郭成功，汪文兵，霍智偉，楊國威，武軍，王路興

（1.甘肅電器科學研究院，甘肅 天水 741018；2.甘肅省高低壓電氣研發(fā)檢測技術重點實驗室，甘肅 天水 741018）

隨著人類文明和科學技術的不斷進步，人們在生產和生活中所使用的電子設備日益增加，同時，軍事技術、工業(yè)、民用設備和成套系統(tǒng)的電子化和自動化水平也在不斷提高。這些設備在工作時往往會產生一些有用或無用的電磁能量，而這些能量恰恰可能會影響到其他信息設備的正常工作，從而形成電磁干擾，所以電磁干擾（EMI）、電磁抗擾度（EMS）和電磁兼容性（EMC）的問題日益突出［1］。所謂電磁干擾是指一切與有用信號無關且不希望有的或會導致電氣及電子設備產生不良影響的電磁發(fā)射。電磁抗擾度是指電氣及電子設備在正常工作時，對于鄰近電氣及電子設備發(fā)出的電磁干擾自身所具備的抗干擾能力。電磁兼容性對于現(xiàn)代人們并不陌生，在日常生活中我們經常能夠遇到，但如何做好預防和有效解決卻是一個極為復雜的問題，所以從理論和實踐兩方面加強對電磁兼容性的認識和研究就顯得非常迫切。

1 電磁兼容性的發(fā)展

隨著工業(yè)、民用電氣、軍工業(yè)的蓬勃發(fā)展，電磁兼容性問題越來越被重視。上世紀30年代，國際上就成立了相關組織，如無線電干擾特別委員會等，開始研究電磁兼容性問題。上世紀50年代，隨著大功率無線電裝置及遠程打擊導彈武器等的投入使用，電磁輻射對設備使用的危害就日益暴露了出來，電磁兼容性問題的迫切性在世界上得到更進一步的重視。上世紀60年代以后，歐洲一些國家全面深入開展電磁兼容性測試儀器設備及技術的研究，并制定了一些標準規(guī)范。上世紀70年代后，先進國家通過前期經驗的積累和分析研究，對相關標準、規(guī)范進行了修改完善。

就我國而言，對電磁兼容性問題的關注也是來源于軍事。在我國海軍發(fā)展起步階段，艦船由于電子設備及整體設計時并沒有提出電磁兼容性要求，導致投用的艦船設備間相互干擾，使其通信、導航能力等大幅度下降，從而引起了廣泛重視，并隨后籌建了國內第一個電磁兼容性實驗研究室［2］。后來國內電子及電氣設備研究單位和設計制作單位都紛紛配備了電磁兼容性設計人員。截止目前，我國已制定了一整套完整的相關標準及技術規(guī)范，涉及軍標、國標、民標，相關的檢測實驗室以及生產設計單位都具備了較為全面的電磁兼容性方面的解決能力，電磁兼容性問題正在逐步得到完善和解決。

2 電磁兼容性的原理

所謂電磁兼容性，即設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容性（EMC）包括兩個方面的要求：

第一，設備在正常運行條件下對所在環(huán)境產生的電磁騷擾不能超過一定限值（EMI）［3］。

第二，設備對所在環(huán)境中存在的電磁騷擾具有一定程度的抗擾度（EMS）。

電磁干擾的三個要素分別為干擾源、耦合路徑和敏感設備。根據傳播途徑的不同,可把傳播方式分為線路傳導和空間輻射。傳導是指經過金屬路線的傳輸，而輻射則是空間的傳播。傳導發(fā)射和輻射發(fā)射可以用來描述發(fā)射器的特性，傳導抗擾度和輻射抗擾度可以用來描述接收器的特性。信號傳播路徑示意圖如圖1所示。

圖1 信號傳播路徑示意圖

傳導發(fā)射和傳導抗擾度的強弱是用電壓和電流表示的，其單位為V、dBV、dBμV和A、dBA、dBμA。輻射發(fā)射和輻射抗擾度的強弱是用場強表示的，其單位有V/m、dBV/m、dBμV/m等。干擾源的分類如圖2所示。

圖2 干擾源的分類

3 電磁干擾的抑制

實現(xiàn)電磁兼容性是一項非常復雜的技術任務，目前，比較有效的方式主要包括以下兩個方面：

第一，在設備和系統(tǒng)設計時就注意選用一些干擾較小的元件、部件和電路，并合理布線以確保元件、部件的電磁兼容性。

第二，采用接地、屏蔽、濾波等技術，降低或抑制產生的干擾，從傳播路徑上阻礙干擾信號的傳遞［4］。

上述提到的接地、屏蔽、濾波是有效抑制電磁干擾的三大技術。雖然它們每一項技術在電路和系統(tǒng)設計上都有著各自的特點，但它們之間也是相輔相成的，例如，良好的接地能有效降低設備對屏蔽的要求，設備屏蔽做得好也可以降低設備對濾波的要求［3］。

所謂的“地”一般指的是電路或系統(tǒng)的參考零電位，不一定為實際的大地。接地一般是指電路或系統(tǒng)與“地”之間建立低阻值的通路。一般采用的接地方式有浮地、單點接地、多點接地和混合接地。接地要求如下：接地平面應為零電位；理想的接地平面應為零電阻的實體，電流在平面流過時不會產生壓降，也就是說各個接地點之間沒有電位差，亦或是這個電位差可以忽略不計；良好的接地平面與布線間有比較大的分布電容，而引線電感又很小，能夠吸收信號，從而使設備穩(wěn)定工作，一般選用非磁性的金屬薄板；良好的接地能夠降低回路騷擾電壓的產生，減少其他信號通過地線的耦合干擾。

