第一篇：電磁的三個實驗分析以及電磁部分的概念總結（范文模版）

關于電磁的三個實驗分析以及電磁學部分概念匯總

在初中物理學習中，電磁之間的關系包括電流的磁效應、電磁感應、電流在磁場中受力的作用。學習的內容比較簡略，但在中考中是經常出現(xiàn)的一個考點。同學們在學習的過程中，由于是初學，對電磁關系的演示實驗、原理、應用等容易混淆，出現(xiàn)錯誤。下面就這幾個關系及實驗進行分析。

一、電流的磁效應（奧斯特實驗）

1.實驗裝置示意圖

圖1

電流的磁效應最早是奧斯特發(fā)現(xiàn)的，因此這個實驗又叫奧斯特實驗。

2.實驗現(xiàn)象：將平行于小磁針的導線通電后，小磁針會偏轉。當改變電流方向后，小磁針的偏轉方向也會改變。

3.實驗原理：通電導體周圍存在著環(huán)形磁場，磁場方向與電流方向有關。

4.實際應用：在這個實驗中，由電得到了磁，利用這個原理可以制成電磁鐵。電磁鐵在實際生活中得到了廣泛的應用，如電磁起重機等。

二、電磁感應現(xiàn)象

1.實驗裝置示意圖

圖2

這個原理最早是英國科學家法拉第發(fā)現(xiàn)的。

2.實驗現(xiàn)象：將導體AB左右運動時，電流表的指針會發(fā)生偏轉。

3.實驗原理：閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動時，電路中會產生感應電流，這就是電磁感應現(xiàn)象。

4.實際應用：在電磁感應現(xiàn)象中機械能轉化為電能，利用此原理制成了發(fā)電機為人們服用務。

三、通電導體在磁場中受力的作用

1.實驗裝置示意圖

圖3

通電導體在磁場中受力的作用是安培發(fā)現(xiàn)的，受到的力叫做安培力。

2.實驗現(xiàn)象：閉合開關后，在磁場內的導線會運動，改變電流方向或磁場方向，導體的運動方向也會發(fā)生改變。

3.實驗原理：通電導體在磁場中會受到力的作用，力的方向與電流方向和磁場方向有關。

4.實際應用：在這個過程中，電能轉化為機械能，根據通電線圈在磁場中受力轉動的原理制成了電動機，應用在電扇、電磨等裝置上。

在復習中，我們要注意其中三個實驗的基本實驗裝置，實驗原理、能量轉化及其應用等幾個內容。分清幾個實驗的區(qū)別和聯(lián)系。這樣對出現(xiàn)的問題就會迎刃而解。

初中物理電磁學部分概念匯總

1.永磁體包括人造磁體和天然磁體.在水平面內自由轉動的條形磁體或磁針，靜止后總是一端指南（叫南極），一端指北（叫北極）.同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引.原來沒有磁性的物質得到磁性的過程叫磁化.鐵棒磁化后的磁性易消失，叫軟磁鐵；鋼棒磁

化后的磁性不易消失，叫硬磁鐵.2.磁體周圍空間存在著磁場.磁場的基本性質是對放入其中的磁體產生磁力的作用,因此可用小磁針鑒別某空間是否存在磁場.3.人們?yōu)榱诵蜗蟮孛枋龃艌鲆肓舜鸥芯€(實際并不存在)。（采用了模型法）磁感線的疏密表示該處磁場的強弱，磁感線的方向（即切線方向）表示該處磁場方向。在磁體外部磁感線從北極出發(fā)回到南極。磁感線都是閉合曲線。

4．可以用安培定則（右 手螺旋定則：右手握住導線，讓伸直的大拇指方向跟電流方向一致，那么彎曲的四指所指的方向就是磁場方向）來判定電流產生的磁場方向。對于通電螺線管，用右手四個手指的環(huán)繞方向表示螺線管上的電流方向，則大拇指指向即為通電螺線管的N極。

5．電磁鐵與永磁體相比有很多優(yōu)點，它可以通過調整電流的有無、強弱、方向，達到控制磁場的有無、強弱、方向。利用電磁鐵做成的電磁繼電器（電鈴）在自動控制和遠距離操縱上常有應用。

6．通電導體在磁場中會受到力的作用，受力方向跟電流方向和磁感線方向有關。

7．直流電動機就是利用通電線圈在磁場里受到力的作用發(fā)生轉動而制作的。在這一過程里把電能轉化為機械能。在直流電動機里利用換向器改變線圈中電流方向，使線圈在磁場力作用下持續(xù)沿同一方向轉動。

8．閉合回路的一部分導體，在磁場中作切割磁感線運動時，導體中會產生感應電流，這就是電磁感應現(xiàn)象。產生感應電流的條件是：一是電路閉合；二是導體做“切割”磁感線運動，即導體運動方向不能與磁感線平行。

9．發(fā)電機是利用閉合線圈在磁場中作切割磁感線轉動時，產生感應電流的原理制成的，它是把機械能轉化為電能的裝置。

10.電池分化學電池（正極是銅帽碳棒）、水果電池、伏打電池（有里程碑意義，是真正意義上的電池）、蓄電池（有鉛和硫酸，污染大）、太陽能電池（無污染，利用可再生能源），燃料電池

發(fā)電廠發(fā)電有以下幾種方式：火力發(fā)電，水利發(fā)電，風力發(fā)電，核能發(fā)電，潮汐發(fā)電等。

第二篇：電磁兼容知識點總結

填空題

1、電磁干擾的危害主要體現(xiàn)在兩個方面：a.電氣、電子設備的相互影響；b.電磁污染對人體的影響

2、電磁兼容設計方法： a.問題解決法。問題解決法是先研制設備，然后針對調試中出現(xiàn)的電磁干擾的問題，采用各種電磁干擾抑制技術加以解決。

b.規(guī)范法。規(guī)范法是按頒布的電磁兼容性標準和規(guī)范進行設備或系統(tǒng)的設計制造。

c.系統(tǒng)法。系統(tǒng)法是利用計算機軟件對某一特定系統(tǒng)的設計方案進行電磁兼容性分析和預測。

3、電磁干擾的三要素

1、形成電磁干擾的三個基本條件：騷擾源，對騷擾敏感的接收單元，把能量從騷擾源耦合到接收單元的傳輸通道，稱為電磁干擾三要素。騷擾源——耦合通道——敏感單元

WCS?

2、電路受干擾的程度可用公式描述

IS為電路受干擾的程度；W為騷擾源的強度；C為騷擾源通過某種路徑到達被干擾處的耦合因素；I為被干擾電路的抗干擾性能。

4、屏蔽技術是利用屏蔽體阻斷或減少電磁能量在空間傳播的一種技術，是減少電磁發(fā)射和實現(xiàn)電磁騷擾防護的最基本，最重要的手段之一，采用屏蔽有兩個目的，一是限制內部產生的輻射超出某一個區(qū)域，二是防止外來的輻射進入某一區(qū)域。

5、常用的電磁密封襯墊有1.金屬絲網襯墊2.導電布襯墊3.導電橡膠4.指形簧片

6、電源線濾波器：作用主要是抑制設備的傳導發(fā)射或提高對電網中騷擾的抗擾度，雖然同為抑制騷擾，但兩者的方向不同，前者是防止騷擾從設備流入電網（稱為電源EMI濾波器），后者是防止電網中的騷擾進入設備（稱為電源濾波器）

6、干擾控制接地：1.浮地2.單點接地3.多點接地4.混合接地

8、電磁兼容性GB的定義：設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。

9、電磁騷擾：可能引起裝置、設備或系統(tǒng)性能降低或對有生命、無生命物質產生損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁騷擾可以是電磁噪聲、無用信號或有用信號，也可以是傳播媒介自身的變化。

