电磁兼容的概念及设计方法

电磁兼容的概念及设计方法

摘自《电源技术应用》2003•4

一一作者：阎秀生宁天夫郭详玉郭云志

♦摘要

电和磁是相互关联的。每一台电子设备都不可避免电磁

兼容问题。因此，为了使电子设备可靠运行，必须研究电磁

兼容技术。以实例说明了电磁兼容的思路和设计方法。通过

对电磁干扰源的明确认识，对电磁干扰引入路径的清楚了

解，针对电磁干扰敏感的接收电路进行重点保护。

ConceptsandDesignMethodsofElectromagnet

Compatibility,,

Abstract:ELectricityandmagnetis

interrelated.Eachandeveryelectricepuipmentdon't

avoidtheproblemonelectromagnetic

compatibi1ity.Therefore,inorderthatelectric

equipmentcanoperatewell,itisnecessarytoresearch

thetechnologyofelectromagneticcompatibi1ity.The

thinkinganddesignmethodofelectromagnetic

compatibi1ityareexplainedbyexamples.Tounderstand

thesourceofEMIandthepropagativewayofEMIclearly

thekeyprotectionofsensitivereceivingcircuitfor

EMIcanbecarriedout.

一.引言

1822年安培提出了一切磁现象的根源是电流的假说。

1831年法拉第发现了变化的磁场在导线中产生感应电动势

的规律。1864年麦克斯韦全面论述了电和磁的相互作用，提

出了位移电流理论，总结出麦克斯韦方程，预言电磁波的存

在，麦克斯韦的电磁场理论是研究电磁兼容的基础。1881年

英国科学家希维塞德发表了“论干扰”的文章，标志着电磁

兼容性研究的开端。

1888年德国科学家赫兹首创了天线，第一次把电磁波辐

射到自由空间，同时又成功地接收到电磁波。从此开始了电

磁兼容性的实验研究。

1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题，使电磁

兼容性研究开始走向工程化。1944年德国电气工程师协会制

定了世界上第一个电磁兼容性规范VDE0878,1945年美国颁

布了第一个电磁兼容性军用规范JAN-1-225O

我国从1983年开始也陆续颁布了一系列有关电磁兼容

性规范。

虽然电磁干扰问题由来已久，但电磁兼容这个新型的综

合性学科却是近代形成的。主要研究和应用的内容包括：电

磁兼容性标准和规范，分析和预测，设计，实验测量，开发

屏蔽材料，培训教育和管理等。

二.电磁兼容的重要性

[1]为了电子设备工作的可靠性

磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。

电磁干扰是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象。电磁

干扰不仅影响电子设备的正常工作，甚至造成电子设备中的

某些元件损害。因此对电子设备的电磁兼容技术要给予充分

的重视。既要注意电子设备不受周围电磁干扰而能正常工

作，又要注意电子设备本身不对周围其他设备产生电磁干

扰，影响其他设备正常运行。

[2]为了电子设备的国际接轨

近来，电磁兼容性已由事后处理发展到预先分析、预测

和设计。电磁兼容已成为现代工程设计中的重要组成部分。

电磁兼容性达标认证已由一个国家范围向全球地区发展，使

电磁兼容性与安全性、环境适应性处于同等重要的地位。

例如，欧共体将产品的电磁兼容性要求纳入技术法规，

强制执行89/336/EEC指令，规定从1996年1月1日起电气

