EMC基礎(chǔ)知識(shí)介紹：電磁兼容三要素

各位EMC同仁，小編長期混跡于SI/PI領(lǐng)域，初入EMC，請多多指教！本系列順著小編的EMC成長軌跡，給大家推薦幾篇入門級(jí)文章，涵蓋EMC基礎(chǔ)知識(shí)、測試、設(shè)計(jì)等，均是業(yè)內(nèi)廣為流傳的嘔心之作，請各位品鑒！本期主題為EMC基礎(chǔ)知識(shí)介紹。

一.電磁兼容概念

IEC 60050（161）同等于GB/T4365-1995《電磁兼容術(shù)語》對(duì)電磁兼容EMC所下的定義為“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。”電磁兼容是研究在有限的空間、有限的時(shí)間、有限的頻譜資源條件下，各種用電設(shè)備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)；廣義的還包括生物體）可以共存并不致引起降級(jí)的一門科學(xué)。電磁兼容包含以下兩部分。

1. 電磁干擾EMI (ElcetroMagnetic Interference) 電子產(chǎn)品在電磁環(huán)境中干擾其它產(chǎn)品產(chǎn)品的特性。(1)傳導(dǎo)發(fā)射Conducted Emission

指通過一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體（如：電源線、信號(hào)線、控制線或其他金屬體）傳播電磁噪聲能量的過程。從廣義上說， 傳導(dǎo)發(fā)射還包括不同設(shè)備、不同電路使用公共地線或公共電源線所產(chǎn)生的公共阻抗耦合。

(2)輻射發(fā)射Radiated Emission

指以電磁波的形式通過空間傳播電磁噪聲能量的過程。輻射發(fā)射有時(shí)也將感應(yīng)現(xiàn)象包括在內(nèi)。具體包括靜電耦合、磁場耦合以及電磁耦合。

2.電磁敏感度EMS (ElcetroMagnetic Susceptibility) 電子產(chǎn)品在電磁環(huán)境中遭受其它產(chǎn)品干擾的特性。

(1)傳導(dǎo)敏感度Conducted Susceptibility

對(duì)造成設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)性能劣化或不希望有的響應(yīng)所需的傳導(dǎo)干擾電平的度量。

(2)輻射敏感度Radiated Susceptibility

對(duì)造成設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)性能劣化或不希望有的響應(yīng)所需的輻射干擾電平的度量。

二.電磁兼容三要素

1.電磁騷擾源

任何形式的自然或電能裝置所發(fā)射的電磁能量，能使共享同一環(huán)境的人或其它生物受到傷害，或使其它設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降低或失效，即稱為電磁騷擾源。

（1）電磁騷擾源的特性

1） 規(guī)定帶寬條件下的發(fā)射電平

2）頻譜寬度

按照電磁騷擾能量的頻率分布特性,可以確定其頻譜寬度。連續(xù)波騷擾中,交流聲騷擾的頻譜寬度最窄, 而脈沖騷擾中,單位脈沖函數(shù)的頻譜寬度最寬。

3）波形 電磁騷擾有各種不同的波形。波形是決定電磁騷擾頻寬度的一個(gè)重要因素。

4）出現(xiàn)率

電磁騷擾場強(qiáng)或功率隨時(shí)間的分布與電磁騷擾的出現(xiàn)率有關(guān). 按電磁騷擾的出現(xiàn)率可分為周期性騷擾、非周期性騷擾和隨機(jī)騷擾三種類型。

5）輻射騷擾的極化特性

極化特性指在空間給定點(diǎn)上,騷擾場強(qiáng)矢量的方向隨時(shí)間變化的特性,取決于天線的極化特性。當(dāng)騷擾源天線和敏感設(shè)備天線 極化特性相同時(shí),輻射騷擾在敏感設(shè)備輸入端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓最強(qiáng)。

6） 輻射騷擾的方向特性 騷擾源朝空間各個(gè)方向輻射電磁騷擾,或敏感設(shè)備接收來自各個(gè)方向的電磁騷擾的能力是不同的,描述這種輻射能力或接收能力的參數(shù)稱為方向特性。

7）天線有效面積 這是表征敏感設(shè)備接收騷擾場強(qiáng)能力的參數(shù), 顯然,天線有效面積越大,敏感設(shè)備接收電磁騷擾的能力也越強(qiáng)。

（2）電磁騷擾源的分類

1）按電磁騷擾源分類，可分為自然騷擾源、人為騷擾源和瞬態(tài)騷擾源三類。

a.自然騷擾源以其不可控制為特點(diǎn),自然騷擾源根據(jù)其不同的起因和物理性質(zhì)可分為電子噪聲、天電噪聲、地球外噪聲以及沉積靜電等其它自然噪聲共四類。

b.人為騷擾源以其可知并且可控為特點(diǎn),人為騷擾可分為無線電騷擾和非無線電騷擾兩大類。

c.工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用設(shè)備(ISM),車輛、機(jī)動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)裝置, 家用電器、便攜式電動(dòng)工具和類似電器、熒光燈和照明裝置,以及信息技術(shù)設(shè)備是主要的瞬態(tài)騷擾源。

