电磁兼容技术及其应用 第5章
电磁兼容性测试技术及其应用
电磁兼容性测试技术及其应用电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）是指一种能够使电子设备在同一时空范围内共存和互相干扰最小的特性。
因为不同类型的电子设备在相互使用时会产生不同的电磁波，如果没有EMC的技术，就会导致电子设备之间的干扰和冲突，甚至会影响设备正常运作。
因此，EMC技术的研究与应用，对各行各业都有重要的意义。
一、电磁干扰与电磁兼容性测试技术电气设备产生的电磁波在传输传过程中可能会干扰其他设备的正常工作，如工业设备、医疗设备、军用装备等。
电磁干扰（Electromagnetic Interference，简称EMI）是指电气设备在工作时产生的电磁波，对其他设备造成的干扰。
因此，为了保证不同设备之间的互不干扰，必须对电磁兼容性进行测试和评估。
EMC测试技术是通过测试电气设备的电磁干扰水平和其对其他设备的电磁兼容性，来确保各设备能在相互干扰的条件下正常工作。
EMC测试技术包括辐射测量、传导测量和瞬变测量。
辐射测试是针对电气设备产生的辐射场，通过使用天线来测量电磁场的信号强度；传导测试是针对电气设备的传导干扰，通过测量传导信号传输的功率、频率和及预测干扰电源的频率等方式来进行测量；瞬变测试是针对电气设备产生的瞬时、短时干扰，通过测量瞬间峰值、频率和功率等指标，可以评估电器设备对瞬时/短时干扰的响应与防护性能。
二、电磁兼容性测试技术的应用基于EMC测试技术的结果，可以对电气设备进行设计和测试优化，以提高电气设备的整体性能和互通性。
现在电气设备的应用场景日益复杂，为了适应市场需求，各行各业都在对设备进行EMC测试。
1、航空行业航空行业对电气设备的电磁兼容性要求非常苛刻，设计、生产和测试必须要符合各种国际标准和行业规范。
EMC技术在航空电器、航空雷达等电子设备的应用中起着至关重要的作用。
2、电力行业电力行业是一个与EMC联系非常密切的领域，EMC测试技术可以对各种电力设备和产品的电磁干扰性能进行精准测评，为电力行业优化产品设计、提高安全效率提供了帮助。
第五章_搭接技术及其应用
通常用搭接条的直流电阻表示搭接质量。 例如，某些军事规范要求直流搭接电阻小于0.1Ω， 以预防冲击危害。MIL-B-5087-B要求直流搭接电阻小于 2.5 mΩ。在有闪电、爆炸、火灾危害倾向的区域，如果 电源线对地短路，允许的电阻值取决于最大的故障电流。 如果直流电阻大约为0.25-2.5mΩ,通常就能实现良好的射 频搭接。 搭接电阻的基本表达式为
图5-2 搭接的高频等效电路
图5-2中，搭接电阻的值取决于搭接条的电阻率、 l 半径和集肤深度，即 (5-1) RS 2 π a 式中：ρ为电阻率(Ω·m)；a为半径(m)； δ＝(2ρ/ωμ)1/2，为集肤深度(m)；l为长度(m)。 搭接条的电感LS是搭接条物理结构的函数，而电容CS 是搭接面的面积及搭接面间距的函数。 以dB为单位，搭接的有效性能够采用有搭接条与无搭 接条时设备外壳上的感应电压的差来表示。可能是负值。 搭接条的谐振频率是搭接有效性最坏时的频率。
5.4 搭接的设计
机械加工方法有螺栓连接、铆接、压接、卡
箍紧固、销键紧固、拧绞连接等方法。 化学加工方法主要采用导电粘合剂。它是一 种具有两种成分的银粉填充的热固性环氧树脂， 经固化后成为一种导电材料。通常它用于搭接金 属的表面，既粘合，又形成导电良好的低电阻通 路。它不仅具有很好的防腐能力，还具有很强的 机械强度。有时它和螺栓结合使用，效果更佳。
如果需要将第二组金属(例如铝)机壳与第四组金属(例
如不锈钢)框架搭接时，为了减小对金属铝的腐蚀，可在