和电子产品必须符合电磁兼容性要求，并加贴CE标志后才

能在市场销售。

为了与国际接轨，我国外经部和国家出入境检验局于

1999年1月起对个人计算机、显示器、打印机、开关电源、

电视机和音响设备实施电磁兼容性强制检测。国家技术监督

局规定从2002年10月起陆续对声音和电视广播设备、信息

技术设备、家用电器、电动工具、电源、照明电器、电点火

驱动装置、金融结算电子设备、安防电子产品和低压电器实

施电磁兼容性强制性认证。

[3]为了人身和某些特殊材料的安全

电磁波通过与电爆装置的控制电路感应耦合，形成的干

扰电流可能引起电爆装置爆炸。因此GJB786中规定，电引

爆器导线上的电磁干扰感应电流和电压必须小于最大不发

火电流和电压的15%。另外，各种燃油在强电磁场的作用下

（直接照射、电火化、静电放电）有发生燃烧和爆炸的危险,

电磁能量通过对人体组织的物理化学作用会产生有害的生

理效应。因此，为了人身和某些特殊材料的安全，GJB786中

还规定，电子设备的电磁辐射量连续波的平均功率密度不允

许超过4础/加,脉冲波的平均功率密度不允许超过211例/加。

[4]为了当今和未来战争的需要

核爆炸时产生的电磁脉冲，以光速向外辐射传播，其电

场强度可达10W/m,磁场强度可达260A/m,脉冲宽度为20ns

量级，电磁脉冲峰值处频率为10'Hz。这种电磁脉冲作用于

电子设备时，轻者造成电子设备性能恶化，重者造成电路元

件损坏。

特别是当今和未来战争中，已经应用的电磁脉冲弹和正

在研制的高功率微波武器都具有类似核爆炸时产生的电磁

脉冲辐射，将对电子设备构成致命威胁。而电磁兼容可以为

对抗这种威胁提供基本技术指导。

三.电磁兼容的设计思路

为了提高电子设备的电磁兼容能力，必须从开始设计时

就给予电磁兼容性以足够的重视。电磁兼容的设计思路可以

从电磁兼容的三要素，即电磁干扰源、电磁干扰可能传播的

路径及易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件入手。也就是

[1]首先，要充分分析电子设备可能存在的电磁干扰源

及其性质，尽量消除或降低电磁干扰源的参数。

[2]其次，要充分了解电磁干扰可能传播的路径，尽量

切断其路径，或降低与电磁干扰耦合的能力。

[3]最后，要充分认识易接收电磁干扰的电磁敏感电路

和器件，尽量杜绝其接收电磁干扰的可能性。

据此，在设计时应采取相应对策，消除或部分消除可能

出现的电磁干扰，以减轻调试工作的压力。在调试中，针对

具体出现的电磁干扰，以及接收电磁干扰的电路和元器件的

表现进行分析，以确定电磁干扰源所在及电磁干扰可能传播

的路径，再采取相应的解决办法。

四.电磁兼容的具体实例

[1]对电磁干扰源要有明确的认识

例如，某探测设备在探测元件无输入信号时，其放大器输

出端的干扰信号峰值为50.8mV,远远超过了该探测设备输出

端最小探测信号电压峰峰值4.OmV的要求，致使整个设备无

法正常工作。

该台探测设备的驱动电源采用直流斩波式方波交流电源，

驱动螺线管电磁铁往复运动，由上可见，驱动电源的负载为

感性的电磁线圈。对感性的电磁线圈采用直流斩波式方波交

流电源供电，在斩波时将产生严重的电磁干扰。因为感性的

电磁线圈中的电流变化必然产生感应电动势，电流变化越

快，产生的感应电动势越大。这种感应电动势将会通过某种

路径传导耦合到放大器的输出级，而成为严重的电磁干扰。

该台探测设备的驱动电源采用线性纯正弦波电源时，在探

测元件无输入信号时，在放大器输出端最大探测信号电压峰

峰值仅为4.4mVo而且有随机性质的噪声电压，其峰峰值最

大为3.OmV。说明原来干扰信号已被极大地消除。

从该项工作中，使我们体会到电磁干扰的严重性，对电磁

干扰的认识仅停留在一般的水平上，广泛地、全面地采取各

种抗干扰措施也不一定见效，必须抓住主要矛盾。

再举一例，某电子设备，当打开电源开关时，其测量显示

呈紊乱状态。究其原因，正是在电源开关时刻，电路由一种

