电磁兼容各类电平的关系
电平
抗扰度电平 抗扰度设计裕量 抗扰度极限值 抗扰度裕量 电磁兼容电平 发射裕量 电磁兼容裕量
发射极限值
发射设计裕量 发射电平 频率
特种电磁兼容问题
干扰其他电子 设备
电磁信息 发射 被别有用心的人 接受，获取信息 （TEMPEST)
第二节 电磁兼容测试
EMC测试分类
• EMC全兼容测试——用于设备产品EMC等级认证。测 试环境和手段要求严格，价格昂贵。 测量场地要求： 屏蔽半无反射室，内部除地面外，五面贴有吸波材料 的屏蔽室。或无反射、空间EMI少开阔地。 • EMC预兼容测试(Precompliance Measurement)—— 用于设备研制设计过程中EMC性能评估和分析诊断。 可在常规环境进行，测试成本低。 预兼容测试是在EMC设计基础上，对样机进行测试修 改的不可缺少的步骤和手段。
s 外感和电容（平行双线） Lo ln r
C

ln s r
接地线阻抗
•应使 S > 0.83L，S -导线截面（mm2） ，L-导线长度（m) •地线宜选用扁平线，可增加导线表面积，减小交流电阻 •使地线靠近地面等大容量导体，可以减小地线电感
导线阻抗 [欧姆] 频率 Hz d=0.65cm 10cm 10 1k 1M 100M 51.4µ 429 µ 426m 42.6 1m 517 µ 7.14m 7.12 d=0.27cm 10cm 327 µ 632 µ 540m 54 1m 3.28m 8.91m 8.28 d=0.04cm 10cm 13.3m 14m 783m 77 1m 133m 144m 1.07 530
接地方式—多点接地
屏蔽线
1
I2 Z1
2
Io Z2
3
Z3
I3
多点接地适用于频率>30MHz。 缺点：易形成地环路，产生地环路电流，经接地阻抗形成造成 差模干扰；同时地环路对电磁场敏感，降低设备抗扰度。 解决措施：屏蔽线单段接地；减小环路面积。
接地方式—混合接地
1
2
数字地
3
4
5
模拟地
6
7
8
屏蔽地
9
混合接地适于 f<10MHz，对于10MHz~30MHz频率，单点接地 时，应使地线长度L<1/20波长，避免产生长传输线波扰动。
电磁预兼容测试内容和仪器
设备电磁场辐射发射测试
测试系统软件
同轴电缆 接收天 线 被测设备 EMI分析仪 屏蔽隔离
电磁预兼容测试内容和仪器
设备传导发射（骚扰电压、电流、功率，谐波）测试
测试系统软件
被测设备
限幅器
EMI分析仪
阻抗匹配 网络LISN 电源插头
电磁预兼容测试内容和仪器
设备EMC问题诊断：部件检测—EMI分析—修改
设备内电路模块之间的电磁相容性 设备之间的电磁相容性 系统之间的电磁相容性
电磁兼容设计的目标
• 设备内部的电路模块互不产生电磁干扰，达到 预期功能。 • 设备产生的电磁干扰度低于特定极限值。 • 设备对外界的电磁干扰有一定的抵抗力。
电磁兼容三要素
—干扰源、耦接地线的电容影响
1
2
3
4
5
6
7
8
9
平行导体（导线）间的电容存在 在不同频率下，接地形式发生变化
Co

ln s r
接地线网格
地线网格提供了大量的平行地线能够有效地减小地线电感，从而 减小了地线阻抗。
搭接技术
电子设备中，金属部件之间的低阻抗连接称为搭接。 例如： • 电缆屏蔽层与机箱之间的搭接 • 屏蔽体上不同部分之间的搭接 • 滤波器与机箱之间的搭接 • 不同机箱之间的地线搭接 • 机柜不同部位之间的搭接
接地方式—单点接地
串联单点接地 并联单点接地
1
I1 R2 I2
2
I3 R3
3
I1 R1
1
I2 R2
2
I3 R3
3
R1
V3=I3R3+(I2+I3)R2+(I1+I2+I3)R1
V3=I3R3
单点接地适于 f<10MHz，对于10MHz~30MHz频率，单点接地时， 应使地线长度L<1/20波长。串联单点接地易产生地电位耦合扰动。
电磁全兼容测试
1. 2. 测试内容 骚扰源辐射发射测试 骚扰源传导发射测试 主要测试仪器 接收天线，EMI分析仪 人工网络，EMI分析仪
连续与间断骚扰电压、电流 功率，谐波电流，电压波动
3.
