电磁兼容技术简介

1、电磁兼容技术简介电磁兼容技术简介高能物理所高能物理所 加速器中心加速器中心 徐中雄徐中雄 2002-10目目 录录 电磁兼容基本概念电磁兼容基本概念 电磁兼容测量电磁兼容测量 电磁兼容技术电磁兼容技术 接地与搭接技术接地与搭接技术 屏蔽技术屏蔽技术 滤波技术滤波技术 第一节第一节 电磁兼容的基本概念电磁兼容的基本概念学科和研究范畴学科和研究范畴 电磁兼容学科定义电磁兼容学科定义 电磁兼容电磁兼容（Electromagnetic Compatibility）是研究在）是研究在有限的空间、时间和频谱资源条件下，各种电气设备有限的空间、时间和频谱资源条件下，各种电气设备可以共同工作，并不发生降级的科

2、学。可以共同工作，并不发生降级的科学。 一门新兴的综合性学科一门新兴的综合性学科 研究对象范畴研究对象范畴 设备内电路模块之间的电磁相容性设备内电路模块之间的电磁相容性 设备之间的电磁相容性设备之间的电磁相容性 系统之间的电磁相容性系统之间的电磁相容性电磁兼容设计的目标电磁兼容设计的目标 设备内部的电路模块互不产生电磁干扰，达到设备内部的电路模块互不产生电磁干扰，达到预期功能。预期功能。 设备产生的电磁干扰度低于特定极限值。设备产生的电磁干扰度低于特定极限值。 设备对外界的电磁干扰有一定的抵抗力。设备对外界的电磁干扰有一定的抵抗力。电磁兼容三要素电磁兼容三要素干扰源、耦合途径、敏感设备干扰源、

3、耦合途径、敏感设备解决解决EMC问题要从三要素入手，消除三个因素中的一个。问题要从三要素入手，消除三个因素中的一个。干扰源干扰源敏感设备敏感设备耦合途径耦合途径辐射辐射耦合途径耦合途径传导传导电磁兼容的工程方法电磁兼容的工程方法系统设计法系统设计法+测试修改法测试修改法电磁兼容问题应在产品开发早期着手，这样成本低，难度小。电磁兼容问题应在产品开发早期着手，这样成本低，难度小。概念概念 设计设计 研制研制 产品产品 投用投用阶段阶段成本与措施成本与措施成本成本措施措施软件软件滤波滤波屏蔽屏蔽结构结构电路电路电磁兼容工作程序电磁兼容工作程序确定确定EMC设计要求设计要求分析系统内分析系统内部和系统

4、间部和系统间电磁干扰电磁干扰提出提出EMC总方案总方案设计图纸设计图纸审核审核产品产品EMC测试、评估测试、评估EMC诊断诊断解决问题解决问题修改修改EMC设计设计电磁兼容标准电磁兼容标准基础和通用标准基础和通用标准：EMC描述和定义，性能等级判据，测描述和定义，性能等级判据，测试方法、设备。试方法、设备。产品类和专用产品标准：产品类和专用产品标准：据基础与通用标准，针对产品据基础与通用标准，针对产品制订的具体标准。制订的具体标准。典典 型型 EMC 标标 准准美国标准美国标准 FCC国际无线电干扰特别委员会标准国际无线电干扰特别委员会标准CISPR国际电工委员会标准国际电工委员会标准IEC欧

5、洲标准欧洲标准EN （CE标记表示通过标记表示通过EN标准认定。标准认定。）中国民用标准中国民用标准GB9254（信息产品）、（信息产品）、GB4343（家电）等（家电）等 大多引大多引用用CISPR和和IEC标准。标准。中国军用标准中国军用标准GJB151A引用美国军标引用美国军标MIL-STD-461D。 电磁兼容标准内容电磁兼容标准内容EMC标准标准发射限值发射限值Emission Limit敏感度敏感度Susceptibility传导传导辐射辐射传导传导辐射辐射电电场场磁磁场场电电场场磁磁场场静静电电场场天天线线控控制制线线电电源源线线电电源源线线天天线线FCC、CISPR传导发射限制

6、传导发射限制f MHzdBV405060700.451.6530CISPRCISPRFCCFCCCLASS A工业环境工业环境CLASS B居民商业环境居民商业环境FCC、CISPR辐射极限值辐射极限值f MHzdBV/m253040503090250CISPRCISPRFCCFCCCLASS A工业环境工业环境CLASS B居民商业环境居民商业环境3545测量距离测量距离 10m电磁兼容术语定义电磁兼容术语定义电磁发射电磁发射(EM. Emission)EME从源向外发出电磁能的现象从源向外发出电磁能的现象电磁骚扰电磁骚扰(EM. Disturbance)EMD可能引起设备降级或对环境、生命

