電磁相容設計技術 3.1-3.5

evanwei

  3.1 形成電磁干擾的基本要素
由干擾源發出干擾電磁能量，經過耦合途徑將干擾能量傳輸到敏感裝備，使其工
作受到影響，此一作用過程稱為電磁干擾效應。因此形成電磁干擾必須具備下列三個
基本要素：
(1). 電磁干擾源：指產生電磁干擾的任何零件、組件、單機、設備、系統或自然現
象。
(2). 耦合途徑或耦合通道：指將電磁干擾能量傳輸到受干擾裝備的通路或媒介。
(3). 敏感裝備：指會受到電磁干擾影響，或者會產生電磁干擾影響的裝備。
例如汽車中的發電機電刷產生電弧放電是干擾源，而敏感裝備為收音機，其干擾
耦合途徑有二：一是通過端子的輻射途徑；另一是通過電源線和地線的傳導途徑。分
析電磁干擾問題，首先要確定形成干擾的三要素，然後透過抑制干擾源、消弱干擾的
耦合、降低敏感裝備對干擾的影響等措施來抑制干擾效應的形成。
一個大型電子系統內可能有很多干擾源、敏感裝備及耦合途徑，它們所構成的干
擾組合的數量可能高達1010以上，在這些干擾組合中找到主要作用的干擾組合是非常有
價值的工作。
3.2 電磁干擾源
電磁干擾源的種類很多，大致可分為自然電磁干擾源和人為電磁干擾源兩類。自
然電磁干擾源包括：大氣干擾、雷電干擾和宇宙干擾。人為電磁干擾源包括功能性干
擾和非功能性干擾：功能性干擾係指系統中某一部分正常工作所產生的有用能量對其
他部分的干擾，例如各種無線電裝備所發射的電磁能量對其他裝備的干擾等；而非功
能性干擾係指無用的電磁能量所產生的干擾，這些無用的電磁能量可能是自然現象產
生的，也可能是某些系統或裝備工作時所產生的副產品，例如各種點火系統所產生的
干擾等，顯然自然干擾也屬於非功能性干擾。
各種電磁干擾源產生干擾的頻率範圍各自不相同，按干擾的頻率範圍可將干擾分
為各頻段的干擾，如表1所示。
干擾源的分類方法很多，除了根據干擾源的性質進行分類之外，還可根據干擾的
途徑、干擾的特性及干擾的方式等予以分類。例如：按干擾的耦合途徑可分為傳導干
擾和輻射干擾，傳導干擾是指通過導體傳輸的干擾，而輻射干擾是指通過介質(包括自
電空間)以電磁場的形式傳輸的干擾。有的干擾源產生的干擾可用傳導方式傳輸，亦可
用輻射方式傳播，那麼它既是傳導干擾源又是輻射干擾源。此外，按干擾場的性質可
分為電場干擾、磁場干擾及電磁場干擾。按干擾波形可分為正弦波干擾、脈衝干擾和
准脈衝干擾。按干擾信號的頻帶寬度可分為寬頻帶干擾和窄頻帶干擾。扮干擾的幅度特性可分為穩態干擾和暫態干擾。按干擾的方式可將傳輸線上的干擾分為導模干擾和
共模干擾，導模干擾是指兩條導線上的干擾電流振幅相等而相位相反；共模干擾是指
兩導線上的干擾電流振幅相差很小而相位相同。根據各種干擾源性質不同，必須採用
不同的技術或措施予以抑制。
表1: 電磁干擾的頻段分類
干擾按頻段分類頻率範圍典型干擾源
工頻與音頻干擾50 Hz及其諧頻輸配電線
電力牽引系統
有線廣播
甚低頻干擾30 kHz以下雷電等
載頻干擾10 kHz – 300 kHz 高壓直流輸電高次諧波
交流輸電
電氣鐵道高次諧波
射頻與視頻干擾300 kHz – 300 Mhz 工業科學醫療設備
內燃機
電動機
照明電器
微波干擾300 Mhz – 100 Ghz 微波爐
微波通信設備
衛星通信發射機
3.3 電磁干擾耦合途徑
電磁干擾的耦合途徑通常分為兩類：傳導(conductive)耦合途徑及輻射(radiative)耦合
途徑。傳導耦合途徑又可分為電路性傳導耦合、電容性傳導耦合及電感性傳導耦合，
輻射耦合途徑又可分為近場感應耦合及遠場輻射耦合。
傳導耦合途徑要求在干擾源與敏感裝備之間有完整的電路連接，該電路可包括導
線、供電電源、公共阻抗、金屬支架、裝備機架、接地平面、電感或電容等。於是，
只要共用一個回授通路將兩個電路直接連接起來，就會發生傳導耦合，此回授通路可
能是另一根導線，也可能是共用接地回路、互感或電容。
輻射耦合途徑是干擾源的能量以電磁場的形式傳播的根據干擾源與敏感裝備的距
離可分為近場耦合模式(系統內部)和遠場耦合模式(系統之間)輻射耦合不僅存在於兩天
線之間裝備的機殼機殼的孔洞傳輸線及元件之間都可能存在著輻射耦合一般而言干擾
源與敏感裝備之間有三類不同的輻射干擾途徑：
(1). 發射天線與接收天線之間的輻射干擾途徑
(2). 元件與機殼之間的輻射干擾
(3). 傳輸線(電力線與信號線)之間的輻射干擾
這三類干擾將產生九種不同的組合：天線對天線、天線對機殼、天線對傳輸線、
機殼對天線、機殼對機殼、機殼對傳輸線、傳輸線對天線、傳輸線對機殼、傳輸線對
傳輸線，每一種干擾組合都含有干擾源、耦合途徑及敏感裝備。上述各干擾途徑的影響不儘相同，若裝備含有天線，且信號是以載波傳輸則天線
對天線之輻射途徑為主要干擾途徑；若干擾源含有天線，而受干擾端無天線，則主要
干擾途徑為天線對傳輸線；若裝備間距離很近，且導線之間距離很小，則主要干擾途
徑為傳輸線對傳輸線。
3.4 敏感裝備
敏感裝備係指受干擾影響的系統、裝備或電路其受干擾的程度，以敏感度表示
之。所謂敏感度是指敏感裝備對於干擾所呈現不受影響的程度，而敏感度門檻是指敏
感裝備最小可辨別的不受干擾影響的信號位準，也就是敏感位準的最小值。敏感度越
高，則其敏感位準越低，抗干擾能力就越差。
3.5 電磁干擾效應
電磁干擾環境對正在工作中的系統會產生很的的影響，例如：
(1). 引起飛行體飛行偏離航道；
(2). 可能增大距離誤差；
(3). 對控制信號產生干擾；
(4). 使飛機的操縱控制不穩定。