EMC第二章 电磁兼容测试的基础知识

第二章 电磁兼容测试的基础知识
主题内容：
1.
2. 3.
电磁干扰与电磁敏感度
传导干扰与辐射干扰模型 测量值的基本单位
4.
5. 6.
测量接收机
定量测试与环境电平 测试系统中干扰及其形成机理（补充1）
7.
8.
信号完整性问题及其解决方法（高速数字系统
印制板与整机 / 系统在辐射干扰及传导干扰的
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中的信号完整性及其产生机理）（补充2） 规定值的理解与执行方面的差异（补充3）
第一节 电磁干扰与电磁敏感度
一、 定义
由电磁骚扰源发射的电磁能量，经过耦合途径传输到敏感设 备，这个过程称为电磁干扰效应。因此，形成电磁干扰后果必 须具备三个基本要素。 所有形成的电磁干扰都是由三个基本要素组合而产生的。它 们是：电磁干扰源；对该干扰能量敏感的接收器；将电磁干扰 源传输到接收器的媒介，即传输通道。相应地对抑制所有电磁 干扰的方法也应由这三要素着手解决。
按电磁骚扰的出现率可分为周期性骚扰、非周期性骚扰和随机骚 扰三种类型。
周期性骚扰是指在确定的时间间隔内能重复出现的骚扰；
非周期性骚扰虽然不能在确定的周期内重复出现，但其出现 时间是确定的，而且是可以预测的；
随机性骚扰则不能按预测的方式出现和变化，它—般采用概 率论的统计方法进行描述。 周期性骚扰和非周期性骚扰一般都是功能性的，即为了用于 某种特定的目的而产生的骚扰，如电源产生的交流声骚扰，指令 脉冲产生的骚扰等；随机骚扰可能是一种冲击噪声，如内燃机电 火系统、马达电刷产生的电火花等，也可能是热噪声或热噪声与 冲击噪声的组合。
尖峰脉冲干扰； 喷射环电弧。
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四、 电磁干扰量值的表征
电磁干扰的表征基本上有两种：
频域表征：用与频率有关的频谱特性来表示； 时域表征：用与时间有关的特性来表示； （幅值、前沿、宽度等）
例如：构成电磁干扰的场源很多，按频谱划分，则可粗略 分为以下五类： (1) 工频干扰；
(2) 甚低频干扰；
(1)如果传导干扰源是产生强电磁场元件，如线圈、变压器等， 在布臵时应远离接收器或加以屏蔽。 (2)如果传导干扰源是频率相同的电路，如接收机的高频放大、 输入及振荡电路，它们之间的交链容易引起自激振荡，因此布臵 应相隔远些。 (3)移去对系统工作无用的、有潜在的干扰设备的电源。 (4)应尽可能使设备工作在设计曲线线性最好的部分，以便输 出所含谐波分量最小。
电路那样将各种导线扎成一束。一些可能引起交链的导线，如
晶体管 c、b 极引出导线，放大器的输入输出导线，应尽量避免 相距过近和平行排列；
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(7) 减小引线电感，以使感应电压减到最小。当频率升到高频 时，引线会呈现串联电感，甚至合成电阻也会出现引线电感，这 些电感再加上杂散电容则可能形成并联谐振回路。由于介质损耗 电容器也会呈现串联电阻，并有引线电感，因此，在设备的布线 设计时，必须十分注意，以减少这些效应；
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(5)如果干扰源的工作波形是脉冲形状，应控制跃变时间。因
为当脉冲上升沿较慢且持续时间较长时，产生的电磁干扰最小，
随着脉冲宽度减少且上升时间缩短，脉冲中的高频成分的幅度将 增加。 所以一个控制装臵或其他脉冲的上升时间只需快到能在指定 的时间内保证可靠工作即可。 不要使振荡器和开关器件的工作速度高于性能所需要的速度。 (6)电弧放电：当两个物体之间的电位差大到足以使它们之间 的绝缘击穿时就会产生电弧。因此要尽量避免出现电弧放电。 电弧放电的能量取决于产生放电现象的触点闭合的形式，因
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第二节
传导干扰与辐射干扰模型
一、传导干扰与传输通道模型
电磁干扰源中的2大类：
传导干扰和辐射干扰
传导干扰：是指沿着导体传播的，所以任何导体，
如导线、传输线、电感器、电容器等都是传导干扰的 传输通道。 形成干扰的主因有不带任何信息的噪声及带信息 的无用信号。
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1、 传导干扰源
传导干扰源按带不带信息可以分为信息传导干扰源和电
或电能装臵即称为电磁骚扰源。
(2)耦合途径
耦合途径即传输电磁骚扰的通路或媒介。
(3)敏感设备
敏感设备是指当受到电磁骚扰源所发射的电磁能量的作用
时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害，导致
性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。 需要强调的是：许多器件、设备、分系统或系统可以既是
电磁骚扰源又是敏感设备。
7．天线有效面积
这是表征敏感设备接收骚扰场强能力的参数。显然，天线有
效面积越大，敏感设备接收电磁骚扰的能力也越强。
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（二）分类
电磁干扰的分类方法很多，常见的有： 1. 按照发生源划分--干扰源的性质 内/外自然/人为
2. 按照传播路径划分 --传导/辐射
3. 按作用时间划分 -- 连续干扰、间歇干扰和瞬变干扰。 4．按频带划分 --窄带干扰和宽带干扰。
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其它分类：
按照设备工作电源的干扰类型
