电磁兼容报告

Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

第1章电子通信设备为什么要保证电磁兼容性

1.1电磁干扰简介

电磁辐射干扰是指通过电磁源空间传播到敏感设备的干扰。这类干扰的能量是由干扰源辐射出来，通过介质（包括自由空间）以电磁波的特性和规律传播的。构成辐射干扰源有两个条件：一个是有产生电磁干扰的波源；另一个是能把这个电磁波能量辐射出去。电磁辐射场区一般分为近区场和远区场，电磁辐射干扰近区场表现为静电感应与电磁感应导致的干扰,远区场则为通过辐射电磁波造成的干扰。任一载流导体周围都产生感应电磁场并向外辐射一定强度的电磁波,相当于一段发射天线。处于电磁场中的任一导体则相当一段接收天线,会感生一定电势。导体的这种天线效应是导致电子、电气设备相互产生电磁辐射干扰的根本原因。常见的信息辐射干扰源有发送设备、本地振荡器、非线性器件和核爆脉冲等。

随着现代科学技术的发展和人民生活水平的提高，电气及电子设备的数量及种类不断增加，从而导致空间电磁环境日益复杂。在这种复杂的电磁环境下，怎样减少设备间的电磁干扰，使每个系统能正常运转，是一个迫切需要解决的问题。这正是研究电磁兼容技术的宗旨。目前，电磁兼容已成为电子系统或设备的技术关键，为了保证电子系统的正常工作，必须进行

严格的电磁兼容性设计，在系统研制、设计、工艺、生产、试验、使用等各阶段均要采用电磁兼容技术，电磁兼容设计和管理应贯穿于从产品的研制到使用的始终。

电磁兼容(ElectromagneticCompatibility)指的是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能力。电磁兼容技术是以解决实践中的电磁干扰而出现并发展起来的新兴学科。从广义角度来讲，电磁兼容技术要研究和解决的问题是电气、电子设备及系统以及人类或动植物在一个共同的电磁环境中的安全共存问题。它既包括电气、电子设备之间的相互干扰，也包括自然界电磁干扰(宇宙干扰、天电干扰、雷电干扰等)对电气、电子设备、人或动植物的电磁影响或电磁效应。电磁干扰的传输有传导和辐射两种形式，归纳起来，任何电磁干扰都是由三个基本要素组合而产生的，它们是电磁干扰源(或发射机)、干扰体(或接受机)、传输通道(耦合机制)。相应地对抑制所有电磁干扰的方法也应由选三要素着手解决。

1.2电磁兼容性的基本概念

电子设备受电磁骚扰的影响而出现故障或性能降级，就称为设备对电磁骚扰敏感。如何在设备与电磁环境之间寻求一种协调的关系和共存的条件，这就是电磁兼容性技术。

形成电磁干扰的三要素：干扰源、耦合路径、敏感设备

电磁干扰源：产生电磁干扰的元器件、设备、系统或自然干扰源。

敏感设备：对电磁干扰发生响应的设备

第 I 条耦合途径：使能量从干扰源耦合（或传输）到敏感设备上并使敏感设备产生响应的媒介。

1.3电磁干扰对电子通信设备的危害

电子设备和系统受强电设备干扰或系统内部的电磁影响造成性能下降或不能工作的情况是电磁干扰最为常见的危害。在军事上，由于飞机和军舰等军事装备中防御电子系统和进攻电子系统的相互干扰不能同时兼容工作，而遭到对方发射导弹的攻击的战例也很多。

概括而言，电磁能量的人类活动有三大危害：①电磁干扰会破坏或降低电子设备的工作性能；②电磁干扰能量可能引起易燃易爆物的起火和爆炸，造成武器系统的失灵、储油罐起火爆炸，带来巨大的经济损失和人身伤亡；③电磁干扰能量可对人体组织器官造成伤害，危及人类的身体健康。电磁干扰对电气、电子设备或系统，特别是对含有半导体器件的设备或系统会产生严重的破坏作用。损坏效应归纳起来主要有：

1.?高压击穿：当器件接收电磁能量后可转化为大电流，在高阻处也可转化为高电压，结果可引起接点、部件或回路间的电击穿，导致器件损坏或瞬时失效。例如，脉宽为0.1微秒、电流幅值为1A的电流脉冲，可在1PF的电容接点上产生100KV电压，该接点被击穿后还会产生数百KHz的衰减正弦波振荡，并辐射出电磁波。

2.?器件烧毁或受瞬变干扰：除高压击穿外，器件因瞬变电压造成短路损坏的原因一般都归结于功率过大而烧毁，或PN结的电压过高而击穿，无论是集成电路、存储器还是晶体管、二极管、晶闸管等都是一样的。大多数半导体器件的最低损坏的有效功率为1微秒、10瓦特或

