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1、第一章 概论,1、EMC的定义 Electromagnetic Compatibility ,直译为电磁兼容性 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。,EMC常用术语和定义 电磁骚扰 Electromagnetic DisturbanceEMI “任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。” 电磁干扰 Electromagnetic InterferenceEMI “电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统或性能的下降。”,电磁骚扰与电磁干扰,电磁骚扰仅仅是电磁现象，既客观存在的一种物理现象；他可能引起降级或损害
2、，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。 虽然电磁骚扰与电磁干扰有一定的区别，但是工程上往往不以明确划分，并统一缩写为EMI。,近场区 nearfield regions “无功近场区：紧靠着天线的、无功场起主要作用的天线区。对大多数天线常取离天线表面距离处。” “辐射近场区：在无功近场和远场区之间的天线场区，该场区随角度的分布与离天线的距离有关。如果天线的最大口径尺寸不大于波长，则该场区可能不存在。” 远场区 farfield regions “场随角度的分布基本上与天线的距离无关的天线场区。” 注意：如果天线最大口径尺寸D大于基频波长，远场离天线的距离一般取大于处。,电尺
3、寸,电尺寸 用波长来衡量 具有物理尺寸 ,可认为是电小尺寸 一个结构的电长度取决于物理尺寸、激励源的频率和波在媒介中的传播速度。（此结构完全处于该媒介中）,自由空间中： 非自由空间： 例：聚四氟乙烯（ ）,电小尺寸（ ）：可以用集总电路模型来描述 电大尺寸（ ）：可以用分布电路模型来描述 例：最大物理尺寸为3.6m，工作频率为86MHz的电路或辐射结构的电尺寸为3.6/3.49=1.03个波长，因为自由空间中86MHz的波长是300/86=3.49m。如果将此结构置于聚氯乙烯（PVC）介质中（ ），电尺寸将变成2.06个波长，因为PVC中86MHz的波长是,分贝,在电磁兼容分析中，很多物理量都
4、与分贝（dB）有关，例如对辐射发射的限制值为dBV/m，对传导发射的限制值为dBV或dBA，屏蔽体的屏蔽效能和滤波器的插入损耗都用dB度量等。并且，频谱分析仪的幅度显示刻度一般也是按照dB标示的。因此对于dB有一个正确的理解十分重要。,功率 ： 功率的基本单位为瓦（W），既焦耳/秒（J/s） 引入“贝尔”（B）为单位。 则为： 采用贝尔的1/10，即分贝（dB）为单位， 即： 式中：P1与P2应采用相同的单位。,应该明确dB仅为两个量的比值，是无量纲的。随着dB表示式中的参考量的单位不同，dB在形式上也可带有某种量纲。 如， , 是相对于1W的比值，即以1W为0 dB。此时，是以带有功率量纲的
5、dB表示 ，则: 若以1mW为0dB,则此时的P2亦应为mW为单位，则表示式为：,电压 ： 对于纯阻抗负载 式中：P功率，W； V降在电阻R上的电压，V； R电阻，。 若以分贝（dB）表示，上式可写为： 右端的第一项即为电压的分贝值,在电磁兼容领域，常用V为单位，此时， 即 以1V为0dB。 显然： 推导dB与dBm之间的关系： 对于50的系统 ：,电流 常以dBA为单位，即： 式中： 是以A为单位的电流。,实现电磁兼容的途径,形成电磁干扰的基本要素： 1、电磁骚扰源 2、耦合途径 3、敏感设备,电磁兼容设计的目的是使所设计的电子设备或系统在预期电磁环境中实现电磁兼容。要求是使电子设备或系统满
