電磁兼容技術(shù)指南
電磁兼容技術(shù)指南
摘要：本文用*短的篇幅從線路設(shè)計(jì)、印制板設(shè)計(jì)、設(shè)備內(nèi)部走線、接地設(shè)計(jì)、屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)、電纜輻射問(wèn)題、瞬態(tài)干擾抑制各個(gè)方面，**介紹了電磁兼容基本概念、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵詞：電磁兼容；屏蔽；濾波技術(shù)；接地
引言
電磁兼容一般指電氣、電子設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，既要求都能正常工作又互不干擾，達(dá)到“兼容”狀態(tài)。
隨著科技的發(fā)展，人們?cè)谏a(chǎn)、生活中使用的電氣、電子設(shè)備越來(lái)越廣泛。這些設(shè)備在工作中產(chǎn)生一些有用或無(wú)用的電磁能量，這些能量影響到其它設(shè)備的工作，就形成了電磁干擾。嚴(yán)格地講：只要將兩個(gè)以上的元件（或電路、設(shè)備、系統(tǒng)）置于同一電磁環(huán)境中，就會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。
近年來(lái)，電磁干擾問(wèn)題越來(lái)越成為電子設(shè)備或系統(tǒng)中的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，電磁兼容技術(shù)已成為許多技術(shù)人員和管理人員十分重視的內(nèi)容。其主要原因是：
1.電子設(shè)備的密集度已成為衡量現(xiàn)代化程度的一個(gè)重要指標(biāo)，大量的電子設(shè)備在同一電磁環(huán)境中工作，電磁干擾的問(wèn)題呈現(xiàn)出****的嚴(yán)重性；
2.現(xiàn)代電子產(chǎn)品的一個(gè)主要特征是數(shù)字化，微處理器的應(yīng)用十分普遍，而這些數(shù)字電路在工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾發(fā)射。不僅使產(chǎn)品不能通過(guò)有關(guān)的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，甚至連自身的穩(wěn)定工作都不能保證；
3.電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制執(zhí)行使電子產(chǎn)品必須滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求；
4.電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)已成為西方發(fā)達(dá)國(guó)家限制進(jìn)口產(chǎn)品的一道堅(jiān)固的技術(shù)壁壘。入世后，這種技術(shù)壁壘對(duì)我們的障礙會(huì)更大。
**章電磁兼容學(xué)科發(fā)展歷史
1.早期歷史概述
*早出現(xiàn)的電磁干擾現(xiàn)象是在19世紀(jì)--單線電報(bào)間的串?dāng)_。1881年，英國(guó)有名科學(xué)家希維賽德發(fā)表了“論干擾”的文章可算是*重要的早期文獻(xiàn)。但這類干擾現(xiàn)象在當(dāng)時(shí)并未引起干擾者 的重視。
1833年法拉弟發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，指出變化的磁場(chǎng)在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1864年麥克斯韋引入位移電流的概念指出變化的電場(chǎng)將激發(fā)磁場(chǎng)，并由此預(yù)言電磁波的存在，這種電磁場(chǎng)的相互激發(fā)并在空間傳播。正是電磁干擾存在的理論基礎(chǔ)。
隨著電氣運(yùn)輸?shù)某霈F(xiàn)，在一根通信線與不對(duì)稱的強(qiáng)電線之間有較長(zhǎng)的平行運(yùn)行，干擾問(wèn)題日益嚴(yán)重。這樣在1887年，柏林電氣協(xié)會(huì)成立“全部干擾問(wèn)題委員會(huì)”成員有赫姆霍爾茲和西門子等。
1888年赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)也證明各種打火系統(tǒng)向空間發(fā)出電磁干擾。從此開始了對(duì)干擾的實(shí)驗(yàn)研究。
1889年，英國(guó)郵電部門研究了通信干擾問(wèn)題；美國(guó)“電世界”雜志登載電磁感應(yīng)方面文章。
20世紀(jì)初，許多學(xué)者對(duì)電磁感應(yīng)影響的研究日益深入。并進(jìn)一步研究感性、容性及阻性等耦合方式引起的干擾，還對(duì)輻射性干擾進(jìn)行了大量研究。