10、電磁干擾：由電磁騷擾引起的設備、系統(tǒng)或傳播通道的性能下降。電磁騷擾是指電磁能量的發(fā)射過程，后者則強調電磁騷擾造成的后果。

11、諧波電流的抑制方法

1、電流側設置LC濾波器

2、采取有源功率因數(shù)校正

3、采用PWM整流器

4、多繞組變壓器的多脈整流

簡答題 1】、電磁兼容研究的內容主要包括：

1、電磁干擾特性及其傳播機理。因此研究電磁干擾特性及其傳播耦合理論是電磁兼容學科的基本任務之一。

2、電磁危害及電磁頻譜管理。有效地管理、合理的利用電磁頻譜是電磁兼容的一項必要內容

3、電磁干擾的工程分析方法及控制技術。因此，電磁兼容控制技術始終是電磁兼容學科中最活躍的課題

4、電磁兼容的設計方法。因此，費效比的綜合考慮是電磁兼容設計中的一項重要內容。

5、電磁兼容性測量和試驗技術。因此高精度的電磁發(fā)射及電磁敏感度自動測試系統(tǒng)的研制，開發(fā)及應用于工程實踐，是電磁兼容學科研究的重要內容。

6、電磁兼容性標準和工程管理。電磁兼容性標準是電磁兼容設計和試驗的依據。

7、電磁兼容分析和預測。電磁兼容分析和預測是合理的電磁兼容性設計的基礎

8、電磁脈沖及其防護。因此電磁脈沖的干擾及其防護問題已經成為近年來電磁兼容學科的一個重要研究內容。2】、電磁兼容課程的特點：

1、電磁兼容以電磁理論為基礎。因此電磁兼容原理是以電磁場理論為基礎的

2、電磁兼容是一門綜合性邊緣學科。因此，掌握電磁兼容需要多學科知識基礎。

3、電磁兼容實踐性較強。因此，要掌握并靈活運用電磁兼容技術需要設計者不斷地去實踐，積累經驗。

4、大量引用無線電技術的概念和術語。

5、計量單位的特殊性。電磁兼容工程中最常用的度量單位是分貝（dB）3】電磁騷擾的分類與傳播方式

電磁騷擾一般可分為兩大類：自然騷擾和人為騷擾，自然騷擾是指來源于自然現(xiàn)象而非人工裝置產生的電磁騷擾，人為騷擾是來源于人工裝置的電磁騷擾。電磁騷擾的傳播方式：

1、傳導耦合——是指一個電路中的騷擾電壓或騷擾電流通過公共電路流通到另一個電路中的耦合方式；其特點是兩個電路之間至少有兩個電器連接節(jié)點

2、磁場耦合——是指一個回路中的騷擾電流通過連接磁通在另一個電路中感應電動勢，以傳播騷擾的耦合方式

3、電場耦合——是指一個電路中導體的騷擾電壓通過與其臨近的另一個電路中導體之間的相互電容耦合產生騷擾電流，以傳播騷擾的耦合方式

4、輻射耦合——是指電磁騷擾在空間中以電磁波的形式傳播，耦合至被干擾電路。

4】屏蔽體設計原則

1、明確電磁騷擾源及敏感單元

如果是屏蔽體外部電磁騷擾，則要了解設備的工作環(huán)境和可能的騷擾源及強度，找出設備內部易受干擾的電路及承受能力；如果是屏蔽體內部電磁場，則要判斷主要的內部騷擾源及可能產生的輻射場強，了解設備的工作環(huán)境及其對設備輻射場強的限值要求；如果是屏蔽內部騷擾對設備本身的干擾，則找出內部騷擾源和被干擾電路

2、大致確定屏蔽體的屏蔽效能根據第一步已知的騷擾場強及防護要求，按式

E0SEE?20lgESH0SEE?20lgHS 或

計算屏蔽體應達到的屏蔽效能要求

3、確定屏蔽方式

根據產品的外觀設計要求和要屏蔽的騷擾的磁場的性質及頻率等，確定屏蔽方式、屏蔽體厚度等

4、進行屏蔽完整性設計 根據產品的功能設計要求，確定屏蔽體上必須的孔縫及電纜穿透等，并采取相應的技術措施以避免因屏蔽不完整而帶來的屏蔽效果下降 5】屏蔽體上的孔縫對屏蔽效果的影響

1、對于抑制低頻磁場的高導磁材料屏蔽體，由于開孔或開縫影響了沿磁力線方向的磁阻，使其增大，降低了對磁場的分流作用。

2、對于抑制高頻磁場和電磁波的良導體屏蔽體，由于開孔或開縫影響了屏蔽體感應渦流的抑制作用，使得磁場和電磁波穿過孔縫進入屏蔽體內

3、對于抑制電廠的屏蔽，由于縫隙影響了屏蔽體的電連續(xù)性，使之不能成為一個等位體，屏蔽體上的感應電荷不能順利的從接地線走掉。6】常用的浪涌抑制器件有哪些？各有何特點？用于什么場合？

1、電火花隙

2、金屬氧化物壓敏電阻

3、硅瞬變吸收二極管 特點及適用場合：

1、氣體放電管電流吸收能力大，但相應速度低，有后續(xù)電流，離散型大，且電壓分檔小，適合做第一級粗保護

2、壓敏電阻響應速度高，可有較大的吸收能力，但固有電容較大，不適合用在高頻電路。

3、硅瞬變吸收二極管，響應速度很高，電壓分檔很多，但帶電流負荷能力較弱，用于精保護

7】EMC設計中應該考慮的問題：

1、識別潛在的騷擾源和敏感單元。一般應關注數(shù)字時鐘電路、數(shù)字信號、電源開關、模擬信號、直流電源線和低速數(shù)字信號等

2、識別關鍵的電流路徑。電流要形成回路；電流要走最小阻抗路徑

3、識別潛在的天線。天線由兩部分組成，且天線的兩部分之間要有一個激勵電壓。

4、分析可能的耦合機理?？蓺w納為傳導耦合、電場耦合、磁場耦合和輻射耦合四種。

8】諧波的產生、危害及諧波標準：

產生：由于電力電子器件的非線性特性，會在電力電子系統(tǒng)中產生諧波電流 危害：

1、電壓畸變 諧波電流在線路阻抗上產生的壓降引起端電壓的畸變，當線路阻抗的電抗分量較大時，電壓畸變嚴重，可能對電網中的其他設備產生影響

2、過零噪聲

3、零線過熱

4、對變壓器和異步電動機的影響

5、使無功補償電容器過載

6、集膚效應 諧波電流標準

A類是平衡的三相設備、家用電器（不包括列入D類的設備）、電動工具（不包括便攜式工具）、白熾燈調光器、音頻設備，以及后面3類之外的設備B類是便攜式工具以及非專業(yè)的電弧焊接設備C類是照明設備，D類是功率小于600W的個人計算機、計算機顯示器以及電視接收機等

9】產品電磁兼容設計注意事項：

1、根據使用環(huán)境獲取對系統(tǒng)的電磁兼容性要求

2、在方案論證初期就提出產品的電磁兼容性指標

3、把電磁兼容性設計融入產品的功能設計中，而不是采取事后的補救措施

4、通過實驗，測量確認系統(tǒng)已經達到電磁兼容性要求

5、對產品進行跟蹤調查，保證其壽命期內電磁兼容問題 10】磁場屏蔽：

1、利用高導磁材料進行磁場屏蔽 利用高導磁材料的低磁阻特性，對騷擾磁場進行分路，可使被屏蔽體包圍的區(qū)域的磁場大大減弱（H1<

2、利用導電材料產生反向的抵消磁場來實現(xiàn)磁場的屏蔽 以導體作屏蔽體，在外部高頻磁場作用下屏蔽體表面產生感應渦流，而渦流產生的方向磁場抵消穿越該屏蔽體的外部磁場，從而實現(xiàn)磁場屏蔽。

屏蔽效能 SE?R?A?B R?20lg|Z1|

4|Z2|tA?20lge??8.69t? B?20lg(1?e?2td)

11】濾波器的作用就是要限制接收裝置的頻帶，使得在不影響有用信號的前提下抑制無用信號。

濾波器的種類很多，按照濾波器的能量損耗特性分為：反射式濾波器，吸收式濾波器

按照濾波器在電路中的位置和作用可分為信號濾波，電源濾波，電磁干擾濾波，電源去耦濾波，諧波濾波——按照濾波電路中是否包含有源器件分為:有源濾波，無源濾波——按照濾波器的頻率特性：高通，低通，帶通，帶阻濾波等。12】濾波器的插入損耗公式IL?20lg(U1)IL為插入損耗（dB）；U1是在信號源U2于負載阻抗之間不接濾波器時，信號源在負載阻抗上產生的電壓；U2是在信號源與負載阻抗之間插入濾波器時，信號源在負載阻抗上產生的電壓