7、产可能引起设备降级或对环境、生命产生损害的电磁现象生损害的电磁现象电磁干扰电磁干扰(EM. Interference) EMI由电磁骚扰引起设备或系统性能下降由电磁骚扰引起设备或系统性能下降发射极限值发射极限值(Emission Limit)规定的电磁骚扰源最大发射电平规定的电磁骚扰源最大发射电平发射电平发射电平(Emission Level)用规定方法测得的特定装置用规定方法测得的特定装置EMD电平电平发射裕量发射裕量(Emission Margin)系统电磁兼容电平与发射极限之差系统电磁兼容电平与发射极限之差电磁敏感度电磁敏感度(EM. Susceptibility)抗扰度电平抗扰度电平(

8、Immunity Level)设备、系统能保持工作性能等级条设备、系统能保持工作性能等级条件下所能承受的最大骚扰电平件下所能承受的最大骚扰电平抗扰度极限值抗扰度极限值(Immunity Limit)规定最小的抗扰度电平规定最小的抗扰度电平抗扰度裕量抗扰度裕量(Immunity Margin)设备、系统抗扰度极限值与电磁兼设备、系统抗扰度极限值与电磁兼容电平之间差值。容电平之间差值。电磁兼容裕量电磁兼容裕量( Compatibility Margin) 设备、系统的抗扰度极限值与骚扰设备、系统的抗扰度极限值与骚扰源的发射极限值之间的差值。源的发射极限值之间的差值。电磁兼容各类电平的关系电磁兼容各

9、类电平的关系电平电平频率频率抗扰度电平抗扰度电平抗扰度极限值抗扰度极限值电磁兼容电平电磁兼容电平发射极限值发射极限值发射电平发射电平抗扰度设计裕量抗扰度设计裕量抗扰度裕量抗扰度裕量发射裕量发射裕量发射设计裕量发射设计裕量电磁兼容裕量电磁兼容裕量特种电磁兼容问题特种电磁兼容问题电磁信息电磁信息发射发射干扰其他电子干扰其他电子设备设备被别有用心的人被别有用心的人接受，获取信息接受，获取信息（TEMPEST)第二节第二节 电磁兼容测试电磁兼容测试EMC测试分类测试分类 EMC全兼容测试全兼容测试用于设备产品用于设备产品EMC等级认证。测等级认证。测试环境和手段要求严格，价格昂贵。试环境和手段要求严格

10、，价格昂贵。 测量场地要求：测量场地要求： 屏蔽半无反射室，内部除地面外，五面贴有吸波材料屏蔽半无反射室，内部除地面外，五面贴有吸波材料的屏蔽室。或无反射、空间的屏蔽室。或无反射、空间EMI少开阔地。少开阔地。 EMC预兼容测试预兼容测试(Precompliance Measurement)(Precompliance Measurement)用于设备研制设计过程中用于设备研制设计过程中EMC性能评估和分析诊断。性能评估和分析诊断。可在常规环境进行，测试成本低。可在常规环境进行，测试成本低。 预兼容测试是在预兼容测试是在EMC设计基础上，对样机进行测试修设计基础上，对样机进行测试修改的不可缺少

11、的步骤和手段改的不可缺少的步骤和手段。 电磁全兼容测试电磁全兼容测试 测试内容测试内容 主要测试仪器主要测试仪器骚扰源辐射发射测试骚扰源辐射发射测试 接收天线，接收天线，EMI分析仪分析仪骚扰源传导发射测试骚扰源传导发射测试 人工网络，人工网络，EMI分析仪分析仪 连续与间断骚扰电压、电流连续与间断骚扰电压、电流 功率，谐波电流，电压波动功率，谐波电流，电压波动设备抗扰度测试设备抗扰度测试辐射电磁场抗扰度试验辐射电磁场抗扰度试验 高频信号源，发射天线高频信号源，发射天线射频感应传导骚扰抗扰度试验射频感应传导骚扰抗扰度试验 信号源，电磁波室，终端阻抗信号源，电磁波室，终端阻抗静电放电抗扰度试验静

12、电放电抗扰度试验 静电发生器，放电控制设备静电发生器，放电控制设备快脉冲群抗扰度试验快脉冲群抗扰度试验 快脉冲源快脉冲源浪涌抗扰度试验浪涌抗扰度试验 信号源，耦合器信号源，耦合器电磁兼容测量单位电磁兼容测量单位分贝（分贝（dB)功功率增益功功率增益dB=10*log (P2/P1)电电压增益电电压增益dB=20*log (V2/V1)电电流增益电电流增益dB=20*log (I2/I1) 由于在由于在EMC测试中干扰幅度很宽，使用分贝测试中干扰幅度很宽，使用分贝单位描述增益比较方便。单位描述增益比较方便。电磁预兼容测试内容和仪器电磁预兼容测试内容和仪器设备电磁场辐射发射测试设备电磁场辐射发射测

