2021年电磁兼容与结构设计

xxxx大学硕士生课程论文

欧阳光明（2021.03.07）

电磁兼容与结构设计

电磁兼容概述

（2014—2015学年上学期）

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摘要

随着用电设备的增加，空间电磁能量逐年增加，人类生存环境具有浓厚的电磁环境内涵。在这种复杂的电磁环境中，如何减少相互间的电磁干扰，使各种设备正常运转，是一个亟待解决的问题；另外，恶略的电磁环境还会对人类及生态产生不良影响。电磁兼容正是为解决这类问题而迅速发展起来的学科。可以说电磁兼容是人类社会文明发展产生的无法避免的“副产品”。

电磁兼容一般指电气及电子设备在共同的电磁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。电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科，其理论基础涉及数学、电磁场理论、电路基础、信号分析等学科与技术，其应用范围几乎涉及到所有用电领域。

关键字：电磁兼容、电磁发射、传导耦合、辐射耦合、静电放电

1 引言

信息技术已经成为这个时代的主题，而信息时代的最突出特征，就是将电磁作为记录和传递信息的主要载体，人们对于电磁的利用无处不在。电磁日益渗入到金融、通信、电力、广播电视等事关国家安全的各个重要领域和社会生活的各个角落，电磁已经成为了信息时代中将经济、军事等各方面各部门联成一体的纽带，它与每个人工作和生活息息相关。电磁空间对国家利益的实现具有越来越深刻的影响，经济社会发展、军队建设和作战对电磁空间的依赖程度日益提高[1]。

当前人类的生存环境已具有浓厚的电磁环境内涵。一方面，电力网络、用电设备及系统产生的电磁骚扰越来越严重，设备所处电磁环境越来越复杂；另一方面，先进的电子设备的抗干扰能力越来越弱，同时电气及电子系统也越来越复杂。在这种复杂的电磁环境中，如何减少相互间的电磁干扰，使各种设备正常运行，是一个亟待解决的问题。另外，恶略的电磁环境还会对人类及生态产生不良影响。对于生产厂家而言，只有出场设备具有一定的电磁兼容性并且适应目前这一复杂的电磁环境，才能使自己的产品更具有竞争力。而对于国家安全而言，构筑电磁空间安全防御体系，已成为各国和军队建设的重要内容，随着社会信息化

程度的不断提高，电磁空间对国家安全的影响也越来越大。

电磁兼容是指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干扰的能力，研究在有限的空间时间和频谱资源条件下，各种用电设备（分系统、系统、广义的还包括生物体）可以共同存在不致引起降级的一门学科。电磁兼容涉及的频率范围宽达0~400GHz，研究对象除传统设施外，涉及芯片级，直到各型舰船、航天飞机、洲际导弹，甚至整个地球的电磁环境。电磁兼容研究涉及许多方面，如计算机安全、典型设备、无线设备、工业控制设备、自动化设备、机器人、移动通信设备、航空航天飞机、舰船、武器系统及测量设备的电磁干扰问题，各种线缆的辐射和控制，高压输电线路及交流电气铁道的电磁影响，电磁场生物效应，地震电磁现象等。

许多工业发达国家自1996年1月1日其规定所有电子设备都要经过电磁兼容性认证，否则将禁止在市场销售。我国电磁兼容性认证管理办法已于1999年10月颁布，从2003年8月起对电子设备实行电磁兼容强制性认证，简称3C认证。3C认证是中国国家强制性产品认证（China Compulsory Certification）的简称实际上将CCEE（中国电子电工产品安全认证）、CCIB（中国进口电子产品安全认证）、EMC（电磁兼容性认证）三证合一。电磁兼容测试已成为电子设备研发和生产过程中一个不可缺少的重要环节[2]。