稳态转换到另一种稳态的过渡过程中，所出现的过电压、过

电流所致。为此，采取一定容量和电压的氧化锌压敏电阻并

联在电源上，便收到了较好的效果。这也说明对电磁干扰源

有明确认识时，才能有的放矢地采取抗干扰措施，效果明显。

[2]对电磁干扰可能的传播路径要有清楚了解

在核聚变化学研究中，将巨大的微波能量耦合到等离子体

中，以提高核聚变物理参数。为此，需要高能大功率发射系

统。其主电源脉冲电压达20kV,最大脉冲宽度30ns,最高

脉冲功率2400kW。该电源通过电感储能，直流开断，脉冲整

形等一系列环节，由微机控制来实现。

调试过程中，当电压达数kV时，系统便无法正常运行。

轻则控制程序出错，重则程序全部被冲掉，更严重时微机芯

片被烧毁。由于对电磁干扰认识肤浅，，盲目地采取各种措

施，如重新布线，改善接地，增加电磁屏蔽和隔离等等，忙

了几个月均不能根本解决问题，挫折迫使我们冷静下来。在

进行了科学分析后，认定必须要对幅度高达数kV,前后沿很

陡的这一电磁干扰源有清楚了解，并对其可能传播的路径采

取加强隔离措施。在对光电隔离器采取双重设计后，微机能

稳定、可靠地工作了。

再举一例，在激光电源低功率调试中发现应交替导通的两

个逆变开关IGBT的触发信号存在重叠现象，即有互相干扰。

如果不消除这种干扰，可能发生主电路直通故障。基于以前

积累的对电磁干扰可能的传播路径要有明确认识的工作经

验，我们从逆变开关IGBT的触发端倒推，一级一级地检测

出触发信号，直到产生触发信号的TL494集成电路的两个输

出端，发现这两个输出端的引线距离很近，且平行布线很远。

通过分析表明，这种情况容易产生电容性耦合干扰，干扰的

强弱与工作频率及两条引线之间的分布电容量有关。当我们

将其中一条引线切断，用一条拉开很远距离的临时导线代用

后，两个逆变开关IGBT的触发信号不再发生重叠现象了。

从该项工作中，使我们体会到对电磁干扰可能传播的路径

有明确的认识，才能顺利地排除电磁干扰。否则将无从下手

解决存在的电磁干扰问题。

[3]对易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件要进行重点

保护

还是上述的第一个例子中，某探测设备在探测元件无输入

信号时放大器输出端的干扰信号远远超过最小探测信号电

压值，致使整个设备无法正常工作。

经过认真分析和实际测试，除了对电磁干扰源缺乏明确的

认识和电磁干扰可能传播的路径缺乏清楚了解外，对易接收

电磁干扰的电磁敏感电路和器件---传感器输入电路和前

级放大电路主要采取两项电磁兼容性措施：

(1)信号接地信号接地的主要目的是为了抑制电磁干扰，

应当特别注意低电平电路、信号检测电路、传感器输入电路

和前级放大电路的接地。

该探测设备的传感器输入电路、前级放大电路和末级放大

电路的接地应该只设一个接地点，因为多个接地点会引入共

模阻抗的干扰。而这个接地点的位置应当选择在保证地线中

的电流流向为从小信号电路流向大信号电路，从而避免大信

号电路的地线电流对小信号电路产生干扰。

(2)屏蔽加强该探测设备的传感器输入电路和前级放大电

路电磁屏蔽，并注意屏蔽的完整性和良好的接地措施。

电磁屏蔽设计时，一般采用电导率高的材料作为屏蔽体，

并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生

反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的干扰，有

因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大，应

以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素。另外要注意屏蔽的

完整性，如果屏蔽体不完整，将导致电磁场泄漏。

五.电磁兼容的设计方法

[5.1]对电磁干扰源的设计方法

电磁干扰源的种类相当多，比如，自然的电磁干扰源包括:

地球表面的最大磁场强度为52A/m,平均电场强度为130v/m,

雷电的大气干扰，静电的电晕放电和宇宙噪声等等。人为的

电磁干扰源包括：含有整流子的直流电机换向时火花的电弧

和电流变化，电器开关动作时产生的电弧和电流变化，非线

性元器件工作时产生的谐波，高频振荡器和无线电发送设备

的电磁辐射，汽车点火系统，医疗用的超声波发生器，生活

用的微波炉以及电磁脉冲等等。可以说电磁干扰源无处不

在，下面仅谈论与我们相关的主要电磁干扰源。

[5.1.1]供电电源

供电电源，常由于负载的通断过渡过程，半导体元件的非

线性，脉冲设备及雷电的耦合等因素，而成为电磁干扰源。

供电电源电磁兼容的设计方法为：

[1]采用交流电源滤波器

由于交流电源滤波器是低通滤波器，不妨碍工频电能的通

过，而对高频电磁干扰呈高阻状态，有较强的抑制能力。使

用交流电源滤波器时，应根据其两端阻抗和要求的插入衰减

系数选择滤波器的型式。要注意其承受电压和导通电流的能

力，屏蔽与机壳要电气接触良好，地线要尽量短，截面足够

大，进出线要远离，而且滤波器应尽量靠近供电电源。

[2]采用电源变压器加静电屏蔽

由于电源变压器初、次级间存在分布电容，进入电源变压

器初级的高频干扰能通过分布电容耦合到电源变压器的次

级。在电源变压器的初次级间增加静电屏蔽后，该屏蔽与绕

组间形成新的分布电容。将屏蔽接地，可以将高频干扰通过

这一新的分布电容引入地，从而起到抗电磁干扰的作用。静

电屏蔽应选择导电性好的材料，且首尾端不可闭合，以免造

成短路。

[3]脉冲电压的吸收

对脉冲电压的电磁干扰可以采用压敏电阻、固体放电管或

瞬态电压抑制二极管来吸收。当脉冲电压吸收器件承受一个

高能量的瞬态电压脉冲时，其工作阻抗能立即降到很低，允

许通过很大的电流，吸收很大的功率，从而将电压钳制在允

许的范围内。

压敏电阻或固态放电管可应用于直流或交流电路。单向瞬

态电压抑制二极管应用于直流电路，而双向瞬态电压抑制二

极管应用于交流电路。使用脉冲电压吸收器件时，应选择其

额定电压略高于设备的最大工作电压，以保证无脉冲电压

时，吸收器件的功耗最小，当有脉冲电压时，其钳位的电压

应低于设备的最高绝缘电压，以保证设备的安全。其通流能

力应大于脉冲电压所产生的电流。

[4]直流电源的电磁兼容措施

--整流电路的高频滤波即在整流管上并联小电容

(0.OluF)进一步滤掉从变压器进入的高频干扰。

——直流退耦即在直流电源和地之间并联2个电容，大

电容(10uF-100uF)滤掉低频干扰，小电容(0.01-0.22uF)

滤掉高频干扰。

[5]电源的其它电磁兼容措施

——控制电路和功率电路采用分相供电或采用不同的电

源供电。

一一采用UPS(不间断电源)供电。

一一采用电源电压监视集成电路

[5.1.2]暂态过程

暂态过程是由于电路机械触点的分合，负载的通断和电路

的快速切换导致电路电压或电流发生快速变化，而成为电磁

干扰源。

暂态过程的电磁兼容设计方法为

[1]电路机械触点的熄火花电路

电路机械触点的熄火花电路由电阻(R)和电容(C)串联

组成。其原理是用电容转换触点分断时负载电感(L)上的

能量，从而避免在触点上产生过电压和电弧造成的电磁干

扰，最终有电阻吸收这部分能量。

电路参数计算如下：

R>2(L/C)1/2(Q)(1)

C.=4L/R2(uF)(2)

2

C2=(L/300)L(UF)(3)

式中：R为电阻(Q);

L为负载电感(uH);

L为负载电感中的最大电流(A);

C取G、C2,中最大者。

[2]电感负载的续流电路和吸收电路

直流电路电感负载的续流电路是用二极管反并联在电感

负载上。当切断电感负载时，其上的电流经二极管续流，不

会产生过电压而危及电路上的其它器件。

参数选择如下：

IF>2IN(4)

VRRM>2VN(5)

