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、電氣設備或系統的一種重要的技術性能。其定義為：

設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。

① 電磁干擾（Electro Magnetic Interference，EMI）

，是指任何在傳導或電磁場伴隨著電壓、電流的作用而產生會降低某個裝置、設備或系統的性能，或可能對生物或物質產生不良影響的電磁現象。相對應的測試項目根據產品類型及標準不同而不同。

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

是指處在一定環境中的設備或系統，在正常運行時，承受相應標準相應規定范圍內的電磁能量干擾的能力。

1.2 各種各樣的“干擾”

使用吹風機時收音機會出現“啪啦，啪啦”的噪聲，原因是吹風機的電機產生的微弱（低強度高頻的）電壓/電流變化通過電源線傳遞進入收音機，以噪聲的形式表現出來。

這種由一個設備中產生的電壓/電流通過電源線、信號線傳導并影響其他設備時，將這個電壓/電流的變化稱為

“傳導干擾”。

“對付”這種干擾通常采用給干擾源及被干擾設備的電源線等安裝濾波器，阻止傳導干擾的傳輸。當信號線上出現噪聲時，可將信號線改為光纖，這樣也能隔斷傳輸途徑。 在使用手機時，旁邊的電視機CRT圖像會出現抖動，揚聲器中也會發出“嘟嘟嘟”的噪聲，這是因為

手機工作時的信號通過空間以電磁場的形式傳輸到電視機內部。

當汽車從附近道路經過時，電視會出現雪花狀干擾，這是因為汽車點火裝置的脈沖電流產生了電磁波，傳到空間再傳到附近的電視天線、電路上，產生了干擾電壓/電流。

像這種通過空間傳播，并且對其他設備電路產生無用電壓/電流，造成危害的干擾稱為

“輻射干擾”

。

輻射現象的產生必然有天線與源存在。像這種傳播途徑是空間的干擾，可以通過屏蔽的手段來解決。 通過上述內容不難看出，電磁干擾的根源其實就是電壓/電流產生不必要的變化。這種變化通過電纜（電源線或信號線）直接傳遞給其他設備，造成危害，稱為

“傳導干擾”。

另外，由于電壓/電流變化而產生的電磁波通過空間傳播到其他設備中，在其導線或電路上產生不必要的電壓/電流，并造成危害的干擾稱為“輻射干擾”。在實際中干擾類型的區分并不是這樣簡單。

某些數字視聽設備（例如液晶電視等）的干擾源，雖然是在設備內部電路上流動的數字信號的電壓/電流，但這些干擾以傳導干擾的方式通過電源線或信號線泄漏，直接傳遞給其他設備。同時這些導線產生的電磁波以輻射干擾的形式危及附近的設備。而且數字視聽設備本身內部電路也產生電磁波，以輻射的形式危及其他設備。 輻射干擾現象的產生和天線是緊密相連的，

根據天線理論，如果導線的長度與波長相等，就容易產生電磁波。

例如，數米長的電源線就會產生30～300MHz頻帶的輻射發射。比此頻率低的頻段，因波長較長，當電源線中流過同樣的電流時，不會輻射很強的電磁波。所以在30MHz以下的低頻段主要是傳導干擾。

輻射干擾是比傳導干擾還要嚴重的問題，

因為在30～300MHz寬帶內電源線泄漏的干擾可以轉變成電磁波發射到空間。在比此更高的頻率上，比電源線尺寸更小的設備內部電路會產生輻射干擾，對其他設備造成危害。

綜合起來就是當設備和導線的長度比波長短時，主要問題是傳導干擾，當它們的尺寸比波長長時，主要問題是輻射干擾。

圖1-1所示為各種電子干擾的現象。

圖1-1 各種電子干擾

環境中還存在著一些短暫的高能量脈沖干擾，這些干擾對電子設備的危害很大，這種干擾一般稱為

瞬態干擾

。瞬態干擾既可以通過電纜（包括電源線和信號線）進入設備，也可以以寬帶輻射干擾的形式對設備造成影響。例如，汽車點火裝置和直流電動機電刷產生的電火花對收音機的干擾。在現實環境中，雷電、靜電放電、電力線上的負載通斷（特別是感性負載）、核電磁脈沖等都是產生瞬態干擾的原因。可見瞬態干擾是指時間很短但幅度較大的電磁干擾。

設備需要通過測試驗證的瞬態干擾抗擾度有三種：各類電快速瞬變脈沖（EFT）、各類浪涌（SURGE）、靜電放電（ESD）。圖1-2所示為常見干擾源。

圖1-2所示為常見干擾源。

1.3 電磁兼容三要素

產生電磁兼容（或者說電磁干擾）問題，必須同時具備三個條件：

① 干擾源：產生干擾的電路或設備；② 敏感源：受這種干擾影響的電路或設備；③ 耦合路徑：能夠將干擾源產生的干擾能量傳遞到敏感源的路徑。

以上三個條件就是電磁兼容的三要素，只要將這三個要素中的一個去除掉，那么，電磁干擾的問題就不復存在了。電磁兼容技術就是通過研究每個要素的特點，提出消除每個要素的技術手段，以及這些技術手段在實際工程中的實現方法。