10uJ,一些敏感器件为1微秒、1瓦特或1uJ。一般硅晶体管的E极和B极之间的反向击穿电压为2~5V,而且它还随温度的升高而下降，干扰电压很容易使其损坏。

关于半导体器件损坏或受瞬变干扰的过程还可能出现以下几种情况：

a)?所有CMOS器件都用氧化膜绝缘或用它保护集成电路中的不同元器件，但氧化膜的厚度只有几微米，一旦电压超过氧化膜的绝缘强度便会将它击穿，造成短路。

b)?当电流通过PN结时，由于电流的不均匀往往会烧毁镀敷的金属导体，造成开路。

c)?出现因瞬变电压的能量尚不足以立即损坏器件，但会使其性能下降，影响功能，丢失数据，产生误动作，使半导体器件进入不能自动复原的导通状态（也称为死机）；而切断重新开机后又恢复正常工作。

d)?器件存在潜伏性的损毁现象，即器件的反复经受瞬变电压的冲击，每次都使性能降低一些，累积起来后会在某一天使产品出现灾难性的损坏。以整流二极管为例，在经受很高的瞬变电压之后，二极管的反向漏电流会增加。每经受一次冲击，反向漏电流会增加一些，表面看来设备仍能工作，性能没有明显变化，但发热增加，到最后终会因偶然的一个瞬变电压而导致二极管烧毁。这种潜伏性损毁在半导体器件中是屡见不鲜的，半导体器件在制造时产生的缺陷也会造成潜伏性损毁。对于无源器件，瞬变电压也同样会使其烧毁或性能降低，如降低耐压值和额定工作电压以及其他电气性能。

3.?浪涌冲击：对有金属屏蔽的电子设备，即使壳体外的微波能量不能直接辐射到设备内部，但是在金属屏蔽壳体上感应的脉冲大电流，像浪涌一样在壳体上流动，壳体上的缝隙、孔洞、外露引线一旦将一部分浪涌电流引入壳内电路，就足以使内部的敏感器件损坏。

4.?影响电路正常工作传递：电磁干扰对低压电子电路也有较大影响。对模拟电路的影响随干扰强度的增大而增大，直接影响电路的工作性能和参数；对数字电路，电磁干扰容易导致信号电平的变化，从而影响数据链传输的准确性。

第2章电子通信设备面临的电磁干扰

2.1电子通信设备的电磁干扰来源的分类

从来源分：自然骚扰和人为骚扰从骚扰属性分：功能性骚扰和非功能性骚扰。从耦合方式分：传导骚扰和辐射骚扰。从频谱宽度分：宽带骚扰和窄带骚扰从频率范围分：甚低频骚扰(30Hz以下)、工频与音频骚扰(50Hz及其谐波)、载频骚扰(10kHz一300kHz)、射频及视频骚扰(300kHz一300MHz)、微波骚扰(300MHz一100GHz)。

2.2电子通信设备的电磁干扰的主要来源

电子设备的自身干扰

电子设备的自身干扰是指电子设备内部各器件之间的相互干扰，主要有以下几种：

1)通过电源地线、传输导线的阻抗、导线之间的互感产生的电磁干扰；

2)大功率和高电压的器件产生的磁场、电场对其它器件造成的干扰；

3)由线路的分布电容和绝缘电阻产生的干扰。

自然干扰源包括：

(1)大气噪声干扰：如雷电产生的火花放电、属于脉冲宽带干扰，其覆盖从数Hz到100MHz以上．传播的距离相当远。

(2)太阳噪声干扰：指太阳黑子的辐射噪声。在太阳黑子活动期．黑子的爆发．可产生比平稳期高数千倍的强烈噪声．致使通信中断。

(3)宁宙噪声：指来自银河系的噪声。

(4)静电放电：人体、设备上所积累的静电电压可高达几万伏直到几十万伙．常以电晕或火花方式放掉，称为静电放电。静电放电产生强大的瞬间电流和电磁脉冲，会导致静电敏感器件及设备的损坏。静电放电属脉冲宽带干扰、频谱成分从直流一直连续剑中频频段。

人为干扰源包括：

人为干扰源指而电气电子设备和其他人工装置产生的电磁干扰。这里所说的人为干扰源都是指无意识的干扰。至于为了达到某种目的而有意施放的干扰，如电子对抗等不属于本文讨论范围。任何电子电气设备都可能产生人为干扰。在此，只是提到一些常见的干扰测量环境的干扰源。

(1)无线电发射设备：包括移动通信系统、广播、电视、雷达、导航及无线电接力通信系统．如微波接力，卫星通信等。因发射的功率大，其基波信号可产生功能性干扰；谐波及乱真发射构成非功能性的无用信号干扰。

(2)工业、科学、医疗(ISM)设备：如感应加热设备、高频电焊机、X光机、高频理疗设备等．强大的输出功率除通过空间辐射干扰外，还通过工频电力网干扰远方的设备。

(3)电力设备：包括伺服电机、电钻、继电器、电梯等设备通、断产生的电流剧变及伴随的电火花成为干扰源：电力系统中的非线性负载(如电弧炉等)、间断电源(UPS)等同态电源转换设备产生大量谐波涌入电网成为干扰源：日光灯等照明设备也产生辉光放电噪声干扰。