式中：>为二极管正向平均电流；

VRRM二极管反向重复峰值电压；

IN为电感负载的额定电流；

VN为电感负载的额定电压。

如果用压敏电阻代替二极管，其效果会更好。因为压敏电

阻吸收能量快，从而减小了动作响应时间。另外，压敏电阻

还可以应用在交流电路电感负载的场合。应用压敏电阻时应

注意以下几点：

——压敏电阻的标称电压；

——压敏电阻的压比；

----压敏电阻的吸收能量的能力；

----压敏电阻的前沿响应时间；

——压敏电阻应当尽量紧靠电感使用；

[3]电容负载的限流电路

电容负载的限流电路由电阻（R）和开关并联组成。其原

理是用电阻限制电容负载开始投入时的短路电流，从而避免

短路电流造成的电磁干扰。经过时间（t）将开关闭合，切

除限流电阻。

参数选择如下：

R>2VN/I<SUB<N<sub>（6）

t>3RC（7）

式中：IN为负载的额定电流。

VN为电源的额定电压。

C为负载的电容。

[4]电路快速切换的电磁兼容措施

电路快速切换（包括晶闸管换流、直流斩波、二极管关断

时的电荷存储效应等）将导致电压或电流的快速变化，而成

为电磁干扰源。

对此可采用如下电磁兼容措施

——串联缓冲电感，以降低电流变化率。

——用电感电容谐振电路代替直流斩波，以降低电流变化

率或电压变化率。

[5.1.3]电磁辐射

电磁辐射包括电子设备内部和外部两种电磁辐射源。其实

任一电流的周围都存在磁场，而变化的磁场会产生变化的电

场，这种电磁场就是电磁干扰源。

电子设备中主要的电磁辐射源是大电流，高电压的强功率

电路和器件，电压或电流快速变化的电路和器件以及高频电

路和器件。

对电磁辐射的电磁兼容设计是，采用电磁屏蔽方法，即用

屏蔽材料将电磁辐射源封闭起来，使其夕卜部电磁场强低于允

许值。

电磁屏蔽的技术原理主要有两种：

是一反射，由于空气和金属屏蔽的电磁阻抗不同，使人射

电磁电波产生反射作用。磁场中的反射损耗R(dB),对磁场

源而言

1/2

R=201og10{[0.012(MT/f6T)/D]+5.364D(f5T/M

『)Ao.354}(8)

式中：Rr为相对磁导率

5T为相对电导率

f为电磁波频率

D为辐射源到屏蔽体的距离(m)

对电场而言

32

R=322+101ogio(8T/|nTfD)(9)

二是吸收，进入金属屏蔽内的电磁波在金属屏蔽内传播

时，由于衰减而产生吸收作用。吸收损耗A(dB)为：

1/2

A=0.131d(jnTf5T)(10)

