淺析電磁兼容原理和抑制技術(shù)

一、電磁干擾是當(dāng)今電子信息領(lǐng)域面臨的重大課題

當(dāng)代以半導(dǎo)體工業(yè)為基礎(chǔ)和支柱的微電子技術(shù)，它的迅速發(fā)展和應(yīng)用已滲透到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是通信領(lǐng)域近期發(fā)展之快和變化之大往往超出人們的預(yù)料。最為明顯的幾個(gè)特征是從全球移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)到無(wú)線局域網(wǎng)的出現(xiàn)，無(wú)線技術(shù)正向通信的各個(gè)方面滲透，Internet 和www 網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)保持指數(shù)的增長(zhǎng)勢(shì)頭，并產(chǎn)生對(duì)高速公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)的強(qiáng)烈需求。

但是廣泛應(yīng)用上述微電子技術(shù)的設(shè)備，它的安全性、可靠性和電磁兼容性實(shí)在令人擔(dān)憂，因?yàn)樯鲜龀笠?guī)模集成電路和公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致了對(duì)人為或自然的過(guò)電壓或過(guò)電流的沖擊更加敏感到幾乎成指數(shù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，可以說(shuō)是目前人類享受高科技給人類帶來(lái)的各種效益，是同人類百年來(lái)為之奮斗的電磁兼容事業(yè)密不可分。因此，聯(lián)合國(guó)確定電磁污染是繼環(huán)境中的空氣、水質(zhì)、噪聲等污染之后的第四大環(huán)境污染。

本章所指的電磁兼容（Electromagnetic Compatibility——EMC）對(duì)于設(shè)備或系統(tǒng)的性能指標(biāo)來(lái)說(shuō)，應(yīng)為“電磁兼容性”。但作為一門學(xué)科來(lái)說(shuō)，應(yīng)為“電磁兼容”。它的確切定義按國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB——85《電磁干擾和電磁兼容性名詞術(shù)語(yǔ)》為：“設(shè)備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)）在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。即：該設(shè)備不會(huì)由于受到處于同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)；它也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)），因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)?！?/p>

所以電磁兼容是研究在有限的空間、時(shí)間和頻譜資源等條件下，各種用電設(shè)備（廣義的還包括生物體）可以共存，并不致引起降級(jí)的一門科學(xué)。電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境下能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。它有以下三方面的含意。

1. 電磁環(huán)境應(yīng)是給定的或預(yù)期的。
2. 設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)不應(yīng)產(chǎn)生超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范所規(guī)定的電磁騷擾發(fā)射（EMI）限值的要求電磁騷擾發(fā)射就是從騷擾源向外發(fā)出電磁騷擾能量的現(xiàn)象，它是引起電磁騷擾的原因。
3. 設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范所規(guī)定的電磁敏感性（EMS）限值或抗擾度（immu-nity）；其中電磁敏感性為在存在電磁騷擾的情況下，設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)暴露在電磁輻射下所呈現(xiàn)不希望有的響應(yīng)程度；抗擾度為設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)抗電磁騷擾的能力。

二、電磁干擾三要素

由電磁騷擾源發(fā)射的電磁能量，經(jīng)過(guò)耦合途徑傳輸?shù)矫舾性O(shè)備，這個(gè)過(guò)程稱為電磁干擾效應(yīng)。因此形成電磁干擾后果必須具備三個(gè)基本要素：

1. 電磁騷擾源：任何形式的自然或電能裝置所發(fā)射的電磁能量，能使共享同一環(huán)境的人或其它生物受到傷害，或使其它設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級(jí)或失效，即稱為電磁騷擾源。
2. 耦合途徑：即傳輸騷擾的通路或媒介。
3. 敏感設(shè)備：是指當(dāng)受到電磁騷擾源所發(fā)出的電磁能量的作用時(shí)，會(huì)受到傷害的人或其它生物，以及會(huì)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降級(jí)或失效的器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)。許多器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)既是電磁騷擾源又是敏感設(shè)備。

三、電磁干擾解決對(duì)策

為了實(shí)現(xiàn)電磁兼容，必須從上面三個(gè)基本要素出發(fā)，運(yùn)用技術(shù)和組織兩方面措施。所謂技術(shù)措施，就是從分析電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備著手，采取有效的技術(shù)手段：

1. 抑制騷擾源
2. 消除或減弱騷擾的耦合
3. 降低敏感設(shè)備對(duì)騷擾的響應(yīng)或增加電磁敏感性電平；

四、電磁干擾領(lǐng)域研究?jī)?nèi)容

為了對(duì)人為騷擾進(jìn)行限制，并驗(yàn)證所采用的技術(shù)措施的有效性，還必須采取組織措施，制定和遵循一套完整的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行合理的頻譜分配，控制與管理頻譜的使用，依據(jù)頻率、工作時(shí)間、天線方向性等規(guī)定工作方式，分析電磁環(huán)境并選擇布置地域，進(jìn)行電磁兼容性管理等。

1. 對(duì)于電磁騷擾源的研究，包括電磁騷擾源的頻域和時(shí)域特性，產(chǎn)生的機(jī)理以及抑制措施等的研究；
2. 對(duì)于電磁騷擾傳播特性的研究，即研究電磁騷擾如何由騷擾源傳播到敏感設(shè)備，包括對(duì)傳導(dǎo)和輻射騷擾的研究，傳導(dǎo)騷擾是指沿著導(dǎo)體傳輸?shù)碾姶膨}擾，輻射騷擾即由器件、部件、連接線、電纜或天線，輻射的電磁騷擾；
3. 對(duì)于敏感設(shè)備抗干擾能力的研究，這種抗干擾能力常以電磁敏感性或抗擾度表征，電磁敏感電平越小，抗擾度越低，抗干擾能力越差；
4. 對(duì)于測(cè)量設(shè)備、測(cè)量方法與數(shù)據(jù)處理方法的研究，由于電磁騷擾十分復(fù)雜，測(cè)量與評(píng)價(jià)需要有許多特殊要求，例如測(cè)量接收機(jī)要有多種檢波方式，多種測(cè)量帶寬、大過(guò)載系數(shù)、嚴(yán)格的中頻濾波特性等，還要求測(cè)量場(chǎng)地的傳播特性與理論值符合得很好等，如何評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果，也是個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題，需要應(yīng)用概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)工具；
5. 對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間電磁兼容性的研究，系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性是指在給定系統(tǒng)內(nèi)部的分系統(tǒng)、設(shè)備及部件之間的電磁兼容性，而給定系統(tǒng)與它運(yùn)行時(shí)所處的電磁環(huán)境，或與其它系統(tǒng)之間的電磁兼容性即系統(tǒng)間電磁兼容性，這方面的研究需要廣泛的理論知識(shí)與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

注：還應(yīng)當(dāng)指出，由于電磁兼容是抗電磁騷擾的擴(kuò)展與延伸，它研究的重點(diǎn)則是設(shè)備或系統(tǒng)的非預(yù)期效果和非工作性能，非預(yù)期發(fā)射和非預(yù)期響應(yīng)，而在分析騷擾的迭加和出現(xiàn)概率時(shí)，還需按最不利的情況考慮，即所謂“最不利原則”，這些都要比研究設(shè)備或系統(tǒng)的工作性能復(fù)雜得多。