13】吸收式濾波器：又稱為有損濾波器，它采用有損耗的濾波元件，使騷擾信號的能量消耗在濾波器中，以達到抑制干擾的目的，有

1、鐵氧體磁心

2、抗干擾電纜

14】濾波器安裝注意方面：

1、濾波器的安裝位置

濾波器應盡量安裝在設備的入口/出口處，未經處理的電源線在機內走線不宜過長，以防止產生輻射；最好采用插座式濾波器，使其進線、出線分別位于機箱內外兩側

2、濾波器輸入和輸出引線的隔離

濾波器的輸入與輸出引線應分隔開，而不能捆扎在一起，以防止騷擾在引線之間耦合，若由于位置與空間的限制而無法分隔開，則應采用屏蔽線

3、濾波器的接地

濾波器不宜用細長導線接地，而應保持濾波器的地與設備外殼有一個大的導電接觸面，以保證良好的接地，同時設備外殼必須接地。15】接地的目的：

1、建立與大地相連的低阻抗通路，使雷擊電流、靜電放電電流等從接地通路直接流入大地，而不致影響設備或系統(tǒng)的正常工作及人身安全

2、建立設備外殼與附近金屬導體之間的低阻抗通路，當設備中存在漏電電流時，不至于危及人身安全。

3、設備或者系統(tǒng)的各部分都連接到一個公共點或等位面，以便有一個公共的參考電位，消除兩個懸浮電路之間可能存在的干擾電壓。

4、將屏蔽體接地，使屏蔽發(fā)揮作用

5、將濾波器接地，使濾波器能起到抑制共模干擾的作用

6、印制電路板上的信號電路接到地平面，以提供一個信號返回通路。

7、汽車飛機上的非常重要的電路接車體或機體的金屬外殼，以提供一個電流返回通路。

16】常用的搭接方法：

1、焊接

通過焊接使需要接觸的導體永久連接，是比較理想的搭接方法，可避免金屬面曝露在空氣中，因銹蝕而引起的搭接性能下降

2、鉚接

鉚接也實現(xiàn)了永久連接，在鉚接部位的阻抗很小，但其他部位阻抗較大，在高頻時不能提供良好的低阻抗連接

3、栓接

通過螺栓連接，可以拆卸，但長時間使用后可能出現(xiàn)連接松動，有時通過螺紋接觸的兩個面會變成接觸線，并且由于腐蝕及高頻電流的集膚效應，射頻電流沿螺旋線流動，因而在很大程度上呈現(xiàn)電感性。17】開關操作瞬態(tài)騷擾的抑制 對感性負載的處理：

1、在負載兩端反向并聯(lián)二極管

2、反向并聯(lián)二極管并串入電阻

3、在負載兩端并聯(lián)電容

4、在負載兩端并聯(lián)電阻

5、并聯(lián)一對反向串聯(lián)的穩(wěn)壓管

6、在負載兩端并聯(lián)壓敏電阻 對開關觸點的處理：

1、在觸點兩端并聯(lián)阻容支路

2、在阻容支路的電阻上并聯(lián)二極管

3、在觸點兩端并聯(lián)穩(wěn)壓管

18】中國強制認證，簡稱CCC認證，是合并了原來的進口商品安全質量許可證制度（CCIB認證），安全認證強制性監(jiān)督管理制度（CCEE認證）和電磁兼容安全認證制度（CEMC認證）對強制性認證產品實施“四個統(tǒng)一”（即統(tǒng)一目錄，統(tǒng)一標準、技術法規(guī)和合格評定程序，統(tǒng)一標志，統(tǒng)一收費標準）。“CCC”認證標志是《第一批實施強制性產品認證的產品目錄》中產品準許其出廠銷售、進口和使用的證明標記 19】電磁兼容測量的主要儀器和設備：

1、EMI接收機

EMI接收機是進行電磁兼容測量的基本儀器

2、電磁干擾測量用輔助設備：天線，線路阻抗穩(wěn)定網絡，電流探頭，電壓探頭，功率吸收鉗

3、測量場地：開闊場地，屏蔽室，屏蔽電波暗室，橫電磁波傳播室，吉赫橫電磁波傳輸室

4、電磁敏感測試用設備：信號源，功率放大器，注入探頭，混響室，亥姆霍茲線圖

20】電磁兼容測量的基本方法：？p87

1、電磁輻射發(fā)射測量系統(tǒng)

電磁場輻射測量是測量電氣、電子設備的電磁輻射強度

2、電磁輻射敏感度測試系統(tǒng)：其測量方法主要由以下幾種1）用發(fā)射天線產生騷擾電磁場，2）用TEM小室或GTEM小室產生騷擾電磁場，3）用混響室產生騷擾電磁場，4）用亥姆霍茲線圈產生磁場

3、傳導發(fā)射測量系統(tǒng)：有以下幾種測量方法1）通過線路阻抗穩(wěn)定網絡LISN，2）用電流探頭測量電源線上的干擾電源，3）通過功率吸收鉗來測量電源線上的干擾功率

4、傳導敏感度測試系統(tǒng)：注入干擾信號有以下幾種方法1）通過變壓器向被測線路注入干擾信號，2）通過耦合/去耦網絡向被測線路注入干擾信號，3）通過注入探頭向被測線注入干擾信號

21】電磁干擾診斷測量，常用的測量方法：

1、用電流探頭檢測線纜中的騷擾電流

2、用電場探頭，磁場探頭查找印制電路板上的電場騷擾源

3、用電磁探頭查找機箱或屏蔽體的電磁泄漏

4、用光纖探頭檢查機殼對外部輻射的屏蔽作用

22】印制電路板的布局原則：①將數(shù)字電路與模擬電路分開；②將高頻、中頻和低頻電路分開；③有對外信號傳輸?shù)碾娐繁M量靠近連接器一側；④連接器置于電路板的一側。

23】印制電路板的布線原則：1）電路板的走線要短而粗，線條要均勻；2）為保持阻抗連續(xù)，應避免線的寬度發(fā)生突變，走線也應避免突然拐角。3）電源線和地線走線應盡量靠近，以減小電源回路的阻抗；在電源線和地線之間加高頻去耦電容，以減小電源阻抗；在集成電路等功率消耗器件的電源線和地線之間加去耦電容，且電容盡量靠近該器件。4）對不同的分區(qū)電路，應使用不同的電源線和地線，將其分別匯集并最后連接于一點，而不能簡單地串起來，以減小公共阻抗耦合；5）為減小串擾，應避免長距離平行走線，適當增加平行走線的間距，保持線條件的距離不小于兩倍的線條寬度(3W準則)，必要時可在兩條印制線間插入地線進行隔離6）減小信號回路的面積，以減小對外的輻射發(fā)射和接收的外

界輻射騷擾。

24】減小電力系統(tǒng)中的諧波，基本方法有兩類：1.對系統(tǒng)設備和用電裝置本身進行改造，使其不產生或者少量產生諧波2.裝設諧波補償裝置來補償諧波，包括 無源電力濾波器與有源電力濾波器的特點適用范圍

1、無源電力濾波器——是一種傳統(tǒng)的濾波方式，它利用電感、電容的串并諧振對某一頻率或一定頻率范圍呈現(xiàn)較低的阻抗，將其與電網并聯(lián)，可吸收電網中的諧振頻率的諧波電流。具有結構簡單、有功消耗低的優(yōu)點，但體積龐大、濾波效果差。

2、有源電力濾波器——它由電力電子器件構成，是一種動態(tài)抑制諧波、補償無功的電力電子裝置，能對大小和頻率變化的諧波以及變化的無功進行動態(tài)補償。有源電力濾波器的諧波補償效果顯著，但成本較高、容量有限。

第三篇：機載天線電磁兼容分析

姓名：周慧

學號：2011201270

專業(yè)：電磁場與微波技術

機載天線的電磁兼容性分析

姓名：周慧

學號：2011201270 摘 要：天線布局和電磁兼容是機載系統(tǒng)設計的關鍵性問題。針對機載天線的特點，本文對機載天線的電磁兼容性的核心問題和主要解決途徑進行了簡要介紹，對常用的有限元法、物理光學、幾何光學等天線電磁兼容技術分析方法進行了比較，結合機載天線的布局問題綜合分析機載天線的電磁兼容技術。關 鍵 詞：機載天線 ；電磁兼容 ；天線布局