式中：d为屏蔽材料厚度(mm)。

[1]磁场屏蔽一般采用磁导率高的材料作屏蔽体，它给低

频磁通提供一个闭合回路，并使其限制在屏蔽体内。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。

当然屏蔽的设计要与设备的重量相协调。在杂散耦合可能引

起有害作用的电路中，应选用带有屏蔽的电感器和继电器，

并将屏蔽有效地接地。

[2]磁场屏蔽一般采用电导率高的材料作屏蔽体，并将屏

蔽体接地。使电力线在此终止，因而电场不会泄漏到屏蔽体

外部。电场屏蔽以反射为主，因此屏蔽体的厚度不宜过大,

而以结构强度为主要考虑因素。

应当特别注意电磁屏蔽的完整性，特别是电磁场屏蔽，因

为它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流

磁场与原磁场抵消而消除高频磁场干扰的。如果屏蔽体不完

整，则涡流的效果降低，导致电磁场泄漏，屏蔽效果将大打

折扣。

[5.1.4]雷电

雷电是带电云对地或带电云之间的放电现象。带电云对地

放电为直接雷击，而非直接雷击时设备所受到的干扰为感应

雷击。由于雷电具有非常大的能量和非常短的持续时间，因

此雷电是非常强的干扰源。

雷电的电磁兼容设计方法是

[1]对直接雷击采用的设计方法采用闪接器、避雷引线和

避雷接地组成的避雷系统。将直接雷击的能量引入大地，以

保护电子设备。

[2]对感应雷击采用的设计方法采用气体避雷管、压敏电

阻、电压瞬变吸收二极管或固体放电管。利用其非线性特性,

对感应雷击的高电压尖峰削波和能量吸收，以保护电子设

备。

[5.1.5]静电

当不同介质的材料相互摩擦时，会产生电荷转移而产生静

电。当然静电也可能以其它方式产生，比如受到其它带电体

的感应。静电场强的高低取决于材料所携带的电荷量多少和

对地电容的大小。当这种材料对电子设备的场强超过绝缘介

质的击穿强度时，会发生电晕放电或火花放电，形成静电干

扰，可能导致电力设备损坏。

防静电的电磁兼容设计方法是

——防止静电的产生，例如阻止静电荷的积累、泄放积累

的电荷，采用防静电地板和静电消除器等等。

——采用静电屏蔽和接地措施，将静电产生的电荷引走。

一一采用静电保护措施，例如增加串联电阻以降低静电放

电电流，增加并联元件以把静电放电电流引走，对静电作用

下易损坏器件的操作防护和软件的静电防护等等。

[5.1.6]无线电发射源

无线电发射机的频率范围为103—1()12返。

无线电发射机的有效辐射功率(ERB)很高。例如军用雷

达10GW,气象雷达1GW,船用雷达100MW,电视广播50MW,

商用电台300kW,广播电台100kW,业余通讯lkW,车用通讯

100Wo

因此无线电发射源对电子设备是一很强的干扰源。

对无线电发射源的电磁兼容的设计方法是

-严格控制无线电发射的方位角，以减小无线电发射源

干扰的空间范围。

——采用完整的电磁屏蔽和可靠的接地措施，以减小无线

电发射源的泄漏干扰。

[5.3]对易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件的设计方

法

[5.2.1]电路性耦合

当两个电路存在公共阻抗时，一个电路的电参数通过公共

阻抗对另一个电路的电参数产生影响。而这种影响造成误动

作时，即为通过电路性耦合的路径产生的电磁干扰。公共阻

抗主要有回路导线、共地阻抗和共电源内阻。

电路性耦合的电磁兼容设计方法是

[1].对共电源内阻产生的电磁干扰，可以用不同的电源分

别供电的方法，以去除共电源内阻产生的电路性耦合。

[2].对共回路导线产生的电磁干扰，可以用对导线阻抗加

以限制或去耦的方法，以减低共回路导线产生的电路性耦

合。共回路导线的阻抗包括电阻和电感。

——限制电阻的方法增大共回路导线的截面，减少共回路

导线的长度和降低接触电阻。

——限制电感的方法减小共回路导线的长度和来回线的

距离。

——电路去耦的方法去掉共回路导线，而将不同的回路仅

在一点接地。

[3].对共地阻抗产生的电磁干扰，可以用降低共地阻抗的

方法，以去除共地阻抗产生的电路性耦合。

----接地的种类和作用

电子设"般有两种接地，一种是安全接地，即将机壳接

地。当机壳带电时，电源的保护动作，切断电源，以保护工

作人员的安全。另一■种是工作接地，给电路系统提供一■个基

准电位，同时也可将高频干扰引走，但是，不正确的工作接

地反而会增加干扰，比如共地线干扰，地环路干扰等等。

工作接地按工作频率采用不同的接地方式。工作频率低的

（小于1MHz）采用单点接地式，即把整个电路系统中的一个

结构点点看作接地参考点，所有对地连接都接到这一点上，

并设置一个安全接地螺栓。工作频率高的（大于30MHz）采

用多点接地式，即在该电路系统里，用一块接地平板代替电

路中每部分各自的地回路。其主要原因是接地引线的感抗与

频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，从而将

增大共地阻抗产生的电磁干扰。工作频率在上述两者之间的

可采用混合接地方式。

此外，还有一种浮接地式，即该电路的地与大地无导体连

接。其优点是该电路不受大地电性能的影响。其缺点是该电

路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了

对模拟电路的感应干扰。

对接地电阻的要求

接地电阻越小越好。因为当有电流流过接地电阻时，其上

产生的电压，将产生共地阻抗的电磁干扰。另外，该电压不

仅使设备受到反击过电压的影响，而且使操作人员受到电击

伤害的威胁。因此，一般要求接地电阻小于4Q。

接地电阻由接地线电阻、接触电阻和地电阻组成。为此降

低接地电阻的方法有以下三种:

一是降低接地线电阻，为此要用总截面动和长度小的多股

细导线。

二是降低接触电阻，为此要将接地线与接地螺栓和接地极

作紧密又可靠地连接，并要增加接地极和土壤之间的面积与

接地紧密度。

三是降低地电阻，为此遥控增加接地极的表面积和增加土

壤的电导率（如在土壤中注入盐水）。

——低频电路地

工作频率低于1MHz的一个电路采用单点接地式，以防两

点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单点接地式

又分为串联和并联两种，由于串联接地产生共地阻抗的电路

性耦合，所以低频电路最好采用并联的单点接地式。

为防止工频和其它杂散电流在信号地线上产生干扰，信

号地线应与功率地线和机壳地线绝缘。且只在功率地，机壳

地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连（浮地式除

外）。

地线的长度（L/m）与截面积（S/mm2）的关系为:

S>0.83L(ID

---高频电路地

工作频率高于30MHz的电路采用多点接地式。因为接地引

线感抗与频率和长度成正比，所以地线的长度要尽量短。多

点接地时，尽量最接近的低阻值接地面接地。

---混合接地式

工作频率介于1-30MHZ的电路采用混合接地式。当接地

线的长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接点式，

否则采用多点接地式。

---屏蔽地

电路的屏蔽体，即用屏蔽材料将电磁辐射源屏蔽起来，开

将屏蔽体接地，以降低电磁辐射的干扰。屏蔽体内的电路电

地线只能一点接屏蔽体，而不得利用屏蔽体作返回导体。

---电缆的屏蔽层

对于多层屏蔽电缆，每个屏蔽层应在一点接地，各屏蔽层

应相互绝缘。

当电缆长度大于工作信号波长的0.15倍时，采用间隔工

作信号波长的0.15倍的多点接地式。如果不能实现，则至

少应将屏蔽层两端接地。

[4].电位隔离

电位隔离分机械、电磁、光电和浮地几种隔离方式，其

实质是人为地造成电的隔离，以阻止电路性耦合产生的电磁

干扰。

一一技术隔离采用继电器来实现

其线圈接收信号，机械触点发送信号。机械触点分断时，

由于阻抗很大，电容很小，从而阻止了电路性耦合产生的电

磁干扰。缺点是线圈工作频率低，不适合于工作频率高的场

合使用。而且存在触点通断的弹跳和干扰以及接触电阻等。

一一电磁隔离采用变压器来实现

通过变压器传递电信号，阻止了电路性耦合产生的电磁

干扰。对于交流电的场合使用较为方便，由于变压器绕组间

分布电容较大，所以使用时应当与屏蔽和接地相配合。

一一光电隔离采用光电耦合器来实现

通过半导体发光二极管（LED）的光发射和光敏半导体

（光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等）的

光接收来实现信号的传递。光电耦合器的输入阻抗相对比较

小，因此分压在光电耦合器输入端的干扰电压较小，而且一

般干扰源的内阻较大，它能提供的电流并不大，因此不能使

发光二极管发光。光电耦合的外壳是密封的，它不受外部光

的影响。光电耦合器的隔离电阻很大（约为）,隔离

电容很小（约为数pF）能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。

只是光电耦合器的隔离阻抗随着频率的提高而降低，抗干扰

效果也将降低。

---浮地

浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的

隔离电阻很大，所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁

干扰。

[5.2.2]电容性耦合

任何两个导体之间都存在着电容。电容值与介质的介电

常数£和两个导体的有效面积成正比、与两个导体之间的距

离D成反比。当两个平行圆导体直径为d时，其电容C为

C=7T8/In（D/d）

当一■个导体对地具有电位U1,阻抗Zi,另一■个导体对地

具有阻抗Z2,两个导体具有相同的地电位，通过两个导体之

间的电容，在另一个导体上将产生干扰电压U2为

U2=U1Z2/(Z^+l/jwC)

当阻抗Z1和阻抗Z2中含有电感分量时，产生的干扰电压

U2有可能大于导体1对地的电位Ulo

电容性耦合的等值电路图见图L

在上述分析中，两导线间的有效耦合长度应远小于信号

波长(一般为1/10)时，才允许使用集中参数的等效电路来

分析线间耦合，否则必须应用电磁场理论的传输方程来分析

线间耦合。

电容性耦合的电磁兼容设计方法是

(1).尽可能减小干扰源U1的幅值和干扰源的变化速度

(2).Zi和Z2设计得尽可能大些，且Z1远大于Z2。

(3).耦合电容设计得尽可能小

尽量加大两个导体间的距离;

尽量缩短两个导体的长度；

尽量避免两个导体平行走线;