13、试接收天接收天 线线同轴电缆同轴电缆EMI分析仪分析仪测试系统软件测试系统软件被测设备被测设备屏蔽隔离屏蔽隔离电磁预兼容测试内容和仪器电磁预兼容测试内容和仪器设备传导发射（骚扰电压、电流、功率，谐波）测试设备传导发射（骚扰电压、电流、功率，谐波）测试EMI分析仪分析仪测试系统软件测试系统软件限幅器限幅器阻抗匹配阻抗匹配网络网络LISN被测设备被测设备电源插头电源插头电磁预兼容测试内容和仪器电磁预兼容测试内容和仪器设备设备EMC问题诊断问题诊断：部件检测部件检测EMI分析分析修改修改EMI分析仪分析仪近场探头近场探头被测部件被测部件测试系统软件测试系统软件限幅器限幅器 基本结构基本结构 EMC分

14、析多在频域内进行，并且不考虑相位。分析多在频域内进行，并且不考虑相位。 国家规定分析仪标准测试频段：国家规定分析仪标准测试频段： A段段9150kHz B段段0.1530MHz C段段30300MHz D段段3001000MHzEMI分析仪分析仪天线天线高频高频衰减器衰减器前置放前置放大器大器场包络场包络整流器整流器频谱频谱分析分析输出输出显示显示控制系统与软件控制系统与软件接接 收收 天天 线线作用：把骚扰电磁场强转换为电压值，供作用：把骚扰电磁场强转换为电压值，供EMI分析仪分析。分析仪分析。骚扰场强骚扰场强dBV/m=表读数表读数dB V+天线系数天线系数dB+电缆损耗电缆损耗dB天线系

15、数天线系数A定义：定义：电场测量电场测量 A1/m=EV/m/UV 磁场测量磁场测量 AS/m=HA/m/UV标准天线类型标准天线类型天线转换系数是频率的函数，有一定的工作带宽。天线转换系数是频率的函数，有一定的工作带宽。有源有源E场棒状天线场棒状天线 30Hz50MHz 双锥天线双锥天线 30MHz300MHz 有源有源H场环型天线场环型天线 10kHz30MHz 对数周期天线对数周期天线200MHz1GHz天线阻抗匹配和电缆选择天线阻抗匹配和电缆选择保持正确的转换系数保持正确的转换系数天线位置和角度的选择天线位置和角度的选择确定最大电磁泄漏方位。确定最大电磁泄漏方位。第三节第三节 电磁兼容

16、技术电磁兼容技术接地与搭接技术接地与搭接技术接地的种类和目的接地的种类和目的安全接地安全接地 保护人员和设备的安全，要直接接大地。保护人员和设备的安全，要直接接大地。 设备机壳接大地，防止静电积累，设备漏电时使机壳设备机壳接大地，防止静电积累，设备漏电时使机壳保持地电位。保持地电位。 防雷接地防雷接地保护人员和设备的安全，要直接接大地。保护人员和设备的安全，要直接接大地。 AC电源地电源地三相电中线、单相电零线，直接接大地。三相电中线、单相电零线，直接接大地。 工作接地工作接地为电路正常工作提供的一个零基准电位。为电路正常工作提供的一个零基准电位。该基准可以接大地，也可以是电路的某一点、某一段

17、。该基准可以接大地，也可以是电路的某一点、某一段。 屏蔽接地屏蔽接地屏蔽要于接地配合使用，才能起到屏蔽的屏蔽要于接地配合使用，才能起到屏蔽的效果。效果。AC电源接地保护电源接地保护LNPENCBAPE工作接地工作接地 根据根据EMC要求和电路性质，工作地分为不同种类：要求和电路性质，工作地分为不同种类：信号地信号地信号电流流回信号源的低阻抗回路。信号电流流回信号源的低阻抗回路。信号和噪音电流将信号和噪音电流将在有限阻抗产生电压降，形成干扰。在有限阻抗产生电压降，形成干扰。模拟量地模拟量地模拟电路零电位的公共基准。模拟电路零电位的公共基准。注意区别和选择不同的注意区别和选择不同的接地点：高频地、

18、低频地、弱信号地、功率信号地。接地点：高频地、低频地、弱信号地、功率信号地。数字地数字地数字电路的零电位公共基准。数字电路的零电位公共基准。地线设计要考虑到数字地地线设计要考虑到数字地线上存在高频电流成分影响。线上存在高频电流成分影响。DC电源地电源地电源零电位公共基准。电源零电位公共基准。 注意电源上不同用电单元的注意电源上不同用电单元的性质，正确安排接地位置。性质，正确安排接地位置。功率地功率地功率负载或功率驱动电路的零电位公共基准。功率负载或功率驱动电路的零电位公共基准。注意与弱注意与弱电路地隔离。电路地隔离。在在EMC领域不能忽视接地导线的交流电阻和电感领域不能忽视接地导线的交流电阻和

