電磁兼容技術指南

電磁兼容技術指南

摘要：本文用*短的篇幅從線路設計、印制板設計、設備內部走線、接地設計、屏蔽技術、濾波技術、電纜輻射問題、瞬態干擾抑制各個方面，**介紹了電磁兼容基本概念、設計要點、關鍵技術。

關鍵詞：電磁兼容；屏蔽；濾波技術；接地

引言

電磁兼容一般指電氣、電子設備在共同的電磁環境中能執行各自功能的共存狀態，既要求都能正常工作又互不干擾，達到“兼容”狀態。

隨著科技的發展，人們在生產、生活中使用的電氣、電子設備越來越廣泛。這些設備在工作中產生一些有用或無用的電磁能量，這些能量影響到其它設備的工作，就形成了電磁干擾。嚴格地講：只要將兩個以上的元件（或電路、設備、系統）置于同一電磁環境中，就會產生電磁干擾。

近年來，電磁干擾問題越來越成為電子設備或系統中的一個嚴重問題，電磁兼容技術已成為許多技術人員和管理人員十分重視的內容。其主要原因是：

1.電子設備的密集度已成為衡量現代化程度的一個重要指標，大量的電子設備在同一電磁環境中工作，電磁干擾的問題呈現出****的嚴重性；

2.現代電子產品的一個主要特征是數字化，微處理器的應用十分普遍，而這些數字電路在工作時，會產生很強的電磁干擾發射。不僅使產品不能通過有關的電磁兼容性標準測試，甚至連自身的穩定工作都不能保證；

3.電磁兼容標準的強制執行使電子產品必須滿足電磁兼容標準的要求；

4.電磁兼容性標準已成為西方發達國家限制進口產品的一道堅固的技術壁壘。入世后，這種技術壁壘對我們的障礙會更大。

**章電磁兼容學科發展歷史

1.早期歷史概述

*早出現的電磁干擾現象是在19世紀--單線電報間的串擾。1881年，英國有名科學家希維賽德發表了“論干擾”的文章可算是*重要的早期文獻。但這類干擾現象在當時并未引起干擾者 的重視。

1833年法拉弟發現電磁感應定律，指出變化的磁場在導線中產生感應電動勢。1864年麥克斯韋引入位移電流的概念指出變化的電場將激發磁場，并由此預言電磁波的存在，這種電磁場的相互激發并在空間傳播。正是電磁干擾存在的理論基礎。

隨著電氣運輸的出現，在一根通信線與不對稱的強電線之間有較長的平行運行，干擾問題日益嚴重。這樣在1887年，柏林電氣協會成立“全部干擾問題委員會”成員有赫姆霍爾茲和西門子等。

1888年赫茲用實驗證明了電磁波的存在。同時該實驗也證明各種打火系統向空間發出電磁干擾。從此開始了對干擾的實驗研究。

1889年，英國郵電部門研究了通信干擾問題；美國“電世界”雜志登載電磁感應方面文章。

20世紀初，許多學者對電磁感應影響的研究日益深入。并進一步研究感性、容性及阻性等耦合方式引起的干擾，還對輻射性干擾進行了大量研究。

早期的專門刊物——美國的“RadioFrequencyInterference”是有關射頻干擾的專門刊物。到1964年，隨著專刊內容范圍的增加，改名為EMC專刊。

美國從1945年開始，頒布了一系列電磁兼容方面的**標準和設計規范，并不斷加以充實和完善，使得電磁兼容技術得到快速發展。蘇聯在1948年制訂了“工業無線電干擾的極限允許值標準”。有很多研究單位從事抗干擾的研究。其它國家也已相繼加強了射頻干擾的研究工作。

