目录

1.1 什么是电磁兼容（EMC）

1.2 各种各样的“干扰”

1.3 电磁兼容三要素

1.4 什么是分贝

1.5 天线

1.1 什么是电磁兼容（EMC）

电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility，EMC)是电子、电气设备或系统的一种重要的技术性能。其定义为：设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

    ① 电磁干扰（Electro Magnetic Interference，EMI），是指任何在传导或电磁场伴随着电压、电流的作用而产生会降低某个装置、设备或系统的性能，或可能对生物或物质产生不良影响的电磁现象。相对应的测试项目根据产品类型及标准不同而不同。

    ② 电磁抗扰度（Electro Magnetic Susceptibility，EMS），是指处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，承受相应标准相应规定范围内的电磁能量干扰的能力。

1.2 各种各样的“干扰”

    使用吹风机时收音机会出现“啪啦，啪啦”的噪声，原因是吹风机的电机产生的微弱（低强度高频的）电压/电流变化通过电源线传递进入收音机，以噪声的形式表现出来。这种由一个设备中产生的电压/电流通过电源线、信号线传导并影响其他设备时，将这个电压/电流的变化称为“传导干扰”。“对付”这种干扰通常采用给干扰源及被干扰设备的电源线等安装滤波器，阻止传导干扰的传输。当信号线上出现噪声时，可将信号线改为光纤，这样也能隔断传输途径。

    在使用手机时，旁边的电视机CRT图像会出现抖动，扬声器中也会发出“嘟嘟嘟”的噪声，这是因为手机工作时的信号通过空间以电磁场的形式传输到电视机内部。当汽车从附近道路经过时，电视会出现雪花状干扰，这是因为汽车点火装置的脉冲电流产生了电磁波，传到空间再传到附近的电视天线、电路上，产生了干扰电压/电流。像这种通过空间传播，并且对其他设备电路产生无用电压/电流，造成危害的干扰称为“辐射干扰”。辐射现象的产生必然有天线与源存在。像这种传播途径是空间的干扰，可以通过屏蔽的手段来解决。

    通过上述内容不难看出，电磁干扰的根源其实就是电压/电流产生不必要的变化。这种变化通过电缆（电源线或信号线）直接传递给其他设备，造成危害，称为“传导干扰”。

    另外，由于电压/电流变化而产生的电磁波通过空间传播到其他设备中，在其导线或电路上产生不必要的电压/电流，并造成危害的干扰称为“辐射干扰”。在实际中干扰类型的区分并不是这样简单。

    某些数字视听设备（例如液晶电视等）的干扰源，虽然是在设备内部电路上流动的数字信号的电压/电流，但这些干扰以传导干扰的方式通过电源线或信号线泄漏，直接传递给其他设备。同时这些导线产生的电磁波以辐射干扰的形式危及附近的设备。而且数字视听设备本身内部电路也产生电磁波，以辐射的形式危及其他设备。

    辐射干扰现象的产生和天线是紧密相连的，根据天线理论，如果导线的长度与波长相等，就容易产生电磁波。例如，数米长的电源线就会产生30～300MHz频带的辐射发射。比此频率低的频段，因波长较长，当电源线中流过同样的电流时，不会辐射很强的电磁波。所以在30MHz以下的低频段主要是传导干扰。辐射干扰是比传导干扰还要严重的问题，因为在30～300MHz宽带内电源线泄漏的干扰可以转变成电磁波发射到空间。在比此更高的频率上，比电源线尺寸更小的设备内部电路会产生辐射干扰，对其他设备造成危害。

    综合起来就是当设备和导线的长度比波长短时，主要问题是传导干扰，当它们的尺寸比波长长时，主要问题是辐射干扰。图1-1所示为各种电子干扰的现象。

图1-1 各种电子干扰

    环境中还存在着一些短暂的高能量脉冲干扰，这些干扰对电子设备的危害很大，这种干扰一般称为瞬态干扰。瞬态干扰既可以通过电缆（包括电源线和信号线）进入设备，也可以以宽带辐射干扰的形式对设备造成影响。例如，汽车点火装置和直流电动机电刷产生的电火花对收音机的干扰。在现实环境中，雷电、静电放电、电力线上的负载通断（特别是感性负载）、核电磁脉冲等都是产生瞬态干扰的原因。可见瞬态干扰是指时间很短但幅度较大的电磁干扰。设备需要通过测试验证的瞬态干扰抗扰度有三种：各类电快速瞬变脉冲（EFT）、各类浪涌（SURGE）、静电放电（ESD）。图1-2所示为常见干扰源。

图1-2所示为常见干扰源。

1.3 电磁兼容三要素

产生电磁兼容（或者说电磁干扰）问题，必须同时具备三个条件：

① 干扰源：产生干扰的电路或设备；

② 敏感源：受这种干扰影响的电路或设备；

③ 耦合路径：能够将干扰源产生的干扰能量传递到敏感源的路径。

以上三个条件就是电磁兼容的三要素，只要将这三个要素中的一个去除掉，那么，电磁干扰的问题就不复存在了。电磁兼容技术就是通过研究每个要素的特点，提出消除每个要素的技术手段，以及这些技术手段在实际工程中的实现方法。