图1电容性耦合的等效电路

(4).屏蔽

屏蔽的目的切断干扰源和被干扰对象之间的电力线,

以免除电容性耦合的电磁干扰。

屏蔽的方法采用与干扰源基准电位相连的屏蔽，采用

与被干扰对象基准电位相连的屏蔽，或者上述两者都用，其

效果更好。

屏蔽的注意事项

一一要有完整的屏蔽，否则屏蔽的效果降低。

一一要用导电性能好的材料作屏蔽，否则屏蔽的效果降

低。

一一要有良好的屏蔽接地，否则屏蔽的效果降低。当导

线的长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地式，

否则采用多点接地式。接地的长度要尽可能短。

⑸.平衡

平衡的目的当干扰源和被干扰对象的基准电位是相互

独立时，可以采用平衡的方法，致使干扰源和被干扰对象的

耦合电容平衡，以免除电容性耦合的电磁干扰。

平衡的方法

一一干扰源和被干扰对象均采用绞合导线。

一一采用四芯导线，使干扰源和被干扰对象的导线交叉

对称。

[5.2.3]电感性耦合

任何两个回路之间存在着互感。互感值与介质的导磁率

口成正比，并与两个回路的几何尺寸有关。两个回路的布局

如图2所示。

图中的1—1为第一回路，2—2为第二回路，a、b、c、

d为回路的间距。另夕卜设1为回路的长度。

两个回路的互感M为

M=jn1In(ac.bd)/2TT(14)

当第一个回路具有电流i1,通过两个回路之间的互感M,

在第二个回路产生的干扰电压u2为

u2=Mdil/dt(15)

电感性耦合的电磁兼容设计方法是

图2两个回路的布局图

(1).尽可能减小干扰源电流il的变化速度。

(2).尽可能设计得使两个回路的互感M小，为此。

---尽量加大两个回路间的距离；

---尽量缩短两个回路的长度；

---尽量避免两个回路平行走线；

---尽量缩小两个回路的面积，并减低重合度。

⑶.屏蔽

屏蔽的目的切断干扰源和被干扰对象之间的磁力线，

以免除电感性耦合的电磁干扰。

屏蔽的方法采用铁磁性导体的静态磁屏蔽，采用良导

体感应涡流的动态磁屏蔽。

屏蔽的注意事项

一一铁磁性导体的静态磁屏蔽适用于低频磁场。屏蔽的

效果与屏蔽材料的相对磁导率口、厚度d、几何形状以及磁

场方向有关。例如横向磁场中的园球的屏蔽系数ax为

ax=201og(1+jud/2r)(16)

式中：r为园球的内径

----良导体感应涡流的动态磁屏蔽适用于高频磁场。屏

蔽的效果与屏蔽材料的性质，几何形状、屏蔽的密闭程度以

及磁场的频率有关。屏蔽系数ad可用式(17)进行近似计算

ad=201og(l+^of/2Zk)(17)

式中：口。为真空导磁率；

f为磁场的频率；

Zk为耦合阻抗；

----网孔状的屏蔽系数与孔的面积占总面积的比例有

关。

⑷.平衡

平衡的目的采用平衡的方法，可以减小或免除电感性

耦合的电磁干扰。

平衡的方法

——磁场去耦致使被干扰回路耦合的干扰源磁场最

少。例如安排两个回路垂直放置，可达到磁场去耦的目的。

——磁场抵消因为干扰磁场引起的感应电流在相邻绞

线回路的同一根导线上方向相反，相互抵消。为对磁场干扰

取得较好的抑制效果，磁场抵消效果越好。

[5.2.3]辐射性耦合

辐射性耦合是电磁场通过空间耦合到被干扰对象的，如

被干扰对象是两根导线，它就是接收天线。夭线的等效电路

见图3。

等值电源U(即接收的干扰电压)为

U=Eh(18)

式中：E为电场强度

h为天线有效高度。

内阻R为

R=1580(h/入)2(19)

式中：入为电磁场波长

图3天线的等值电路

如被干扰对象是一环线，通过环线面积S的磁场将产生

干扰电压为

式中：B为磁感应强度。

辐射性耦合的电磁兼容设计方法是

(1).采用空间分离的方法即把相互容易干扰的设备和

导线尽量安排得远一些，并调整电磁场矢量方向，使接收设

备耦合的干扰电磁