一、引言

隨著當今科學技術的不斷進步，航空軍用電子設備已成為C3I 系統(tǒng)實施指揮和獲取情報的重要手段。預警機是情報、通訊、指揮和控制中心，要實現(xiàn)這些戰(zhàn)術指標，就必然要在飛機這么一個有限的空間里布置大量的電子電氣設備。飛機作為一個指揮控制單元，其工作頻譜覆蓋范圍從甚低頻（VLF）到超高頻（UHF），在大功率高頻（HF）和超高頻（UHF）設備產生并通過天線輻射的電磁環(huán)境中，保證機載設備的兼容性是相當重要而復雜的問題。在飛機系統(tǒng)的研制、生產和安裝過程中有必要研究其變化后的電磁環(huán)境，對其兼容性狀態(tài)進行分析，從而保證機載系統(tǒng)的正常工作。

機載通信系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)中無線通信設備比較多，而且還要綜合考慮飛機的飛行性能，安放天線的位置就受到一定的局限，因此系統(tǒng)中EMC 的問題尤為突出，在無法擺脫自身設備EMC的前提下，要降低這種干擾只能通過天線布局的方法，通過降低各天線對間的耦合度達到減小干擾的目的。

研究飛機天線系統(tǒng)的電磁兼容性的關鍵就是確定機載天線的輻射特性，得到其輻射方向圖。確定機載天線的輻射特性可以通過實驗的方法，如利用暗室和飛機模型測試數(shù)據，但是這樣會浪費大量的人力、物力和財力，因此研制機載天線系統(tǒng)電磁兼容預測分析軟件己成為當務之急。EMC預測分析的目標是評估全機的電磁兼容性狀態(tài)，分析是否存在電磁干擾，以便于總體采取措施排除，盡量減少干擾問題的出現(xiàn)，確定關鍵性區(qū)域和關鍵性設備，確定干擾測試的重點，并為今后系統(tǒng)及設備設計和系統(tǒng)使用提供數(shù)據。

二、機載天線電磁兼容的基本理論

天線的電磁兼容，指天線或天線系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中，其自身性能既不下降又不影響其它天線性能的一種共存狀態(tài)。即某一設備上的天線既不會由于受

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姓名：周慧

學號：2011201270

專業(yè)：電磁場與微波技術

到處于同一電磁環(huán)境中的天線布局、載體、鄰近散射體和其它天線的影響而遭受不允許的性能降低，也不會使同一電磁環(huán)境中其它天線性能遭受不允許的性能降低。值得指出的是，電磁環(huán)境除了包括安裝天線的平臺、平臺上的其它天線、遮擋物、突出金屬物以外，在這里還特別增加了一項“鄰近散射體”。這里所說的鄰近散射體，包括了鄰近載體、地形地物和海面等。

從廣義上講，機載天線的電磁兼容性包含有兩個基本概念，輻射限制和抗擾度限制。輻射限制是指在不需要的空間和不需要的頻段上其輻射量的控制。抗擾度限制是指天線自身對惡意發(fā)射與難以避免的反射、散射、漏射、繞射、雜亂漫射、傳導等電磁能量的響應能力。

三、機載天線電磁兼容的技術重點

機載天線對整個系統(tǒng)的電磁兼容性能影響非常明顯。這主要是因為天線具有如下兩個特點：

1、天線的功能是完成電磁能量從“場”到“路”的雙向轉換，即將空間中的電磁場能量接收至傳輸線內成為導波，或將傳輸線內的導波輻射至空間形成電磁波。

2、多數(shù)天線輻射能量大、接收靈敏度高。相對于導線、設備、孔縫等無意輻射源，天線輻射能量要大若干個數(shù)量級。

本質上講，機載天線的電磁兼容的核心問題就是輻射限制和抗擾度限制。因此解決天線的電磁兼容應從以下三個方面著手：電磁兼容實現(xiàn)手段、電磁兼容效果計算分析和天線布局優(yōu)化設計。

1、電磁兼容實現(xiàn)手段

目前實現(xiàn)天線之間電磁兼容的主要手段，是通過增加天線之間的隔離度削弱天線間的相互影響，而衡量天線之間相互影響強度的指標即天線的隔離度，機載天線之間的隔離度是描述天線之間耦合的一種方式，它充分反應了天線的方向性、增益、極化狀態(tài)、帶內帶外特性和天線之間的空間對收發(fā)天線間能量耦合的貢獻。為準確表達天線間的隔離程度，將發(fā)射天線的發(fā)射功率Pta與接收天線所接收的功率Pra的比值定義為天線隔離度（Pra為Pta經過各種衰減后被接收天線所接收的功率值），通常在工程應用中，以dB 為單位表示，即：

L(dB)?10lgPta

（1）Pra當2個天線均處于彼此遠區(qū)場的情況下，其能量耦合主要通過輻射場實現(xiàn)。

設發(fā)射天線發(fā)射功率為P ta，增益為Gt，接收天線的接收功率為Pra，增益

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為Gr。接收天線與發(fā)射天線間的距離為D，一般情況下，收發(fā)天線直視時的天線隔離度可由公式（1）所表達的物理意義求解。當收發(fā)天線外形尺寸與D 相比較小時，收發(fā)天線均可近似被認為是具有一定方向性的點源，則發(fā)射天線發(fā)出的電磁波可被近似為球面波，且在接收天線處可視作平面波，此時天線隔離度可表示為：

L(dB)?L?G?G

（2）

dtr4?D式中，L?20lg為收發(fā)天線直視情況下的空間隔離，Ld由收發(fā)天線間的距d?離D和分析波長λ等因素決定，Gt為發(fā)射天線在接收方向的天線增益，應根據收發(fā)天線的相對位置從機載發(fā)射天線增益方向圖中讀??；Gr為機載接收天線在發(fā)射方向的天線增益，應根據收發(fā)天線的相對位置從天線增益方向圖中讀取。

當收發(fā)天線之間的極化不完全匹配時，還要考慮極化失配帶來的隔離度LP這一項，即總的天線隔離度為：

L(dB)?L?G?G?L

（3）

dtrp如果天線不能同時滿足位于彼此的遠區(qū)場，則2天線之間的相互干擾主要不是通過輻射場進行的，而是通過近區(qū)束縛場或近區(qū)感應場實現(xiàn)。

工程上圓極化對垂直極化或水平極化的損耗為3dB左右，垂直極化和水平極化間的失配損耗為20-35dB，由于機身表面天線的安裝方位比較復雜，極化失配損耗要比以上2個值要小。

2、電磁兼容效果計算分析

機載天線的電磁兼容實施過程中一個重要的環(huán)節(jié)，就是以計算機為工具，利用電磁場理論和計算電磁學的相關知識，對天線電磁兼容性的效果進行仿真計算和分析。通常情況下，對單個天線結構的阻抗特性和輻射特性的分析往往采用數(shù)值方法，而對于天線之間耦合特性（隔離度）的分析（該文中僅指遠場情況下），往往采用高頻方法。

隨著計算機性能的快速提高，電磁場數(shù)值計算技術日益成為應用電磁學領域內的一個研究熱點。由于數(shù)值計算方法直接以數(shù)值的形式代替解析表達式描述和求解電磁場問題，故在理論上只要計算機配置足夠高，等待足夠的時間，就可以得到以任意精度逼近準確值的幾乎所有電磁場問題的解答。常用的數(shù)值計算技術包括有限元方法（FEM）、時域有限差分方法（FDTD）和矩量法（MOM）等。

有限元法是非常具有代表性、應用范圍廣泛的頻域數(shù)值方法。該方法以變分原理和剖分插值為基礎，能處理任意形狀的場域、多介質和復雜交界面等情況。其所形成的代數(shù)方程系數(shù)矩陣具有對稱、正定和稀疏性的特征，因而收斂性好，3 / 6

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容易求解。由于具有這些優(yōu)點，有限元法成為國內外學者的一個研究熱點。但是有限元法雖然是一種靈活性強的數(shù)值計算方法，但它只適合于最大尺寸約為幾個波長以下的物體。所以使用范圍也受到一定的局限。