早期的專門刊物——美國(guó)的“RadioFrequencyInterference”是有關(guān)射頻干擾的專門刊物。到1964年，隨著?？瘍?nèi)容范圍的增加，改名為EMC?？?。
美國(guó)從1945年開始，頒布了一系列電磁兼容方面的**標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，并不斷加以充實(shí)和完善，使得電磁兼容技術(shù)得到快速發(fā)展。蘇聯(lián)在1948年制訂了“工業(yè)無(wú)線電干擾的極限允許值標(biāo)準(zhǔn)”。有很多研究單位從事抗干擾的研究。其它國(guó)家也已相繼加強(qiáng)了射頻干擾的研究工作。
2.EMC技術(shù)是隨著干擾問(wèn)題的日趨嚴(yán)重而發(fā)展的
電氣、電子技術(shù)的的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，其設(shè)備和系統(tǒng)數(shù)量的急劇增多，造成了復(fù)雜的電磁環(huán)境。例如：1975年，日內(nèi)瓦國(guó)際頻率登記委員會(huì)所登記的無(wú)線電發(fā)射機(jī)有一百多萬(wàn)臺(tái)，有一萬(wàn)多臺(tái)無(wú)線發(fā)射機(jī)其總功率超過(guò)540MW，在更高頻率上，其情況更復(fù)雜。1976年單在美國(guó)就有二百多萬(wàn)臺(tái)移動(dòng)式無(wú)線電發(fā)射機(jī)和基地臺(tái)在工作，而**無(wú)線電發(fā)射機(jī)可能更多。1988年，世界范圍內(nèi)的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）設(shè)備的數(shù)量已達(dá)到一億二千萬(wàn)臺(tái)，并已5%的速度逐年遞增，這些設(shè)備有相當(dāng)數(shù)量工作在國(guó)際電信聯(lián)盟（IUT）指定的頻率之外，或超過(guò)國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)（CISPR）對(duì)ISM設(shè)備所規(guī)定的輻射干擾極限值的要求。其功率泄漏及高次諧波將造成強(qiáng)烈的干擾。
60年代以來(lái)，現(xiàn)代科技向高頻、高速、高靈敏度、高安裝密度、高集成度、高可靠性方向發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，滲透到社會(huì)的每一角落。大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)將人類帶入信息時(shí)代，信息高速公路和高速計(jì)算機(jī)技術(shù)成為人類社會(huì)生產(chǎn)和生活的主導(dǎo)技術(shù)。快速發(fā)展帶來(lái)的負(fù)面影響之一就是電磁干擾問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，也就極大地促進(jìn)了EMC技術(shù)的發(fā)展。
電磁背景功率的增加會(huì)導(dǎo)致需要增加無(wú)線電發(fā)射機(jī)的功率。例如：60年前，工業(yè)活動(dòng)還很少時(shí)，1臺(tái)120kw 長(zhǎng)波發(fā)射機(jī)的功率場(chǎng)就能覆蓋 30萬(wàn)平方公里。而現(xiàn)在，要想達(dá)到同樣的效果，其功率就要增大17倍（達(dá)到2MW）。電磁波發(fā)射功率競(jìng)相增大和社會(huì)“電子化”、工業(yè)化增長(zhǎng)的共同作用，*終會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有利用電信號(hào)作為代碼的接收、傳輸和處理信息的系統(tǒng)的危機(jī)與崩潰，這將帶來(lái)難以想象的、也是****的災(zāi)難。
為了避免出現(xiàn)這種結(jié)果，就必須采取控制措施，不能讓這種發(fā)展趨勢(shì)不加限制地繼續(xù)下去，要求從組織上、技術(shù)上采取相應(yīng)措施。所以電磁兼容的研究和管理受到各國(guó)的重視，近年來(lái)獲得較快的發(fā)展。
