电磁兼容与结构设计

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电磁兼容与结构设计

电磁兼容概述

（2014—2015学年上学期）

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摘要

随着用电设备的增加，空间电磁能量逐年增加，人类生存环境具有浓厚的电磁环境内涵。在这种复杂的电磁环境中，如何减少相互间的电磁干扰，使各种设备正常运转，是一个亟待解决的问题；另外，恶略的电磁环境还会对人类及生态产生不良影响。电磁兼容正是为解决这类问题而迅速发展起来的学科。可以说电磁兼容是人类社会文明发展产生的无法避免的“副产品”。

电磁兼容一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作，又互不干扰，达到兼容状态。电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科，其理论基础涉及数学、电磁场理论、电路基础、信号分析等学科与技术，其应用范围几乎涉及到所有用电领域。

关键字：电磁兼容、电磁发射、传导耦合、辐射耦合、静电放电

1 引言

信息技术已经成为这个时代的主题，而信息时代的最突出特征，就是将电磁作为记录和传递信息的主要载体，人们对于电磁的利用无处不在。电磁日益渗入到金融、通信、电力、广播电视等事关国家安全的各个重要领域和社会生活的各个角落，电磁已经成为了信息时代中将经济、军事等各方面各部门联成一体的纽带，它与每个人工作和生活息息相关。电磁空间对国家利益的实现具有越来越深刻的影响，经济社会发展、军队建设和作战对电磁空间的依赖程度日益提高[1]。

当前人类的生存环境已具有浓厚的电磁环境内涵。一方面，电力网络、用电设备及系统产生的电磁骚扰越来越严重，设备所处电磁环境越来越复杂；另一方面，先进的电子设备的抗干扰能力越来越弱，同时电气及电子系统也越来越复杂。在这种复杂的电磁环境中，如何减少相互间的电磁干扰，使各种设备正常运行，是一个亟待解决的问题。另外，恶略的电磁环境还会对人类及生态产生不良影响。对于生产厂家而言，只有出场设备具有一定的电磁兼容性并且适应目前这一复杂的电磁环境，才能使自己的产品更具有竞争力。而对于国家安全而言，构筑电磁

空间安全防御体系，已成为各国和军队建设的重要内容，随着社会信息化程度的不断提高，电磁空间对国家安全的影响也越来越大。

电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力，研究在有限的空间时间和频谱资源条件下，各种用电设备（分系统、系统、广义的还包括生物体）可以共同存在不致引起降级的一门学科。电磁兼容涉及的频率范围宽达0~400GHz，研究对象除传统设施外，涉及芯片级，直到各型舰船、航天飞机、洲际导弹，甚至整个地球的电磁环境。电磁兼容研究涉及许多方面，如计算机安全、典型设备、无线设备、工业控制设备、自动化设备、机器人、移动通信设备、航空航天飞机、舰船、武器系统及测量设备的电磁干扰问题，各种线缆的辐射和控制，高压输电线路及交流电气铁道的电磁影响，电磁场生物效应，地震电磁现象等。

许多工业发达国家自1996年1月1日其规定所有电子设备都要经过电磁兼容性认证，否则将禁止在市场销售。我国电磁兼容性认证管理办法已于1999年10月颁布，从2003年8月起对电子设备实行电磁兼容强制性认证，简称3C认证。3C认证是中国国家强制性产品认证（China Compulsory Certification）的简称实际上将CCEE（中国电子电工产品安全认证）、CCIB（中国进口电子产品安全认证）、EMC（电磁兼容性认证）三证合一。电磁兼容测试已成为电子设备研发和生产过程中一个不可缺少的重要环节[2]。

