电磁兼容性预测及设计原则

电磁兼容是设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；也不会使同一电磁环境中其他设备（分系统、系统），因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。

1.电磁兼容的内容

电磁兼容设计内容综合，并紧密与工业生产及质量控制相关。构成电磁干扰须同时具有电磁干扰源、对干扰源敏感的被干扰目标和传递媒体。电磁兼容研究的对象是特征、边界条件和有效地抑制办法。无论人为或自然电磁干扰源，均可分为四类，即雷电、强电磁脉冲、静电放电和开关动作。电磁干扰电压、电流和时域特性见表9-4。

表9-4 电磁干扰电压、电流和时域特性

2.电磁脉冲的主要参数和环境效应

三种电磁脉冲源的参数对比见表9-5，电磁脉冲的环境效应见表9-6。

表9-5 三种电磁脉冲源的参数对比

3.电磁干扰对电器、电子设备的危害

表9-4中各类电磁干扰对电器、电子设备或系统，特别是对含半导体器件的设备或系统会产生严重破坏。半导体器件一般损伤阈值为10^-8～10^-2 J/cm²，易损器件为0.1～1μJ/cm²，若不损坏器件，只引起瞬时失效或干扰，损伤阈值还要低2～3个数量级。

表9-6 电磁脉冲的环境效应

（1）高压击穿 当器件接收电磁能量后即转化为大电流，在高阻处转化为高压，可引起接点、部件或回路间的电击穿，导致器件的损坏或瞬时失效。如脉宽0.1μs电流幅值为1A的脉冲，可在电容为1pF处接点间产生100kV电压，如该接点被击穿后还会产生数十万赫兹的衰减正弦振荡，并辐射出电磁波。(www.xing528.com)

（2）器件烧毁或瞬变干扰 因瞬变电压造成短路损坏的原因一般是功率过大而烧毁或PN结电压过高而击穿，集成电路、存储器、晶体管、二极管、晶闸管等都一样。大多数半导体器件最低损坏的有效功率为1μs、10W或10μJ，一些敏感器件为1μs、1W或10μJ。

（3）电涌冲击 有金属屏蔽的电子设备，即使壳体外的微波能量不能直接辐射到设备内部，但在金属屏蔽壳体上感应的脉冲大电流，像浪涌一样在壳体上流动，壳体缝隙、孔洞、外露引线一旦浪涌电流引入壳内设备，就足以损坏内部敏感器件。

4.电磁兼容设计方法

电磁兼容设计方法的核心是对电磁干扰的预测和分析，基于计算机数模预测方法，投资少、见效快、功能广泛、周期短。电磁兼容性预测内容包括电磁环境预测、系统电磁干扰预测、机内耦合预测和频谱利用和管理。

（1）电磁兼容设计的有效性 电磁兼容设计的有效形式有一定范围。敏感度阈值定义，使系统或设备不能正常工作的空间某点或电路某一特定点的干扰临界电平。该值可通过实验或计算预测获得。

令M为系统电磁兼容安全系数，则

M=P_S-P_i （9-7）

式中 P_S——敏感度阈值；

P_i——系统或设备工作时，最大的实际干扰电平。

一般无线电系统的电磁兼容安全系数M=6dB，电爆管和火工器的电磁兼容安全系数M=20dB。

根据《系统预防电磁能量效应的设计和试验指南》规定，军事设备没有封装的M值为-70～-30dB，封装后M值为20dB。由此，可认为电磁兼容性设计的范围-70～20dB，电磁兼容性设计只能在这个范围有效。因此当系统在方案论证时，若M预测值小于-70dB，就应改变系统设计方案；若M预测值大于20dB，则不必考虑电磁兼容设计。

（2）电磁兼容技术的发展 电与磁影响着人们的生活及生产，电磁能广泛应用，产生了巨大效益，也带来电磁污染。以往总是将无线电通信装置受到的干扰称为电磁干扰，表明装置受外部干扰侵害，其实本身也对其他装置造成危害，也是干扰源，必须同时研究装置的干扰和被干扰，即相互干扰，对装置内部的组织和装置间还要考虑相容性。