電磁兼容設(shè)計(jì)的基本要求解析

1 、引言

對電子、電氣工程師而言，在研究開發(fā)新產(chǎn)品的過程中，僅按照理想情況進(jìn)行目標(biāo)功能和一般性能設(shè)計(jì)是不夠的。這是因?yàn)楦鞣N電子、電氣設(shè)備（或含有電子、電氣部分的設(shè)備）都將實(shí)際工作在電磁環(huán)境之中，它必然受到外界的電磁騷擾，同時(shí)它本身又作為騷擾源去騷擾別的設(shè)備。電磁兼容設(shè)計(jì)就是針對電磁干擾來進(jìn)行的，它與可靠性一樣，要保證設(shè)備或系統(tǒng)在存在電磁干擾的情況下可靠地工作，就必須對它進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。

電磁兼容設(shè)計(jì)也是電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和認(rèn)證制度對產(chǎn)品的要求。電磁兼容性檢測認(rèn)證合格報(bào)告證書，是電子、電氣產(chǎn)品進(jìn)入市場必備的一份通行證。一權(quán)威機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告指出，未進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的電子、電氣產(chǎn)品，其電磁兼容性能指標(biāo)滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的可能性僅為25% 左右。

電磁兼容設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是電磁場理論、電路理論和信號分析等。應(yīng)用中的電磁兼容設(shè)計(jì)包括接地技術(shù)、濾波和吸收技術(shù)、屏蔽和隔離技術(shù)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。電磁兼容設(shè)計(jì)的基本方法有問題解決法、規(guī)范法和系統(tǒng)法。電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括電磁環(huán)境分析、頻率選用、電磁兼容性指標(biāo)和電磁兼容設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用等。

2 、電磁兼容的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

形成電磁干擾必然具備三個(gè)基本要素，即①電磁騷擾源，②耦合途徑或傳播通道，③敏感設(shè)備。電磁兼容設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)就是這三個(gè)基本要素。

1 ）抑制電磁騷擾源的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

盡量去掉對設(shè)備（或系統(tǒng)）工作用處不大的潛在電磁騷擾源，減少騷擾源的個(gè)數(shù)；恰當(dāng)選擇元器件和線路的工作模式，盡量使設(shè)備工作在特性曲線的線性區(qū)域，以使諧波成分降低；對有用的電磁發(fā)射或信號輸出也要進(jìn)行功率限制和頻帶控制；合理選擇電磁波發(fā)射天線的類型和高度，不盲目追求覆蓋面積和信號強(qiáng)度；合理選擇電磁脈沖形狀，不盲目追求上升時(shí)間和幅度；控制產(chǎn)生電弧放電和電火花，宜選用工作電平低的或有觸點(diǎn)保護(hù)的開關(guān)或繼電器，宜選用加工精密的直流電機(jī)；應(yīng)用良好的接地技術(shù)來抑制接地干擾、地環(huán)路干擾并抑制高頻噪聲。

2 ）抑制干擾耦合的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

把攜帶電磁噪聲的元件和導(dǎo)線與連接敏感元件（或電磁騷擾特性測量端口、界面）隔離；縮短干擾耦合路徑的長度，應(yīng)使導(dǎo)線盡量短，必要時(shí)使用屏蔽線或加屏蔽套；注意布線和結(jié)構(gòu)件的天線效應(yīng)，對通過電場耦合的輻射，盡量減少電路的阻抗，而對通過磁場耦合的輻射，則盡量增加電路的阻抗；應(yīng)用屏蔽等技術(shù)隔離或減少輻射途徑的電磁騷擾；應(yīng)用濾波器、脈沖吸收器、隔離變壓器和光電耦合器等濾除或減少傳導(dǎo)途徑的電磁騷擾。