两金属表面间放入一个第三组金属(例如镀锡)垫圈。 这样即使保护层损坏，受腐蚀的将是垫圈，而不是铝 壳，因而可以保护机壳。 此外，当两种不同金属搭接时，阴极和阳极的相对面
积选择也很重要，阴极越大意味着电子流量越大，因此，
电磁兼容原理、技术及应用 课件 梁振光
第2章 电磁兼容基本原理
2.1 电磁兼容的基本概念 2.2 电磁骚扰源 2.3 电磁骚扰的传播 2.4 保证电磁兼容性的方法
2.1 电磁兼容的基本概念
2.1.1 有关电磁兼容的定义
电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility—EMC)
1) 国家标准GB/T 4365-1995《电磁术语》的定义： 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骚扰的 能力。
cn
A
T
sin(nπ / T ) nπ / T
sin(nπtr / T ) nπtr / T
信号频谱：
适当延长梯形波的上升时间和下降时间，则 该信号的高频谐波分量可大为减小
2.3 电磁骚扰的传播
将传播方式按耦合机理分类：
2.3.1 电流流通路径 什么是电流？
电荷的移动形成电流（传导电流IC）； 电场的变化也形成电流（位移电流ID）。
被干扰电路中的负载上的干扰电压
U L2 jMI1Z L2 /(Z S 2 Z L2 )
磁场耦合不需要直接的电连接，当骚扰信号的 频率高（电流随时间变化快），被干扰电路回路 面积大（互感大），被干扰电路的负载阻抗远大 于其源阻抗时，磁场耦合严重。
为减小磁场耦合的影响，应采取如下措施： ①降低骚扰电流的频率； ②减小回路之间的互感； ③减小被干扰回路的负载阻抗。
为减小互感，可减小回路面积；增大回路间的 距离；避免回路面平行布置；采取屏蔽措施。
2.3.4 电场耦合 当骚扰源为高电压、小电流时，它对周围导体、
电路的影响，主要表现为电场耦合干扰。
骚扰源通过电容耦合作用于被干扰电路
在导线2上产生的干扰电压为
电磁兼容技术及应用
电磁兼容技术及应用电磁兼容技术及应用摘要：本文简要介绍电磁兼容相关的各项技术，通过对接地、屏蔽、滤波等技术的分析，说明产品如何实现良好的电磁兼容性，如何将电磁兼容技术融入产品研发流程。
对实例分析，结合电磁兼容理论，说明实际测试中的处理摘要：本文简要介绍电磁兼容相关的各项技术，通过对接地、屏蔽、滤波等技术的分析，说明产品如何实现良好的电磁兼容性，如何将电磁兼容技术融入产品研发流程。
对实例分析，结合电磁兼容理论，说明实际测试中的处理方法，从干扰源、耦合路径、敏感源方面逐步分析验证，提高产品可靠性。
关键词：电磁兼容接地屏蔽滤波目前，电磁兼容技术已经发展成为专门的针对电子产品抗电磁干扰和电磁辐射的技术，成为考察电子产品的安全可靠性的一个重要指标，覆盖所有电子产品。
各个电子设备在同一空间工作时，会在其周围产生一定强度的电磁场，这些电磁场通过一定的途径（辐射、传导）耦合给其他的电子设备，影响其他设备的正常工作，可能使通讯出错或者系统死机等，设备间相互干扰相互影响，这种影响不仅仅存在设备间，同时也存在元件与元件之间，系统与系统之间。
甚至存在与集成芯片内部。
电磁兼容技术主要包括接地、滤波、屏蔽技术等，在特定场合需要注意的是不一样的，A、在结构方面，需要注意屏蔽和接地，B、在线缆方面注意接地和滤波，C、在PCB设计方面，需要注意信号布局布线、滤波等。
一、电磁兼容技术首先从构成电磁干扰的三要素入手，即干扰源、敏感源、耦合路径，★干扰源是产生电磁干扰的设备，通过电缆、空间辐射等耦合路径影响干扰敏感源设备。