造成开关电源质量下降的干扰分为： 出现在输出端子上的干扰（电流交流声，尖峰脉冲噪 声，回流噪声）； 影响内部工作的干扰（开关干扰，振荡，再生噪声） 造成交流电源质量下降的干扰分为： 高次谐波干扰； 保护继电器，开关的震颤干扰；
雷击浪涌干扰；
(3) 载频干扰： (4) 射频、视频干扰 (5) 微波干扰
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五、 电磁敏感度特性
关于电磁敏感性，GB/T4365 是这样定义的：
在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统
不能避免性能降低的能力。
从测量和测试的角度看，我们所关心的是一些
敏感设备在遇到辐射或传导干扰时，其工作状态 会发生怎样的变化。 电磁敏感度特性测试 ——关注的是被测件刚刚 出现性能降低时外部施加的干扰量！
象。为了避免因此而引发的问题，逐渐倾向于取消宽带和窄带的
概念，而规定固定带宽，并将所有频域极限值用正弦波等效均方 根值(RMS)表示，对所有发射极限值进行鉴定。 规定带宽条件下的发射电平就成为电磁骚扰的重要特性。
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2．频谱宽度
按照电磁骚扰能量的频率分布特性，可以确定其频谱宽度。 连续波骚扰中，交流声骚扰的频谱宽度最窄，而脉冲骚扰中， 单位脉冲函数的频谱宽度最宽。 频谱宽度是决定电磁骚扰频率范围的重要指标。
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为了实现电磁兼容，必须从上面三个基本要素 出发，运用技术和组织两方面措施。 所谓技术措施，就是从分析电磁骚扰源、耦合途径和敏
感设备着手，采取有效的技术手段，抑制骚扰源、消除或减
弱骚扰的耦合、降低敏感设备对骚扰的响应或增加电磁敏感 性电平；

所谓组织措施就是对人为骚扰进行限制，并验证所采用
的技术措施的有效性。同时还必须采取、制订和遵循一套完 整的标准和规范，进行合理的频谱分配，控制与管理频谱的
电磁干扰 ——由电磁骚扰造成的一个器件、一台设备或一个 系统的性能下降。
电磁骚扰 ——可能引起一个器件、一台设备或一个系统性能 降级的任何一种电磁现象。 注意：电磁干扰与电磁骚扰定义区别和内在关系！
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(1)电磁骚扰源
任何形式的自然现象或电能装臵所发射的电磁能量，能使
共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其他设备、分系 统或系统发生电磁危害，导致性能降级或失效，这种自然现象
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三、 电磁干扰的特性与分类
（一）电磁骚扰的特性
电磁骚扰的特性主要由以下七项参数描述： 1．规定带宽条件下的发射电平
长期以来，一直延用宽带或窄带发射的概念，也就是将大于 参考带宽的骚扰或信号认为是宽带的，而将小于参考带宽的骚扰
或信号认为是窄带的。这里，参考带宽即测量仪器的带宽或分辨
率带宽。 由于对这个概念的理解很不一致，因而出现操作不一致的现
使用，依据频率、工作时间、天线方向性等规定工作方式，
分析电磁环境并选择布臵地域，进行电磁兼容性管理等。
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二、 电磁环境
电磁环境是提出和确定设备或系统电磁兼容设计
指标要求，实施电磁兼容的前提。不同的电磁环境对
电磁兼容指标的要求也不一样。 电磁环境由各种电磁骚扰源组合而成。因此，电 磁环境即设备、分系统或系统在执行任务时，可能遇 到各种电磁骚扰源的数量、种类分布以及在不同频率 范围内功率或场强随时间的分布等有关电磁作用状态 的总和。 同时，在分析电磁环境时，还应考虑骚扰脉冲的重20源自2、 传导电磁干扰传输通道
传导电磁干扰的途径称之为传导电磁干扰传输通道。传 输通道能把（传导）干扰源所产生的电磁干扰沿着传输通道 线路传给接受器的输入端，并且在接受器中产生相应的干扰 电流和电压。电磁干扰传输通道是电磁干扰三要素之一，因 此，研究电磁干扰传播问题就是研究分析干扰源和接受器之
间的传输途径问题。
而要选择好触点的形式。
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B） 传输通道的处理
(1) 缩短电磁干扰传输通道的长度，使电路中的导线尽量短；
(2) 将带有电磁干扰的导线和元件与连接接收器的布线隔离；
(3) 将带有电磁干扰的元件的回线与接收器回线隔离开来； (4) 用粗的隔离线和隔离套来减少级间的电容耦合； (5) 各级电路的连接导线应尽可能缩短，尤其是高频电路布臵； (6) 对高频电路，应尽量避免平行排列导线，特别不能像低频
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5．辐射骚扰的极化特性
极化特性指在空间给定点上，骚扰场强矢量的方向随时间变 化的特性，取决于天线的极化特性。当骚扰源天线和敏感设备天
线极化特性相同时，辐射骚扰在敏感设备输入端产生的感应电压
最强。
6．辐射骚扰的方向特性
骚扰源朝空间各个方向辐射电磁骚扰，或敏感设备接收来自
各个方向的电磁骚扰的能力是不同的，描述这种辐射能力或接收 能力的参数称为方向特性。
3．波形
电磁骚扰有各种不同的波形。波形是决定电磁骚扰频谱宽
度的一个重要因素。以脉冲波形为例，由于脉冲频谱中的低频
含量主要取决于脉冲的面积，而高频含量与脉冲前后沿的陡度 有关，前后沿越陡，所占频谱宽度就越宽。因此，从减小骚扰