设备抗扰度测试
高频信号源，发射天线 信号源，电磁波室，终端阻抗 静电发生器，放电控制设备 快脉冲源 信号源，耦合器
70
50
FCC 40 0.45 1.6 5 30
f MHz
FCC、CISPR辐射极限值
dBµV/m 50 45
测量距离 10m FCC
CLASS A 工业环境
CISPR
40 35 30 25 30 90 250 f MHz CISPR FCC CLASS B 居民商业环境
电磁兼容术语定义
• 电磁发射(EM. Emission)EME 从源向外发出电磁能的现象 • 电磁骚扰(EM. Disturbance)EMD 可能引起设备降级或对环境、生命产 生损害的电磁现象 • 电磁干扰(EM. Interference) EMI 由电磁骚扰引起设备或系统性能下降 • 发射极限值(Emission Limit) 规定的电磁骚扰源最大发射电平 • 发射电平(Emission Level) 用规定方法测得的特定装置EMD电平 • 发射裕量(Emission Margin) 系统电磁兼容电平与发射极限之差 • 电磁敏感度(EM. Susceptibility) • 抗扰度电平(Immunity Level) 设备、系统能保持工作性能等级条 件下所能承受的最大骚扰电平 • 抗扰度极限值(Immunity Limit) 规定最小的抗扰度电平 • 抗扰度裕量(Immunity Margin) 设备、系统抗扰度极限值与电磁兼 容电平之间差值。 • 电磁兼容裕量( Compatibility Margin) 设备、系统的抗扰度极限值与骚扰 源的发射极限值之间的差值。
第三节 电磁兼容技术
接地与搭接技术
接地的种类和目的
安全接地 —保护人员和设备的安全，要直接接大地。 设备机壳接大地，防止静电积累，设备漏电时使机壳 保持地电位。 防雷接地—保护人员和设备的安全，要直接接大地。 AC电源地—三相电中线、单相电零线，直接接大地。 工作接地—为电路正常工作提供的一个零基准电位。 该基准可以接大地，也可以是电路的某一点、某一段。 屏蔽接地—屏蔽要于接地配合使用，才能起到屏蔽的 效果。
EMC滤波器接地搭接
滤波器搭接阻抗
滤波器接地阻抗过大会使干扰信号通过电容从输入端串绕到输 出端，使滤波器性能变差。
搭接不良的机箱
空间电磁场在机箱上的感应电流会在搭接不良处产生扰动电压和 发热。美国标准规定：飞行器的搭接电阻要小于2.5mΩ。
v
I
搭接工艺方法
• 焊接—理想搭接方式。特别是熔焊，具有最佳导电性。 • 螺钉压接或铆钉铆接—连接可靠。螺钉距离不能太大， 因为在非压接处存在缝隙或氧化，造成搭接电阻很大。 • 钢性或软导体搭接条—用于两导体不能直接搭接情况。 • 非永久性搭接—用于经常拆装的机箱盖板等情况。搭 接面采用专门的电磁密封垫。 搭接效果可通过测量确定。搭接阻抗不能用直流电 阻测量方式，要根据使用频率，用高频信号源测试。 在频率较高时，搭接电感和电容会发生谐振，形成高 阻状态，工作频率要避开谐振点。
辐射电磁场抗扰度试验 射频感应传导骚扰抗扰度试验 静电放电抗扰度试验 快脉冲群抗扰度试验 浪涌抗扰度试验
电磁兼容测量单位—分贝（dB)
•功功率增益[dB]=10*log (P2/P1) •电电压增益[dB]=20*log (V2/V1) •电电流增益[dB]=20*log (I2/I1) 由于在EMC测试中干扰幅度很宽，使用分贝 单位描述增益比较方便。
接收天线
• 作用：把骚扰电磁场强转换为电压值，供EMI分析仪分析。 骚扰场强[dBµ V/m]=表读数[dB µ V]+天线系数[dB]+电缆损耗[dB] • 天线系数A定义： 电场测量 A[1/m]=E[V/m]/U[V] 磁场测量 A[S/m]=H[A/m]/U[V] • 标准天线类型 天线转换系数是频率的函数，有一定的工作带宽。 有源E场棒状天线 30Hz~50MHz 双锥天线 30MHz~300MHz 有源H场环型天线 10kHz~30MHz 对数周期天线200MHz~1GHz • 天线阻抗匹配和电缆选择——保持正确的转换系数 • 天线位置和角度的选择——确定最大电磁泄漏方位。
接地与搭接面的材料和腐蚀
接地网线与搭接面的氧化腐蚀是降低接地和搭接质量的主要原因， 应选择性能稳定、不易腐蚀的材料： 1. 使用电位较低的金属材料。 2. 尽量使用同类金属面搭接，不同金属搭接时，电位要尽量靠近。 3. 对易氧化的材料表面电镀、氧化处理。
•
•
•
•
•
接地线阻抗
在EMC领域不能忽视接地导线的交流电阻和电感 导线直流电阻：
RDC 1 r 2
f
σ —导体电导率，S r—导线半径，m
导线交流电阻：
导线电感： 内感
R AC
1 2r
s—导线间距 , m
1 1 Li 4r f
ε —导体间介质介电常数，F/m μ —导体间介质导磁率, H/m
干扰源 耦合途径—辐射 敏感设备
耦合途径—传导
电磁兼容的工程方法
系统设计法+测试修改法 电磁兼容问题应在产品开发早期着手，这样成本低，难度小。