電磁兼容的概念及設計方法

屏蔽的注意事項

——鐵磁性導體的靜態(tài)磁屏蔽適用于低頻磁場。屏蔽的效果與屏蔽材料的相對磁導率μr、厚度d、幾何形狀以及磁場方向有關。例如橫向磁場中的圓球的屏蔽系數(shù)as為

as=20lg（1＋μrd/2r） （16）

式中：r為圓球的內(nèi)徑

——良導體感應渦流的動態(tài)磁屏蔽適用于高頻磁場。屏蔽的效果與屏蔽材料的性質(zhì)，幾何形狀，屏蔽的密閉程度以及磁場的頻率有關。屏蔽系數(shù)ad可用式（17）進行近似計算

ad=20lg（μof/2Zk） （17）

式中：μo為真空導磁率；

f為磁場的頻率；

Zk為耦合阻抗。

——網(wǎng)孔狀的屏蔽系數(shù)與孔的面積占總面積的比例有關。

4）平衡

平衡的目的采用平衡的方法，可以減小或免除電感性耦合的電磁干擾。

平衡的方法

——磁場去耦即使被干擾回路耦合的干擾源磁場最少。例如安排兩個回路垂直放置，可達到磁場去耦的目的。

——磁場抵消因為干擾磁場引起的感應電流在相鄰絞線回路的同一根導線上方向相反，相互抵銷。為對磁場干擾取得較好的抑制效果，屏蔽雙絞線的節(jié)距不可太大，即單位長度絞合數(shù)越多，磁場抵消效果越好。

5.2.4 幅射性耦合

幅射性耦合是電磁場通過空間耦合到被干擾對象的。如被干擾對象是兩根導線，它就是接收電場的天線。天線的等值電路圖見圖3。

圖 3 天 線 的 等 值 電 路 圖

等值電壓源U（即接收的干擾電壓）為

U=Eh (18)

式中：E為電場強度；

h為天線有效高度。

內(nèi)阻R為

R=1580（h/λ）2 (19)

式中：λ為電磁場波長。

如被干擾對象是一環(huán)線，通過環(huán)線面積S的磁場將產(chǎn)生干擾電壓U為

U=BdS/dt （20）

式中：B為磁感應強度。

幅射性耦合的電磁兼容設計方法是

1）采用空間分離的方法即把相互容易干擾的設備和導線盡量安排得遠一些，并調(diào)整電磁場矢量方向，使接收設備耦合的干擾電磁場最低。

2）采用時間分離的方法即使產(chǎn)生輻射的設備和易接收輻射的設備在不同的時間工作。

3）采用頻率分離的方法即使產(chǎn)生輻射的設備和易接收輻射的設備的工作頻率不同。

4）采用屏蔽的措施即用屏蔽材料將被干擾對象封閉起來，使其內(nèi)部電磁場強低于允許值的一種措施。屏蔽的效果用屏蔽系數(shù)來衡量。

5）減小天線有效高度。

6）減少環(huán)線面積。

5.3 對易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件的設計方法

通常用敏感度來描述敏感設備對電磁干擾響應的程度。敏感度越高，表示對干擾作用響應的可能性越大，即抗電磁干擾的能力越差。因此，一般認為電子設備的敏感度主要取決于它的靈敏度和頻帶寬度。電子設備主要由模擬電路和數(shù)字電路組成。

5.3.1 模擬電路

模擬電路的電磁兼容設計方法是

1）優(yōu)選電路

例如，設計低噪聲電路，減少帶寬，抑制干擾傳輸；平衡輸入，抑制干擾；選用高質(zhì)量電源等。

2）采用如下幾種信號濾波器

——低通濾波器

當干擾信號的頻帶高于有用信號的頻帶比較遠時，可采用低通濾波器來濾除干擾信號。

RC低通濾波器的信噪比σL為

σL={1＋[SRL/(R＋RL)]2}1/2 (21)

式中：S=2πfRC；

f為信號的頻率（Hz）；

R為濾波器的電阻（Ω）；

RL為負載的電阻（Ω）；

C為濾波器的電容（F）。

——高通濾波器

當干擾信號的頻帶低于有用信號的頻帶比較遠時，可采用高通濾波器來濾除干擾信號。

RC高通濾波器的信噪比σG為

σG=[S2/(1＋S2)]1/2 （22）

式中：S=2πfRC；

f為信號的頻率（Hz）；

R為濾波器的電阻（Ω）；

C為濾波器的電容（F）。

——LC濾波器

當干擾信號的頻帶雖高于、但接近于有用信號的頻帶時，可采用LC濾波器來濾除干擾信號。

LC濾波器的信噪比σY為（當L=CRL2時）

σY=[（1－ω2LC）2＋(ωL/RL)2]1/2 （22）

式中：ω=2πf；

f為信號的頻率（Hz）；

RL為負載的電阻（Ω）；

C為濾波器的電容（F）；

L為濾波器的電感(H)。

——選通濾波器

當干擾信號的頻帶為不連續(xù)時，可采用選通濾波器來濾除干擾信號。

針對不同干擾信號的頻帶和負載，可以應用LC選通濾波器或RC選通濾波器。其中LC選通濾波器分并聯(lián)諧振式和串聯(lián)諧振式兩種型式。

5.3.2 數(shù)字電路

數(shù)字電路的電磁兼容設計方法是

1）在工作指標許可的條件下，采用直流噪聲容限高的數(shù)字電路。例如，CMOS數(shù)字電路的直流噪聲容限遠高于TTL數(shù)字電路的直流噪聲容限。

2）在工作指標許可的條件下，采用開關速度低的數(shù)字電路。因為開關速度越高，由它引起的電壓或電流的變化越快，就越容易產(chǎn)生電路間的耦合干擾。

3）提高門檻電壓，可以利用在電路前設置分壓器或穩(wěn)壓管的方法來提高門檻電壓。

4）懸空長線具有天線效應，易于接收電磁波而產(chǎn)生干擾，為此可用RC網(wǎng)絡加以吸收，或作不懸空處理。

5）采用負載阻抗匹配的措施，即使負載阻抗等于信號線的波阻抗，這樣一來將會消除數(shù)字信號在傳輸過程中，由于折射和反射的作用而產(chǎn)生的畸變。比如，在測量一個方波時，如果阻抗不匹配，示波器顯示的將不是一個方波，而是一種多次振蕩的波形，其原因除了波形失真外，還由于方波信號的多次折射和反射。

6 結(jié)語

為了使電子設備可靠地運行，必須深入研究電磁兼容技術(shù)。本文用具體實例說明了電磁兼容的重要性和一些設計方法。特別注重要對電磁干擾源有明確認識，對電磁干擾引入路徑有清楚了解，對電磁干擾敏感的接收電路進行重點保護。