2.EMC技術是隨著干擾問題的日趨嚴重而發展的

電氣、電子技術的的發展及廣泛應用，其設備和系統數量的急劇增多，造成了復雜的電磁環境。例如：1975年，日內瓦國際頻率登記委員會所登記的無線電發射機有一百多萬臺，有一萬多臺無線發射機其總功率超過540MW，在更高頻率上，其情況更復雜。1976年單在美國就有二百多萬臺移動式無線電發射機和基地臺在工作，而**無線電發射機可能更多。1988年，世界范圍內的工業、科學和醫療（ISM）設備的數量已達到一億二千萬臺，并已5%的速度逐年遞增，這些設備有相當數量工作在國際電信聯盟（IUT）指定的頻率之外，或超過國際無線電干擾特別委員會（CISPR）對ISM設備所規定的輻射干擾極限值的要求。其功率泄漏及高次諧波將造成強烈的干擾。

60年代以來，現代科技向高頻、高速、高靈敏度、高安裝密度、高集成度、高可靠性方向發展，其應用范圍越來越廣，滲透到社會的每一角落。大規模集成電路的出現將人類帶入信息時代，信息高速公路和高速計算機技術成為人類社會生產和生活的主導技術。快速發展帶來的負面影響之一就是電磁干擾問題的日趨嚴重，也就極大地促進了EMC技術的發展。

電磁背景功率的增加會導致需要增加無線電發射機的功率。例如：60年前，工業活動還很少時，1臺120kw 長波發射機的功率場就能覆蓋 30萬平方公里。而現在，要想達到同樣的效果，其功率就要增大17倍（達到2MW）。電磁波發射功率競相增大和社會“電子化”、工業化增長的共同作用，*終會導致現有利用電信號作為代碼的接收、傳輸和處理信息的系統的危機與崩潰，這將帶來難以想象的、也是****的災難。

為了避免出現這種結果，就必須采取控制措施，不能讓這種發展趨勢不加限制地繼續下去，要求從組織上、技術上采取相應措施。所以電磁兼容的研究和管理受到各國的重視，近年來獲得較快的發展。

進入八十年代，電磁兼容已成為十分活躍的學科領域，許多國家（美、德、英、法、日等國）在電磁兼容標準與規范，分析預測、設計、測量及管理等方面均達到很高水平，有高精度的電磁干擾（EMI）和電磁敏感度（EMS）自動測量系統，可進行各種系統間的EMC試驗，研制出系統內和系統間的各種EMC計算機分析程序。在電磁干擾抑制技術方面，理論和實際處理方法已很完善，研制出許多專用的新材料、新的器件，并形成了一類新的EMC產業。特別是一些國家還建立了對 和民品EMC檢驗及管理的專門機構，不符合EMC標準要求的產品不能裝備或不能進入市場，這樣還達到了在國際貿易中建立技術壁壘的目的。

3.電磁干擾對電子計算機等系統設施的危害

計算機外界電磁干擾主要來源于射頻、工頻電源、靜電及雷電脈沖等四類。實驗證明，在距微機6m 處開關電流為10A的交流感性負載，其接觸器觸頭電弧產生的干擾足以使計算機產生誤動作。工頻電源電壓的大幅度波動或電流沖擊有可能通過電源線進入計算機系統，使計算機出現運行錯誤或故障，甚至破壞計算機的某些部件。某些電器設備產生的尖峰干擾脈沖、工業火花等也可通過供電線路進入計算機。雷電脈沖通過電網供電電源進入計算機造成干擾，可以使計算機或部件損壞。由于20世紀80年代以來的電子設備發生了根本變化，集成電路取代了晶體管，這就使電子設備的抗損毀能力大大下降，僅為晶體管設備的千分之一，為電子管設備的百萬分之一。可以說，微電子技術水平越高，電子設備的抗損毀能力就越差。

4.EMC技術在**領域的發展現狀

戰爭本身是刺激技術的發展的重要因素，先進的技術首先會應用于國防和**。這樣各國**行業的EMC技術優越于其它行業。

從**電子設備角度看，在戰爭模式發展到電子戰的今天，電子對抗、制電磁權的爭奪使得強化電子設備的電磁兼容性是確保在戰爭環境中人員、武器裝備、信息情報的**、獲得戰爭勝利的關鍵環節。

