電磁兼容報(bào)告

1、電磁兼容報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)化管理處編碼BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N目錄第1章電子通信設(shè)備為什么要保證電磁兼容性1.1電磁干擾簡(jiǎn)介電磁輻射干擾是指通過(guò)電磁源空間傳播到敬感設(shè)備的干擾。這類(lèi)干 擾的能量是由干擾源輻射出來(lái)，通過(guò)介質(zhì)（包括自山空間）以電磁波的 特性和規(guī)律傳播的。構(gòu)成輻射干擾源有兩個(gè)條件：一個(gè)是有產(chǎn)生電磁干 擾的波源；另一個(gè)是能把這個(gè)電磁波能量輻射出去。電磁輻射場(chǎng)區(qū)一般 分為近區(qū)場(chǎng)和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，電磁輻射干擾近區(qū)場(chǎng)表現(xiàn)為靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng) 導(dǎo)致的干擾，遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)則為通過(guò)輻射電磁波造成的干擾。任一載流導(dǎo)體周 圉都產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)并向外輻射一定強(qiáng)度的電磁波，相當(dāng)于一段發(fā)射天 線。處于電磁

2、場(chǎng)中的任一導(dǎo)體則相當(dāng)一段接收天線，會(huì)感生一定電勢(shì)。 導(dǎo)體的這種天線效應(yīng)是導(dǎo)致電子、電氣設(shè)備相互產(chǎn)生電磁輻射干擾的根 本原因。常見(jiàn)的信息輻射干擾源有發(fā)送設(shè)備、本地振蕩器、非線性器件 和核爆脈沖等。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電氣及電子設(shè)備 的數(shù)量及種類(lèi)不斷增加，從而導(dǎo)致空間電磁環(huán)境日益復(fù)雜。在這種復(fù)雜 的電磁環(huán)境下，怎樣減少設(shè)備間的電磁干擾，使每個(gè)系統(tǒng)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)， 是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。這正是研究電磁兼容技術(shù)的宗旨。U前， 電磁兼容已成為電子系統(tǒng)或設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵，為了保證電子系統(tǒng)的正常 工作，必須進(jìn)行嚴(yán)格的電磁兼容性設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)研制、設(shè)計(jì)、工藝、生 產(chǎn)、試驗(yàn)、使用等各階段均要

3、采用電磁兼容技術(shù)，電磁兼容設(shè)計(jì)和管理 應(yīng)貫穿于從產(chǎn)品的研制到使用的始終。電磁兼容(Electromagnetic Compatib訂ity)指的是設(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 干擾能力。電磁兼容技術(shù)是以解決實(shí)踐中的電磁干擾而出現(xiàn)并發(fā)展起來(lái) 的新興學(xué)科。從廣義角度來(lái)講，電磁兼容技術(shù)要研究和解決的問(wèn)題是電 氣、電子設(shè)備及系統(tǒng)以及人類(lèi)或動(dòng)植物在一個(gè)共同的電磁環(huán)境中的安全 共存問(wèn)題。它既包括電氣、電子設(shè)備之間的相互干擾，也包括自然界電 磁干擾(宇宙干擾、天電干擾、雷電干擾等)對(duì)電氣、電子設(shè)備、人或動(dòng) 植物的電磁影響或電磁效應(yīng)。電磁干擾的傳輸有傳導(dǎo)和輻射兩

4、種形式， 歸納起來(lái)，任何電磁干擾都是山三個(gè)基本要素組合而產(chǎn)生的，它們是電 磁干擾源（或發(fā)射機(jī)）、干擾體（或接受機(jī)）、傳輸通道（耦合機(jī)制）。相應(yīng) 地對(duì)抑制所有電磁干擾的方法也應(yīng)山選三要素著手解決。1.2電磁兼容性的基本概念電子設(shè)備受電磁騷擾的影響而出現(xiàn)故障或性能降級(jí)，就稱(chēng)為設(shè)備對(duì) 電磁騷擾敬感。如何在設(shè)備與電磁環(huán)境之間尋求一種協(xié)調(diào)的關(guān)系和共存 的條件，這就是電磁兼容性技術(shù)。形成電磁干擾的三要素：干擾源、耦合路徑、敬感設(shè)備電磁干擾源：產(chǎn)生電磁干擾的元器件、設(shè)備、系統(tǒng)或自然干擾 源。敬感設(shè)備：對(duì)電磁干擾發(fā)生響應(yīng)的設(shè)備第I條耦合途徑：使能量從干擾源耦合（或傳輸）到敬感設(shè)備上 并使敬感設(shè)備產(chǎn)生響應(yīng)的媒介