機載天線工作頻率一般很高，而飛機一般有十幾米到幾十米長，因此機載天線系統(tǒng)是電大尺寸系統(tǒng)，對此系統(tǒng)的分析需要應用高頻近似技術。高頻近似技術是在相當嚴格的理論基礎上發(fā)展的一系列近似方法和漸進的高頻解析方法，一般可歸納作2 類：一類基于射線光學，包括幾何光學（GO）、幾何繞射理論（GTD）以及在基礎上發(fā)展的一致性繞射理論（UTD）等；另一類基于波前光學，包括物理光學（PO）、物理繞射理論（PTD）、等效電磁流方法（ECM）以及增量長度繞射系數(shù)法（ILDC）等。

物理光學法是通過對表面感應場的近似和積分來求解散射場的，它克服了平表面和單彎曲表面所出現(xiàn)的無限大的問題。由于感應場保持有限，散射場也就同樣有限。

幾何光學是研究射線傳播的一種理論，它是適用于計算電磁場零波長近似的高頻方法。但是幾何光學只研究直射、反射和折射問題，它無法解釋繞射現(xiàn)象。當幾何光學射線遇到任意一種表面不連續(xù)的情況，例如邊緣、尖頂，或者在向曲面掠入射時，它將不能進入到陰影區(qū)。按幾何光學理論，陰影區(qū)的場應等于零，但實際上陰影區(qū)的場并不等于零。為了解除幾何光學場的不連續(xù)性問題，并對幾何光學場計為零的場區(qū)中作出適當修正，引入了一種新的射線—繞射線，其對應的理論即幾何繞射理論。

幾何繞射理論的基本概念可以歸結為以下3 點：

1繞射場是沿繞射射線傳播的，這種射線的軌跡可以用廣義費馬原理確定。○2場的局部性原理：在高頻極限情況下，反射和繞射這一類現(xiàn)象只取決于○反射點和繞射點臨近域的電磁特性和幾何特性。

3離開繞射點后的繞射射線仍遵循幾何光學的定律?！?/p>

3、天線布局優(yōu)化設計

布局設計首先是天線自身的仿真與設計，其性能指標以能否滿足應用要求為先決條件，但這往往還不夠。實際中常會遇到這樣的情況，單獨看這個天線，其各項性能指標均合格，一旦配置到載體上，其主要參數(shù)幅度方向圖和相位特性將有程度不等的劣化，此時必須對天線進行必要的修改，有時甚至需要重新進行方案論證與選擇。

機載天線的布置應遵循如下的4個原則：

1飛機電子系統(tǒng)中各分系統(tǒng)的天線布置應充分發(fā)揮各分系統(tǒng)的戰(zhàn)技性能，○完成各自所擔負的任務。

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2分系統(tǒng)天線間輻射干擾影響盡量小，即盡量減少輻射耦合?！?要充分利用載體的遮檔?！?實際天線布局設計是一個綜合性的反復調整過程?！鹣旅嬉砸粋€實際的飛機來綜合考慮分析其各天線的布置情況

圖 1 某飛機的機載天線布局

1探測雷達天線布置 ○考慮飛機氣動力學影響，可采用共形相控陣天線型式，并將天線置于機身兩側和前后。

2GPS天線布置 ○GPS 接收天線，它用于接收衛(wèi)星信號，因此要安裝在機身上方，且盡量遠離探測雷達。

3ESM天線布置 ○無源探測（以ESM 為例）頻帶寬，接收靈敏度高，因此ESM 天線要遠離那些落于其工作頻帶的發(fā)射源，故ESM 天線應安裝于機身前后位置。

4JTIDS天線布置 ○對JTIDS天線布置考慮應空對空、空對地通信，因此將它安裝于機身上下方。5通信天線尤其是V/UHF 天線數(shù)量多，頻段寬，要考慮減少相互影響，合○理布局。

在初步確定了天線在載體上的布局后，就可進行機載天線耦合干擾及天線方向圖的計算機預測與分析，通過不斷的調整天線的位置，最終找到最佳的天線布局方案。

四、國內外機載天線布局和EMC的發(fā)展動態(tài)

西方發(fā)達國家早在二戰(zhàn)后就對飛機的EMC做了大量的研究工作，特別是美

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國在六七十年代中期對電磁兼容性研究所做的工作，比較全面和系統(tǒng)地考察了航空、航天、航海領域中的電磁兼容機理，并進行了研究和分析，獲得了大量的資料和經驗，取得了較好的效果。如美軍先后研究出F-4，F(xiàn)-15系列飛機EMC分析方法和數(shù)學模型，并將其應用于飛機的設計、研制和維修中，取得了許多技術成果和顯著的經濟效益。海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭及近期的反恐戰(zhàn)爭等，使各國對美國等西方各種武器的先進性有了更直觀的認識，而戰(zhàn)爭中美國飛機的卓越性能都體現(xiàn)了研究飛機天線系統(tǒng)EMC的價值。

我國在這方面研究起步很晚，與國外相比水平還遠遠落后，直到70年代后才開始著手研究，而且發(fā)展速度緩慢，導致我國與發(fā)達國家拉下很大距離。目前，我國已經有一些部門和單位開始重視并從事這方面的工作，實現(xiàn)技術的跨越式發(fā)展，可望在不遠的未來趕上先進發(fā)達國家的水平，從而能夠利用EMC控制，使系統(tǒng)和設備與環(huán)境相融合，完成對電子設備的一體化設計。

參考文獻

[1] 湯仕平,楊景發(fā).飛機天線間兼容性分析及工程應用[J].電磁干擾抑制技術.[2] 王良剛,陳龍.機載C3I 系統(tǒng)電磁兼容技術研究[J].電訊技術,1997,37(2).[3] 邱揚,俞智敏,袁軍,田錦.機載通信系統(tǒng)EMC設計中天線布局優(yōu)化設計[J].艦船電子工程,2004.[4] 路志勇,宋長宏.機載系統(tǒng)天線布局及電磁兼容性分析[J].微波學報,2010.[5] 林澤祥,蘭強.天線的電磁兼容技術[J].電波科學學報,2007,22(1).[6] 袁旭猛,王浩.機載天線電磁兼容技術分析[J].無線電通信技術,2011,37(4).[7] 陳晨.機載天線輻射特性及耦合研究[D].西安:西北工業(yè)大學,2006.6 / 6

第四篇：高速電路板電磁兼容性分析

畢 業(yè) 論 文

論文題目： 高速電路板電磁兼容性分析

系 部：

專業(yè)名稱： 班 級： 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成時間： 年月 日

高速電路板電磁兼容性分析

摘要：本文首先對電磁兼容的基本概念作出了簡要的回答，接著引出了在高速電路板中存在的電磁兼容問題，主要是其產生的原因，重點是電磁干擾的內容，以及相應的解決辦法。由這些問題給出了高速電路板在電磁兼容性上的設計方法，包含了元器件的放置、去耦電容的放置等基本原則。最后通過對PCBMOD仿真軟件的簡單介紹使PCB板的EMC問題在計算機輔助軟件的幫助下大為簡化，使復雜的問題在現(xiàn)實應用中的解決成為可能。

關鍵詞：電磁兼容性（EMC）；電磁干擾（EMI）；電磁敏感性（EMS）

High speed circuit board electromagnetic compatibility analysis

Abstract: This article first has made the brief reply to the electromagnetic compatibility basic concept, then has drawn out the electromagnetic compatibility question which exists in the high-speed circuit board, mainly is the reason which it produces, the key point is the electromagnetic interference content, as well as corresponding solution.Has given the high-speed circuit board in electromagnetic compatibility design method by these questions, has contained the primary device laying aside, the decoupling electric capacity laying aside and so on the basic principle.Finally through causes PCB to the PCBMOD simulation software simple introduction the board the EMC question to assist the software in the computer under the help is greatly the simplification, causes the complex question in the reality application solution into possible

Key words: Electromagnetic compatibility（EMC）； Electromagnetic interference（EMI）；Electromagnetic sensitivity（EMS）

目錄

引言...............................................................................................................................3 1.電磁兼容性的概念與內容........................................................................................3

1.1電磁兼容的概念.................................................................................................................3 1.2電磁兼容包含的內容.........................................................................................................4

2.高速電路板的電磁兼容性........................................................................................4

2.1高速電路板電磁干擾的產生原因.....................................................................................4 2.2電磁干擾的解決辦法.........................................................................................................6

3.PCB板電磁兼容性設計原則及方法.......................................................................7