本文主要分为三个部分，分别对电磁兼容技术的发展，电磁兼容的三要素以及电磁兼容的常见防护措施进行讨论。

2 电磁兼容技术的发展

EMC (Electromagnetic Compatibility，电磁兼容)的发展经历了从“路”到“场”，从低频到高频，从狭义的电磁干扰到广义的电磁兼容的过程。电磁兼容可以说是一门既古老又年轻的学科，说他古老，是因为对于电磁干扰的研究可以追溯到19世纪，从无线电波作为通信媒质开始就存在，当时发现火花间隙能产生电磁波，能在无线电、电报通信系统的接收机上产生干扰或噪声。说他年轻，是指电磁兼容只是在近30年，随着数值计算的发展，该学科才得到快速的发展。科学家及工程师们不仅可以提出模型揭示干扰隐含的物理现象，同时也可以采用计算模型更好的理解干扰现象，使干扰现象可视化，同时可以减轻干扰的作用。

电磁干扰是人们早就发现的电磁现象，1823年安培发现了电流产生磁力的

基本定律。1831年法拉第发现电磁感应现象，总结出电磁感应定律，揭示了变化的磁场在导线中产生感应电动势的规律。1840年美国人亨利成功地获得了高频电磁振荡。1864年麦克斯韦综合了电磁感应定律和安培全电流定律，总结出麦克斯韦方程，提出了位移电流的理论，全面地论述了电场和磁场之间的相互作用，并预言电磁波的存在。麦克斯韦的电磁场理论为认识和研究电磁干扰现象奠定了理论基础。1881年英国科学家希维赛德发表《论干扰》的文章，标志着研究干扰问题的开端。1888年德国物理学家Hertz用实验证实了电磁波的存在，从此开始了人类对电磁干扰问题的实验研究。1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题，使对干扰技术问题的研究开始走向工业化和产业化[3]。

二十世纪以来，随着电子技术的发展和应用，人们逐渐认识到对各种电磁干扰进行控制的重要性。特别是工业发达国家格外重视干扰控制，它们成立了国家级以及国际间的组织，如德国电气工程师协会、IEC(International Electro-technical Commission，国际电工技术委员会)、CISPR(International Special Committee On Radio Interference，国际无线电干扰特别委员会)等。为了解决干扰问题，保证设备和系统运行的电磁兼容性，四十年代初有人提出了电磁兼容性的概念。1944年德国电气工程师协会制订了世界上第一个电磁兼容性规范VDE0878。接着美国在1945年颁布了美国最早的军用规范JAN-I225。

从四十年代提出电磁兼容性概念起，电磁兼容学科在认识、研究和控制电磁干扰的过程中得到了发展。它深入阐述了电磁干扰产生的原因，分清了干扰的性质，研究了干扰传输以及耦合的机理，系统地提出了抑制干扰的技术措施，促进了电磁兼容的系列标准和规范的制订，建立了电磁兼容设计、分析和预测等一系列理论体系。

放眼未来，电磁兼容还将在信息安全和生物电磁学等方面获得较大的进展。电磁兼容技术的频率范围宽达400GHz，研究对象除传统设施外，还涉及从芯片直到各型舰船、航天飞机、洲际导弹，甚至整个地球的电磁环境。各种测试方法和测试标准一开展了全方位的研究，例如，VDE、FTZ、FCC、BS、MIL-STD、VG、PTB、NAC-SIM、IEC、CISPR和ITU-T等标准逐年更新版本，并趋向于全球公认化。各种规模的电磁兼容论证、设计、测试中心如雨后春笋般出现。各国都注重电磁兼容教育和培训及学术交流。近1994年，就举办了25次国际性的一流学术交流和培训班。研究的热点以涉及许多方面，如计算机安全，电信设备电磁兼容，无线设备、工业控制设备、自动化设备、机器人、移动通信设备、航空航天、舰船、武器系统及测量设备等的电磁兼容问题，各种线缆的辐射和控制，超高压输电线及交流电气轨道的电磁影响，电磁场生物效应，地震现象，接地系统和屏蔽系统等。

我国对电磁兼容理论和技术的研究起步较晚，标准化工作起始于20世纪60