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

當電壓或電流發生迅速變化時，就會產生電磁輻射現象，導致電磁干擾。因此，最近電磁干擾問題日益突出的主要原因之一就是脈沖電路的大量應用。凡是這種電壓或電流突然變化的環境，都要考慮電磁干擾問題，例如：

① 數字脈沖電路，隨著產品的信息化和智能化發展，這種電路無所不在；② 工作在開關模式的電源（開關電源），包括AC/DC變換器、DC/DC變換器；③ 電感性負載的接通和斷開。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dB有一個正確的理解是十分必要的。例如對傳導干擾的限值為dBμV或dBμA，對輻射干擾的限值為dBμV/m，金屬機箱的屏蔽效能和濾波器的插入損耗也都用dB來衡量等。并且，就連頻譜分析儀的幅度顯示刻度一般也是以dB來標示的。在實際工程中，有許多錯誤也都是由于對dB的錯誤理解所造成的。

分貝的定義如下：分貝數=10lg (P2/P1) dB

式中，P2和P1表示進行比較的兩個功率值，如果P2大于P1，分貝數即為正，表示有功率增益；如果P2小于P1，分貝數即為負，表示功率發生損耗。從定義中可知，分貝實際就是兩個數值的比值，分貝數只表示兩個數值的比值的大小，并沒有給予對數量絕對值的概念。要牢記這一點，這在電磁兼容實踐中是十分重要的。在電路分析中，電壓和電流的單位用得最多，因此，常用分貝來表示電壓/電流的增益。由于電壓和電流的平方對應功率，因此，對電壓/電流增益使用分貝時，定義如下：

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

分貝也可以表示物理量的絕對數值，這里包含著一個比較基準，在使用這個物理量時，需要清楚這個基準是多少。通常，以“1”為參考值，這時常用物理量的單位就變成用分貝表示的形式了，見表1-1。表1-1 以“1”為參考值時常用物理量單位轉換成用分貝表示的形式

1.5 天線

電子、電氣設備工作時會產生一種伴隨電磁輻射，這種輻射并不是設備為了完成預定的功能而必須發射的。伴隨輻射是一類主要的干擾源，所有的電子設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。電磁波輻射有兩個必要的條件，那就是天線和流過天線的交變電流。在實際的設備中存在著許多寄生天線，這就是電氣、電子設備在工作時產生伴隨電磁輻射的原因。避免產生寄生天線，也是做電磁兼容設計的目的之一，分析和解決電磁兼容問題的一項主要內容就是發現和去除一些寄生的天線結構。如果不能徹底去除寄生天線結構，也應該避免交變電流進入天線，降低它們的輻射效率。為了達到目的，我們首先需要認識一下天線的結構，也就是說什么樣的結構能起到天線的作用。電偶極和電流環是兩個基本的天線結構，如圖1-3所示。圖1-4為我們日常生活中常見的電視天線實物。

圖1-3 基本天線結構

圖1-4 電視天線單極天線形式是只有一根金屬導體，另一根金屬導體由大地或附近的其他大型金屬物體充當，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。

電流環天線在電路中隨處可見，因為任何一個電路回路都可以構成一個輻射天線。控制電流回路的面積是減小電流環路輻射的有效方法。在進行線路板設計和電纜設計時應該以此為依據。

其實之所以存在天線，實際上就是兩個導體之間存在電壓。單極天線就是導體和大地之間存在電壓。只要去除兩個導體之間的電壓，或者去除導體與大地之間的電壓，就能夠減小輻射。屏蔽結構設計和搭接設計應該以此為依據。

電流環通常是由電路的工作回路形成的，很容易識別。偶極和單極天線就不那么容易被發現了，因為驅動這種天線的電壓并不是電路的工作電壓，而是一些無意產生的電壓。

電子產品中常見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（包括機箱外拖電纜、I/O電纜和電源線等）、數字地與模擬地分開的線路板、線路板與機箱連接的導線、金屬機箱上的孔縫、電路板上較長的懸空走線、沒有接地的散熱片等。在電磁兼容設計時，要盡量消除這些結構或控制它們的輻射。外界電磁場會在金屬部件上感應出電流，因為當系統的地線設計不合理時，電路的地線因為外界電磁場會在金屬部件上感應出電流，當系統的地線設計不合理時，電路的地線電流也會流過金屬部件，電流流過阻抗較大的部位（例如金屬部件之間的孔縫或搭接點）時，會產生電壓，因此金屬部件很容易成為偶極或單極天線。

審核編輯 黃宇