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
電磁兼容(Electro Magnetic Compatibility，EMC)是電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)的一種重要的技術(shù)性能。其定義為：設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)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(chǎn)生會降低某個裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的性能，或可能對生物或物質(zhì)產(chǎn)生不良影響的電磁現(xiàn)象。相對應的測試項目根據(jù)產(chǎn)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(huán)境中的設(shè)備或系統(tǒng)，在正常運行時，承受相應標準相應規(guī)定范圍內(nèi)的電磁能量干擾的能力。 使用吹風機時收音機會出現(xiàn)“啪啦，啪啦”的噪聲，原因是吹風機的電機產(chǎn)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(xiàn)出來。這種由一個設(shè)備中產(chǎn)生的電壓/電流通過電源線、信號線傳導并影響其他設(shè)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(shè)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(xiàn)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(xiàn)抖動，揚聲器中也會發(fā)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?shù)诫娨暀C內(nèi)部。當汽車從附近道路經(jīng)過時，電視會出現(xiàn)雪花狀干擾，這是因為汽車點火裝置的脈沖電流產(chǎn)生了電磁波，傳到空間再傳到附近的電視天線、電路上，產(chǎn)生了干擾電壓/電流。像這種通過空間傳播，并且對其他設(shè)備電路產(chǎn)生無用電壓/電流，造成危害的干擾稱為“輻射干擾”。輻射現(xiàn)象的產(chǎn)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(nèi)容不難看出，電磁干擾的根源其實就是電壓/電流產(chǎn)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(shè)備，造成危害，稱為“傳導干擾”。
另外，由于電壓/電流變化而產(chǎn)生的電磁波通過空間傳播到其他設(shè)備中，在其導線或電路上產(chǎn)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(qū)分并不是這樣簡單。
某些數(shù)字視聽設(shè)備（例如液晶電視等）的干擾源，雖然是在設(shè)備內(nèi)部電路上流動的數(shù)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(shè)備。同時這些導線產(chǎn)生的電磁波以輻射干擾的形式危及附近的設(shè)備。而且數(shù)字視聽設(shè)備本身內(nèi)部電路也產(chǎn)生電磁波，以輻射的形式危及其他設(shè)備。 輻射干擾現(xiàn)象的產(chǎn)生和天線是緊密相連的，根據(jù)天線理論，如果導線的長度與波長相等，就容易產(chǎn)生電磁波。例如，數(shù)米長的電源線就會產(chǎn)生30～300MHz頻帶的輻射發(fā)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(nèi)電源線泄漏的干擾可以轉(zhuǎn)變成電磁波發(fā)射到空間。在比此更高的頻率上，比電源線尺寸更小的設(shè)備內(nèi)部電路會產(chǎn)生輻射干擾，對其他設(shè)備造成危害。 綜合起來就是當設(shè)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(xiàn)象。
環(huán)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(shè)備的危害很大，這種干擾一般稱為瞬態(tài)干擾。瞬態(tài)干擾既可以通過電纜（包括電源線和信號線）進入設(shè)備，也可以以寬帶輻射干擾的形式對設(shè)備造成影響。例如，汽車點火裝置和直流電動機電刷產(chǎn)生的電火花對收音機的干擾。在現(xiàn)實環(huán)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(chǎn)生瞬態(tài)干擾的原因。可見瞬態(tài)干擾是指時間很短但幅度較大的電磁干擾。設(shè)備需要通過測試驗證的瞬態(tài)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。
產(chǎn)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(chǎn)生干擾的電路或設(shè)備；② 敏感源：受這種干擾影響的電路或設(shè)備；③ 耦合路徑：能夠?qū)⒏蓴_源產(chǎn)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(shù)就是通過研究每個要素的特點，提出消除每個要素的技術(shù)手段，以及這些技術(shù)手段在實際工程中的實現(xiàn)方法。① 突變的電壓或電流（即dv/dt或di/dt很大）；當電壓或電流發(fā)生迅速變化時，就會產(chǎn)生電磁輻射現(xiàn)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(huán)境，都要考慮電磁干擾問題，例如：① 數(shù)字脈沖電路，隨著產(chǎn)品的信息化和智能化發(fā)展，這種電路無所不在；② 工作在開關(guān)模式的電源（開關(guān)電源），包括AC/DC變換器、DC/DC變換器；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(shù)=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(shù)即為正，表示有功率增益；如果P2小于P1，分貝數(shù)即為負，表示功率發(fā)生損耗。從定義中可知，分貝實際就是兩個數(shù)值的比值，分貝數(shù)只表示兩個數(shù)值的比值的大小，并沒有給予對數(shù)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(shù)=20lg (V2/V1) dB電流增益的分貝數(shù)=20lg (I2/I1) dB
分貝也可以表示物理量的絕對數(shù)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(zhuǎn)換成用分貝表示的形式
電子、電氣設(shè)備工作時會產(chǎn)生一種伴隨電磁輻射，這種輻射并不是設(shè)備為了完成預定的功能而必須發(fā)射的。伴隨輻射是一類主要的干擾源，所有的電子設(shè)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(shè)備中存在著許多寄生天線，這就是電氣、電子設(shè)備在工作時產(chǎn)生伴隨電磁輻射的原因。避免產(chǎn)生寄生天線，也是做電磁兼容設(shè)計的目的之一，分析和解決電磁兼容問題的一項主要內(nèi)容就是發(fā)現(xiàn)和去除一些寄生的天線結(jié)構(gòu)。如果不能徹底去除寄生天線結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，也就是說什么樣的結(jié)構(gòu)能起到天線的作用。電偶極和電流環(huán)是兩個基本的天線結(jié)構(gòu)，如圖1-3所示。圖1-4為我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷碾娨曁炀€實物。
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(huán)天線在電路中隨處可見，因為任何一個電路回路都可以構(gòu)成一個輻射天線。控制電流回路的面積是減小電流環(huán)路輻射的有效方法。在進行線路板設(shè)計和電纜設(shè)計時應該以此為依據(jù)。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(jié)構(gòu)設(shè)計和搭接設(shè)計應該以此為依據(jù)。電流環(huán)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(fā)現(xiàn)了，因為驅(qū)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(chǎn)生的電壓。 電子產(chǎn)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(shù)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(shè)計時，要盡量消除這些結(jié)構(gòu)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(tǒng)的地線設(shè)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(tǒng)的地線設(shè)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(chǎn)生電壓，因此金屬部件很容易成為偶極或單極天線。