進(jìn)入八十年代，電磁兼容已成為十分活躍的學(xué)科領(lǐng)域，許多國(guó)家（美、德、英、法、日等國(guó)）在電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，分析預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)、測(cè)量及管理等方面均達(dá)到很高水平，有高精度的電磁干擾（EMI）和電磁敏感度（EMS）自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，可進(jìn)行各種系統(tǒng)間的EMC試驗(yàn)，研制出系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間的各種EMC計(jì)算機(jī)分析程序。在電磁干擾抑制技術(shù)方面，理論和實(shí)際處理方法已很完善，研制出許多專用的新材料、新的器件，并形成了一類新的EMC產(chǎn)業(yè)。特別是一些國(guó)家還建立了對(duì) 和民品EMC檢驗(yàn)及管理的專門機(jī)構(gòu)，不符合EMC標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品不能裝備或不能進(jìn)入市場(chǎng)，這樣還達(dá)到了在國(guó)際貿(mào)易中建立技術(shù)壁壘的目的。
3.電磁干擾對(duì)電子計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)設(shè)施的危害
計(jì)算機(jī)外界電磁干擾主要來(lái)源于射頻、工頻電源、靜電及雷電脈沖等四類。實(shí)驗(yàn)證明，在距微機(jī)6m 處開關(guān)電流為10A的交流感性負(fù)載，其接觸器觸頭電弧產(chǎn)生的干擾足以使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生誤動(dòng)作。工頻電源電壓的大幅度波動(dòng)或電流沖擊有可能通過(guò)電源線進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使計(jì)算機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行錯(cuò)誤或故障，甚至破壞計(jì)算機(jī)的某些部件。某些電器設(shè)備產(chǎn)生的尖峰干擾脈沖、工業(yè)火花等也可通過(guò)供電線路進(jìn)入計(jì)算機(jī)。雷電脈沖通過(guò)電網(wǎng)供電電源進(jìn)入計(jì)算機(jī)造成干擾，可以使計(jì)算機(jī)或部件損壞。由于20世紀(jì)80年代以來(lái)的電子設(shè)備發(fā)生了根本變化，集成電路取代了晶體管，這就使電子設(shè)備的抗損毀能力大大下降，僅為晶體管設(shè)備的千分之一，為電子管設(shè)備的百萬(wàn)分之一?？梢哉f(shuō)，微電子技術(shù)水平越高，電子設(shè)備的抗損毀能力就越差。
4.EMC技術(shù)在**領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀
戰(zhàn)爭(zhēng)本身是刺激技術(shù)的發(fā)展的重要因素，先進(jìn)的技術(shù)首先會(huì)應(yīng)用于國(guó)防和**。這樣各國(guó)**行業(yè)的EMC技術(shù)優(yōu)越于其它行業(yè)。
從**電子設(shè)備角度看，在戰(zhàn)爭(zhēng)模式發(fā)展到電子戰(zhàn)的今天，電子對(duì)抗、制電磁權(quán)的爭(zhēng)奪使得強(qiáng)化電子設(shè)備的電磁兼容性是確保在戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中人員、武器裝備、信息情報(bào)的**、獲得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
現(xiàn)代**裝備中大量電子設(shè)備密集狹小的空間相互間的電磁干擾非常嚴(yán)重，造成失靈、癱瘓、事故、甚至由于不能同時(shí)兼容工作遭受攻擊的情況屢見不鮮。
美國(guó)在電磁兼容方面已搞了五十年，在電磁兼容各個(gè)方面都處于優(yōu)越位置。發(fā)射電磁干擾已作為特殊進(jìn)攻方式應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)。目前美國(guó)已擁有電磁干擾飛機(jī)和電磁炸彈等。
特別值得提出的是，美國(guó)科研部門為保護(hù)通信網(wǎng)和某些**裝備不受強(qiáng)電磁（包括高空核磁爆）影響，正在全力研究新的抗電磁干擾技術(shù)。為此，僅在1982年開始時(shí)，美國(guó)國(guó)防部就投入了200億美元，用以專門對(duì)付“電磁脈沖（EMP）的科學(xué)研究與設(shè)施開發(fā)。
5.我國(guó)EMC技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