19、电感导线直流电阻：导线直流电阻： 导体电导率，导体电导率，S S r导线半径，导线半径，m导线交流电阻：导线交流电阻：导线电感：导线电感： s导线间距导线间距 , m 导体间介质介电常数，导体间介质介电常数，F/mF/m内感内感 导体间介质导磁率导体间介质导磁率, H/m, H/m外感和电容（平行双线）外感和电容（平行双线）接地线阻抗接地线阻抗frRAC2121rRDCfrLi141rsLolnrsCln接地线阻抗接地线阻抗频率频率Hz导线阻抗导线阻抗 欧姆欧姆d=0.65cmd=0.27cmd=0.04cm10cm1m10cm1m10cm1m1051.4517 327 3.28m13.3m1

20、33m1k429 7.14m632 8.91m14m144m1M426m7.12540m8.28783m1.07100M42.65477530应使应使 S 0.83L，S -导线截面（导线截面（mm2） ，L-导线长度（导线长度（m)地线宜选用扁平线，可增加导线表面积，减小交流电阻地线宜选用扁平线，可增加导线表面积，减小交流电阻使地线靠近地面等大容量导体，可以减小地线电感使地线靠近地面等大容量导体，可以减小地线电感 接地方式接地方式单点接地单点接地123串联单点接地串联单点接地123并联单点接地并联单点接地I3I2I1I3I2I1R3R2R1R3R2R1V3=I3R3+(I2+I3)R2+(I

21、1+I2+I3)R1V3=I3R3单点接地适于单点接地适于 f10MHz，对于对于10MHz30MHz频率，单点接地时，频率，单点接地时，应使地线长度应使地线长度L30MHz。缺点缺点：易形成地环路，产生地环路电流，经接地阻抗形成造成：易形成地环路，产生地环路电流，经接地阻抗形成造成差模干扰；同时地环路对电磁场敏感，降低设备抗扰度。差模干扰；同时地环路对电磁场敏感，降低设备抗扰度。解决措施解决措施：屏蔽线单段接地；减小环路面积。：屏蔽线单段接地；减小环路面积。I3I2IoZ3Z2Z1屏蔽线屏蔽线接地方式接地方式混合接地混合接地789456123 混合接地适于混合接地适于 f10MHz，对于对于

22、10MHz30MHz频率，单点接地频率，单点接地时，应使地线长度时，应使地线长度L1/20波长，避免产生长传输线波扰动。波长，避免产生长传输线波扰动。模拟地模拟地数字地数字地屏蔽地屏蔽地接地线的电容影响接地线的电容影响789456123平行导体（导线）间的电容存在平行导体（导线）间的电容存在在不同频率下，接地形式发生变化在不同频率下，接地形式发生变化rsColn接地线网格接地线网格 地线网格提供了大量的平行地线能够有效地减小地线电感，从而地线网格提供了大量的平行地线能够有效地减小地线电感，从而减小了地线阻抗。减小了地线阻抗。搭接技术搭接技术 电子设备中，金属部件之间的低阻抗连接称为搭接。电子设

23、备中，金属部件之间的低阻抗连接称为搭接。 例如：例如： 电缆屏蔽层与机箱之间的搭接电缆屏蔽层与机箱之间的搭接 屏蔽体上不同部分之间的搭接屏蔽体上不同部分之间的搭接 滤波器与机箱之间的搭接滤波器与机箱之间的搭接 不同机箱之间的地线搭接不同机箱之间的地线搭接 机柜不同部位之间的搭接机柜不同部位之间的搭接EMC滤波器接地搭接 滤波器接地阻抗过大会使干扰信号通过电容从输入端串绕到输滤波器接地阻抗过大会使干扰信号通过电容从输入端串绕到输出端，使滤波器性能变差。出端，使滤波器性能变差。滤波器搭接阻抗滤波器搭接阻抗搭接不良的机箱搭接不良的机箱 空间电磁场在机箱上的感应电流会在搭接不良处产生扰动电压和空间电磁

24、场在机箱上的感应电流会在搭接不良处产生扰动电压和发热。美国标准规定：飞行器的搭接电阻要小于发热。美国标准规定：飞行器的搭接电阻要小于2.5m。vI搭接工艺方法搭接工艺方法 焊接焊接理想搭接方式。特别是熔焊，具有最佳导电性。理想搭接方式。特别是熔焊，具有最佳导电性。 螺钉压接或铆钉铆接螺钉压接或铆钉铆接连接可靠。螺钉距离不能太大，连接可靠。螺钉距离不能太大，因为在非压接处存在缝隙或氧化，造成搭接电阻很大。因为在非压接处存在缝隙或氧化，造成搭接电阻很大。 钢性或软导体搭接条钢性或软导体搭接条用于两导体不能直接搭接情况。用于两导体不能直接搭接情况。 非永久性搭接非永久性搭接用于经常拆装的机箱盖板等情