高频电压/电流是产生干扰的根源，电磁能量在设备之间传播有两种方式：传导发射和辐射发射，传导发射是以导线为媒体，以电流为现象，辐射发射是以空间辐射为媒体，以电磁波为现象。
常见干扰源有雷电、无线通讯、脉冲电路、静电、感性负载通断、天线、电缆导线等。
任何电路都可能成为敏感源，数字电路抗干扰性较好，但是风险大，大的脉冲尖峰可能是数字电路误动作，音频模拟电路对射频信号敏感。
机电一体化技术-机电一体化技术-5.2 机电一体化系统的电磁兼容技术
屏蔽技术用来抑制电磁噪声沿着空间的传播、切断辐射 电磁噪声的传输途径。用金属材料或磁性材料把所需屏蔽 的区域包围起来，使屏蔽体内外的“场”相互隔离。
屏蔽技术对于不同的辐射场分为三大类：电场屏蔽、磁 场屏蔽及电磁场屏蔽。
第五章 机电一体化系统的接口与电磁兼容技术
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2. 接地技术
“地”可定义为一个等位点或一个等位面， 它为电路、系统提供一个参考点位，电路、系统 中的各部分电流都必须经“地线”或“地平面” 构成电流回路。
扰； 按耦合方式分为传导耦合方式和辐射耦合方式。
2. 电磁噪声耦合途径 电磁噪声传导耦合 电磁辐射耦合 串扰 浪涌
第五章 机电一体化系统的接口与电磁兼容技术
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三、常用的干扰抑制技术
电磁干扰的抑制要从干扰干扰的影响也将被消除。
常用的方法有滤波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔 离等。
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4. 隔离技术
布线的隔离是通过加大受扰电路器件或装置与干 扰源之间的距离，来降低干扰的一种行之有效的措施。 因为干扰与距离的平方成反比，距离增加1倍则干扰降 低4倍。
布线时要正确使用“短”、“乱”、“辫”、“共 地”、“浮地”。
第五章 机电一体化系统的接口与电磁兼容技术
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例：在对某一款塑料外壳的设备进行静电放电时，发现表
5.2 机电一体化系统的电磁兼容技术
一、电磁兼容技术基本概念
1.电磁兼容性（EMC）： 是指“设备 （分系统、系统） 在共同的电磁环
境中能一起执行各自功能的共存状态，即该设备不 会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁发 射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁 环境中其它设备（分系统、系统）因受到其电磁发 射导致或遭受不允许的降级。”
《电磁兼容原理、技术及及应用》第5章 接地及搭接汇编
第5章 接地及搭接
为同时满足宽频系统中低频单点接地和高频多点接地的不 同要求，可利用电容器对高频相当于短路（高频地）、对低 频相当于开路的特点来实现。
混合接地
第5章 接地及搭接
系统工作在低频状态，为避免公共阻抗耦合，串联 单点接地。但系统暴露在高频强电场中，屏蔽电缆 需要双端接地，图示结构解决了这个问题。
解决地环路干扰的方法：基本思路是有两个：一个是减小地线的阻抗， 从而减小干扰电压。另一个是增加地环路的阻抗，从而减小地环路电流。
第5章 接地及搭接
综上所述，单点接地适用于低频，多点接地适用于高 频。一般来说，频率在1 MHz以下可采用一点接地方式； 频率高于10 MHz应采用多点接地方式；频率在1～10 MHz之间，可以采用混合接地(在电性能上实现单点接地、 多点接地混合使用)。