3.1 元器件的放置....................................................................................................................7 3.2 PCB板的疊層布線............................................................................................................8 3.3 去耦電容的放置及使用方法............................................................................................8

4.PCB板的EMC仿真分析........................................................................................8

4.1 EMC仿真介紹..................................................................................................................8 4.2 PCBMOD仿真軟件..........................................................................................................9

5.應用單片機設計PCB板........................................................................................10

5.1設計流程...........................................................................................................................10 5.2設計注意事項...................................................................................................................11

結束語.........................................................................................................................12 參考文獻.....................................................................................................................13 致謝詞.........................................................................................................................14

引言

科學技術的發(fā)展，特別是集成電路的發(fā)展，帶動著高速電路的飛速發(fā)展，電子設備體積越來越小，集成度卻越來越高，高速、高密度的數(shù)字電路設計成為主要發(fā)展方向。隨著邏輯電路中時鐘頻率的提高、板上器件數(shù)和布線數(shù)的不斷增加，印制板的電磁兼容性問題越來越突出。這些問題的解決直接關系到數(shù)字電路功能的實現(xiàn)和電子設備的質量。

正如前面所說，電路工作頻率的越來越高使電路板的EMC問題越來越復雜，現(xiàn)在的CPU的工作時鐘頻率已經達到4GHz。正因如此，才需要我們深入研究高速電路板的電磁兼容性問題，盡可能早的發(fā)現(xiàn)問題，并實現(xiàn)PCB板的EMC設計所提出的要求，就可以避免產品定型生產之后再解決問題所帶來的成本上升和時間的延誤。

1.電磁兼容性的概念與內容

1.1電磁兼容的概念

在現(xiàn)代社會里，微電子技術已深入到各個領域。由于電子技術中的高頻器件占據很大的份額，使人們并不希望見到的電磁輻射幾乎無處不在，形成了一種所謂的電磁污染。此外由于工作空間的狹窄，許多電磁能量的輻射體與接受裝置不得不現(xiàn)相互為鄰，影響到這些設備的正常工作與效率。這些問題的解決都需要用到電磁兼容（Electromagnetic Compatibility, EMC）的相關理論。國際電工委員會對電磁兼容性的定義為：EMC是電子設備的一種功能，電子設備在環(huán)境中完成其功能，而不產生不能容忍的干擾。電磁兼容性問題已經形成一門新的學科，也是一門以電磁場理論為基礎，包括信息、電工、電子、通信、材料、結構等學科的邊緣科學。電磁兼容性問題也是要求多動手實踐的一門技術，僅僅是理論知識的積累只能將理解停留在表面，只有多動手操作，多掌握實踐經驗才能深入掌握分析的技巧。

1.2電磁兼容包含的內容

根據IEC給出的定義我們可以用一種通俗說法：EMC就是研究設備或系統(tǒng)的電磁干擾和抗擾度的問題，也就是說所有的電子設備既不要成為一個電磁干擾源，對周圍的設備的正常工作產生不良影響；又能承受周圍電磁環(huán)境中從各種途徑傳輸?shù)母鞣N電磁干擾，而保證自身設備的正常工作。

電磁兼容（EMC）=電磁干擾（EMI）+電磁敏感度（EMS）

電磁干擾是指任何可能引起裝置、設備或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或無生命物質產生損害作用的電磁現(xiàn)象。任何一個電磁干擾現(xiàn)象的發(fā)生都要具備三個要素：干擾源，耦合途徑，敏感設備。

在電磁兼容理論中，電磁干擾源是指產生電磁干擾的器件、設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)或自然現(xiàn)象。一般說來電磁干擾源分為兩大類：自然干擾源和人為干擾源。

敏感設備是指對電磁干擾發(fā)生響應的系統(tǒng)或設備的總稱。要注意許多電器裝置既是輻射體又是敏感體，如計算機內部的時鐘脈沖頻率發(fā)生器工作時將泄漏出電磁輻射擔當干擾源的角色，但同時又易受到外界的電磁能量的影響而成為敏感體。

耦合途徑是指把能量從電磁干擾源耦合到敏感設備上，并引起該設備響應的媒介。一般有兩種方式：傳導耦合方式和輻射耦合方式。

傳導耦合：這種方式比較簡單，因為干擾源與敏感設備之間有明確的連接電路，電磁能量就沿著連接電路從干擾源傳輸?shù)矫舾性O備上。

輻射耦合：因為沒有具體的連接電路，電磁能量只能以電磁波的方式在空間傳播，從干擾源傳到敏感設備。

2.高速電路板的電磁兼容性

2.1高速電路板電磁干擾的產生原因

數(shù)字電路中，在系統(tǒng)時鐘頻率超過50MHz并且工作在這這個頻率之上的電路已經占到整個電子系統(tǒng)的三分之一以上，或采用了上升／下降時間少于5ns的器件，就是高速電路，考慮傳輸線效應和傳輸延遲。實際上，信號上升沿與下降沿的諧波頻率比本身的頻率高很多，就導致不能按照理論傳輸來計算。數(shù)字電路 4 的時鐘信號包含了大量的諧波分量，因此數(shù)字電路的時鐘頻率就不能看成是PCB布線中的最高頻率，從而就為PCB板中通過射頻電流提供了先決條件。

又由電磁場基本理論的可知，當PCB印制線中存在射頻電流時，電流從電流源流到負載，通過返回路徑返回形成閉合回路，就會形成磁場，該磁場又會產生一個輻射磁場，與電磁波的形成與傳播類似，電磁場的交互作用實現(xiàn)了射頻能量的產生與傳播。因為PCB印制線與射頻電流返回路徑沒有完全重合，磁場與返回結構間的磁通耦合就沒有達到百分之百，剩余的射頻電流就是在PCB板中引起電磁干擾的主要原因。如圖1所示

圖1 高速電路板電磁干擾產生原因

印制電路板中的電磁干擾問題包括高頻信號之間的串擾問題，高頻信號的電磁輻射問題，高頻信號傳輸?shù)姆瓷鋯栴}，其中尤以高頻輻射問題最為嚴重，因為頻率越高，印制線、電源線的阻抗就越高，因此就會通過公共阻抗耦合產生干擾，頻率增高會使寄生電容容抗減小，就容易發(fā)生串擾。

現(xiàn)具體說明如下：

（1）高頻器件輻射的電磁干擾，通常情況下，PCB板的工作頻率太高，布線布局不合理，沒有采取有效的屏蔽措施就會導致輻射干擾。數(shù)據顯示產生的干擾噪聲是時鐘頻率的3倍。

（2）系統(tǒng)電源自身的噪聲干擾。系統(tǒng)電源在提供能源的同時，也將其寄生的干擾噪聲加到電路中，系統(tǒng)中的模擬信號電路很容易受到此類干擾。

（3）大電流驅動電路產生的干擾，電路中大電流開關在動作時會產生電火 5

花干擾。

（4）高頻信號之間的串擾，信號在傳輸線上傳輸時，因為有電磁耦合，所以對相鄰的傳輸線會產生干擾。對于兩條信號之間的耦合問題，主要是信號線之間的互感和互容。

（5）高頻信號傳輸?shù)姆瓷鋯栴}，高頻信號在傳輸時，當源端與負載端阻抗不匹配時，就會在終端發(fā)生發(fā)射，使信號發(fā)生變形。

2.2電磁干擾的解決辦法

針對高速電路板中存在的電磁干擾問題，現(xiàn)提供以下解決措施：

（1）盡量選用頻率低的芯片來提高系統(tǒng)的抗干擾能力，頻率越高就越容易成為噪聲源，產生的高頻噪聲就越大，電磁干擾就越強，在設計時，在能滿足要求的情況下盡量使用頻率低的芯片。

（2）選用高精度的穩(wěn)態(tài)電源供電，電源供電時會將寄生的噪聲加到電路中，使用穩(wěn)態(tài)電源供電會減少這一類噪聲，還要增加電源線的寬度以減少環(huán)路電阻。

（3）設計高速PCB板時，信號的走線越短越好，過孔數(shù)目最好不要超過2個。

（4）減少信號間的交叉干擾，高頻信號傳輸時，會產生傳輸線效應（傳輸線不僅僅作為導線，還會產生分布電容和分布電感，影響信號的傳輸），導致傳輸信號的失真，高速數(shù)字信號傳輸時，會干擾與之平行的另一條傳輸線，這就是信號間的交叉干擾，為此要盡可能的縮短高頻器件間的連接線。