25、况。搭用于经常拆装的机箱盖板等情况。搭接面采用专门的电磁密封垫。接面采用专门的电磁密封垫。 搭接效果可通过测量确定。搭接阻抗不能用直流电搭接效果可通过测量确定。搭接阻抗不能用直流电阻测量方式，要根据使用频率，用高频信号源测试。阻测量方式，要根据使用频率，用高频信号源测试。在频率较高时，搭接电感和电容会发生谐振，形成高在频率较高时，搭接电感和电容会发生谐振，形成高阻状态，工作频率要避开谐振点。阻状态，工作频率要避开谐振点。接地与搭接面的材料和腐蚀接地与搭接面的材料和腐蚀 接地网线与搭接面的氧化腐蚀是降低接地和搭接质量的主要原因，接地网线与搭接面的氧化腐蚀是降低接地和搭接质量的主要原因，应选择性能

26、稳定、不易腐蚀的材料：应选择性能稳定、不易腐蚀的材料： 使用电位较低的金属材料。使用电位较低的金属材料。 尽量使用同类金属面搭接，不同金属搭接时，电位要尽量靠近。尽量使用同类金属面搭接，不同金属搭接时，电位要尽量靠近。1.对易氧化的材料表面电镀、氧化处理。对易氧化的材料表面电镀、氧化处理。金属金属镁镁合金合金铝铝锌锌铬铬铁铁镍镍锡锡铜铜银银金金电极电极电位电位+2.37+1.66+0.76+0.74+0.44+0.25+0.14-0.34-0.8-1.42EMC屏蔽技术屏蔽技术EMC屏蔽技术目的和基本类型屏蔽技术目的和基本类型 目的：目的： 切断电磁噪声的传播途径。切断电磁噪声的传播途径。 基

27、本类型：基本类型：主动屏蔽主动屏蔽对电磁噪声源的屏蔽。对电磁噪声源的屏蔽。 被动屏蔽被动屏蔽对电磁敏感设备的屏蔽。对电磁敏感设备的屏蔽。 电磁噪声场类型：电磁噪声场类型：近场（近场（d/2) 属于电磁场（波）。多用于设备之间、属于电磁场（波）。多用于设备之间、 系统之间屏蔽技术分析。系统之间屏蔽技术分析。电场、磁场、电磁场屏蔽技术不同。电场、磁场、电磁场屏蔽技术不同。屏蔽效能（屏蔽效能（SE）SEE(dB)=20log(E1/E2)SEH(dB)=20log(H1/H2)对于远场：对于远场： SEE=SEH=SE屏蔽体屏蔽前场强屏蔽前场强E1，H1屏蔽后场强屏蔽后场强E2，H2近场静电场屏蔽近

28、场静电场屏蔽+Q-Q+Q静电场主动屏蔽静电场主动屏蔽静电场被动屏蔽静电场被动屏蔽（不必接地）（不必接地）静电场屏蔽条件：静电场屏蔽条件： 金属体金属体+接地接地金属金属屏蔽体屏蔽体金属金属屏蔽体屏蔽体近场交变电场屏蔽近场交变电场屏蔽场源：场源：交变高压、小电流载体。交变高压、小电流载体。交变近电场屏蔽条件：交变近电场屏蔽条件：金属体金属体+接地接地GSZgZSUgC0USUS= jC0ZSUg / 1+ jC0(Zg+ZS) jC0ZSUg 金属板不接地金属板不接地 Uj = jC1ZSUg金属板接地金属板接地 Uj = 0US jC2ZSUj (C0 C0)GSZgZSUgC1C0C2UjU

29、S近场低频磁场屏蔽（近场低频磁场屏蔽（ 100kHz） 高频磁场屏蔽体的材料采用金属良导体，例高频磁场屏蔽体的材料采用金属良导体，例如铜、铝等。如铜、铝等。高频磁场穿过良导体，产生大涡高频磁场穿过良导体，产生大涡流，涡流的反磁场可抵消噪声磁场。因此屏蔽流，涡流的反磁场可抵消噪声磁场。因此屏蔽体的效能与涡流大小有关。体的效能与涡流大小有关。 注意：屏蔽壳体上的开缝方向要有利于涡流流注意：屏蔽壳体上的开缝方向要有利于涡流流通。通。磁场屏蔽关键技术磁场屏蔽关键技术 磁导率随场强变化，屏蔽体要选择适当横截面积，防止磁路饱和。磁导率随场强变化，屏蔽体要选择适当横截面积，防止磁路饱和。 选择较短磁路，尽量

30、减小屏蔽体的接缝，保持低磁阻特性。选择较短磁路，尽量减小屏蔽体的接缝，保持低磁阻特性。 屏蔽材料磁导率随频率升高而下降，注意对不同频率噪声磁场选屏蔽材料磁导率随频率升高而下降，注意对不同频率噪声磁场选 用适当屏蔽材料。用适当屏蔽材料。 高导磁材料的导磁率对加工应力敏感，注意采用合理加工方法和高导磁材料的导磁率对加工应力敏感，注意采用合理加工方法和 加工后的磁性恢复处理。加工后的磁性恢复处理。 单纯增加屏蔽层厚度（单纯增加屏蔽层厚度（1.5mm）对磁场衰减效果不会明显增加。）对磁场衰减效果不会明显增加。 采用多层屏蔽，可收到良好效果。采用多层屏蔽，可收到良好效果。高导磁层高导磁层良导电层良导电层