产生电磁干扰的条件：

① 突变的电压或电流（即dv/dt或di/dt很大）；

② 辐射天线或传导导体。

当电压或电流发生迅速变化时，就会产生电磁辐射现象，导致电磁干扰。

因此，最近电磁干扰问题日益突出的主要原因之一就是脉冲电路的大量应用。凡是这种电压或电流突然变化的环境，都要考虑电磁干扰问题，例如：

① 数字脉冲电路，随着产品的信息化和智能化发展，这种电路无所不在；

② 工作在开关模式的电源（开关电源），包括AC/DC变换器、DC/DC变换器；

③ 电感性负载的接通和断开。

1.4 什么是分贝

在电磁兼容分析中，分贝（dB）是比较常用的物理量，对dB有一个正确的理解是十分必要的。例如对传导干扰的限值为dBμV或dBμA，对辐射干扰的限值为dBμV/m，金属机箱的屏蔽效能和滤波器的插入损耗也都用dB来衡量等。并且，就连频谱分析仪的幅度显示刻度一般也是以dB来标示的。在实际工程中，有许多错误也都是由于对dB的错误理解所造成的。

分贝的定义如下：分贝数=10lg (P2/P1) dB

式中，P2和P1表示进行比较的两个功率值，如果P2大于P1，分贝数即为正，表示有功率增益；如果P2小于P1，分贝数即为负，表示功率发生损耗。

从定义中可知，分贝实际就是两个数值的比值，分贝数只表示两个数值的比值的大小，并没有给予对数量绝对值的概念。要牢记这一点，这在电磁兼容实践中是十分重要的。在电路分析中，电压和电流的单位用得最多，因此，常用分贝来表示电压/电流的增益。由于电压和电流的平方对应功率，因此，对电压/电流增益使用分贝时，定义如下：

电压增益的分贝数=20lg (V2/V1) dB

电流增益的分贝数=20lg (I2/I1) dB

 分贝也可以表示物理量的绝对数值，这里包含着一个比较基准，在使用这个物理量时，需要清楚这个基准是多少。通常，以“1”为参考值，这时常用物理量的单位就变成用分贝表示的形式了，见表1-1。表1-1 以“1”为参考值时常用物理量单位转换成用分贝表示的形式

1.5 天线

电子、电气设备工作时会产生一种伴随电磁辐射，这种辐射并不是设备为了完成预定的功能而必须发射的。伴随辐射是一类主要的干扰源，所有的电子设备都必须尽量消除这种辐射。为了消除这种辐射干扰，我们需要了解电磁波辐射的条件。电磁波辐射有两个必要的条件，那就是天线和流过天线的交变电流。在实际的设备中存在着许多寄生天线，这就是电气、电子设备在工作时产生伴随电磁辐射的原因。避免产生寄生天线，也是做电磁兼容设计的目的之一，分析和解决电磁兼容问题的一项主要内容就是发现和去除一些寄生的天线结构。如果不能彻底去除寄生天线结构，也应该避免交变电流进入天线，降低它们的辐射效率。为了达到目的，我们首先需要认识一下天线的结构，也就是说什么样的结构能起到天线的作用。电偶极和电流环是两个基本的天线结构，如图1-3所示。图1-4为我们日常生活中常见的电视天线实物。

 图1-3 基本天线结构

图1-4 电视天线

单极天线形式是只有一根金属导体，另一根金属导体由大地或附近的其他大型金属物体充当，它是电偶极天线的一种变形。单极天线的辐射效率要低一些，但是辐射特性与偶极天线的基本相同。

电流环天线在电路中随处可见，因为任何一个电路回路都可以构成一个辐射天线。控制电流回路的面积是减小电流环路辐射的有效方法。在进行线路板设计和电缆设计时应该以此为依据。

其实之所以存在天线，实际上就是两个导体之间存在电压。单极天线就是导体和大地之间存在电压。只要去除两个导体之间的电压，或者去除导体与大地之间的电压，就能够减小辐射。屏蔽结构设计和搭接设计应该以此为依据。

电流环通常是由电路的工作回路形成的，很容易识别。偶极和单极天线就不那么容易被发现了，因为驱动这种天线的电压并不是电路的工作电压，而是一些无意产生的电压。 

电子产品中常见的寄生偶极天线和单极天线有：线路板上的地线、线路板上的外拖电缆（包括机箱外拖电缆、I/O电缆和电源线等）、数字地与模拟地分开的线路板、线路板与机箱连接的导线、金属机箱上的孔缝、电路板上较长的悬空走线、没有接地的散热片等。

在电磁兼容设计时，要尽量消除这些结构或控制它们的辐射。外界电磁场会在金属部件上感应出电流，因为当系统的地线设计不合理时，电路的地线因为外界电磁场会在金属部件上感应出电流，当系统的地线设计不合理时，电路的地线电流也会流过金属部件，电流流过阻抗较大的部位（例如金属部件之间的孔缝或搭接点）时，会产生电压，因此金属部件很容易成为偶极或单极天线。