本文主要分为三个部分，分别对电磁兼容技术的发展，电磁兼容的三要素以及电磁兼容的常见防护措施进行讨论。

2 电磁兼容技术的发展

EMC (ElectromagneticCompatibility，电磁兼容)的发展经历了从“路”到“场”，从低频到高频，从狭义的电磁干扰到广义的电磁兼容的过程。电磁兼容可以说是一门既古老又年轻的学科，说他古老，是因为对于电磁干扰的研究可以追溯到19世纪，从无线电波作为通信媒质开始就存在，当时发现火花间隙能产生电磁波，能在无线电、电报通信系统的接收机上产生干扰或噪声。说他年轻，是指电磁兼容只是在近30年，随着数值计算的发展，该学科才得到快速的发展。科学家及工程师们不仅可以提出模型揭示干扰隐含的物理现象，同时也可以采用计算模型更好的理解干扰现象，使干扰现象可视化，同时可以减轻干扰的作用。

电磁干扰是人们早就发现的电磁现象，1823年安培发现了电流产生磁力的基本定律。1831年法拉第发现电磁感应现象，总结出电磁感应定律，揭示了变化的磁场在导线中产生感应电动势的规律。1840年美国人亨利成功地获得了高频电磁振荡。1864年麦克斯韦综合了电磁感应定律和安培全电流定律，总结出麦克斯韦

方程，提出了位移电流的理论，全面地论述了电场和磁场之间的相互作用，并预言电磁波的存在。麦克斯韦的电磁场理论为认识和研究电磁干扰现象奠定了理论基础。1881年英国科学家希维赛德发表《论干扰》的文章，标志着研究干扰问题的开端。1888年德国物理学家Hertz用实验证实了电磁波的存在，从此开始了人类对电磁干扰问题的实验研究。1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题，使对干扰技术问题的研究开始走向工业化和产业化[3]。

二十世纪以来，随着电子技术的发展和应用，人们逐渐认识到对各种电磁干扰进行控制的重要性。特别是工业发达国家格外重视干扰控制，它们成立了国家级以及国际间的组织，如德国电气工程师协会、IEC(InternationalElectro-technical Commission，国际电工技术委员会)、CISPR(International SpecialCommitteeOn Radio Interference，国际无线电干扰特别委员会)等。为了解决干扰问题，保证设备和系统运行的电磁兼容性，四十年代初有人提出了电磁兼容性的概念。1944年德国电气工程师协会制订了世界上第一个电磁兼容性规范VDE0878。接着美国在1945年颁布了美国最早的军用规范JAN-I225。

从四十年代提出电磁兼容性概念起，电磁兼容学科在认识、研究和控制电磁干扰的过程中得到了发展。它深入阐述了电磁干扰产生的原因，分清了干扰的性质，研究了干扰传输以及耦合的机理，系统地提出了抑制干扰的技术措施，促进了电磁兼容的系列标准和规范的制订，建立了电磁兼容设计、分析和预测等一系列理论体系。

放眼未来，电磁兼容还将在信息安全和生物电磁学等方面获得较大的进展。电磁兼容技术的频率范围宽达400GHz，研究对象除传统设施外，还涉及从芯片直到各型舰船、航天飞机、洲际导弹，甚至整个地球的电磁环境。各种测试方法和测试标准一开展了全方位的研究，例如，VDE、FTZ、FCC、BS、MIL-STD、VG、PTB、NAC-SIM、IEC、CISPR和ITU-T等标准逐年更新版本，并趋向于全球公认化。各种规模的电磁兼容论证、设计、测试中心如雨后春笋般出现。各国都注重电磁兼容教育和培训及学术交流。近1994年，就举办了25次国际性的一流学术交流和培训班。研究的热点以涉及许多方面，如计算机安全，电信设备电磁兼容，无线设备、工业控制设备、自动化设备、机器人、移动通信设备、航空航天、舰船、武器系统及测量设备等的电磁兼容问题，各种线缆的辐射和控制，超高压输电线及交流电气轨道的电磁影响，电磁场生物效应，地震现象，接地系统和屏蔽系统等。

我国对电磁兼容理论和技术的研究起步较晚，标准化工作起始于20世纪60年代。直到80年代初才有组织系统地研究并制订电磁兼容性标准和规范。1981年颁布了第一个航空工业部较为完整的标准HB5662-81《飞机设备电磁兼容性要求和测试方法》。从那时起，国内的电磁兼容学术组织也纷纷成立，学术活动开始频繁起来。而1990年在北京成功举办的第一次国际电磁兼容性学术会议，标志着我国电磁兼容学科的迅速发展并开始参与世界交流。此后，我国在标准和规