（5）PCB板的合理布局結構，布局不當是造成干擾的主要原因，所以正確的布局布線是設備正常運行的基本保證之一。首先是PCB板的尺寸大小，尺寸太大會增加它的成本，降低它的抗噪能力，太小則臨近線條容易受到干擾。盡可能將強電信號與弱電信號分開，模擬信號與數(shù)字信號分開，用地線將兩區(qū)域分離，將模擬地與數(shù)字地分離，接于電源地，干擾源與敏感器件分離，元器件應均勻、整齊、緊湊的排列在PCB板上，盡量減少各元器件之間的引線和連接線。

（6）合理解決電源線和地線連接多造成的電磁干擾，大多數(shù)的電磁干擾都是通過地線引入的。地線存在阻抗，地線中流過電流時會產生電壓降，因為在地線中有了環(huán)路電流、電壓降，就產生了地環(huán)路干擾。解決方法就是切斷地環(huán)路，增加地環(huán)路阻抗。共用一段地線會產生公共阻抗耦合，解決辦法是為每個模塊提

供一個公共電位參考點，讓每個電路模塊的接電線最終匯流與公共電位參考點，由于只有一個參考點，也就沒有了公共耦合阻抗的存在，也就沒有了干擾問題。

（7）用去耦電容去除高頻噪聲，頻率越高容抗就越低，將其并聯(lián)在信號線與地線之間，就能濾除掉高頻噪聲。將每個芯片都加上一個電容不僅能儲存能量，還能旁路掉高頻噪聲，電容引線不宜過長，引線長了，其感應電感就越大，電容的諧振頻率就越低，旁路作用就會減弱。

3.PCB板電磁兼容性設計原則及方法

PCB板的電磁兼容性設計要遵循的原則有很多，這里只簡要介紹本文用到的幾條比較重要的準則。

①：信號電流環(huán)路面積要最小，眾所周知所有的電子信號有電壓也有電流，信號電流總是要形成閉合回路，把信號電流環(huán)路面積設計最小是為了防止信號輻射或耦合至其他電路，PCB設計者要為每個信號電流設計一條回到源頭的低阻抗路徑；②：不要在連接端口之間放置高頻電路，大部分從板上輻射出去和從外界耦合至板上的電磁能量都是從I／O連接端口這個路徑。③：控制數(shù)字信號的轉換時間，時鐘信號的高次諧波是產生干擾的重要原因，通過控制信號的上升下降時間，可以很好的衰減高次諧波而不降低信號質量和誤碼率。④:第一條規(guī)則告訴我們信號要有完整的閉合回路而不能存在間隙，如果回路平面出現(xiàn)縫隙會使高頻電流通過高阻抗的路徑回到源端，這會導致輻射電磁干擾。

基于這四個方面，對高速PCB板的EMI設計作一詳細介紹。

3.1 元器件的放置

元器件的放置非常重要，其直接導致信號的流向，應注意的方面很多。

㈠ 時鐘發(fā)生器的放置

時鐘信號為PCB板內的高頻信號，所以它的走線應該設計的最短，不能在I／O接口附近。

也不能在例如DC電源這樣的內部接口附近，時鐘電路不能放置在PCB 7

板的邊緣。

㈡ CPU／內存的器件放置

和時鐘信號相同，CPU／內存器件也是高頻器件所以也不能放置在I／O電路附近，同樣也不能放在內部接口附近。

3.2 PCB板的疊層布線

1：高速總線和時鐘線是頻率最高的走線，所以要最先布線。

2：高速信號線和時鐘線要遠離I／O的接口處，這在元器件的放置中有所提及，原因也是頻率高易產生高頻干擾。

3：在高速、高頻和大電流流經的區(qū)域不能有I／O信號線。

4：在同一疊層或臨近層上，時鐘線與I／O信號線不要平行或靠近以免發(fā)生串擾。

5：時鐘區(qū)域是高頻區(qū)域不能有無關的走線穿越，電源分割區(qū)域不能有無關的走線穿越是由原則四決定的。

3.3 去耦電容的放置及使用方法

1.符合高速定義的部件必須使用去耦電容。

2.去耦電容的走線越寬越好，這樣的走線阻抗越大。3.為集成電路的每一個電源管腳配置一個去耦電容。

4.每一個去耦電容都要通過走線接地，還要保證走線的電感達到最小。5.為了達到第四點中的走線電感最小，可以用兩根地線接去耦電容。

4.PCB板的EMC仿真分析

4.1 EMC仿真介紹 PCB板存在的EMC問題：

信號的串擾、反射造成信號的完整性問題 電源／地電壓的波動造成電源的完整性問題 電磁場的輻射造成電磁干擾和抗干擾問題

4.2 PCBMOD仿真軟件介紹

PCBMOD軟件主要適應于計算機、通信領域的PCB和電纜的EMC模擬。支持高速的數(shù)字信號、模擬信號或者模數(shù)混合信號以及電源的設計，可采用頻域和時域兩種方法對2D或3D線性傳輸線模型以及電源/接地問題進行分析。

PCBMOD可用于PCB板的EMC分析，有二維和三維場求解器及高級網絡仿真器，功能強大，提供PCB布線設計、器件布局和電源／地優(yōu)化設計等電磁兼容和信號完整性仿真分析,不僅可以直接導入多種PCB布線EDA軟件模型（如Protel等軟件）還能精確考慮串擾、趨膚效應等問題。其分析流程如圖2所示：

圖2 PCBMOD軟件EMC仿真流程

如圖所示，首先將PCB板的相關幾何尺寸的參數(shù)輸入到軟件中，接著就是 9

在二維或三維場求解器對它進行時域和頻域的EMC、EMI問題。在定義完PCB板的激勵、負載和相應的內外部端口后對其進行電路網絡的分析，這得益于軟件內置的CAD設計工具，下一步是電磁輻射的分析，包括電磁干擾和電磁敏感度兩個方面的分析，最后觀察得到的結果。

PCBMOD可以用在PCB和集成電路設計的各個階段，它包含了ATHOS，Static2D／3D和Stat Mod，對模擬和數(shù)字電路都可以分析。ATHOS是一個可視化PCB電路編輯器。Static2D／3D是一個基于BEM（邊界元方法）的二維或三維的模擬器，能分析數(shù)字電路和高頻模擬電路。Stat Mod 是個3D EMC頻域模擬程序，它利用了PEEC（部分元等效電路法）數(shù)值分析算法。它內置了PCB設計CAD軟件。適應于低頻模擬電路。

5.應用單片機設計PCB板

5.1設計流程

單片機系統(tǒng)的設計主要包括電路原理圖的設計，PCB板的設計，制作軟件的編程，以及系統(tǒng)的集成等方面。

①根據需要，首先制定出總體方案，總體方案首先制定出硬件電路圖，包括單片機的選擇，單片機及擴展的設計，外部設備和接口設計等。

②根據原理圖設計PCB板也有一個具體的流程：開始→規(guī)劃電路板→設置參數(shù)→裝入網格表及元件的封裝→布置元件→自動布線→手工調整→存盤及打印輸出→結束。雖然這一過程主要是由Protel99SE完成，但仍需要注意一些問題：

（1）板的布局（2）高低壓之間的隔離（3）PCB板的走線（4）印制導線的寬度（5）印制導線的間距（6）印制導線的屏蔽與接地

③根據單片機所支持的指令系統(tǒng)和設計任務的基本要求確定軟件的設計內 10

容。為使軟件設計工作思路清晰，一般把系統(tǒng)的全部軟件工作，劃分成幾個模塊，每個模塊就能完成一定的功能，每個模塊可相互獨立，又可通過指令相互聯(lián)系和調用。

5.2設計注意事項.單片機系統(tǒng)的設計涉及到許多問題，要注意的事項很多，這里只簡要介紹：

①單片機以及電路所用器件的選擇，包括單片機的選擇和電路器件的選擇兩個方面問題。

②PCB板設計應注意的問題：

（1）盡量控制噪聲源，盡量減小噪聲的傳播與耦合，盡量減小噪聲的吸收

（2）PCB板要合理分區(qū)，通常分為3區(qū)，即模塊電路區(qū)（怕干擾）、數(shù)字電路區(qū)（既怕干擾又產生干擾）、功率驅動區(qū)（干擾源）

