ANSYS 電磁兼容(EMC)之基礎(chǔ)知識(shí)

2017-11-01 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

一、概述

電磁兼容(EMC)是一門新興的綜合性學(xué)科,其研究的主要問(wèn)題是如何使在同一電磁環(huán)境下工作的各種電氣電子設(shè)備和元器件都能正常工作,互不干擾,達(dá)到兼容狀態(tài)。隨著產(chǎn)品均向著高頻化、微型化、集成化的方向發(fā)展,電磁兼容問(wèn)題愈來(lái)愈多,愈來(lái)愈明顯,也愈來(lái)愈成為產(chǎn)品前期設(shè)計(jì)不可忽視的環(huán)節(jié)。電磁兼容覆蓋整個(gè)電磁頻段,早期EMC概念主要是低頻或工頻頻段,而隨著高頻化發(fā)展,目前常用的EMC標(biāo)準(zhǔn)已是40GHz頻段,基于此早期采用的電路概念也必須代之于電磁場(chǎng)概念。尤其是涉及到電磁輻射方面,則只能采用電磁場(chǎng)和電磁波的概念方能解釋和分析。

為了更好地規(guī)范電磁兼容,國(guó)際上已經(jīng)制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)和限制,包含通用國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、軍用標(biāo)準(zhǔn)等。在我國(guó),主要有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB)、國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)(GJB)兩大類電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。目前整個(gè)EMC標(biāo)準(zhǔn),無(wú)論國(guó)際還是國(guó)內(nèi),均滯后于實(shí)際使用的需要,不單是頻段上,更重要的是在概念上需要充實(shí)和改善,電磁兼容是一個(gè)對(duì)電磁場(chǎng)和電磁波知識(shí)以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)要求非常強(qiáng)的領(lǐng)域,而目前國(guó)內(nèi)從事EMC工作的工程師絕大部分均是電子線路專業(yè)背景,這對(duì)于復(fù)雜高性能的模塊化設(shè)計(jì),不利于找到EMC的機(jī)理并找到有效的解決方案,本期先介紹電磁兼容的基本概念,后續(xù)我們將會(huì)推出MC在實(shí)際應(yīng)用中的相關(guān)案例。

二、電磁騷擾與電磁干擾

電磁騷擾是指任何可能引起設(shè)備性能降低或?qū)τ猩镔|(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。由機(jī)電或其他認(rèn)為裝置產(chǎn)生的電磁騷擾,稱為人為騷擾;來(lái)源于自然現(xiàn)象的電磁騷擾,稱為自然騷擾。

電磁干擾則是指由電磁騷擾引起的設(shè)備或傳輸通道性能的下降。所以騷擾和干擾的含義是不同的。從概念上講,騷擾是一種電磁能量,干擾是騷擾產(chǎn)生的結(jié)果或后果。

三、電磁兼容性

電子設(shè)備受電磁騷擾的影響而出現(xiàn)故障或性能降級(jí),就稱為設(shè)備對(duì)電磁騷擾敏感。如何在設(shè)備與電磁環(huán)境之間尋求一種協(xié)調(diào)的關(guān)系和共存的條件,這就是電磁兼容性技術(shù)。

四、電磁兼容常用名詞術(shù)語(yǔ)

為了描述電磁騷擾與電磁兼容性,需要引入許多名詞術(shù)語(yǔ),參考GB/T 17624.1 1998引入部分專業(yè)術(shù)語(yǔ)如下:

輻射發(fā)射RE:通過(guò)空間傳播的、有用的或不希望有的電磁能量。

傳導(dǎo)發(fā)射CE:沿電源或信號(hào)線傳輸?shù)碾姶虐l(fā)射。

輻射敏感度RS:對(duì)造成設(shè)備性能降級(jí)的輻射騷擾場(chǎng)的度量。

傳導(dǎo)敏感度CS:當(dāng)引起設(shè)備性能降級(jí)時(shí),從傳導(dǎo)方式引入的騷擾信號(hào)電壓或電流的度量。

電磁敏感性EMS:設(shè)備暴露在電磁環(huán)境下所呈現(xiàn)的不希望有的響應(yīng)程度,即設(shè)備對(duì)周圍電磁環(huán)境敏感程度的度量,電磁敏感意味著電磁環(huán)境已經(jīng)造成設(shè)備性能的降低。

五、電磁干擾三要素

電磁騷擾源:指產(chǎn)生電磁騷擾的元件、器件、設(shè)備或自然現(xiàn)象。

耦合路徑:指把能量從騷擾源耦合到敏感設(shè)備上,并使該設(shè)備產(chǎn)生響應(yīng)的媒介。

敏感設(shè)備:指對(duì)電磁騷擾產(chǎn)生響應(yīng)的設(shè)備。

六、電磁兼容研究的主要內(nèi)容

電磁兼容學(xué)科研究的主要內(nèi)容是圍繞構(gòu)成電磁干擾三要素進(jìn)行的,即對(duì)電磁騷擾源、耦合通道和敏感設(shè)備的研究。

騷擾源的研究包括其發(fā)生的機(jī)理、時(shí)域和頻域的定量描述,以便從源端來(lái)抑制干擾的發(fā)射,通常采用濾波技術(shù)來(lái)限制騷擾源的頻譜寬度和幅值。騷擾的耦合通道有二條:通過(guò)空間輻射和導(dǎo)線傳導(dǎo)。輻射發(fā)射主要研究在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下騷擾以電磁波的形式發(fā)射的規(guī)律以及在近場(chǎng)條件下的電磁耦合。

通常采用屏蔽技術(shù)來(lái)阻斷騷擾的輻射。傳導(dǎo)發(fā)射討論騷擾沿導(dǎo)線傳輸?shù)挠绊?。通常傳?dǎo)發(fā)射通過(guò)公共地線、公共電源線和互聯(lián)線而實(shí)現(xiàn)。除此之外,電磁兼容的研究?jī)?nèi)容還包括電磁兼容控制技術(shù)、分析預(yù)測(cè)與測(cè)量技術(shù)。

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