5、。1.3電磁干擾對(duì)電子通信設(shè)備的危害電子設(shè)備和系統(tǒng)受強(qiáng)電設(shè)備干擾或系統(tǒng)內(nèi)部的電磁影響造成性能下 降或不能工作的情況是電磁干擾最為常見(jiàn)的危害。在軍事上，III于飛機(jī) 和軍艦等軍事裝備中防御電子系統(tǒng)和進(jìn)攻電子系統(tǒng)的相互干擾不能同時(shí) 兼容工作，而遭到對(duì)方發(fā)射導(dǎo)彈的攻擊的戰(zhàn)例也很多。概括而言，電磁能量的人類(lèi)活動(dòng)有三大危害：電磁干擾會(huì)破 壞或降低電子設(shè)備的工作性能；電磁干擾能量可能引起易燃易爆物的 起火和爆炸，造成武器系統(tǒng)的失靈、儲(chǔ)油罐起火爆炸，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì) 損失和人身傷亡；電磁干擾能量可對(duì)人體組織器官造成傷害，危及人 類(lèi)的身體健康。電磁干擾對(duì)電氣、電子設(shè)備或系統(tǒng)，特別是對(duì)含有半導(dǎo) 體器件的設(shè)備或系統(tǒng)

6、會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用。損壞效應(yīng)歸納起來(lái)主要 有：1. 高壓擊穿：當(dāng)器件接收電磁能量后可轉(zhuǎn)化為大電流，在高阻 處也可轉(zhuǎn)化為高電壓，結(jié)果可引起接點(diǎn)、部件或回路間的電擊穿，導(dǎo)致 器件損壞或瞬時(shí)失效。例如，脈寬為微秒、電流幅值為1A的電流脈沖, 可在1PF的電容接點(diǎn)上產(chǎn)生100KV電壓，該接點(diǎn)被擊穿后還會(huì)產(chǎn)生數(shù)白KHz的衰減正弦波振蕩，并輻射出電磁波。2. 器件燒毀或受瞬變干擾：除高壓擊穿外，器件因瞬變電壓造 成短路損壞的原因一般都?xì)w結(jié)于功率過(guò)大而燒毀，或PN結(jié)的電壓過(guò)高而 擊穿，無(wú)論是集成電路、存儲(chǔ)器還是晶體管、二極管、晶閘管等都是一 樣的。大多數(shù)半導(dǎo)體器件的最低損壞的有效功率為1微秒、10瓦特或

7、10uJ,-些敏感器件為1微秒、1瓦特或luj。一般硅晶體管的E極和B 極之間的反向擊穿電壓為2述V,而且它還隨溫度的升高而下降，干擾電壓 很容易使其損壞。關(guān)于半導(dǎo)體器件損壞或受瞬變干擾的過(guò)程還可能出現(xiàn)以下兒種情 況：R所有CMOS器件都用氧化膜絕緣或用它保護(hù)集成電路中的不同 元器件，但氧化膜的厚度只有兒微米，一旦電壓超過(guò)氧化膜的絕緣強(qiáng)度 便會(huì)將它擊穿，造成短路。b）當(dāng)電流通過(guò)PN結(jié)時(shí)，山于電流的不均勻往往會(huì)燒毀鍍敷的金 屬導(dǎo)體，造成開(kāi)路。c）出現(xiàn)因瞬變電壓的能量尚不足以立即損壞器件，但會(huì)使其性 能下降，影響功能，丟失數(shù)據(jù)，產(chǎn)生誤動(dòng)作，使半導(dǎo)體器件進(jìn)入不能自 動(dòng)復(fù)原的導(dǎo)通狀態(tài)（也稱(chēng)為死機(jī)）；而