3 ）敏感設(shè)備的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對于騷擾源的各種電磁防護(hù)措施，一般也同樣適用于敏感設(shè)備，可以采用濾波、脈沖吸收、內(nèi)部屏蔽、隔離技術(shù)、內(nèi)部去耦電路及線路和結(jié)構(gòu)的合理布局等來抑制電磁干擾。此外，在設(shè)計(jì)中盡量少用低電平器件，不盲目選擇高速器件，去掉那些不十分需要的敏感部件，適當(dāng)控制輸入靈敏度，等等。

3 、電磁兼容設(shè)計(jì)的應(yīng)用技術(shù)之一──屏蔽技術(shù)

通過分析波阻抗和能量密度，可知電偶極子在近場（r377Ω），近場的能量主要為電場分量，可忽略磁場分量；磁偶極子在近場的波阻抗為低阻抗（λ/2π）的波阻抗相等（均為377 Ω），此時(shí)電場和磁場分量相等。這就是說兩類源在近場的差別較大，因此可根據(jù)其波阻抗和能量性質(zhì)，將上述兩種源稱為高阻抗電場源和低阻抗磁場源。注意，上述近場和遠(yuǎn)場的條件即r 的大小，是與頻率f 有關(guān)的。所以又可以說，在較低的頻率范圍內(nèi)，干擾一般發(fā)生在近場。高阻抗電場源的近場主要為電場分量，低阻抗磁場源的近場主要為磁場分量。當(dāng)頻率增高時(shí)，干擾趨于遠(yuǎn)場，此時(shí)電場和磁場分量均不可忽略。對應(yīng)于三種情況的屏蔽分別稱為：電（場）屏蔽、磁（場）屏蔽和電磁（場）屏蔽。靜電屏蔽和恒定磁場的屏蔽分別是電屏蔽和磁屏蔽的特例。

屏蔽是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧蠈㈦姶拍芰肯拗圃谝欢臻g范圍內(nèi)的抑制輻射干擾的一種有效措施。目前，屏蔽材料種類很多，形態(tài)各異。在各種屏蔽材料中，涂料以其方便、輕量、不占空間以及與基材一體化等眾多優(yōu)勢成為其中的佼佼者，被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品、裝置、系統(tǒng)的電磁輻射防護(hù)。象日本海爾茲化學(xué)株式會社生產(chǎn)的波魯斯PLS-200 、PLS-A50 等系列屏蔽涂料，在世界各國都得到了廣泛應(yīng)用。

屏蔽的有效性采用屏蔽效能（簡稱屏效）來進(jìn)行度量，定義為屏蔽前后空間某點(diǎn)的場強(qiáng)之比，用公式表示即為：SE=20lg （Ei/Et ）。對于電路而言，屏效可用屏蔽前后電路某點(diǎn)上的功率、電流和電壓之比來定義，也可以利用由外界耦合到某個(gè)關(guān)鍵器件上的干擾與器件所產(chǎn)生的噪聲之比來定義。屏效可用分貝（dB）或奈比（Nep ）來計(jì)量，dB與Nep 的換算關(guān)系為：1dB=0.115Nep. 如前面提到的屏蔽涂料波魯斯，根據(jù)我國權(quán)威部門的檢測結(jié)果顯示，其PLS-200 系列的屏蔽效能在30MHz —1.2GHz范圍內(nèi)高達(dá)53—77dB.

電子時(shí)代的到來，使屏蔽材料領(lǐng)域的競爭已進(jìn)入白熱化。電磁波屏蔽涂料作為材料科學(xué)的分支，其應(yīng)用的廣泛性及與其電子信息產(chǎn)業(yè)的緊密相關(guān)性將使之成為崛起的新興產(chǎn)業(yè)。材料是技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)，新材料技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)革命的基礎(chǔ)，是人類進(jìn)步的重要里程碑，如鋼鐵材料的開發(fā)利用帶動(dòng)了第一次產(chǎn)業(yè)革命，硅半導(dǎo)體材料的發(fā)明推動(dòng)了電子、計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，屏蔽涂料（如波魯斯PLS-200 、PLS-A50 ）的誕生必將帶動(dòng)下一次產(chǎn)業(yè)革命。
來源；微波射頻網(wǎng)