范的研究与制订方面有了较大进展，到目前已制定了近百个国家标准和家军用标准。

研制一个复杂设备或系统之前，对系统、分系统、各部件和元器件的电磁特性进行分析预测，合理分配各项指标要求，并且在系统的整个设计过程中不断地进行修正和补充，摄系统工作在最佳状态，即进行电磁兼容预测。但电磁兼容问题作为一个极为复杂的电磁边值问题是很难用一般的方法求解的。近10年内，电磁兼容分析、仿真和预测软件得到了快速的发展，计算方法和计算技术的改进把电磁兼容预测计算速度提高了一个数量级，国内外出现了一批专业的电磁兼容预测软件。随着计算机、计算技术和计算方法的发展，相信电磁兼容预测会得到更大的发展。这一技术作为直到电磁兼容技术的关键技术，它的发展必将会带动电磁兼容测试以及防护技术的进一步发展，它可以使电磁兼容设计过程中所面临的各种问题数量化、直观化，从而可以更好的去指导人们进行电磁兼容性方面的研究。随着各种技术的不断发展和人们对复杂电磁环境的认识越来越深，可以预言，今后电磁兼容技术将得到全人类的高度重视，电磁兼容学科将获得更加迅速的发展。

3 电磁兼容三要素

电磁兼容主要研究电磁能量的产生、传输、接受和抑制。如图3-1所示。骚扰源、耦合途径和敏感设备（或接收机、接收设备）构成了电磁兼容的三要素。

图3-1 EMC基本组成部分

3.1电磁骚扰源

电磁骚扰源分散性很大，按传播形式分，骚扰源可分为传到骚扰和辐射骚扰。传导骚扰是指通过骚扰源和敏感设备之间的电路传导及低频场耦合而对敏感设备产生危害，而辐射骚扰是指通过空间辐射对敏感设备产生作用。传导骚扰包括电压暂变、雷电效应在电源线和信号线上引起的过电压、谐波、开关投切操作

及变压器分接头调整产生的操作过电压等。辐射骚扰包括雷电电磁脉冲和核致电磁脉冲效应，无线辐射、带电物体、线路以及印刷电路板产生的辐射骚扰[4]。

另外，通常采用的一种最简单的分类方法就是根据骚扰源的起因，将环境中的电磁骚扰分为自然骚扰源和认为骚扰源两种，人为骚扰源可以进一步分为功能性发射骚扰源和非功能性发射骚扰源。如图3-2所示。

图3-2 电磁骚扰源分类

电磁骚扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大的dv/dt或di/dt。dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定的功能，例如，无线通信、雷达和其他功能；另一方面，电子设备在工作时，导体中的dv/dt、di/dt或产生电磁辐射。数字脉冲电路就是一种典型的骚扰源。根据骚扰源波形的连续性将骚扰源分为连续波和暂态波，连续电磁骚扰源具有固定频率，如广播站、高功率雷达、电机噪声、固定及移动通信、计算机、可视化显示设备、打印机、高重复率的点火噪声、交流多相整流器、太阳及宇宙噪声。暂态电磁骚扰源具有宽的频谱，包括核雷电、核电磁脉冲、电力线故障、开关及继电器、电焊接设备、低重复率的点火噪声、电气化火车的电接触电弧、人体静电放电。

3.2电磁骚扰传播机理

骚扰源和敏感设备布置在一起时，就存在从一方到另一方的潜在干扰路径。设备要满足性能指标，减小骚扰耦合往往是消除干扰危害的重要手段，因此弄清

楚骚扰耦合到敏感设备（受害者）上的机理十分必要。

电磁兼容问题实际上是电磁装置或系统与其他或远方系统间的无意的相互作用。这种互相影响可以用“耦合”来描述，即一个系统对另一个系统的“耦合”，从而实现能量从骚扰源传递到敏感设备。