783m 10.6
的
5M 2.13 35.5 2.7 41.3 3.57 50
3.86 53
直 径
10M 4.26 71.2 5.4 82.8 7.14 100 7.7
106
作
50M 21.3 356 27 414 35.7 500 38.5 530
用 减
100M 42.6
54
71.4
77
小
150M 63.9
81
107
115
1. 导体的阻抗与频率关系很大。 2. 导体的阻抗低频时与截面尺寸关系大，高频时关系小。
第5章 接地及搭接
干扰控制接地有３种基本的接法：浮地、单点接地和多 点接地，以及由单点接地和多点接地派生出来的混合接地。
电磁兼容原理技术及应用
电磁兼容原理技术及应用
电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）是指各
种电子设备在相同的电磁环境中能够共存和相互协调工作的能力。
电磁兼容原理技术和应用是保证电子设备在正常工作状态下不受干扰，同时也不对其他设备造成干扰的关键技术。
电磁兼容原理技术主要包括两个方面：电磁辐射控制和电磁敏感度控制。
电磁辐射控制是通过合理设计电路和导线布局、使用屏蔽材料以及降低高频振荡电路等方式来减少设备产生的电磁辐射。
电磁敏感度控制是通过改进设备的电磁兼容性，提高设备的抗干扰能力，降低其对外部干扰的敏感度。
在实际应用中，电磁兼容原理技术被广泛用于各个领域。
在电子通信领域，电磁兼容技术可以保证手机、电视、无线网络设备等在相同频段工作时不会相互干扰；在军事领域，电磁兼容技术可以保证雷达、通信设备等正常工作，并提高其抗电磁干扰能力；在汽车领域，电磁兼容技术可以减少车载设备对车辆电子系统的干扰，保证车辆电子系统的正常工作。
此外，电磁兼容原理技术还被广泛应用于航空航天、医疗设备、能源等领域。
在航空航天中，电磁兼容技术可以保证航空器的各个电子设备在恶劣的电磁环境中正常工作；在医疗设备中，电磁兼容技术可以减少医疗设备对周围环境的干扰，并确保医疗设备的安全性和可靠性；在能源领域，电磁兼容技术可以保证电力系统的各个设备正常工作，提高电力系统的稳定性和可靠性。
总之，电磁兼容原理技术和应用在现代社会中具有重要的意义，它可以保证各种电子设备的正常工作，并提高设备的可靠性和稳定性。
通过合理应用电磁兼容技术，可以减少电子设备对周围环境和其他设备的干扰，保证各个设备之间的协调工作。
电磁兼容及其应用
Rm
Hl l BS S
（2-9）
式中，为磁导率。 由式（2 6）可见当 U m 一定时， Rm 越小，则 越大。
m
由式（2 9）可见， 导率 Rm 与成反比，因而选用高磁 的铁磁材料做磁屏蔽体 时，其磁阻很小，所以 大部分 磁通流过屏蔽体。
铁磁材料只适用于低频，不能用于高频磁场 屏蔽，因为高频时铁磁材料中的磁性损耗很大 （包括磁滞损耗和涡流损耗）。
电场为主 E 1 / r ，H 1 / r
3 2
平面波E 1 / r，H 1 / r
377
磁场为主 H 1 / r ，E 1 / r
3 2
0
/ 2
图2-9 波阻抗
到观测点距离r
在电磁兼容分析中，经常用到波阻抗这个物理量。 电磁波中的电场分量与磁场分量的比值称为波阻抗，定 义如下： ZW = E / H 近场和远场：根据观测点到辐射源的距离不同，划分出 近场区和远场区两个区域，当距离小于/时，称为近 场区，大于/时称为远场区。
电磁兼容及其应用
屏蔽技术
