1.2 電磁兼容性的基本概念

1．電磁兼容性

電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility, EMC）是指設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)（圖1-1）。它是指電氣設(shè)備在電磁環(huán)境中具備良好的工作能力，并且不產(chǎn)生在此環(huán)境中工作的其他設(shè)備所不能接受的電磁干擾。它包括以下兩個(gè)方面：

（1）設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，可按規(guī)定的安全裕度實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的工作性能，且不因電磁干擾而受損或產(chǎn)生不可接受的降級(jí)。

（2）設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中正常地工作且不會(huì)給環(huán)境（或其他設(shè)備）帶來不可接受的電磁干擾。

2．電磁干擾

對(duì)于電磁干擾（Electro Magnetic Interference, EMI），國(guó)軍標(biāo)GJB 72A—2002的定義為：任何能中斷、阻礙，甚至降低、限制無線電通信或其他電氣電子設(shè)備性能的傳導(dǎo)或輻射的電磁能量。

美軍將電磁干擾定義為：任何中斷、阻礙或降低、限制電子或電氣設(shè)備工作效能的電磁擾動(dòng)。電磁干擾可以是有意的，如某些形式的電子戰(zhàn)；也可以是無意的，如寄生輻射與響應(yīng)、交叉調(diào)制所產(chǎn)生的結(jié)果等。

在通常的理解中，處在一定環(huán)境中的設(shè)備或系統(tǒng)，在正常運(yùn)行時(shí)，不應(yīng)產(chǎn)生超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)所要求的電磁能量，相對(duì)應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目根據(jù)產(chǎn)品類型及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的不同而不同。例如，軍用標(biāo)準(zhǔn)、民用標(biāo)準(zhǔn)、汽車標(biāo)準(zhǔn)等，其測(cè)試要求由于產(chǎn)品特征的不同而不同。

3．電磁干擾現(xiàn)象及“三要素”

當(dāng)干擾信號(hào)引起不希望的響應(yīng)，導(dǎo)致電氣、電子裝置性能降級(jí)或故障時(shí)，即發(fā)生電磁干擾。如果干擾信號(hào)得不到控制，當(dāng)它們進(jìn)入平臺(tái)時(shí)，就會(huì)干擾其他設(shè)備和裝置，導(dǎo)致故障和性能降級(jí)。發(fā)射頻率可能覆蓋寬頻譜（寬帶）或頻譜上的離散頻率（窄帶）。實(shí)質(zhì)上，這種干擾的表現(xiàn)形式是連續(xù)的或不連續(xù)的。

每個(gè)電子或電氣裝置根據(jù)其電磁特性都可能受到電磁干擾，同樣也會(huì)產(chǎn)生某種程度的電磁發(fā)射。干擾發(fā)射可以像電磁輻射發(fā)射那樣通過空間或電纜（如信號(hào)和電源線）傳導(dǎo)發(fā)射，當(dāng)發(fā)生器的發(fā)射水平高于接收器（“受害”設(shè)備）的敏感性水平時(shí)，就會(huì)發(fā)生電磁干擾。無論復(fù)雜系統(tǒng)還是簡(jiǎn)單裝置，出現(xiàn)電磁干擾情況，必須具備“三要素”：

（1）傳導(dǎo)或輻射電磁能量源（干擾源）；

（2）電磁能量的傳播介質(zhì)（傳播途徑）；

（3）受到干擾信號(hào)不利影響的“受害”設(shè)備（敏感源）。

缺少任何一種要素，電磁干擾都不會(huì)發(fā)生。因此，通過降低電磁能量源發(fā)射水平、中斷傳播路徑或加固“受害”設(shè)備使其免受干擾信號(hào)的影響等措施，可以實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

4．電磁干擾抑制

為了抑制電磁干擾，必須充分了解電磁干擾的特性及其傳播機(jī)理。對(duì)于電磁干擾源的研究?jī)?nèi)容，包括電磁干擾源的頻域和時(shí)域特性、產(chǎn)生的機(jī)理以及抑制措施等。對(duì)于電磁干擾傳輸特性的研究?jī)?nèi)容，包括對(duì)傳導(dǎo)電磁干擾傳輸特性和輻射電磁干擾傳輸特性的研究。例如，根據(jù)干擾信號(hào)的頻譜特性，可以了解它是寬帶干擾還是窄帶干擾；根據(jù)干擾信號(hào)的時(shí)間特性可知其為連續(xù)波、間歇波，還是瞬態(tài)波，以便采用不同的措施加以抑制。對(duì)于敏感設(shè)備的研究需要關(guān)注不同類型的敏感設(shè)備，其敏感度閾值不同，大多數(shù)以電壓幅值表示。因此，對(duì)電磁干擾特性及其傳播理論的研究是電磁兼容學(xué)科最基本的內(nèi)容之一。經(jīng)典的抑制電磁干擾的三大措施是接地、屏蔽和濾波。

5．電磁干擾安全裕度

電磁干擾安全裕度（Electro Magnetic Interference Safety Margins, EMISM）是指敏感度閾值和發(fā)射的比值，或者在分貝單位下兩者之差。在分貝單位下，如果敏感度閾值高于發(fā)射，那么EMC裕度為正，否則為負(fù)。EMC裕度可以作為一個(gè)減小不確定性的安全差距來看待。

電磁干擾安全裕度通常定義為：被測(cè)點(diǎn)處的敏感度閾值與該點(diǎn)所受的干擾的比值?！氨粶y(cè)點(diǎn)”的選擇原則是保證參數(shù)比較的可行性。例如，電子元件的電源輸入引線可以定義為典型的“被測(cè)點(diǎn)”。將該元件對(duì)于電壓波動(dòng)的敏感裕度（或安全裕度）與該點(diǎn)實(shí)際的電壓波動(dòng)（來源于與該器件共用電源總線的其他電子元件）相比較，便可得到“被測(cè)點(diǎn)”的系統(tǒng)裕度。