6、足EMC标准的规定。 能在预期的电磁环境中正常工作，无性能降低或故障 对该电磁环境不是一个污染源,需要研究的问题： 1、对于电磁骚扰源的研究 2、对于电磁骚扰传播特性的研究 3、对于敏感设备抗干扰能力的研究 4、对于测量设备、测量方法与数据处理方法的研究 5、对于系统内、系统间电磁兼容性的研究,电磁兼容学是一门新兴的综合性学科。 核心仍然是电磁波，其理论基础包括数学、电磁场理论、电路理论、微波理论与技术、天线与电波传播理论、通信理论、材料科学、计算机与控制理论、机械工艺学、核物理学、生物医学以及法理学、社会学等内容,实现电磁干扰（EMI）的基本途径,屏蔽、滤波、接地是三项最基本的电磁干扰（EM
7、I）抑制技术。 对电气电子设备在时间、空间和频谱使用上的管理和控制，特别是频谱的利用和保护方面已发展成电磁兼容学科的一个重要分支“频谱工程”。频谱工程研究频率的指配，频谱规划，频谱过载的解决，为压缩使用频谱而改进设备的研究，降低发射机的寄生辐射，加强接收机的抗干扰能力等等。,任何可能引起装置、设备或系统性能降低，或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象，均称之为电磁骚扰。 按电磁骚扰的来源分类，可分为自然骚扰和人为骚扰 按电磁骚扰的性质分类，可分为脉冲骚扰和平滑骚扰 按电磁骚扰的作用时间分类，可分为连续骚扰、间歇骚扰和瞬变骚扰。 按电磁骚扰源的功能性和非功能性可以分为功能性骚扰和非功能性
8、骚扰。 按电磁骚扰传播的途径分类，可以分为辐射骚扰和传导骚扰，或两者组合。 按电磁骚扰在电路中的作用形式（骚扰电流的流动方向），可分为共模骚扰和差模骚扰。,按照电磁干扰的原理，电磁干扰的作用途径主要可以分为两大类，既辐射干扰和传导性干扰。 辐射干扰是指干扰源比较远，干扰源发出的干扰以电磁波的形式被接收。 传导性干扰是指干扰源距离比较近，干扰源经过耦合电容、耦合电感和公共阻抗的途径进入被干扰设备。,TEMPEST计划的具体内容是针对信息设备的电磁辐射与信息泄漏问题，从信息接收和防护两个方面展开的一系列研究和研制工作，包括信息接收、破译水平、防泄漏能力与技术，相关规范标准及管理手段等,第三章 辐射
9、干扰的抑制,构成干扰的三要素是干扰源、传输通道、接收器。因而，抑制辐射干扰也应从这方面着手研究。 1减少辐射干扰源的辐射 2增加辐射干扰传输通道的损耗 3减少接收器接收干扰的无用信号或噪声,抑制以场的形式造成干扰的有效方法是电磁屏蔽. 所谓电磁屏蔽就是以某种材料(导电或导磁材料)制成的屏蔽壳体(实体的或非实体的)将需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离，即其内的电磁场不能超出这一区域，而外来的辐射电磁场不能进入这一区域(或者进出该区域的电磁能量将受到很大的衰减)。,静电屏蔽原理 静磁屏蔽原理 高导磁率材料使用注意事项 强磁场屏蔽设计,(a),(b),(c),（d）,（e）,电场屏蔽原理,磁屏蔽原
10、理,3.3.3 电磁屏蔽,干扰源产生的交变电磁场总是同时包含电场分量和磁场分量，而且这两个分量的大小随传播距离以及干扰源的不同特性会有所差别。 1）当干扰源为高电压小电流的电振荡发射时(如垂直导体、拉杆天线等)，干扰源为高阻抗。在近场（r/6或r /6)区，电磁场特性以电场占主导，磁场分量可以忽略，电场强度比磁场强度大得多，波阻抗为：,2）当干扰源为低电压大电流的磁振荡发射时(如环形导体、环形天线等)，场源为低阻抗，在近场区波阻抗与r成正比，随距离r增加而增大，其值等于： 它远小于波阻抗常数，表明磁场强度比电场强度大得多，因此这种场源的近场内以磁场为主导，电场分量可以忽略。,（a）高阻抗源（电
11、场源）和波,（b）低阻抗源（磁场源）和波,不同场源的近场和远场特性,交变电磁屏蔽,电磁屏蔽是用屏蔽体阻止高频辐射电磁波在空间传播的技术措施。屏蔽体起着切断或削弱电磁波传输的作用。 对于远场情况的交变电磁场，电场分量和磁场分量同时存在，交变电磁屏蔽的机理有三种理论： 1)感应涡流效应。 2)电磁场理论。 3)传输线理论。,屏蔽体对入射电磁波的衰减,3.4.3 电磁屏蔽效能的计算,实心型屏蔽体的屏蔽效能 实心型屏蔽，是指把屏蔽体看成是一个结构上完整的、电气上连续均匀的无限金属板或全封闭壳体的一种屏蔽。,无限大均匀平面对平面波的屏蔽,无限大平面均匀屏蔽体的屏蔽效能可用下式确定 式中 R反射损耗 A