电磁干扰的分类方法可分为多种，现主要介绍几种分类方法[5]：

(l)按干扰源的来源可分为两类：自然干扰和人为干扰。自然干扰包括宇宙干扰、天电干扰及雷电冲击。人为干扰包括广播、通信、雷达、输电线、电器设备、点火系统等。

(2)按电磁干扰的性质可分为：脉冲干扰和平滑干扰。当电磁干扰经过谐振电路时，在电路中将产生衰减振荡，峰值很高但持续时间很短，这类干扰为脉冲干扰。若以上的脉冲持续时间在没有消失之前，又出现了脉冲，则为平滑干扰。

3.3

传导耦合

3.3.1

传输线理论

1)

2)

3)

4)

E

（?? ）

二者之比为线路的波阻抗。对于架空线，波速度为光速，而对于电缆线路，约为光速的一半。

电压波和电流波的传播也伴随着能量的传播，容易得到

（3-2）

即导线周围在单位时间内获得的磁场能量与电场能量相等，正是电磁能传播的规律。这就是说，电流波和电压波沿导线的传播过程实际上就是电磁能量的传播。传导干扰可以采用这种传输线理论及波过程理论进行分析。

3.3.2电导性耦合

电导性耦合最普遍的方式是干扰信号经过导线直接传导到被干扰电路中而造成对电路的干扰。这些导线可以使设备之间的信号连线，电路之间的连接导线（如地线和电源线）以及供电电源与负载之间的供电线等。这些导线在传递有用信号能量的同时，也将干扰信号传递给对方。它们可以是公共阻抗耦合，也可以是地回路耦合。

公共阻抗耦合是由于骚扰源与敏感设备公用一个线路阻抗而产生的。最明显的公共阻抗是阻抗实际存在的场合，如骚扰源和敏感设备共用导体。公共阻抗也可以使由两个电流回路之间的互感耦合，或者由于两个电压节点之间的电容耦合产生的。

当两个独立功能的电路供应一个阻抗时，一般是指接地连接体或接地回路，将产生电导耦合，这时骚扰源直接通过传导作用加在设备上。如图3-3a所示，当骚扰源（图中系统A的输出）与敏感设备（系统B的输入）公用一个地时，则由于A的输出电流流过公共线段的公共阻抗，在B的输入端产生电压。公共阻抗仅仅是由一段导线或印制线产生的。因为导线的阻抗呈感性，因此输出中的高频或高di/dt分量将更容易耦合。当输入和输出在同一系统时，公共阻抗构成寄生反馈通路，这可能导致震荡，等效电路如图3-3b。

系统A系统B Zs Za Zb

Zt ZL

Vs

系统A系统B （a）两系统公用线段（b）等效电路图

图??????传导性公共阻抗耦合

而地回路耦合产生的电磁干扰是指，一回路在地中注入电流，在地中产生电流分布及电位分布，如果附近有一回路接在地平面的两点，这两点之间存在电位差，因此将在该回路中产生干扰电压。如图????所示，当信号源与相连的仪器在不同点接地时，接地点的电位差产生的骚扰源VN 作用在该电路系统，产生共模干扰。

信号源

图??????共模阻抗耦合（接地回路）

电力系统最典型的情况是当系统发生短路故障时，在地网上产生很高的电位，即地电位升高。这种地网电位升高会使接在地网上的弱电系统电缆及弱电设备上出现很高的电位。接地网接地电阻越大，电导性耦合的干扰就越严重。

3.3.3 电容耦合

当两导体之间存在分布电容时，两导体之间就会发生电容耦合。最常见的电容耦合的例子是两根相互靠近的平行导体，如图????a 所示，其等效电路如图????b 所示：

2

2

C 12C 2G R V N

（a ）常见的电容耦合模型（b ）电容耦合模型等效电路

图3-5 两平行导线之间的电容耦合及其等效电路

通过对等效电路进行分析易得，导线2上所感应的干扰电压为 2G n S 122G (1j C )R

v V (1j C )(1j C )R ωωω=?