8、切斷重新開(kāi)機(jī)后乂恢復(fù)正常工 作。d）器件存在潛伏性的損毀現(xiàn)象，即器件的反復(fù)經(jīng)受瞬變電壓的 沖擊，每次都使性能降低一些，累積起來(lái)后會(huì)在某一天使產(chǎn)品出現(xiàn)災(zāi)難 性的損壞。以整流二極管為例，在經(jīng)受很高的瞬變電壓之后，二極管的 反向漏電流會(huì)增加。每經(jīng)受一次沖擊，反向漏電流會(huì)增加一些，表面看 來(lái)設(shè)備仍能工作，性能沒(méi)有明顯變化，但發(fā)熱增加，到最后終會(huì)因偶然 的一個(gè)瞬變電壓而導(dǎo)致二極管燒毀。這種潛伏性損毀在半導(dǎo)體器件中是 屢見(jiàn)不鮮的，半導(dǎo)體器件在制造時(shí)產(chǎn)生的缺陷也會(huì)造成潛伏性損毀。對(duì) 于無(wú)源器件，瞬變電壓也同樣會(huì)使其燒毀或性能降低，如降低耐壓值和 額定工作電壓以及其他電氣性能。3. 浪涌沖擊：對(duì)有金屬屏蔽的電

9、子設(shè)備，即使殼體外的微波能 量不能直接輻射到設(shè)備內(nèi)部，但是在金屬屏蔽殼體上感應(yīng)的脈沖大電 流，像浪涌一樣在殼體上流動(dòng)，殼體上的縫隙、孔洞、外露引線一旦將 一部分浪涌電流引入殼內(nèi)電路，就足以使內(nèi)部的敬感器件損壞。4. 影響電路正常工作傳遞：電磁干擾對(duì)低壓電子電路也有較大影響。對(duì)模擬電路的影響隨干擾強(qiáng)度的增大而增大，直接影響電路的工作 性能和參數(shù)；對(duì)數(shù)字電路，電磁干擾容易導(dǎo)致信號(hào)電平的變化，從而影 響數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。第2章電子通信設(shè)備面臨的電磁干擾2. 1電子通信設(shè)備的電磁干擾來(lái)源的分類(lèi)從來(lái)源分：自然騷擾和人為騷擾從騷擾屬性分：功能性騷擾和非功 能性騷擾。從耦合方式分：傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾。從頻

10、譜寬度分：寬帶 騷擾和窄帶騷擾從頻率范圉分：其低頻騷擾(30Hz以下)、工頻與音頻騷 擾(50Hz及其諧波)、載頻騷擾(10kHz 一 300kHz)、射頻及視頻騷擾 (300kHz 一 300MHz)、微波騷擾(300MHz 100GHz)。2.2電子通信設(shè)備的電磁干擾的主要來(lái)源電子設(shè)備的自身干擾電子設(shè)備的自身干擾是指電子設(shè)備內(nèi)部各器件之間的相互干擾，主要有以下兒種：1) 通過(guò)電源地線、傳輸導(dǎo)線的阻抗、導(dǎo)線之間的互感產(chǎn)生的電磁干擾;2) 大功率和高電壓的器件產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)對(duì)其它器件造成的干擾;3) 由線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生的干擾。自然干擾源包括：(1) 大氣噪聲干擾：如雷電產(chǎn)生的火花

11、放電、屬于脈沖寬帶干 擾，其覆蓋從數(shù)Hz到100MHz以上.傳播的距離相當(dāng)遠(yuǎn)。(2) 太陽(yáng)噪聲干擾：指太陽(yáng)黑子的輻射噪聲。在太陽(yáng)黑子活動(dòng) 期.黑子的爆發(fā).可產(chǎn)生比平穩(wěn)期高數(shù)千倍的強(qiáng)烈噪聲.致使通信中 斷。(3) 亍宙噪聲：指來(lái)自銀河系的噪聲。(4) 靜電放電：人體、設(shè)備上所積累的靜電電壓可高達(dá)兒萬(wàn)伏直到兒 十萬(wàn)伙.常以電暈或火花方式放掉，稱(chēng)為靜電放電。靜電放電產(chǎn)生強(qiáng)大 的瞬間電流和電磁脈沖，會(huì)導(dǎo)致靜電敬感器件及設(shè)備的損壞。靜電放電 屬脈沖寬帶干擾、頻譜成分從直流一直連續(xù)劍中頻頻段。人為干擾源包括:人為干擾源指而電氣電子設(shè)備和其他人工裝置產(chǎn)生的電磁干擾。這 里所說(shuō)的人為干擾源都是指無(wú)意識(shí)的干擾。