我國(guó)開展EMC工作較晚，與先進(jìn)國(guó)家差距較大，尤其是管理規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)范很缺乏。**個(gè)干擾標(biāo)準(zhǔn)是1966年由原**機(jī)械工業(yè)部制定的部級(jí)標(biāo)準(zhǔn)JB-854-66《船用電氣設(shè)備工業(yè)無(wú)線電干擾端子電壓測(cè)量方法與允許值》。八六年我國(guó)出臺(tái)GJB151-86標(biāo)準(zhǔn)后，電磁兼容問(wèn)題逐步得到重視，到九七年頒布并強(qiáng)制執(zhí)行了GJB151A—--97既《**設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》；GJB152A—97既《**設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量》電磁兼容國(guó)軍標(biāo)及保密委標(biāo)準(zhǔn)后，電磁兼容技術(shù)水平提高很快。目前已制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及**標(biāo)準(zhǔn)三十余個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)要求基本等同與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和美軍標(biāo)。為考核進(jìn)出口電子、電氣產(chǎn)品的干擾特性提供了一定條件，使我國(guó)在電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范方面有了較大進(jìn)展。
近年來(lái)國(guó)家有關(guān)部門對(duì)電磁兼容十分重視，電磁兼容學(xué)術(shù)組織紛紛成立，在許多單位建立或改造了EMC實(shí)驗(yàn)室，引進(jìn)較先進(jìn)的EMI、EMS自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和設(shè)備，在各地區(qū)及一些**系統(tǒng)建立了***EMC測(cè)量中心，已具備各種EMC測(cè)量和試驗(yàn)的能力。
6.電磁兼容學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)
1) 現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，使輻射源的增長(zhǎng)率達(dá)到每年５－８％，特別是在城市，人為的電磁輻射密度增長(zhǎng)系數(shù)達(dá)到每年７－１４％。因此，城市中電磁能量密度每５－１０年增加１倍。在今后25 年內(nèi)，社會(huì)生產(chǎn)所引起的電磁干擾能量密度將增加３０倍，５０年內(nèi)可增加700--1000倍，21世紀(jì)電磁環(huán)境惡化形勢(shì)已成定局。因此，如何使電子設(shè)備能正常工作將變得越來(lái)越困難，并對(duì)釋放的干擾控制得越來(lái)越嚴(yán)格。
2) 在**方面，美俄等國(guó)正在研制中的第三代核武器之一就是核電磁脈沖彈。一般的核
武器有三大效應(yīng)：沖擊波、熱輻射（光輻射）和放射性污染。實(shí)際上核武器還有第四效應(yīng)——電磁脈沖（Electromagnetic Pulse 簡(jiǎn)稱EMP），普通核武器以電磁脈沖形式釋放的能量?jī)H占核彈總釋放量的3/1010--3/105，而核電磁脈沖彈則可將此值提高到40%。核爆炸瞬間，彈體釋放出大量γ射線、χ射線和高能中子。由于這些射線能量很大，使周圍空氣分子電離，產(chǎn)生大量帶電粒子，這些粒子的運(yùn)動(dòng)形成電流，激勵(lì)電磁場(chǎng)，使爆心周圍產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的瞬時(shí)電磁場(chǎng)，它以波的形式以光速向外傳播。電場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)50—100KV/m；頻譜很寬，作用范圍大，能在電子設(shè)備的導(dǎo)體中感應(yīng)出很大的瞬時(shí)電壓和電流，使電子設(shè)備、電路和元器件受到不同程度的干擾和破壞。EMP可使敵方指揮、控制、通訊和情報(bào)、監(jiān)視、偵察（Command、Control、Communication、Computer＆Intelligence、Surveillance、Reconnaissance簡(jiǎn)寫為C4ISR）系統(tǒng)遭到毀滅性打擊，并導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓、電力網(wǎng)斷路、金屬管線及地下電纜通訊網(wǎng)等受到影響而陷入無(wú)電源、無(wú)通訊、無(wú)計(jì)算機(jī)的三無(wú)世界。它的后果是破壞電子設(shè)備而不傷害人（這與中子彈的效果恰好相反），這就是把核武器常規(guī)化了。這個(gè)新的發(fā)展，直接促成現(xiàn)在研究核電磁脈沖的熱潮。電磁兼容技術(shù)指南電磁兼容技術(shù)指南電磁兼容技術(shù)指南電磁兼容技術(shù)指南