+（3-3）

式中，Vs 为施加在骚扰源导体上的电压；RL 和CL 为屏蔽导体的负荷。且存在

n S 12R v V 1j R (1j C )R ωω=? +（3-4）

通过式（3-4）可得，对地阻抗越高，越容易产生电容传输；当频率越高时，电容传输的现象越明显；线路上分布电容越大时，耦合的干扰产生的电压越大。因为通过电容耦合产生的干扰电压与骚扰源的频率、骚扰电压、骚扰电路与被干扰电路之间的耦合电容、被干扰电路对地阻抗成正比。为减小电场耦合的影响，应减小骚扰电压，降低骚扰电压的频率，并减小被干扰回路的对地电阻，减小电路之间的耦合电容，必要时在平行到线上加屏蔽。

3.3.4电感耦合

电感耦合发生在两个电路之间，如图3-6所示。当一个电路上有突变电流时，在干扰电路l上引起的交变磁能会通过两个电路之间的互感耦合到电路2上，在电路2上产生感应电动势[2]。

图3-6 电感耦合原理图

图3-7为电感耦合的等效电路。

图3-7 电感耦合等效电路

两电路间的电感噪声干扰的基本方程为：

（3-5）

式中，A为封闭电路的面积，B为磁通密度。

若用两电路中的互感进行描述，则也可以修改为

（3-6）

式3-6中，M12为两个电路之间的单位长度的互感。若两个电路的耦合长度为L，互感耦合在电路中产生的感应电动势为

（3-7）

要减小干扰电压强度，可以减小B、A、cosθ。要减小B则可以采用拉大两回路之间的距离或使导线绞绕，绞绕可以使两电路产生的磁场相互抵消：要减小回路的面积A，可以采用把导线回路敷设在接地平面以上，减小导线与地平面围成的环路面积；cosθ的减小可以通过重新安排干扰源与被干扰源之间的位置来解决，当cosθ等于0，干扰为最小。

从以上两节的分析可以看出，电容干扰与电感干扰的主要区别有以下几点。

1)减小被干扰回路的负载阻抗未必能使电感干扰的情况改善；而对于电容干

扰而言，减小被干扰电路的负载阻抗，可以改善被干扰的情况。

2)在电感干扰中，产生的噪声电压串联在被干扰电路中；但电容干扰中，产

生的噪声电压则并联于被干扰电路中。也可以这样说：电容干扰时，在

被干扰回路中产生的是电流源，而电感干扰时被干扰回路中产生的是电

动势。

在以上两个章节中，所有结论都是在假设只有一种干扰的情况下推导的，实际情况下，可能两种干扰都会存在，需要考虑综合的干扰效应。

3.4辐射耦合

任何干扰源的本质都是产生电磁波，交变电流通过导体网络产生狡辩电流时会产生电磁波，E场和H场互为正交同时传播。传播速度由煤质决定，在自由空间等于光速。在靠近辐射源时，电磁场的几何分布和强度骚扰源特性决定；当离源较远时，只有正交的电磁场。

电场更容易由高阻抗电压驱动电路产生，如直导线。磁场主要有低阻抗电流驱动电路产生，如导线回路。

辐射电磁骚扰是指骚扰能量通过空间电磁波的形式传播到敏感设备中产生干扰，随敏感设备电缆的接地方式不同形成共模和差模干扰。当一个地方的电流或电荷随时间变化时，就有一部分电磁能量进入周围空间，这种现象称为电磁辐射。产生电磁波的辐射源最简单的方式就是电偶极子与磁偶极子。实际辐射源都可看成有许多偶极子组成，所产生的电磁波也就是这些偶极子辐射电磁波的合成。

电磁场辐射产生干扰耦合，即就是当高频电流流过导体时，在该导体周围便产生电力线和磁力线，并发生高频变化，从而形成一种在空间传播的电磁波。处于电磁波中的导体便会感应出相应频率的电动势。

电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰，这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。处于空间中的传输线，即能辐射干扰波又能接收干扰波，这种现象成为天线效应。当传输线的长度大于或等于空间中信号哦频率的四分之一波长时，天线

