EMC基础知识介绍：电磁兼容三要素

各位EMC同仁，小编长期混迹于SI/PI领域，初入EMC，请多多指教！本系列顺着小编的EMC成长轨迹，给大家推荐几篇入门级文章，涵盖EMC基础知识、测试、设计等，均是业内广为流传的呕心之作，请各位品鉴！本期主题为EMC基础知识介绍。

一.电磁兼容概念

IEC 60050（161）同等于GB/T4365-1995《电磁兼容术语》对电磁兼容EMC所下的定义为“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骚扰的能力。”电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备（分系统、系统；广义的还包括生物体）可以共存并不致引起降级的一门科学。电磁兼容包含以下两部分。

1. 电磁干扰EMI (ElcetroMagnetic Interference) 电子产品在电磁环境中干扰其它产品产品的特性。(1)传导发射Conducted Emission

指通过一个或多个导体（如：电源线、信号线、控制线或其他金属体）传播电磁噪声能量的过程。从广义上说， 传导发射还包括不同设备、不同电路使用公共地线或公共电源线所产生的公共阻抗耦合。

(2)辐射发射Radiated Emission

指以电磁波的形式通过空间传播电磁噪声能量的过程。辐射发射有时也将感应现象包括在内。具体包括静电耦合、磁场耦合以及电磁耦合。

2.电磁敏感度EMS (ElcetroMagnetic Susceptibility) 电子产品在电磁环境中遭受其它产品干扰的特性。

(1)传导敏感度Conducted Susceptibility

对造成设备、分系统、系统性能劣化或不希望有的响应所需的传导干扰电平的度量。

(2)辐射敏感度Radiated Susceptibility

对造成设备、分系统、系统性能劣化或不希望有的响应所需的辐射干扰电平的度量。

二.电磁兼容三要素

1.电磁骚扰源

任何形式的自然或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其它设备、分系统或系统发生电磁危害，导致性能降低或失效，即称为电磁骚扰源。

（1）电磁骚扰源的特性

1） 规定带宽条件下的发射电平

2）频谱宽度

按照电磁骚扰能量的频率分布特性,可以确定其频谱宽度。连续波骚扰中,交流声骚扰的频谱宽度最窄, 而脉冲骚扰中,单位脉冲函数的频谱宽度最宽。

3）波形 电磁骚扰有各种不同的波形。波形是决定电磁骚扰频宽度的一个重要因素。

4）出现率

电磁骚扰场强或功率随时间的分布与电磁骚扰的出现率有关. 按电磁骚扰的出现率可分为周期性骚扰、非周期性骚扰和随机骚扰三种类型。

5）辐射骚扰的极化特性

极化特性指在空间给定点上,骚扰场强矢量的方向随时间变化的特性,取决于天线的极化特性。当骚扰源天线和敏感设备天线 极化特性相同时,辐射骚扰在敏感设备输入端产生的感应电压最强。

6） 辐射骚扰的方向特性 骚扰源朝空间各个方向辐射电磁骚扰,或敏感设备接收来自各个方向的电磁骚扰的能力是不同的,描述这种辐射能力或接收能力的参数称为方向特性。

7）天线有效面积 这是表征敏感设备接收骚扰场强能力的参数, 显然,天线有效面积越大,敏感设备接收电磁骚扰的能力也越强。

（2）电磁骚扰源的分类

1）按电磁骚扰源分类，可分为自然骚扰源、人为骚扰源和瞬态骚扰源三类。

a.自然骚扰源以其不可控制为特点,自然骚扰源根据其不同的起因和物理性质可分为电子噪声、天电噪声、地球外噪声以及沉积静电等其它自然噪声共四类。

b.人为骚扰源以其可知并且可控为特点,人为骚扰可分为无线电骚扰和非无线电骚扰两大类。

c.工业、科学和医用设备(ISM),车辆、机动船和火花点火发动机装置, 家用电器、便携式电动工具和类似电器、荧光灯和照明装置,以及信息技术设备是主要的瞬态骚扰源。