电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一。 大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。用 电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不 会影响电路的正常工作，因此不需要对电路做任何修 改。 所谓电磁屏蔽就是以某种材料（导电或导磁材料） 制成的屏蔽壳体（实体的或非实体的）将需要屏蔽的 区域封闭起来，形成电磁隔离，使其内部产生的电磁 场不能越出这一区域而干扰区域外部设备，而外部电 磁场不能进入这一区域（或者进出该区域的电磁能量 将受到很大的衰减）。
2.2.1低频磁场屏蔽 低频（100kHz）以下磁场屏蔽常用的材料是高磁导 率的铁磁材料（如铁、硅钢片、坡莫合金等）。低频磁 场屏蔽的原理是利用高磁导率的材料对于干扰磁场进行 分路。要想提高磁导率的屏蔽性能，应采用高磁导率的 屏蔽材料，且增大屏蔽体的壁厚。
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3. 1) 电流探头是测试线上非对称干扰电流的卡式电流传感器， 测试时不需与被测的电源导线导电接触，也不用改变电路结
圆环形卡式电流探头的结构如图5.1-2所示。
图5.1-2 圆环形卡式电流探头
使用电流探头时，需先测出其传输阻抗，然后才能用于
测试频段：20Hz～30MHz 输出阻抗：50Ω 内环尺寸：32mm～67mm
图5.1-3 电源阻抗稳定网络结构图
3) 在大多数的EMC测试中，对天线频率范围的要求远大 于某一单个天线所能提供的频率范围，实际上，由于带宽和 天线尺寸的限制，在一次测试中使用５副天线来覆盖整个测
选择EMC测试天线，首先必须明确测试任务对发射天 线和接收天线的要求，包括频率范围，最小可接受的增益， 可接受的天线的最大尺寸，还要决定使用几副天线，获得的 数据是否满足测试者的需要，结果以哪种形式表示最合适，
(1)幅度精度：±2dB
(2)6dB
国际EMI测试：
9kHz～150kHz
200Hz,
150kHz～30MHz 9kHz,
30MHz～1000MHz 120kHz,
国军标EMI 25Hz～1kHz10Hz, 1kHz～10kHz100Hz, 10kHz～250kHz1kHz, 250kHz～30MHz10kHz, 30MHz～1GHz100kHz,
第五章 电磁兼容测试基础
5.1 电磁兼容中的测试设备 5.2 测试场地 5.3 测试设备及环境的校准 5.4 电磁兼容测试的一般方法
5.1 电磁兼容中的测试设备
电磁兼容测试领域有很多专用、特殊的设备。大致可分 为两类：一类用于做接收，与适当的传感器连接，可进行电 磁干扰测试；另一类用于模拟不同干扰源，通过适当的耦合 /去耦合网络、传感器或天线，施加到被测设备上，以进行
-42dB(μA/m),1MHz 阻抗：50Ω 环直径：60cm
测试频段：10Hz~100kHz 匝数：36 环直径：13.3cm 导线规格：7×0.07mm
(2)电场天线。电场天线用于接收被测设备工作时泄漏 的电场、环境电磁场及测试屏蔽室(体)的电场屏蔽效能，测 试频段为10kHz~40GHz。电场天线也分为有源和无源天线
>1GHz1MHz (3) (4)输入阻抗：50Ω
(5)灵敏度：优于-30dBμV(典型值) 为满足脉冲测试的需要，接收机还应具有预选器，即输 入滤波器，对接收信号频率进行调谐跟踪，以避免前端混频
测试接收机中拥有各种不同的检波器，可提供不同的检
(1)峰值检波是检测干扰信号包络的最大值，而忽略干 扰信号的频率，它只与干扰信号的幅度有关，与时间、频率