效应尤其明显[3]。

通过对理论的分析，得出对于辐射干扰的抑制措施可以分为：1、采用合理的总体布局，电路系统的工作要依靠实际的电气连接来实现的，实际信号线的长短是由电路系统的布局决定的。若高速信号或易干扰信号等布局不合理，则EMC 的性能下降。2、采用合理的走线方式，PCB走线方式及与相邻PCB走线的关系对其辐射能力有很大影响，布线的好坏直接决定着系统的EMI的大小。高频信号的辐射是整体EMI中最突出的部分。为了最大限度的抑制高频信号的辐射，先从高速的、密集的信号开始布线，优先考虑那些信号频率高，联系紧密的模块。

3、要有合理的地线处理，地线在EMC方面的应用，最主要的用法是屏蔽、回流。为了采用平行往返的方式抑制辐射，高频信号的地线要尽量的靠近高频信号线，并采用最短路径走线，如果是一组高频信号线的话，可以在它们中间多加入几条地线，以达到更好的抑制效果。由于地线一般是由大面积的铜箔构成的，因而其分布电阻、分布电感比普通的PCB走线要小得多，即使流过高频电流时其阻抗也比较小，对于感应到地线网络的高频噪声，能够形成阻抗很低的回流路径，降低EMI辐射。

4、要增设高频去祸电容，有时为了降低高频信号的幅度，在信号线与地线间加接高频去祸电容。注意地线阻抗的高低直接影响去祸效果。在高频信号的末端，加接对地的去祸电容，一般电容取值在10pF-100pF之间，高频噪声会通过电容直接流到地线上去。因为噪声频率非常高，所以要注意接地电容的引线电感。

电磁兼容的理论和技术就是围绕感染源、干扰传播途径（或传输通道）和敏感设备，研究电磁干扰源产生的机理及抑制干扰源的措施，寻找消弱传播干扰能量的方法和提高敏感设备抵抗能力的技术，从而达到控制干扰发生的目的。

4 电磁干扰的防护

对于日益复杂的电磁环境的研究，都是通过研究电磁环境对设备或系统的作用机理、能量耦合途径等，目的都是为了保障设备或系统在预定电磁环境中的生存能力和运行能力。目前，随着电子设备的不断增加，且电子设备的集成度不断提高，都造成了电磁空间的复杂度不断增加。构成电磁环境的因素十分复杂，既有自然因素也有人为因素。其中，自然因素包括雷电电磁辐射、静电放电(electrostatic discharge, ESD)电磁辐射、太阳系和星际电磁辐射、地球和大气层电磁场等。人为因素包括无线电台等各种系统产生的电磁发射；高电压送、变电系统等产生的工频电磁辐射；各种家用电器、电动工具等产生的电磁辐射以及用于军事目的的各类强电磁脉冲源，如雷达、电磁脉冲武器等产生的电磁辐射等。

电磁兼容是指设备、分系统、系统在共同的电磁环境中能同时执行各自功能的共存状态。它主要包括2个方面的内容：一是设备、分系统、系统在预定的电磁环境中运行时，可按规定的安全裕度实现设计的工作性能、且不因电磁干扰而受损或产生不可接受的降级；二是设备、分系统、系统在预定的电磁环境中正常工作且不会给环境(或其他设备)带来不可接受的电磁干扰。

而电磁防护是指为在设计、研制和生产过程中使设备具有抗电磁干扰或电磁毁伤能力而采取的技术措施，也包括为消除电磁环境对电爆装置、燃油及人员影响而采取的技术措施和对策。

综上所述，电磁兼容与电磁防护在内涵和外延上是一个有机的整体，它们研究的重点都是电磁环境对设备或系统的作用机理、能量耦合途径等，即电磁环境效应；目的都是为了保障设备或系统在预定电磁环境中的生存能力和运行能力。要改善电子产品的电磁兼容性，接地、屏蔽和滤波是抑制EMI的基本方法。下面分别对这几种方法进行简要的介绍。