31、单层铁磁材料的屏蔽效能：单层铁磁材料的屏蔽效能： SEH=20log 0.22r1-(1-t/r)3 r相对导磁率；相对导磁率； t屏蔽体厚度；屏蔽体厚度；r屏蔽体容积等效球半径。屏蔽体容积等效球半径。远场屏蔽远场屏蔽电磁波屏蔽电磁波屏蔽 电磁场屏蔽的分析基于电磁波（平面波）理论。电磁场屏蔽的分析基于电磁波（平面波）理论。 波阻抗的概念波阻抗的概念 ZW=E/H波阻抗波阻抗ZW377电场为主ZW377E1/r3, H1/r2磁场为主ZW377E1/r2, H1/r3平面波ZW=377E1/r, H1/r/2观测距离观测距离r电磁波屏蔽效能的计算电磁波屏蔽效能的计算入射波入射波E1反射波反射波继

32、续波继续波E2泄漏泄漏B场强场强距离距离反射损耗反射损耗R1反射损耗反射损耗R2吸收损耗吸收损耗A屏蔽效能屏蔽效能SE=R1+R2+A+B =R+A+B 电磁波屏蔽效能与电磁波屏蔽效能与 屏蔽体接地无关屏蔽体接地无关吸收损耗的计算吸收损耗的计算电磁场在介质中传播时的衰减规律：电磁场在介质中传播时的衰减规律： Et=E0e-t/ Ht=H0e-t/介质厚度介质厚度 t 趋肤深度趋肤深度=（2/）1/2 m，或，或=2.6/(frr)1/2 in , : 介质磁导率、电导率；介质磁导率、电导率； r , r：介质：介质 相对磁导率、电导率。相对磁导率、电导率。 吸收损耗吸收损耗 A=20 log

33、(E1/E2) = 20 log et/ = 8.69 (t/) dB 屏蔽材料厚度越大，吸收损耗越大。屏蔽材料厚度越大，吸收损耗越大。 屏蔽材料磁导率和电导率越高，吸收损耗越大。屏蔽材料磁导率和电导率越高，吸收损耗越大。被屏蔽电磁波频率越高，吸收损耗越大。被屏蔽电磁波频率越高，吸收损耗越大。电场和磁场的反射损耗电场和磁场的反射损耗据传输线理论，当电磁波到达两种介质界面时，因阻抗不匹配而据传输线理论，当电磁波到达两种介质界面时，因阻抗不匹配而发生反射，产生反射损耗。反射损耗与电磁波的空气波阻抗和屏发生反射，产生反射损耗。反射损耗与电磁波的空气波阻抗和屏蔽材料波阻抗有关：蔽材料波阻抗有关： R

34、= 20 log (ZW +ZS）2/ 4ZW ZS空气波阻抗空气波阻抗ZW ： 远场远场 377; 近电场近电场 1.81010 / f d ; 近磁场近磁场 810-6 f d 金属屏蔽体波阻抗：金属屏蔽体波阻抗： ZS = 3.6910-7 (fr/r)1/2 其中，其中，d ：场源至屏蔽体距离；：场源至屏蔽体距离；f：场频率：场频率各类场的反射损耗各类场的反射损耗 平面波：平面波：RW = 168 + 10 log r / (rf) dB 纯电场：纯电场：RE = 322+10 log r / (rf3d2) dB 纯磁场：纯磁场：Rm = 14.6+10 log (rfd2) / r

35、 dB电场和磁场的反射损耗（续）电场和磁场的反射损耗（续）平面波的反射损耗与场源到屏蔽体距离无关。而电场的反射损耗平面波的反射损耗与场源到屏蔽体距离无关。而电场的反射损耗以以20logd的速度下降，磁场的反射损耗以的速度下降，磁场的反射损耗以20logd的速度上升。的速度上升。随频率的提高，平面波的反射损耗以随频率的提高，平面波的反射损耗以-10dB/10倍频程速率下降，倍频程速率下降，电场的反射损耗以电场的反射损耗以-30dB/10倍频程速率下降，磁场反射损耗却以倍频程速率下降，磁场反射损耗却以以以+10dB/10倍频程速率上升。倍频程速率上升。同一屏蔽材料对各类型场的同一屏蔽材料对各类型场

36、的 反射损耗不同，通常有：反射损耗不同，通常有： RH RW RE不管场型如何，不同材料的不管场型如何，不同材料的 反射损耗只差常数反射损耗只差常数10log (r /r) 铁的反射损耗比铜小许多。铁的反射损耗比铜小许多。fR30dB/10倍频程倍频程RE10dB/10倍频程倍频程RW+10dB/10倍频程倍频程RH 孔洞的屏蔽效能孔洞的屏蔽效能实际屏蔽体效能主要取决于其上的孔洞和缝隙。这些不连续点造实际屏蔽体效能主要取决于其上的孔洞和缝隙。这些不连续点造成电磁泄漏。电磁泄漏值决定于成电磁泄漏。电磁泄漏值决定于4个因素：个因素： 开口最大尺寸，波阻抗，源的频率，源到开口的距离。开口最大尺寸，波