12、吸收损耗 B 多次反射修正因子 用分贝（dB）表示，则为,式中 t金属屏蔽板的厚度 r相对磁导率 r相对电导率(铜的r =1),吸收损耗与频率的关系,反射损耗,金属屏蔽板处于远场区时 金属板处于近场区，且以电场为主： 金属板处于近场区，且以磁场为主：,反射损耗与频率的关系,多次反射修正因子,多次反射修正因子并不是任何时候都必须计入的。当频率较高或金属较厚时，吸收损耗较大。入射波能量进入屏敝体后，在第一次到达金属板右边的界面之前己被大幅度衰减，多次反射现象不显著。一般只要 ，就可不考虑多次反射的影响。,例：有一大功率线圈的工作频率为20KHz，在离该线圈0.5m处置一铝板以屏蔽线圈对某敏感设备的
13、影响，设铝板厚度为0.5mm ；试计算铝板的屏蔽效能。 解：先判断屏蔽体处于哪个场区 可见，,铝的 ， ，故反射损耗为,吸收损耗为： 此时应考虑多次反射修正因子，为此先计算出铝板的特性阻抗Zm和近场区以磁场为主的自由空间波阻抗ZWm。,故多次反射修正因子为 则该金属屏蔽板总的屏蔽效能为,单层金属板屏蔽效能计算公式汇总表,非实心,实际屏蔽体的问题,通风口,显示窗,键盘,指示灯,电缆插座,调节旋钮,实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等,电源线,缝隙,缝隙引起的泄漏很复杂。它不仅与缝隙的宽度、板的厚度有关，而且与其直线尺寸、缝隙的数目以及波长等有
14、密切关系。频率越高，缝隙的泄漏越严重。 在相同缝隙面积的情况下，缝隙的泄漏比孔洞的泄漏严重。特别是当缝隙的直线尺寸接近波长时，由于缝隙的天线效应，屏蔽壳体本身可能成为一个有效的电磁波辐射器，从而严重地破坏屏蔽体的屏蔽效果。 所以，在设计屏蔽体结构时，尽力减少屏蔽缝隙是至关重要的。由于安装按钮、开关、电位器等元件的需要，常常必须在屏蔽板上开有圆形、正方形或矩形的孔洞，这时电磁波会通过这些孔洞产生泄漏。,以上诸因素中，接缝因素和孔洞因素对屏蔽效能的影响最大。,第四讲 EMI滤波器,滤波的含义是指从混有噪声或干扰的信号中提取有用信号分量的一种方法或技术。人们把能够实现滤波功能的电路或器件称为滤波器。
15、 从经典的滤波理论发展起来的各种滤波器是由一些集总参数的电阻、电感和电容或由分布参数所构成的一种网络电路。 这种网络电路允许其工作频率(或频段)信号通过，而对其他频率成分信号则加以抑制。,从通过的频率来划分滤波器，可以分为下面五类滤波器，低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和全通滤波器,滤波器的衰减频率特性示意图,滤波器品种繁多，在这里仅从抗干扰角度，讨论电磁干扰滤波器。 滤波器的分类方法也有多种。按滤波器的频率特性来分，可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。 按滤波器的形式来分，则有T型、型、C型和L型四种，它们都属于反射型滤波器。,滤波器的阻抗特性,滤波器的输入、输出阻抗直接影响该器件的插入损耗特性，在许多使用场合，出现滤波器实际滤波特性与生产厂家给出的指标不符，这主要是由于滤波器的阻抗特性决定的。 因此，在设计、选用、测试滤波器件时，阻抗特性是一个重要的技术指标。 使用电源干扰抑制滤波器时，遵循输入、输出端最大限度失配的原则，以求获得最佳抑制效果。,四种组合方式,其规律既高阻抗对应电容，低阻抗对应电感 滤波器形式与源阻抗、负载阻抗之间的组合情况,骚扰源阻抗,滤波器类型,负载阻抗,低,高,低,高,高,低,低,高,源负载阻抗与滤波器网络结构的选择,4.5.3 CX和CY电容器,电源EMI滤波器中的几个电容分别用了两种不同的下标，“CX”和