現代**裝備中大量電子設備密集狹小的空間相互間的電磁干擾非常嚴重，造成失靈、癱瘓、事故、甚至由于不能同時兼容工作遭受攻擊的情況屢見不鮮。

美國在電磁兼容方面已搞了五十年，在電磁兼容各個方面都處于優越位置。發射電磁干擾已作為特殊進攻方式應用于戰場。目前美國已擁有電磁干擾飛機和電磁炸彈等。

特別值得提出的是，美國科研部門為保護通信網和某些**裝備不受強電磁（包括高空核磁爆）影響，正在全力研究新的抗電磁干擾技術。為此，僅在1982年開始時，美國國防部就投入了200億美元，用以專門對付“電磁脈沖（EMP）的科學研究與設施開發。

5.我國EMC技術的發展狀況

我國開展EMC工作較晚，與先進國家差距較大，尤其是管理規范和設計規范很缺乏。**個干擾標準是1966年由原**機械工業部制定的部級標準JB-854-66《船用電氣設備工業無線電干擾端子電壓測量方法與允許值》。八六年我國出臺GJB151-86標準后，電磁兼容問題逐步得到重視，到九七年頒布并強制執行了GJB151A—--97既《**設備和分系統電磁發射和敏感度要求》；GJB152A—97既《**設備和分系統電磁發射和敏感度測量》電磁兼容國軍標及保密委標準后，電磁兼容技術水平提高很快。目前已制定國家標準及**標準三十余個，標準要求基本等同與國際標準和美軍標。為考核進出口電子、電氣產品的干擾特性提供了一定條件，使我國在電磁兼容標準與規范方面有了較大進展。

近年來國家有關部門對電磁兼容十分重視，電磁兼容學術組織紛紛成立，在許多單位建立或改造了EMC實驗室，引進較先進的EMI、EMS自動測量系統和設備，在各地區及一些**系統建立了***EMC測量中心，已具備各種EMC測量和試驗的能力。

6.電磁兼容學科發展趨勢

1) 現代工業的快速發展，使輻射源的增長率達到每年５－８％，特別是在城市，人為的電磁輻射密度增長系數達到每年７－１４％。因此，城市中電磁能量密度每５－１０年增加１倍。在今后25 年內，社會生產所引起的電磁干擾能量密度將增加３０倍，５０年內可增加700--1000倍，21世紀電磁環境惡化形勢已成定局。因此，如何使電子設備能正常工作將變得越來越困難，并對釋放的干擾控制得越來越嚴格。

2) 在**方面，美俄等國正在研制中的第三代核武器之一就是核電磁脈沖彈。一般的核

武器有三大效應：沖擊波、熱輻射（光輻射）和放射性污染。實際上核武器還有第四效應——電磁脈沖（Electromagnetic Pulse 簡稱EMP），普通核武器以電磁脈沖形式釋放的能量僅占核彈總釋放量的3/1010--3/105，而核電磁脈沖彈則可將此值提高到40%。核爆炸瞬間，彈體釋放出大量γ射線、χ射線和高能中子。由于這些射線能量很大，使周圍空氣分子電離，產生大量帶電粒子，這些粒子的運動形成電流，激勵電磁場，使爆心周圍產生一個很強的瞬時電磁場，它以波的形式以光速向外傳播。電場強度可達50—100KV/m；頻譜很寬，作用范圍大，能在電子設備的導體中感應出很大的瞬時電壓和電流，使電子設備、電路和元器件受到不同程度的干擾和破壞。EMP可使敵方指揮、控制、通訊和情報、監視、偵察（Command、Control、Communication、Computer＆Intelligence、Surveillance、Reconnaissance簡寫為C4ISR）系統遭到毀滅性打擊，并導致系統癱瘓、電力網斷路、金屬管線及地下電纜通訊網等受到影響而陷入無電源、無通訊、無計算機的三無世界。它的后果是破壞電子設備而不傷害人（這與中子彈的效果恰好相反），這就是把核武器常規化了。這個新的發展，直接促成現在研究核電磁脈沖的熱潮。電磁兼容技術指南電磁兼容技術指南電磁兼容技術指南電磁兼容技術指南