(1)磁场天线。 磁场天线用于接收被测设备工作时泄漏的磁场、空间电 磁环境的磁场，及测试屏蔽室的磁场屏蔽效能。测试频段为
25Hz~30MHz 根据用途不同，磁场天线可分为有源天线和无源天线两
类。通常有源天线适合于测试空间的弱小磁场；而无源环天 线常用于近距离测试设备工作时泄漏的磁场，与有源天线相
测试频段：10kHz~30MHz 增益：85dB~125dB 灵敏度：-1dB(μA/m),10kHz
⑤双脊喇叭天线。双脊喇叭天线的上下两块喇叭板为铝 板，铝板的中间位置是扩展频段用的弧形凸状条，两侧为环 氧玻璃纤维的覆铜板，并蚀刻成细条状，连接上下铝板。双 脊喇叭天线为线极化天线，测试时通过调整托架改变极化方 向。一般可用于0.5GHz~18GHz辐射发射和辐射敏感度测试。
2) 电源阻抗稳定网络的作用是在射频范围内向被测设备提 供一个稳定的阻抗，并将被测设备与电网上的高频干扰隔离
电源阻抗稳定网络对每根电源线提供三个端口，它们分 别为供电电源输入端、到被测设备的电源输出端、连接测
电源阻抗稳定网络的结构如图5.1-3所示。 电源阻抗稳定网络的阻抗是指干扰信号输出端接50Ω负 载阻抗时，在设备端测得的相对于参考地的阻抗的模。当干 扰输出端没有与测试接收机相连接时，该输出端应接50Ω负 载阻抗。
频率范围：30MHz~300MHz 驻波比：≤2.0 最大连续波功率：50W 输出端阻抗：50Ω 峰值功率：200W
Hale Waihona Puke ③半波振子天线。半波振子主要由一对天线振子、平衡 /不平衡变换器及输出端口组成，可将振子长度调到适当的 半波长度，同时调节平衡/不平衡变换器使天线的输出端具
增益：2.15dB 阻抗：73+j42.5Ω 波瓣宽度：78°
④对数周期天线。对数周期天线的结构类似八木天线， 上下两组振子，从长到短交错排列。对数周期性天线方向性 较强，具有高增益、低驻波、宽频带的特点，适用于电磁干 扰和电磁敏感度测试。对数周期天线的典型技术指标如下：
频率范围：80MHz~1000MHz 驻波比：≤1.5 最大连续波功率：50W 输出端阻抗：50Ω
5.1.1 电磁干扰(EMI) 1. 测试接收机用来测试射频功率的幅度和频率，接收的可
能是干扰，也可能是信号的载波，其组成可由图5.1-1表示。
图5.1-1 测试接收机的组成
接收机测试信号时，先调谐输入某个测试频率fi，该频 率经高频衰减器和高频放大器后进入混频器，与本地振荡器 的频率fl混频，产生混频信号。混频信号经中频滤波器得到 中频f0=fl-fi，中频信号再经中频衰减器、中频放大器后由包 络检波器进行包络检波，滤去中频，得到低频信号A(t)。A(t) 再进一步进行加权检波，检波时可根据需要选择检波器，以 分别得到A(t)峰值、有效值、平均值或准峰值。这些数值经 过低频放大后可推动电表指示或在数码管屏幕显示出来。
(2)准峰值检波可同时反映干扰信号的幅度和时间分布， 是CISPR
(3)平均值检波测试干扰信号包络的平均值，主要用于
(4)有效值检波又称均方根检波，是测试干扰信号包络
具体如何选择检波方式应根据被测干扰源的性质、所需
2. 频谱分析仪是显示被测信号能量与频率间函数关系曲线 的测试仪器。通常根据测试信号频带的宽度，分为宽带频谱
①杆天线。天线杆长1m，用于测试10kHz~30MHz频段 的电磁场，其形状为垂直的单极子天线，由对称子中间插入 地网演变而来，测试时一定要按天线的使用要求安装接地网。
频率范围：10kHz~30MHz 天线有效高度：0.5m 输出端阻抗：50Ω
②双锥天线。双锥天线的形状与偶极子天线十分接近， 测试频段比偶极子天线宽，且无需调谐，适合于接收机配合 组成自动测试、系统扫频测试。可用于电磁发射测试和辐射