2）按电磁骚扰源的性质分类，分为脉冲骚扰源和平滑骚扰源两类。

3）按电磁骚扰源作用时间分类, 可分为连续骚扰源、间歇骚扰源和瞬变骚扰源。

a.连续骚扰源是长期起作用的电磁骚扰源; b.间歇骚扰源是短期起作用的电磁骚扰源; c. 瞬变骚扰源为作用时间很短,而且为非周期性的电磁骚扰源。

4）按电磁骚扰源功能性和非功能性，分为功能性骚扰源和非功能性骚扰源。

a.功能性骚扰源是指某系统正常工作的同时,又直接构成对其它系统的骚扰,如无线电台、工业、科学、医疗设备等产生的骚扰. b.非功能性骚扰源指某系统正常工作时的“副产品”,如大功率开关、继电器等产生的骚扰。

5）按电磁骚扰源传播的途径，分为辐射骚扰源和传导骚扰源，或两者的组合。

2.耦合途径

即传输电磁骚扰的通路或媒介。

（1）传导耦合

导线经过有干扰的环境，即拾取干扰信号并经导线传导到电路而造成对电路的干扰，称为传导耦合，或者叫直接耦合。

在音频和低频的时候，由于电源线、接地导体、电缆的屏蔽层呈现低阻抗，故电流注入这些导体时容易传播，当噪声传导到其他敏感电路的时候，就能产生干扰作用。在高频的时候，导体的电感和电容将不容忽视，感抗随着频率的增加而增加，容抗随着频率的增加而减小。

解决方法是防止导线的感应噪声，即采用适当的屏蔽和将导线分离，或者在骚扰进入明暗电路之前，用滤波的方法将其从导线中除去。

（2）共阻抗耦合

当两个电路的电流经过一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路。

（3）感应耦合

a.电感应耦合

干扰电路的端口电压会导致干扰回路中的电荷分布，这些电荷产生的电场，得以部分会被敏感电路拾取，当电场随时间变化，敏感回路中的时变感应电荷就会在回路中形成感应电流，这种叫做电感应容性耦合。解决方法是减小敏感电路的电阻值，改变导线本身的方向性屏蔽或者分隔来实现。

b.磁感应耦合

干扰回路中的电流产生的磁通密度的一部分会被其他回路拾取，当磁通密度随时间变化是就会在敏感回路中出现感应电压，这种回路之间的耦合叫做磁感应耦合。主要形式为线圈和变压器耦合、平行双线间的耦合等。铁心损耗常常使得变压器的作用类似于抑制高频干扰的低通滤波器。平行线间的耦合是磁感应耦合的主要形式。要想减少干扰，必须尽量减少两导线之间的互感。

（3）辐射耦合

辐射源向自由空间传播电磁波，感应电路的两根导线就像天线一样，接受电磁波，形成干扰耦合。干扰源距离敏感电路比较近的时候，如果辐射源有低电压大电流，则磁场起主要作用；如果干扰源有高电压小电流，则电场起主要作用。 对于辐射形成的干扰，主要采用屏蔽技术来抑制干扰。

3.敏感设备（Victim)

指当受到电磁骚扰源所发射的电磁量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害，导致性能降低或失效的器件、设备、分系统或系统。许多器件、设备、分系统或系统可以既是电磁骚扰源又是敏感设备。

为了实现电磁兼容，必须从上面三个基本要素出发，运用技术和组织两方面措施。所谓技术措施，就是从分析电磁骚扰源、耦合途径和敏感设备着手，采取有效的技术手段，抑制骚扰源、消除或减弱骚扰的耦合、降低敏感设备对骚扰的响应或增加电磁敏感性电平；所谓组织措施，就是制定和遵循一套完整的标准和规范，进行合理的频谱分配，控制与管理频谱的使用，依据频率、工作时间、天线方向性等规定工作方式，分析电磁环境并选择布置地域，进行电磁兼容性管理等。