gè)基準(zhǔn)是多少。通常，以“1”為參考值，這時(shí)常用物理量的單位就變成用分貝表示的形式了，見(jiàn)表1-1。表1-1 以“1”為參考值時(shí)常用物理量單位轉(zhuǎn)換成用分貝表示的形式

1.5 天線

電子、電氣設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種伴隨電磁輻射，這種輻射并不是設(shè)備為了完成預(yù)定的功能而必須發(fā)射的。伴隨輻射是一類(lèi)主要的干擾源，所有的電子設(shè)備都必須盡量消除這種輻射。為了消除這種輻射干擾，我們需要了解電磁波輻射的條件。電磁波輻射有兩個(gè)必要的條件，那就是天線和流過(guò)天線的交變電流。在實(shí)際的設(shè)備中存在著許多寄生天線，這就是電氣、電子設(shè)備在工作時(shí)產(chǎn)生伴隨電磁輻射的原因。避免產(chǎn)生寄生天線，也是做電磁兼容設(shè)計(jì)的目的之一，分析和解決電磁兼容問(wèn)題的一項(xiàng)主要內(nèi)容就是發(fā)現(xiàn)和去除一些寄生的天線結(jié)構(gòu)。如果不能徹底去除寄生天線結(jié)構(gòu)，也應(yīng)該避免交變電流進(jìn)入天線，降低它們的輻射效率。為了達(dá)到目的，我們首先需要認(rèn)識(shí)一下天線的結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)什么樣的結(jié)構(gòu)能起到天線的作用。電偶極和電流環(huán)是兩個(gè)基本的天線結(jié)構(gòu)，如圖1-3所示。圖1-4為我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的電視天線實(shí)物。

圖1-3 基本天線結(jié)構(gòu)

圖1-4 電視天線單極天線形式是只有一根金屬導(dǎo)體，另一根金屬導(dǎo)體由大地或附近的其他大型金屬物體充當(dāng)，它是電偶極天線的一種變形。單極天線的輻射效率要低一些，但是輻射特性與偶極天線的基本相同。

電流環(huán)天線在電路中隨處可見(jiàn)，因?yàn)槿魏我粋€(gè)電路回路都可以構(gòu)成一個(gè)輻射天線。控制電流回路的面積是減小電流環(huán)路輻射的有效方法。在進(jìn)行線路板設(shè)計(jì)和電纜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該以此為依據(jù)。

其實(shí)之所以存在天線，實(shí)際上就是兩個(gè)導(dǎo)體之間存在電壓。單極天線就是導(dǎo)體和大地之間存在電壓。只要去除兩個(gè)導(dǎo)體之間的電壓，或者去除導(dǎo)體與大地之間的電壓，就能夠減小輻射。屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和搭接設(shè)計(jì)應(yīng)該以此為依據(jù)。

電流環(huán)通常是由電路的工作回路形成的，很容易識(shí)別。偶極和單極天線就不那么容易被發(fā)現(xiàn)了，因?yàn)轵?qū)動(dòng)這種天線的電壓并不是電路的工作電壓，而是一些無(wú)意產(chǎn)生的電壓。

電子產(chǎn)品中常見(jiàn)的寄生偶極天線和單極天線有：線路板上的地線、線路板上的外拖電纜（包括機(jī)箱外拖電纜、I/O電纜和電源線等）、數(shù)字地與模擬地分開(kāi)的線路板、線路板與機(jī)箱連接的導(dǎo)線、金屬機(jī)箱上的孔縫、電路板上較長(zhǎng)的懸空走線、沒(méi)有接地的散熱片等。在電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量消除這些結(jié)構(gòu)或控制它們的輻射。外界電磁場(chǎng)會(huì)在金屬部件上感應(yīng)出電流，因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)的地線設(shè)計(jì)不合理時(shí)，電路的地線因?yàn)橥饨珉姶艌?chǎng)會(huì)在金屬部件上感應(yīng)出電流，當(dāng)系統(tǒng)的地線設(shè)計(jì)不合理時(shí)，電路的地線電流也會(huì)流過(guò)金屬部件，電流流過(guò)阻抗較大的部位（例如金屬部件之間的孔縫或搭接點(diǎn)）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓，因此金屬部件很容易成為偶極或單極天線。

審核編輯 黃宇