37、阻抗，源的频率，源到开口的距离。孔洞对平面波的屏蔽效能：孔洞对平面波的屏蔽效能：SE=20log (/2d)； d孔的最大尺寸。孔的最大尺寸。为减小孔洞尺寸，可将大孔分为减小孔洞尺寸，可将大孔分 解为小孔。解为小孔。当孔距小于半个波长时，孔的当孔距小于半个波长时，孔的 数目增加，泄漏还会增加：数目增加，泄漏还会增加： SE= 20log (/2d) 10log(n) n：孔洞数目。：孔洞数目。fSE1008060401101001k20fC=3108/2d SE=20log (/2d)1.5cm15cm屏蔽体缝隙的处理屏蔽体缝隙的处理 屏蔽体缝隙的电磁泄漏十分严重，在不便焊接时的处理方法是：屏

38、蔽体缝隙的电磁泄漏十分严重，在不便焊接时的处理方法是：加电磁密封垫。加电磁密封垫。 电磁密封垫基本特性：电磁密封垫基本特性：良导体且不易氧化，有弹性。良导体且不易氧化，有弹性。 密封垫种类：密封垫种类：金属丝网（带橡胶芯或空芯）；导电布；金属丝网（带橡胶芯或空芯）；导电布； 导电橡胶（不同导电填充物）；螺旋管衬垫（表面镀锡）。导电橡胶（不同导电填充物）；螺旋管衬垫（表面镀锡）。 指形弹簧（铍铜）常用于滑动面；指形弹簧（铍铜）常用于滑动面； 使用要点：使用要点：压力适当；采用电化压力适当；采用电化 学相容材料。学相容材料。 螺钉紧固。技术要求是：螺钉紧固。技术要求是： 要求连接面平且光洁度高。要

39、求连接面平且光洁度高。 螺钉距离小于螺钉距离小于2cm。 电磁密电磁密封垫封垫截止波导管的应用截止波导管的应用 原理：原理：金属管具有电磁波高通、低阻特性，低频电磁波通过它产金属管具有电磁波高通、低阻特性，低频电磁波通过它产生很大衰减。这一特性用截止频率生很大衰减。这一特性用截止频率fC描述。通过设计，可使需要描述。通过设计，可使需要屏蔽的电磁波的频率全部落在截止区内，构成截止波导管。屏蔽的电磁波的频率全部落在截止区内，构成截止波导管。矩形波导管截止频率矩形波导管截止频率 fC = 5.9109 / b ( b 英寸英寸 矩形最大尺寸）矩形最大尺寸） 圆形波导管截止频率圆形波导管截止频率 fC

40、 = 6.9109 / d ( d 英寸英寸 圆管直径）圆管直径）截止波导管对电磁波衰减由吸收截止波导管对电磁波衰减由吸收 损耗和反射损耗两部分构成。损耗和反射损耗两部分构成。圆形管损耗圆形管损耗 SE=32t/d + 20log(/2d) 矩形管损耗矩形管损耗 SE=27.2t/b + 20log(/2b) t波导管长度，波导管长度，ffC/5。 显然，波导管越长，损耗越大。显然，波导管越长，损耗越大。频率频率损耗损耗fC截止频率截止频率通风口的处理通风口的处理 穿孔金属板穿孔金属板截止波导通风板截止波导通风板显示窗的处理显示窗的处理 显示器显示器隔离仓隔离仓滤波器滤波器密封垫密封垫操作器件

41、的处理操作器件的处理 屏蔽体上开孔屏蔽体上开孔屏蔽体上栽屏蔽体上栽截止波导管截止波导管用隔离仓将用隔离仓将造作件隔离出造作件隔离出EMC滤波技术滤波技术滤波器的作用滤波器的作用 信号滤波器信号滤波器AC电源滤波器电源滤波器功率输出功率输出滤波器滤波器磁铁电源磁铁电源切断电磁干扰沿输入、输出信号线、电源线、输出功率切断电磁干扰沿输入、输出信号线、电源线、输出功率线的传导传播途径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护。线的传导传播途径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护。 传导型干扰的种类传导型干扰的种类电子电子设备设备差模电流差模电流共模电流共模电流差模干扰：差模干扰：施加在信号线和信号地线之间的干扰。施加在

42、信号线和信号地线之间的干扰。共模干扰：同相位、同幅度地共模干扰：同相位、同幅度地施加在所有信号线上（包括信号地）施加在所有信号线上（包括信号地） 的干扰，共模干扰电流在信号电缆与大地之间流动，的干扰，共模干扰电流在信号电缆与大地之间流动， 其本身不会对电路产生影响，但电流流经的电路不平其本身不会对电路产生影响，但电流流经的电路不平 横，共摸干扰会转化为差模干扰，影响电路工作。横，共摸干扰会转化为差模干扰，影响电路工作。 干干 扰扰 源的形成源的形成差模：不同信号线之间的耦合；差模：不同信号线之间的耦合； 各级联电路噪声的传导。各级联电路噪声的传导。共模：高压电路对地漏电阻抗；共模：高压电路对地