2）按電磁騷擾源的性質(zhì)分類，分為脈沖騷擾源和平滑騷擾源兩類。

3）按電磁騷擾源作用時(shí)間分類, 可分為連續(xù)騷擾源、間歇騷擾源和瞬變騷擾源。

a.連續(xù)騷擾源是長期起作用的電磁騷擾源; b.間歇騷擾源是短期起作用的電磁騷擾源; c. 瞬變騷擾源為作用時(shí)間很短,而且為非周期性的電磁騷擾源。

4）按電磁騷擾源功能性和非功能性，分為功能性騷擾源和非功能性騷擾源。

a.功能性騷擾源是指某系統(tǒng)正常工作的同時(shí),又直接構(gòu)成對(duì)其它系統(tǒng)的騷擾,如無線電臺(tái)、工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)生的騷擾. b.非功能性騷擾源指某系統(tǒng)正常工作時(shí)的“副產(chǎn)品”,如大功率開關(guān)、繼電器等產(chǎn)生的騷擾。

5）按電磁騷擾源傳播的途徑，分為輻射騷擾源和傳導(dǎo)騷擾源，或兩者的組合。

2.耦合途徑

即傳輸電磁騷擾的通路或媒介。

（1）傳導(dǎo)耦合

導(dǎo)線經(jīng)過有干擾的環(huán)境，即拾取干擾信號(hào)并經(jīng)導(dǎo)線傳導(dǎo)到電路而造成對(duì)電路的干擾，稱為傳導(dǎo)耦合，或者叫直接耦合。

在音頻和低頻的時(shí)候，由于電源線、接地導(dǎo)體、電纜的屏蔽層呈現(xiàn)低阻抗，故電流注入這些導(dǎo)體時(shí)容易傳播，當(dāng)噪聲傳導(dǎo)到其他敏感電路的時(shí)候，就能產(chǎn)生干擾作用。在高頻的時(shí)候，導(dǎo)體的電感和電容將不容忽視，感抗隨著頻率的增加而增加，容抗隨著頻率的增加而減小。

解決方法是防止導(dǎo)線的感應(yīng)噪聲，即采用適當(dāng)?shù)钠帘魏蛯?dǎo)線分離，或者在騷擾進(jìn)入明暗電路之前，用濾波的方法將其從導(dǎo)線中除去。

（2）共阻抗耦合

當(dāng)兩個(gè)電路的電流經(jīng)過一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會(huì)影響到另一個(gè)電路。

（3）感應(yīng)耦合

a.電感應(yīng)耦合

干擾電路的端口電壓會(huì)導(dǎo)致干擾回路中的電荷分布，這些電荷產(chǎn)生的電場，得以部分會(huì)被敏感電路拾取，當(dāng)電場隨時(shí)間變化，敏感回路中的時(shí)變感應(yīng)電荷就會(huì)在回路中形成感應(yīng)電流，這種叫做電感應(yīng)容性耦合。解決方法是減小敏感電路的電阻值，改變導(dǎo)線本身的方向性屏蔽或者分隔來實(shí)現(xiàn)。

b.磁感應(yīng)耦合

干擾回路中的電流產(chǎn)生的磁通密度的一部分會(huì)被其他回路拾取，當(dāng)磁通密度隨時(shí)間變化是就會(huì)在敏感回路中出現(xiàn)感應(yīng)電壓，這種回路之間的耦合叫做磁感應(yīng)耦合。主要形式為線圈和變壓器耦合、平行雙線間的耦合等。鐵心損耗常常使得變壓器的作用類似于抑制高頻干擾的低通濾波器。平行線間的耦合是磁感應(yīng)耦合的主要形式。要想減少干擾，必須盡量減少兩導(dǎo)線之間的互感。

（3）輻射耦合

輻射源向自由空間傳播電磁波，感應(yīng)電路的兩根導(dǎo)線就像天線一樣，接受電磁波，形成干擾耦合。干擾源距離敏感電路比較近的時(shí)候，如果輻射源有低電壓大電流，則磁場起主要作用；如果干擾源有高電壓小電流，則電場起主要作用。 對(duì)于輻射形成的干擾，主要采用屏蔽技術(shù)來抑制干擾。

3.敏感設(shè)備（Victim)

指當(dāng)受到電磁騷擾源所發(fā)射的電磁量的作用時(shí)，會(huì)受到傷害的人或其它生物，以及會(huì)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降低或失效的器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)。許多器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)可以既是電磁騷擾源又是敏感設(shè)備。

為了實(shí)現(xiàn)電磁兼容，必須從上面三個(gè)基本要素出發(fā)，運(yùn)用技術(shù)和組織兩方面措施。所謂技術(shù)措施，就是從分析電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備著手，采取有效的技術(shù)手段，抑制騷擾源、消除或減弱騷擾的耦合、降低敏感設(shè)備對(duì)騷擾的響應(yīng)或增加電磁敏感性電平；所謂組織措施，就是制定和遵循一套完整的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行合理的頻譜分配，控制與管理頻譜的使用，依據(jù)頻率、工作時(shí)間、天線方向性等規(guī)定工作方式，分析電磁環(huán)境并選擇布置地域，進(jìn)行電磁兼容性管理等。