電磁干擾安全裕度是評(píng)定一個(gè)系統(tǒng)電磁兼容性的重要指標(biāo)之一，該值反映了系統(tǒng)電磁兼容性的安全程度，系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)的環(huán)境電平比設(shè)備、分系統(tǒng)敏感度閾值所低的程度，可表示為

MdB＝SdB-IdB

式中：MdB——安全裕度；

SdB——系統(tǒng)的敏感度閾值電平；

IdB——系統(tǒng)實(shí)際接收的電磁干擾值。

當(dāng)SdB＞IdB時(shí)，MdB＞0，此時(shí)系統(tǒng)處于兼容工作狀態(tài)。從可靠性角度看，設(shè)備和分系統(tǒng)的安全裕度應(yīng)越大越好，但是成本也是需要考慮的因素。

在一般情況下，在裝甲車輛中規(guī)定，對(duì)于安全關(guān)鍵電路，“被測(cè)點(diǎn)”（又稱為“臨界點(diǎn)”）的電磁干擾安全裕度要達(dá)到10 dB；對(duì)于任務(wù)關(guān)鍵電路，電磁干擾安全裕度要達(dá)到6 dB。

電磁干擾安全裕度通常是相對(duì)值，有一些概念需要澄清，以免產(chǎn)生誤解：

（1）定義中并未規(guī)定，測(cè)試是在時(shí)域進(jìn)行還是在頻域進(jìn)行；

（2）定義中并未規(guī)定，比較對(duì)象是電壓、電流、功率還是能量；

（3）裕度要求達(dá)到6 dB，并不是說比較結(jié)果大于6 dB就是超安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；

（4）裕度要求并不是說需要得到一個(gè)精確的裕度數(shù)值，只要能表明被測(cè)設(shè)備滿足要求即可。

6．時(shí)域和頻域

任何信號(hào)都可以通過傅里葉變換建立其時(shí)域與頻域的關(guān)系。電磁干擾可進(jìn)行時(shí)域（例如示波器）或頻域（例如干擾測(cè)量接收器）測(cè)量，這取決于受擾敏感設(shè)備的特殊要求和類型。例如，對(duì)于無線電通信和聲吶設(shè)備防護(hù)，頻域測(cè)量最適用；而對(duì)于電子設(shè)備瞬變效應(yīng)（例如NEMP感應(yīng)效應(yīng)）評(píng)估，通常采用時(shí)域測(cè)量。

由于不同干擾波形的特性，通常不能進(jìn)行分析以將時(shí)域內(nèi)的測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻域內(nèi)的測(cè)量結(jié)果，反之亦然。不過，研究梯形脈沖（典型干擾脈沖）的傅里葉分析結(jié)果可為脈沖上升時(shí)間和持續(xù)時(shí)間對(duì)頻譜含量的影響提供指導(dǎo)。

參照?qǐng)D1-2，在2 Ed×帶寬水平下，直至由1/πd確定的頻率f1，電平都保持恒定，其中E為峰值電壓（V）, d為半幅時(shí)間（s）。頻率超過f1時(shí)，振幅將以每十進(jìn)位20 dB的速度減小，直至頻率f2, f2由1/πt確定，其中t為上升時(shí)間（s）。當(dāng)該頻率高于f2時(shí)，振幅將以每十進(jìn)位40 dB的速度減小。最小值在與持續(xù)時(shí)間相關(guān)的頻率（即F＝N/d, N為整數(shù)）時(shí)出現(xiàn)，因此頻譜的包絡(luò)線可以由3個(gè)點(diǎn)，即坐標(biāo)上的點(diǎn)、線性波形上的點(diǎn)和對(duì)數(shù)波形上的點(diǎn)形成，不包括最小值，該包絡(luò)線給出了非常近似的頻譜含量。應(yīng)該注意，在所研究情況下假設(shè)1 MHz帶寬，振幅標(biāo)度用dBμV/MHz表示，如：

2Ed×帶寬

＝2×1×10-6×1012（μV/MHz）

＝20lg2×106（dBμV/MHz）

＝126（dBμV/MHz）

本書要求在取決于頻率的各種規(guī)定帶寬中進(jìn)行測(cè)量。這些帶寬以及有關(guān)上述數(shù)值的必要校正系數(shù)如表1-1所示。

頻譜的最低頻率由1/T給定，其中T為周期。因此，周期為10-7s的時(shí)鐘脈沖的頻率為10 MHz，并具有20 MHz、30 MHz、40 MHz等頻率的諧波。如果采用帶寬為10 kHz的接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量，那么測(cè)量信號(hào)將具有窄帶特性。

7．分貝的概念

電磁干擾通常用分貝（dB）表示，分貝是電磁兼容研究表征信號(hào)功率和強(qiáng)度的基本單位。分貝的原始定義為兩個(gè)功率的比，分貝是兩個(gè)功率值的比較值取對(duì)數(shù)后再乘以10，如式（1-1）所示，式中P1和P2應(yīng)采用相同的單位。電路中的功率電平加倍，則分貝值會(huì)增加6 dB，若減半則分貝值減少6 dB。

必須明確分貝僅為兩個(gè)量的比值，是無量綱的。如果P2＞P1，則分貝數(shù)為正，表示有功率增益；如果P2＞P1，則分貝數(shù)為負(fù)，表示發(fā)生功率損耗。電磁兼容工程中，除功率習(xí)慣用分貝單位表示外，電壓、電流和場(chǎng)強(qiáng)也都常用分貝單位表示，如dBμV、dBμA等。