43、漏电阻抗； 空间电磁辐射在信号线空间电磁辐射在信号线 与地之间回路的感应噪声。与地之间回路的感应噪声。EMC滤波器的插入损耗和频率特性滤波器的插入损耗和频率特性 滤波器插入损耗定义：滤波器插入损耗定义： IL = 20log (U1/U2) dB U1、U2 为滤波器接入前、后信号源加到负载上的电压。为滤波器接入前、后信号源加到负载上的电压。滤波器的种类及其参数：滤波器的种类及其参数：截止频率、阻带插入损耗、过渡带截止频率、阻带插入损耗、过渡带低通滤波器低通滤波器ILf通带通带阻带阻带fCILf通带通带阻带阻带fC高通滤波器高通滤波器ILf通带通带阻带阻带fC1fC2阻带阻带ILf通带通带通带

44、通带fC1fC2阻带阻带带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器截止频率截止频率过渡带过渡带低通滤波器的基本类型低通滤波器的基本类型 CLLLCC型型L型型T型型ILC = 10log 1+(RC/2)2 设源输出阻抗和负载输入阻抗均为设源输出阻抗和负载输入阻抗均为R， 标准测试中，标准测试中，R等于等于50或或75。ILL = 10log 1+(L/2R)2 ILT = 10log (1 - (2LC)2 + (L/R 3 L2C/2R + RC /2)2 低通滤波器的类型（续）低通滤波器的类型（续） LCLCLCC反反型型型型型型IL反反 = 10log (2-2LC)2 + (RC +

45、L/R)2/4IL =10log (1 - (2LC)2 + (L/2R 2 LC2R/2 + RC)2 低通滤波器的匹配应用低通滤波器的匹配应用 不同结构的干扰源和负载电路需要不同类型的低通滤波器匹配，不同结构的干扰源和负载电路需要不同类型的低通滤波器匹配，才能获得设计的衰减效果。才能获得设计的衰减效果。通过电路连接（包括接地）设计，可构成共模或差模滤波器。通过电路连接（包括接地）设计，可构成共模或差模滤波器。 源阻抗源阻抗滤波器型式滤波器型式负载阻抗负载阻抗高高C型、型、型型高高高高型型低低低低反反型型高高低低L型、型、T型型低低低通滤波器的级联和阶数低通滤波器的级联和阶数 使用同类型或适

46、当的不同类型滤波器串联（级联），可以提高阻使用同类型或适当的不同类型滤波器串联（级联），可以提高阻带的衰减量，并使过渡带变短，改善选择性。滤波元件数为带的衰减量，并使过渡带变短，改善选择性。滤波元件数为N的滤的滤波器，称作波器，称作N阶滤波器。过渡带的斜率等于阶滤波器。过渡带的斜率等于 20NdB/倍频程。倍频程。fIL(dB)1000fC100fC10fCfC806040201阶阶2阶阶3阶阶4阶阶5阶阶100单电容低通滤波器单电容低通滤波器 实际电容器存在引线电感，因此衰减曲线是实际电容器存在引线电感，因此衰减曲线是LC串联网络衰减曲串联网络衰减曲线，在某一频率上会发生谐振，超过谐振点，电

47、容器呈现感抗特线，在某一频率上会发生谐振，超过谐振点，电容器呈现感抗特性，应选用高频特性好的电容，或设法减小引线电感。性，应选用高频特性好的电容，或设法减小引线电感。LCfC=1/RCfIL(dB)fR=1/2(LC)0.5理想电容理想电容实际电容实际电容ILC = 10log 1+(RC/2)2实际电容器等效电路实际电容器等效电路并联电容器的滤波效果并联电容器的滤波效果 使用容量大的电容器与容量小的电容器并联，可改善大电容器使用容量大的电容器与容量小的电容器并联，可改善大电容器寄生电感的影响。应注意：在较高频大、小电容会分别呈现电感、寄生电感的影响。应注意：在较高频大、小电容会分别呈现电感、电容特性，出现电容特性，出现LC并联谐振，使衰减量下降。并联谐振，使衰减量下降。电容并联区电容并联区fIL(dB)LC并联区并联区电感并联区电感并联区穿心电容器的原理和使用方法穿心电容器的原理和使用方法 穿心电容是一种共模滤波器，使用时由螺栓固定或焊接于金属穿心电容是一种共模滤波器，使用时由螺栓固定或焊接于金属板机壳或底版上，信号线可通过芯穿过金属板，使高频噪声通过板机壳或底版上，信号线可通过芯穿过金属板，使高频噪声通过电容流入地。电容流入地。穿心电