屏蔽是一種利用屏蔽體來阻擋或減小電磁傳播，使其內外兩側空間進行電磁性隔離的技術。屏蔽首先會反射一部分干擾，進入屏蔽體內部的能量（沒有被反射的），在內部向前傳播時能量會被屏蔽材料衰減（吸收）。在屏蔽體內尚未減掉的剩余能量，會在屏蔽層內反復反射。不同的材料屏蔽效果也不一樣，如銅、鋁這種導體制成的屏蔽體，對電磁波具有很好的反射消耗，適合做電屏蔽。而某些特殊合金磁性材料，對磁場波有很大吸收消耗，適合做磁屏蔽。但無論是什么屏蔽體，最后均由屏蔽體的屏蔽效能來評價。屏蔽效能定義為空間某點上未加屏蔽時的電場或磁場強度和加了屏蔽后該點的電場或磁場強度的比值，表達式如下：

上式中：SEH為磁場屏蔽效能，單位為分貝（dB）；H1為無屏蔽室時的磁場強度，單位為微安每米（μA/m）；H2為屏蔽室內的磁場強度，單位為微安每米（μA/m）。

非線性計算公式如下：

上式中：SEE為電場屏蔽效能，單位為分貝（dB）；E1為無屏蔽室時的電場強度，單位為微伏每米（dBμV/m）；E2為屏蔽室內的電場強度，單位為微伏每米（dBμV/m）。

濾波是指利用某些電子元件的特性，將無用的信號過濾或者吸收。通常人們把能夠實現(xiàn)濾波功能的電路或器件稱之為濾波器。濾波器是分布參數(shù)的電阻、電感和電容構成的一種網絡。這種網絡允許某些頻率通過，而對其他頻率的成分加以抑制。但對于某些設備，可能遇見某些不常見的瞬時高壓脈沖，需要特定的器件來進行高壓的泄放，如主回路上的避雷器或者控制回路的壓敏電阻等，才能確保設備在希望的預期條件下可靠工作。

4 試驗分析研究

試驗從最終的考核目標上來講，可以分為改造型試驗和認定型試驗。改造型試驗就是產品經過生產方研發(fā)后通過試驗的方式來對該類產品所修改的內容進行一個相應考核，并通過試驗結果現(xiàn)象對產品的改造再進行一個完善調整。而認定型試驗則是對已研制成型的產品就其性能是否滿足標準要求進行一個認定,進而為產品在實際使用前就其性能提供驗收依據。

電磁兼容性試驗依據標準涉及軍用標準［5］、國家標準［6-7］、企業(yè)標準、電力標準等，不同產品依據不同的標準所涉及的檢測項目也分很多類型。同一試驗項目依據不同的標準，其現(xiàn)場布局、試驗參數(shù)等也會有不同要求。常見的電磁兼容性試驗項目有發(fā)射試驗、輻射抗擾度、傳導抗擾度、電快速脈沖群抗擾度、浪涌抗擾度、阻尼振蕩抗擾度、磁場抗擾度試驗等項目。

本文就以電快速脈沖群抗擾度［8］試驗來舉例說明。試驗主要考核電子設備對來自切換瞬態(tài)過程中（切斷感性負載、繼電器觸點彈跳等）的各種類型瞬變騷擾抵抗能力。電快速瞬變脈沖群具有脈沖電壓幅值高、上升時間短、能量相對較低、重復率高等特點。試驗時應根據不同的產品標準選擇試驗端口和電壓等級，并設置脈沖輸出頻率、脈沖群持續(xù)時間及施加時間。

電路未設計高頻干擾濾波處理，在試驗過程中會出現(xiàn)各類型的性能降低，如：屏幕出現(xiàn)閃爍，指示燈出現(xiàn)閃爍，有些接觸器頻繁動作，數(shù)據傳輸出現(xiàn)斷續(xù)傳輸、數(shù)據錯誤甚至出現(xiàn)元器件的損壞等。對于有些產品的性能降低是允許的，試驗結果為通過。但對產品的某些重要性能是不允許降低的，重要性能的降低會增加設備出現(xiàn)風險的可能性。

針對上述出現(xiàn)的性能降低，主要通過以下方式來進行解決：通過添加濾波元器件，如增加磁珠，通過磁珠的感抗阻礙高頻信號的傳輸，最后通過發(fā)熱來泄放；增加光耦，可以將無用的干擾全部過濾；通過給某些容易干擾的線路增加屏蔽，保證傳輸信號的可靠性；通過增加接地，減小回路面積，有效降低輻射的電磁信號。通過以上的合理整改搭配，就能夠確保電子化產品在電磁兼容環(huán)境下的工作穩(wěn)定性，從而有效降低風險發(fā)生。

5 結論

本文詳細介紹了電磁兼容性的原理，從發(fā)展背景到技術要點，從產品設計分析到試驗過程，對重點試驗環(huán)節(jié)進行了詳細的舉例分析。隨著全球電氣裝備業(yè)的不斷發(fā)展和自動化智能化水平的不斷提高，電磁兼容性的設計要求也在不斷升級，各實驗室針對電磁兼容性試驗的能力和試驗覆蓋面也在不斷擴充完善。解決好電磁兼容性技術問題、更好服務于客戶、更好服務于行業(yè)發(fā)展，將是未來各實驗室發(fā)展的主導方向。