12、至于為了達(dá)到某種U的而有 意施放的干擾，如電子對(duì)抗等不屬于本文討論范圍。任何電子電氣設(shè)備 都可能產(chǎn)生人為干擾。在此，只是提到一些常見(jiàn)的干擾測(cè)量環(huán)境的干擾 源。(1) 無(wú)線電發(fā)射設(shè)備：包括移動(dòng)通信系統(tǒng)、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航 及無(wú)線電接力通信系統(tǒng).如微波接力，衛(wèi)星通信等。因發(fā)射的功率大， 其基波信號(hào)可產(chǎn)生功能性干擾；諧波及亂真發(fā)射構(gòu)成非功能性的無(wú)用信 號(hào)干擾。(2) 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療(ISM)設(shè)備：如感應(yīng)加熱設(shè)備、高頻電焊機(jī)、X 光機(jī)、高頻理療設(shè)備等.強(qiáng)大的輸出功率除通過(guò)空間輻射干擾外，還通 過(guò)工頻電力網(wǎng)干擾遠(yuǎn)方的設(shè)備。(3) 電力設(shè)備：包括伺服電機(jī)、電鉆、繼電器、電梯等設(shè)備通、斷產(chǎn) 生的電流劇

13、變及伴隨的電火花成為干擾源：電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)載(如 電弧爐等)、間斷電源(UPS)等同態(tài)電源轉(zhuǎn)換設(shè)備產(chǎn)生大量諧波涌入電網(wǎng) 成為干擾源：日光燈等照明設(shè)備也產(chǎn)生輝光放電噪聲干擾。(4) 汽車(chē)、內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)：汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生寬帶干擾，從兒白千 赫到兒白兆赫干擾強(qiáng)度兒乎不變。(5) 電網(wǎng)干擾：指山50Hz交流電網(wǎng)強(qiáng)大的電磁場(chǎng)和大地漏電流產(chǎn)生 的干擾，以及高壓輸電線的電暈和絕緣斷裂等接觸不良產(chǎn)生的微弧和受 污染導(dǎo)體表面的電火花。(6) 高速數(shù)字電子設(shè)備：包括計(jì)算機(jī)和相關(guān)設(shè)備。第3章針對(duì)電子通信設(shè)備面臨的各種電磁干擾的解決方法研究3. 1電磁屏蔽屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、

14、磁場(chǎng) 和電磁波山一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講，就是用屏蔽 體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來(lái)，防止 干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散;用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圉起來(lái)，防止 它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。因?yàn)槠帘误w對(duì)來(lái)自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾 電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量、反射能量(電磁波在屏蔽體上的界 面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng)，可抵消部分 干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。3. 2濾波法降低電磁干擾濾波是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。濾波器可以顯著地減小傳 導(dǎo)干擾的電平，因?yàn)楦蓴_頻譜成份不等于有用信號(hào)的

15、頻率，濾波器對(duì)于 這些與有用信號(hào)頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到其他干擾 抑制難以起到的作用。所以，采用濾波網(wǎng)絡(luò)無(wú)論是抑制干擾源和消除干 擾藕合，或是增強(qiáng)接收設(shè)備的抗干擾能力，都是有力措施。用阻容和感 容去藕網(wǎng)絡(luò)能把電路與電源隔離開(kāi)，消除電路之間的禍合，并避免干擾 信號(hào)進(jìn)人電路。對(duì)高頻電路可釆用2個(gè)電容器和1個(gè)電感器（高頻扼流圈） 組成的CLCMa型濾波器。濾波器的種類(lèi)很多，選擇適當(dāng)?shù)臑V波器能消除 不希望的禍合。3. 3接地及搭接良好的地線是整個(gè)電路系統(tǒng)穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)，因此地線設(shè)計(jì)的好壞 對(duì)全局起著至關(guān)重要的作用。其機(jī)理是使整個(gè)電路系統(tǒng)中的所有單元電 路都有一個(gè)公共的參考零電位，保證電