4.1接地

地的定义有四种：1、导电性的土壤，具有等电位，且任意点的电位可以看成零电位。2、导电体，如土壤或钢船的外壳，作为电路的返回通道，或作为零电位参考点。3、电路中相对于地具有零电位的位置或部分。4、电路与地或其他起地的作用的导电体的有意的或偶然的连接。接地就是一个系统内电气与电子元件至地参考点之间的电传导路径。无论从安全还是电路工作的角度考虑，电气设备接地都是十分必要的。接地有两方面的含义，一是指电气设备与大地的连接；二是指电路及电子设备的信号参考地。

接地除了提供设备的安全保护地以外，还提供设备运行所必需的信号参考地。理想的接地平面是一个零电位、零阻抗的物理体，它可作为电路中所有信号点评的参考点，并且任何干扰信号通过它，都不会产生电压降。但是，理想的接地平面是不存在的，这就需要我们考虑和分析地电位分布，进行接地设计与研究，找出合适的接地电位[7]。

接地的目的在不同的情况下是不一样的，常见的有：

1)建立与大地相连的低阻抗通路，使雷击电流、静电放电电流等从接地通路

直接流入大地，而不致影响设备或系统的正常工作及人身安全。

2)建立设备外壳与附近金属导体之间的低阻抗通路，当设备中存在漏电流

时，不致于危及人身安全。

3)设备或系统的各部分都连接到一个公共点或等位面，以便于有一个公共的

参考电位，消除两个悬浮电路之间可能存在的干扰电压。

4)将屏蔽体接地，使屏蔽发挥作用。

5)将滤波器接地，使使滤波器能起到抑制共模干扰的作用。

6)印制电路板上的信号电路接到地平面，以提供一个信号的返回通路。

7)汽车、飞机上的非重要电路接车体或机体的金属外壳，以提供一个电流返

回通路。

接地的方式可分为：浮地、单点接地、多点接地、混合接地。对于电路系统来说可选择：电路接地、电源接地和信号接地等方法。

4.2屏蔽

屏蔽技术就是利用屏蔽体阻断或减小电磁能量在空间传播的一种技术，是减少电磁发射和实现电磁骚扰防护的最基本、最重要的手段之一。采用屏蔽有两个目的：一是限制内部产生的辐射超出某一区域；二是防止外来的辐射进入某一区域。屏蔽按其机理分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。按屏蔽体结构可分为完整屏蔽、不完整屏蔽及编织带屏蔽。

屏蔽的设计既可以针对干扰源，也可以针对被干扰体。对于干扰源，设计屏蔽部分可以使其减小对周边其他设备的影响；对于被干扰体，则可减小外界干扰电磁波对本设备的影响。电磁干扰抑制技术是围绕电磁干扰三要素所采取的各种措施，归纳起来就是三条：1、抑制电磁干扰源；2、切断电磁干扰耦合途径；

3、降低敏感装置的敏感性。

静电屏蔽采用完整的金属屏蔽体将带电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量极性相反的电荷，外侧出现与带电导体等量极性相同的电荷，如果将金属屏蔽体接地，则外侧的电荷将流入大地，外侧不会有电场存在，即带电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。金属屏蔽体导电性能越好，静电屏蔽效果越好。值得注意的是静电屏蔽必须要通过接地才能起到屏蔽的作用。

磁场屏蔽在低频段主要是利用高磁导率的材料构成低磁阻通路，使大部分磁场被集中在屏蔽体内。屏蔽体的磁导率越高，厚度越大，磁阻越小，磁场屏蔽的效果越好。高频段则主要通过干扰信号在屏蔽层中产生的涡流建立的反向磁场抵消干扰磁场而实现。

电磁屏蔽主要通过反射、吸收、抵消三种效应来实现削弱干扰电磁波的作用。当电磁波到达屏蔽体表面时，由于电介质和屏蔽层的交界面上阻抗不连续（二者波阻抗不相同），对入射波产生反射，电磁波的一部分能量被反射掉。空气与金属的波阻抗相差越大，则由反射引起的屏蔽效应越强。未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量，在屏蔽体内传播的过程中受到衰减。也就是所谓的吸收。吸收是由金属内涡流损耗所引起的，频率越高、屏蔽层越厚，则能量损耗越多。

