電磁兼容設計

要實現系統內或系統間的電磁兼容需從分析形成電磁干擾後果的基本要素出發。由電磁騷擾源發射的電磁能量，經過耦合途徑傳輸到敏感設備，這個過程稱為電磁干擾效應。因此，形成電磁干擾後果必須具備3個基本要素。

任何形式的自然現象或電能裝置所發射的電磁能量，能使共享同一環境的人或其他生物受到傷害，或使其他設備、分系統或系統發生電磁危害，導致性能降級或失效，這種自然現象或電能裝置稱為電磁騷擾源。

耦合途徑即傳輸電磁騷擾的通路或媒介。

敏感設備是指當受到電磁騷擾源發射的電磁能量作用時，會受到傷害的人或其他生物以及會發生電磁危害，導致性能降級或失效的器件、設備、分系統或系統。許多器件、設備、分系統或系統可以既是電磁騷擾源又是敏感設備。

為了實現電磁兼容，必須從上面3個基本要素出發，運用技術和組織兩方面措施。技術措施就是從分析電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設備着手，採取有效的技術手段，抑制騷擾源、消除或減弱騷擾的耦合、降低敏感設備對騷擾的響應或增加電磁敏感性電平；為了對人為騷擾進行限制，並驗證所採用的技術措施的有效性，還必須採取組織措施，制定和遵循一套完整的標準和規範，進行合理的頻譜分配，控制與管理頻譜的使用，依據頻率、工作時間、天線方向性等規定工作方式，分析電磁環境並選擇佈置地域，進行電磁兼容性管理等。 ^[1] 

電磁兼容性是電子設備或系統的主要性能之一，電磁兼容設計是實現設備或系統規定的功能、使系統效能得以充分發揮的重要保證。必須在設備或系統功能設計的同時，進行電磁兼容設計。

電磁兼容設計的目的是使所設計的電子設備或系統在預期的電磁環境中實現電磁兼容。其要求是使電子設備或系統滿足EMC標準的規定並具有兩方面的能力：①能在預期的電磁環境中工作，無性能降低或故障；②對該電磁環境不是一個污染源。

為了實現電磁兼容，必須深入研究以下5個問題。

(1)電磁騷擾源的研究。包括電磁騷擾源的頻域和時域特性、產生的機制以及抑制措施等的研究。

(2)電磁騷擾傳播特性的研究。即研究電磁騷擾如何由騷擾源傳播到敏感設備，包括對傳導騷擾和輻射騷擾的研究。傳導騷擾指沿着導體傳輸的電磁騷擾，輻射騷擾指由器件、部件、連接線、電纜或天線以及設備或系統輻射的電磁騷擾。

(3)對於敏感設備抗干擾能力的研究。這種抗干擾能力常以電磁敏感性或抗擾度表徵，電磁敏感性電平越小，抗擾度越低，抗干擾能力越差。

(4)對於測量設備、測量方法與數據處理方法的研究。由於電磁騷擾十分複雜，測量與評價需要有許多特殊要求，例如，測量接收機要有多種檢波方式，多種測量帶寬、大過載係數、嚴格的中頻濾波特性等，還要求測量場地的傳播特性與理論值符合得很好等。如何評價測量結果也是個重點問題，需要應用概率論、數理統計等數學工具。

(5)對於系統內、系統間電磁兼容性的研究。系統內電磁兼容性指在給定系統內部的分系統、設備及部件之間的電磁兼容性，而給定系統與它運行時所處的電磁環境，或與其他系統之間的電磁兼容性即系統間電磁兼容性．這方面的研究需要廣泛的理論知識與豐富的實踐經驗。 ^[2] 

在電子系統的開發中，要考慮到系統、分系統與周圍環境之間的相互騷擾。每個設計者都應意識到電磁騷擾(EMI)問題，在電子系統的開發與設計過程中採取正確的防護措施減小電子系統本身的EMI發射。有80%的騷擾問題可以在設計與開發過程中解決。否則，當整個系統完成以後，工程師們將要花雙倍的力氣去解決系統的騷擾問題。抗擾度問題也是這樣。

電磁兼容設計又可分為系統內和系統間兩部分，主要是對系統之間及系統內部的電磁兼容性進行分析、預測、控制和評估，實現電磁兼容和最佳效費比。 ^[1] 

電磁兼容設計就是針對電磁干擾進行的，它與可靠性一樣，要保證控制系統在有電磁干擾的環境下可靠地工作，就必須對它進行電磁兼容設計。電磁兼容設計的理論基礎是電磁場理論、電路理論和信號分析等，電磁兼容設計包括接地技術、濾波和吸收技術、屏蔽和隔離技術以及結構設計等。電磁兼容設計的基本方法有問題解決法、規範法和系統法。電磁兼容設計的內容包括電磁環境分析、頻率選用、EMC指標和電磁兼容設計技術應用等。應用那些已由理論和實踐證明的、能保證系統相對地免除電磁干擾的設計方法，可以對干擾加以控制。理論分析、實驗室測量和系統性能檢查可以驗證設計是否符合EMC要求。EMC設計內容包括：

(1)明確系統的EMC指標。所設計的控制系統在多強的電磁干擾環境中應能正常工作；控制系統干擾其他系統的允許指標。

(2)在瞭解所設計的控制系統干擾源、被幹擾對象、干擾的耦合途徑的基礎上，通過理論分析將這些指標逐級地分配到各分系統、子系統和單元電路上。

(3)根據實際情況採取相應措施抑制干擾源，隔斷干擾途徑，提高電路的抗干擾能力。

(4)通過實驗來驗證是否達到了原定的指標要求，若未達到則進一步採取措施，循環多次，直到最後達到原定指標為止。

電磁兼容學科是在早期單純的抗干擾方法基礎上發展形成的，兩者的目標都是為了使設備和系統達到在共存的環境中互不發生干涉，最大限度地發揮其工作效率。但是早期的抗干擾方法和現代的電磁兼容技術在控制電磁干擾策略思想上有着本質的差別。

單純的抗干擾方法在抑制干擾的思想方法上比較簡單，或認識比較膚淺，主要的思路集中在怎樣設法抑制干擾的傳播上，因此處於極為被動的地位，解決問題的方法也是單純的對抗式的措施。而電磁兼容技術在控制干擾的策略上採取了主動預防、整體規劃和“對抗”與“疏導”相結合的方針。人類在征服大自然各種災難性危害中，總結出的預防和救治、對抗和疏導等一系列策略，在控制電磁危害中同樣是極其有效的思維方法。形成電磁干擾必然具備三個基本要素是電磁干擾源；耦合途徑或傳播通道；敏感設備。電磁兼容設計的出發點就是這三個基本要素。針對電磁干擾的三要素，提出三種解決電磁干擾問題的方法是：

(1)抑制干擾源產生的電磁干擾（濾波、屏蔽和接地）。

(2)切斷干擾的傳播途徑。

(3)提高敏感設備抗電磁干擾的能力（降低對於擾的敏感度）。

為了實現電磁兼容，必須從電磁干擾的三個基本要素出發，運用技術和組織兩方面措施。 ^[3] 

電磁兼容設計與故障診斷步驟如下：

1)描述問題和現象，界定問題相關的環境範圍。

2)畫結構圖：包括問題結構、參數結構。

3)分析結構中包括的分佈參數。

4)畫等效電磁兼容電路圖：輻射、傳導。

5)求解和分析，求耦合參數。

6)進行測試或驗證性試驗設計。

7)提出整改措施，實施改進措施。

8)測試，比較EMC性能的變化。

9)重複上述過程，進行新一輪的分析。 ^[4]