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电磁兼容的基本概念和术语

大西洋仪器网  2015-01-19 09:49   点击 1741

一、电磁兼容发展简史

在第二次世界大战期间,随着电子设备尤其是无线电收发设备、导航设备以及雷达的大量使用,飞行器上各种电子设备之间发生干扰的例子开始增多。通过在当时还并不拥挤的频谱上对发射频率进行重新分配,或将电缆远离噪声发射源,通常就可以很容易的解决干扰问题。由于当时电子元器件的密度(主要是电子真空管)远小于今天的,因此为了解决电磁干扰EMI)问题,可以在逐个排查的基础上很容易地实现干扰的修正。但是随着高密度电子元器件的发明,如20世纪50年代发明的场效应管、20世纪60年代发明的集成电路IC)和20世纪70年代发明的微处理器芯片,干扰问题显著增加。由于语音和数据传输需要的增加,频谱也变得越来越拥挤。这就要求对频谱的利用进行合理规划。

由于干扰有线和无线通信的数字系统日益增多,所以1979年美国联邦通信委员会(FCC)颁布了一个规定,要求所有的“数字设备”的电磁发射必须低于某个限定值。这一规定的目的是要限制对环境的“电磁污染”以防止或至少能减少EMI案例的数量。因为除非“数字设备”的电磁发射满足FCC强制的限定值,否则不能在美国销售,所以从数字计算机到电子打印机的民用电子产品生产商都对电磁兼容EMC)学科产生了浓厚兴趣。

许多欧洲国家在FCC颁布其规范之前就已经很好地对数字设备强制实施了类似的要求。1933年国际电工技术委员会(IEC)在巴黎的一次会议上建议成立国际无线电干扰特别委员会(CISPR)来处理不断出现的EMI问题。该委员会产生了一份文件,详细说明了用于确定潜在的EMI发射的测量设备。CISPR在二战结束后于1946年在伦敦重新召集会议。随后的多次会议产生了各种技术出版物,讨论测量技术,建议发射限定值。一些欧洲国家采用了CISPR各种版本建议的限定值。FCC规范是美国第一个针对数字系统的规范,限定值参照了CISPR推荐值而又根据美国的环境有所改动。为了防止与EMI相关的“场问题”,美国的大多数电子产品生产商已经对他们的产品设定了内部限定值和标准,FCC规范使得这样一种自愿行为变成了法定的符合性程序要求。

这些规范使得EMC已经成为电子产品市场准入的一个关键因素。如果在特定国家,产品不符合其规范,就不得在该国销售。也就是说功能上完全得以实现的产品,只要不符合电磁兼容规范的要求,用户也无法购买。

二、电磁兼容电磁干扰主要术语

1、带宽(Bandwidth):一个接收机响应信号的上升3dB点和下降3dB点之间的频率间隔。

2、共模(CMCommon Mode):在两根或多根导线中,流经所有导线的电流都是同极性的。

3、共模抑制比(CMMRCommon Mode Rejection Ratio):衡量运算放大器对共模电压抑制能力的参数。

4、耦合路径(Coupling Path):传导或辐射路径。干扰能量通过该路径从干扰源传输到被干扰对象。

5、串扰(Crosstalk):被干扰电缆上从邻近干扰源电缆耦合的电压与该邻近电缆上的电压之比。单位为分贝(dB)。

6、差模(DMDifferential Mode):在导线对上极性相反的电压或电流。

7电磁兼容EMCElectromagnetic Compatibility):一种条件,在此条件下一组中的几台设备互相不干扰也不干扰它们所处的环境

8电磁干扰EMIElectromagnetic Interference):与电磁兼容恰恰相反。

9、远场区(Far Field):即指信号源距测量点有1/6波长以上时的辐射场。也称为平面波。

10、近场区(Near Field):在此辐射场中,测量点与电磁干扰源的距离小于1/6波长。

11、灵敏度(Sensitivity):当模拟电路中的噪声为有限带宽白噪声时,当S=N时对应的信号输入值,在该值一下,电路没有响应信号输出或其输出信号可忽略。

三、电磁兼容概念

1电磁干扰

电磁干扰是电磁骚扰引起的的设备、传输通道或系统性能下降。电磁骚扰仅仅是电磁现象,它可能引起设备性能的降级或损害,但不一定已经形成后果。而电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果,通常人们在分析电磁干扰问题时常常是与电磁骚扰联系在一起讨论,或统称为电磁干扰

2电磁干扰源的分类

电磁干扰的分类可以有许多种分法。例如按传播途径分,有传导干扰和辐射干扰,其中传导干扰的传输性质有电耦合、磁耦合以及电磁耦合;按辐射干扰的传输性质分,有近场区感应耦合和远场区辐射耦合。按频带分,有窄带干扰和宽带干扰。按实施干扰者的主观意向分,可分为有意干扰源和无意干扰源。按干扰源性质分,有自然干扰和人为干扰。

3电磁干扰的三要素

所有的电磁干扰都是由3个基本要素组合而产生的,它们是电磁干扰源、对该干扰能量敏感的设备、将电磁干扰源传输到敏感设备的媒介(即传输通道或耦合路径)。如下图所示:

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相应的,抑制所有电磁干扰的方法也应从这三要素着手解决。

电磁干扰源:指产生电磁干扰的任何元件、器件、设备、系统或自然现象。

耦合路径(或称传输通道):指将电磁干扰能量传输到受干扰设备的通道或媒介。

敏感设备:指受到电磁干扰影响,或者说对电磁干扰发生相应的设备。

四、电磁兼容的含义

          电磁兼容EMC)一般指电气及电子设备在共同的电子环境中能执行各自功能的共存状态,即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干扰,达到“兼容”状态。换句话说,电磁兼容是指电子线路、设备、系统相互不影响,从电磁角度具有相容性的状态。相容性包括设备内部电路模块之间的相容性、设备之间的相容性。进一步讲,电磁兼容学是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下,各种用电设备或系统(广义上还包括生物体)如何共存,并不致引起性能降级的一门学科。

     电磁兼容的理论基础涉及数学、电磁场理论、电路基础、信号分析等学科及技术,其应用范围又几乎涉及到所有用电领域。在电磁兼容领域中,我们所面对的研究对象(主要指电磁噪声)无论时域特性还是频域特性都十分复杂。此外,研究对象的频谱范围非常宽,使得电路中集中参数与分布参数、近场与远场、传导与辐射都同时存在并必须予以全面考虑。因此,国际上制定了大量的技术标准,对这些物理现象形成了统一的评价标准,并使用统一实现设备或系统电磁兼容的技术要求,对测量设备与设施的特性以及测量方法等均予以严格的规定。

来源:大西洋仪器网    编辑:jiang
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