(4)汽车、内燃机点火系统：汽车点火系统产生宽带干扰，从几百千赫到几百兆赫干扰强度几乎不变。

(5)电网干扰：指由50Hz交流电网强大的电磁场和大地漏电流产生的干扰，以及高压输电线的电晕和绝缘断裂等接触不良产生的微弧和受污染导体表面的电火花。

(6)高速数字电子设备：包括计算机和相关设备。

第3章针对电子通信设备面临的各种电磁干扰的解决方法研究

3.1电磁屏蔽

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。

因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均

起着吸收能量、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波)的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

3.2滤波法降低电磁干扰

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显着地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不等于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，从而起到其他干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰藕合，或是增强接收设备的抗干扰能力，都是有力措施。用阻容和感容去藕网络能把电路与电源隔离开，消除电路之间的祸合，并避免干扰信号进人电路。对高频电路可采用2个电容器和1个电感器(高频扼流圈)组成的CLCMa型滤波器。滤波器的种类很多，选择适当的滤波器能消除不希望的祸合。

3.3接地及搭接

良好的地线是整个电路系统稳定工作的基础，因此地线设计的好坏对全局起着至关重要的作用。其机理是使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地工作。同时，良好接地可以有效地防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。另外，当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏;当工频交流电源的输人电压因绝缘不良或其他原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。此外，很多医疗设备都与病人的人体直接相连，当机壳带有110V或220V电压时，将发生致命危险。

接地也是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。

电路的接地方式基本上有3类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其他各个需要接地的点都直接接到这一点上。

多点接地是指某一个系统中各接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。

3.4瞬态骚扰的抑制

在电力系统的电磁环境中存在着一些短暂的高能量的脉冲骚扰源，这些骚扰对继电器及装置的正常工作有非常大的影响，严重时也要损坏元器件，甚至损坏设备以至于整个系统。这些骚扰源就称为瞬态脉冲骚扰源。产生瞬态脉冲骚扰源的原因有：雷电放电、静电放电、电力系统的开关动作过程等。常见的瞬态脉冲骚扰源有电快速瞬变脉冲群骚扰、静电放电骚扰、浪涌(冲击)骚扰及1MHz(100kZHz)脉冲群骚扰等。

瞬变脉冲骚扰的抑制方法

抑制电快速瞬变脉冲群骚扰的方法

①使用电快速瞬变脉冲群骚扰的滤波器和吸收器；②减小印制线路板的地线共阻抗值；③将电快速瞬变脉冲群骚扰源远离敏感电路；④在软件中加入抗骚扰指令；⑤正确使用接地技术；⑥合理布线，强电、弱电、信号线应分别绑线，接入印制线路板的输入、输出线应尽量短。

抑制浪涌骚扰

抑制浪涌骚扰的元器件主要有避雷管、压敏电阻和瞬态抑制二极管，这些元器件属于对瞬态瞬变脉冲的吸收器。

①避雷管：又称气体放电管，管内充有一定种类和一定数量的惰性气体，当浪涌电压出现时管内的惰性气体被电离，形成短路状态。于是避雷管两端电压迅速降低到一个很低的电压值，它使大部分的浪涌骚扰所产生的骚扰能量被泄放掉了。这就是避雷管抑制浪涌(冲击)骚扰的工作原理。

②压敏电阻：压敏电阻是电压敏感型器件，当加在压敏电阻两端上的电压低于标称电压时，它的电阻几乎是无穷大；一旦超过其电压值后压敏电阻的电阻值便急剧下降，从而将浪涌骚扰中的能量泄放，并将浪涌电压的幅度限制在一定的幅度内，整个过程的响应时间为ns

级。

③瞬态抑制二极管(TVS)：瞬态抑制二极管全称是硅瞬变电压吸收二极管。它具有极快的响应时间和非常高的浪涌吸收能力，可用于保护继电器及装置或电路免受静电、切断电感负载以及感应雷所产生的瞬态脉冲骚扰。在正常时，瞬态抑制二极管是不工作的，当出现了瞬态脉冲骚扰(包括冲击浪涌)时，器件中的硅PN结的雪崩效应，使瞬时过电压的尖峰以箝位；方式限制在电路可以允许的范围内。这就是瞬态抑制二极管的二作原理。

共模骚扰的抑制方法

①采用浮地屏蔽法；②采用平衡电路法；③采用隔离变压器和共模扼流圈法；④采用光电耦合方法；⑤采用输入滤波器方法

差模骚扰的抑制方法

①采用双绞线的输入方法(使干扰电势互相抵消)；②采用屏蔽接地方法(抑制电场干扰的影响)；③输入端接入低通滤波器法(减少高频骚扰的输入)；④分离各种电源线输入方法(减少磁场骚扰的影响)

3.5合理的进行电路设计

有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合屏蔽，采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其他导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号，可在负载上自行消失。另外，还可采用其他一些电路技术，例如接点网络，整形电路，积分电路和选通电路等等。总之，采用电路技术也是抑制和防止电磁干扰的重要措施。