在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量，传到材料的另一表面时，遇到电介质和屏蔽层波阻抗不连续的交界面，会形成再次反射，并重新返回屏蔽体内。这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射，这意味着对电磁波能量的吸收也是多次的。

这一过程可用下图表示：

图4-1 电磁场屏蔽机理

4.3滤波

任何直接穿透屏蔽体的导线都会造成屏蔽体的屏蔽失效。令缺乏电磁兼容经验的设计师感到困惑的典型问题之一是很多屏蔽严密的机箱（机柜）正是由于有导体直接穿过而导致电磁兼容实验的失败。解决导体穿透屏蔽体引入的电磁干扰问题的有效方法之一，就是在电缆的端口处使用滤波器，滤除电缆上不必要的频率成分，减小电缆产生的电磁辐射，也防止周围环境在电缆上感应产生的电磁噪声传进设备内。

滤波时抑制传导电磁骚扰的一种重要方法。由于搔扰源产生的电磁骚扰的频谱比待接收的信号的频谱宽得多，所以当接收器接收有用信号时也会接收不希望有的骚扰信号。采用滤波器能限制接收信号的频带以抑制无用的骚扰，而不影响有用信号，即可提高接收器的信噪比。

采用滤波器的目的是分离信号、剔除干扰，可显著减小传导骚扰的电平。骚扰频谱成分一般不同于有用信号的频率，滤波器对这些与有用信号频率不同的成分具有良好的抑制作用，从而达到抑制干扰的目的。如图所示。要削弱工作频带内的干扰，则要采用降压措施。

针对不同的干扰，应采取不同的抑制方法和器件，下面对不同的抑制器件分别作简要叙述。

采用专用供电线路的设计，即就是通过对供电线路进行简单处理就可以获得一定的干扰抑制效果。例如在三相供电系统中把一相作为干扰敏感设备的供电电源；把另一相作为外部设备供电电源；再把第三相作为常用测试仪器或其他辅助设备的供电电源。这样可减少设备之间的相互干扰，同时也有利于三相平衡。在现代电子系统中，由于配电线路中非线性负载的使用，造成线路中谐波电流的存在，而谐波分量在中线里不能相互抵消，而是叠加，因此尽量采用较粗的中线，以减小线路阻抗，降低干扰。

针对电路中容易出现的电压或电流的瞬间突变现象，另一种常见的屏蔽方式是采用瞬态抑制电路，其典型电路如下图所示。瞬态抑制电路包括气体放电管、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变吸收二极管和固体放电管等多种。其中金属氧化物

压敏电阻和硅瞬变吸收二极管的工作原理与普通的稳压管类似，是箝位型的干扰吸收器件；而气体放电管和固体放电管是能量转移型干扰吸收器件。

图4-2 瞬态抑制电路

5 总结

随着电气和电子设备的广泛应用和技术的进步，电磁兼容问题越来越突出，加强电磁兼容理论研究，推广现有的、成熟的电磁兼容技术，建立完善的试验、测试制度和检验标准，研究电磁兼容新问题、新方向是电磁兼容应用技术的当务之急。

随着科技进步、电磁环境保护与国际经贸往来的加强，电磁兼容己成为国内外瞩目的迅速发展学科。由于EMC学科范围很宽，我们在很多方面，都还只是处于起步阶段，我们应该加快步伐，迎头赶上。

电磁兼容性设计应该在设计的各个阶段都进行考虑,这要求设计人员不仅要有扎实的理论基础,还要具备丰富的设计经验,只有这样才能把握干扰产生的根源和本质,正确的进行电磁干扰的预测与分析。也只有这样,才能真正解决电磁兼容性问题,保证电子产品的稳定可靠。

文章从电磁兼容技术的发展以及其三要素出发，介绍了电磁兼容的主要防护方法，对电磁兼容技术有了一个概括性的介绍，但由于本人学识有限未能对每一部分进行透彻的分析。

参考文献

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