16、路系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作。同時(shí)，良 好接地可以有效地防止外界電磁場(chǎng)的干擾。機(jī)殼接地可以使得山于靜電 感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過(guò)大地泄放，否則這些電荷形成的高 壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。另外，對(duì)于電路的屏蔽 體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。另外，當(dāng)發(fā)生直接 雷電的電磁感應(yīng)時(shí)，可避免電子設(shè)備的毀壞；當(dāng)工頻交流電源的輸人電壓 因絕緣不良或其他原因直接與機(jī)殼相通時(shí)，可避免操作人員的觸電事故 發(fā)生。此外，很多醫(yī)療設(shè)備都與病人的人體直接相連，當(dāng)機(jī)殼帶有110 V 或220 V電壓時(shí)，將發(fā)生致命危險(xiǎn)。接地也是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個(gè)等電 位點(diǎn)或等電位面，是電

17、路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，但不一定為大地電位。為 了防止靂擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全，電子設(shè)備的機(jī)殼和 機(jī)房的金屬構(gòu)件等，必須與大地相連接，而且接地電阻一般要很小，不 能超過(guò)規(guī)定值。電路的接地方式基本上有3類(lèi)，即單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接 地。單點(diǎn)接地是指在一個(gè)線路中，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考 點(diǎn)。其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。多點(diǎn)接地是指某一個(gè) 系統(tǒng)中各接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長(zhǎng) 度最短。接地平面，可以是設(shè)備的底板，也可以是貫通整個(gè)系統(tǒng)的地導(dǎo) 線，在比較大的系統(tǒng)中，還可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架等等。混合接地是將 那些只需高頻接地點(diǎn)，利用旁路電容和接地

18、平面連接起來(lái)。但應(yīng)盡量防 止岀現(xiàn)旁路電容和引線電感構(gòu)成的諧振現(xiàn)象。3.4瞬態(tài)騷擾的抑制在電力系統(tǒng)的電磁環(huán)境中存在著一些短暫的高能量的脈沖騷擾源， 這些騷擾對(duì)繼電器及裝置的正常工作有非常大的影響，嚴(yán)重時(shí)也要損壞 元器件，其至損壞設(shè)備以至于整個(gè)系統(tǒng)。這些騷擾源就稱(chēng)為瞬態(tài)脈沖騷 擾源。產(chǎn)生瞬態(tài)脈沖騷擾源的原因有：雷電放電、靜電放電、電力系統(tǒng) 的開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程等。常見(jiàn)的瞬態(tài)脈沖騷擾源有電快速瞬變脈沖群騷擾、 靜電放電騷擾、浪涌(沖擊)騷擾及l(fā)MHz(lOOkZHz)脈沖群騷擾等。瞬變脈沖騷擾的抑制方法抑制電快速瞬變脈沖群騷擾的方法 使用電快速瞬變脈沖群騷擾的濾波器和吸收器：減小印制線 路板的地線共阻抗值

19、；將電快速瞬變脈沖群騷擾源遠(yuǎn)離敏感電路； 在軟件中加入抗騷擾指令；正確使用接地技術(shù)；合理布線，強(qiáng) 電、弱電、信號(hào)線應(yīng)分別綁線，接入印制線路板的輸入、輸岀線應(yīng)盡量 短。抑制浪涌騷擾抑制浪涌騷擾的元器件主要有避雷管、圧敏電阻和瞬態(tài)抑制二極 管，這些元器件屬于對(duì)瞬態(tài)瞬變脈沖的吸收器。 避雷管：乂稱(chēng)氣體放電管，管內(nèi)充有一定種類(lèi)和一定數(shù)量的怖性 氣體，當(dāng)浪涌電壓出現(xiàn)時(shí)管內(nèi)的惰性氣體被電離，形成短路狀態(tài)。于是 避雷管兩端電壓迅速降低到一個(gè)很低的電壓值，它使大部分的浪涌騷擾 所產(chǎn)生的騷擾能量被泄放掉了。這就是避雷管抑制浪涌(沖擊)騷擾的工 作原理。 壓敬電阻：壓敏電阻是電壓敏感型器件，當(dāng)加在壓敏電阻兩端上 的電壓低于標(biāo)稱(chēng)電壓時(shí)，它的電阻兒乎是無(wú)窮大；一旦超過(guò)其電壓值后 壓敬電阻的電阻值便急