（3）時鐘震蕩電路和特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來，讓周圍電場趨近于零

（4）I／O驅動器件功率放大器件應盡量靠近板邊設計、靠近引出接插件

（5）單面板和雙面板設計中，地線和電源線要盡量粗，信號線的過孔要盡量少

③電路抗干擾問題，其解決主要可以從以下幾個方面考慮：

（1）電源抗干擾措施

（2）接地問題

（3）輸入輸出通道的抗干擾措施

（4）傳輸線的抗干擾措施

結束語

本文主要闡述了電磁兼容性的概念，高速電路板存在的電磁兼容性問題及解決方法，在此基礎上提出了幾點PCB板的設計方法，對高速電路板的EMC仿真作了簡要的介紹，最后結合所學單片機內容對PCB板的設計給出了幾點意見。此次論文的完成與指導老師的耐心知道息息相關，希望老師能繼續(xù)嚴格要求，在現(xiàn)有的基礎上更上一層樓。

參考文獻: [1] 何為 楊帆，《電磁兼容原理和應用》，清華大學出版社，2009年

[2] 鄭軍奇，《電子產品設計EMC風險評估》，電子工業(yè)出版社，2008年 [3] 鄭軍奇，《EMC電磁兼容設計與測試案例分析》，電子工業(yè)出版社，2010年

[4] 李富同，《高速PCB板的電磁兼容性設計及仿真分析》，http://wenku.baidu.com/view/03254e21af45b307e8719748.html，2007年

致謝詞：

這次論文能夠順利完成,我得感謝我的指導老師以及幫助過我的同學,在這里我要深深的表示我的謝意!在本論文的寫作過程中，我的老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，在此我表示衷心感謝。

在此，我還要感謝在一起生活的大學同學，因為有了你們，我才能有了一個充實愉快的大學生活，直至論文答辯，直到畢業(yè)。最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。

第五篇：繼電器電磁干擾的分析及抑制

繼電器電磁干擾的分析及抑制

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(2012-06-06 10:38:50)

標簽：

分類： 其它知識 繼電器

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摘要：本文主要介紹了對電氣設備中繼電器及其開關觸點干擾抑制的機理，提出了抑制干擾的有效措施。

關鍵詞：繼電器 電磁干擾 分析 抑制

1前言

隨著科學技術的飛速發(fā)展，電子、電力電子、電氣設備應用越來越廣泛，它們在運行過程中會產生較強的電磁干擾和諧波干擾。其中，電磁干擾具有很寬的頻率范圍（從幾百Hz到MHz），又有一定的幅度，經過傳導和輻射會污染電磁環(huán)境，對電子設備造成干擾，有時甚至危及操作人員的安全。特別是大功率中、短波廣播發(fā)射中心，其周圍電磁環(huán)境尤為復雜，要想保證設備安全穩(wěn)定運行，電子設備及電源必須具有更高的電磁兼容性。

2電磁干擾的抑制

電磁干擾EMI(Electromagnetic Interference)是指由無用信號或電磁騷擾（噪聲）對有用電磁信號的接收或傳輸所造成的損害。一個系統(tǒng)或系統(tǒng)內，某一線路受到電磁干擾的程度可以表示為如下關系式：

N=G×C/I

其中：G為噪聲源強度；

I為受干擾電路的敏感程度；

C為噪聲通過某種途徑傳導受干擾處的耦合因素。

從上式可以看出，電磁干擾抑制的技術就是圍繞這三個要素所采取的各種措施，歸納起來就是：

（1）抑制電磁干擾源；

（2）切斷電磁干擾耦合途徑；

（3）降低電磁敏感裝置的敏感性。

2.1抑制電磁干擾源

首先必須確定干擾源在何處，越靠近干擾源的地方采取措施抑制效果越好，一般來說，電流電壓瞬變的地方（即di/dt或du/dt）即是干擾源，如：繼電器開合、電容充放電、電機運轉、集成電路開關工作等都可能成為干擾源。另外，市電并非理想的50Hz正弦波，其中充滿各種頻率噪聲，也是不可忽視的干擾源。

抑制干擾源就是盡可能的減小di/dt或du/dt，這是抗干擾設計時最優(yōu)先和最重要的原則。減小di/dt的干擾源，主要是在干擾回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實現(xiàn)；減小du/dt的干擾源，則是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現(xiàn)。

抑制方法通常采用低噪聲電路、瞬態(tài)抑制電路、穩(wěn)壓電路等，所選用的器件應盡可能采用低噪聲、高頻特性好、穩(wěn)定性高的電子元件，特別要注意，抑制電路中不適當?shù)钠骷x擇可能會產生新的干擾源。

2.2切斷電磁干擾耦合的途徑

電磁干擾耦合途徑主要包括傳導和輻射兩種。

所謂傳導干擾是指通過導線傳播到敏感器件的干擾，抑制傳導干擾主要是通過在導線上增加濾波器的方法切斷干擾源，有時也可加隔離光耦來解決。濾波器分為低通（LPF）、高通（HPF）、帶阻（BEF）、帶通（BPF）等四種，可根據信號與噪聲頻率的差別選擇不同類型的濾波器，對于要求較高的設備，則必須采用穿心濾波器。

輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾，對于輻射干擾，主要是采用屏蔽技術和分層技術。屏蔽技術是一門科學，選擇合適的屏蔽材料，在適當?shù)奈恢眠M行屏蔽，對于屏蔽效果至關重要，尤其是屏蔽室的設計?？晒┻x擇的屏蔽材料種類繁多，有各種金屬板、銅絲網、導電橡膠、導電膠、導電玻璃等等，應根據需要進行選擇。屏蔽室的設計應充分考慮門窗、通風口、進出線口的屏蔽與搭接，除靜電屏蔽外，還應考慮磁屏蔽及接地。

2.3降低電磁敏感裝置的靈敏度

電磁敏感裝置的靈敏度本身具有矛盾的雙重性，一方面，人們希望電磁敏感裝置靈敏度高一些，以提高對信號的接收能力；另一方面，其靈敏度越高，受噪聲影響的可能性也就越大。因此，應根據具體情況，采用降額設計、屏蔽設計、網絡鈍化、功能鈍化等方法使問題得到解決。

電磁干擾抑制方法很多，可以選擇一種或多種綜合應用，但不論選擇什么方法，都應從設計之初就著手系統(tǒng)電磁兼容性的考慮。

3繼電器及其開關觸點干擾的抑制

繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子等設備中，是最重要的控制元件之一。繼電器的開合本身所產生的電磁干擾是絕對不能忽視的，為保證各種設備的安全穩(wěn)定運行，對繼電器及其開關觸點電磁干擾的抑制尤為重要。

3.1繼電器線圈瞬變干擾的抑制

繼電器線圈（以直流繼電器為例）是感性負載，在電源斷電瞬間會產生瞬變電壓，有時高達幾kV，如此高的電壓足以損壞相關元器件；不僅如此，由于其含有豐富的諧波，可通過線路間的分布電容、絕緣電阻侵入控制系統(tǒng)，導致誤動作。為防止元器件損壞、電路誤動作等，就必須采取抑制措施，由于斷路產生的瞬變電壓能量大、頻譜寬，僅僅采用濾波或隔離措施難以湊效，抑制瞬變干擾，通常采用如下幾種常見的方式：

（1）并聯(lián)電阻

圖1為并聯(lián)電阻抑制瞬變干擾電路，在圖1中，K為電路的控制開關，L為繼電器線圈的電感。該抑制電路的關鍵是正確選擇所并聯(lián)的電阻值，阻值過大起不了作用，過小增加功耗，且易燒壞開關觸點。例如，48V直流繼電器以并聯(lián)1kΩ/5W電阻為宜，連接不必考慮電源的極性。

圖1并聯(lián)電阻方式

（2）并聯(lián)二極管

圖2為并聯(lián)二極管抑制瞬變干擾電路，電源與二極管極性的相對關系不可任意改變。采用這種方式，能量損耗小，瞬變電壓低，但是該種方式延長了放電時間，導致繼電器線包延時釋放，降低了動態(tài)響應性能。二極管峰值耐壓應為負載電壓的3倍以上。

圖2并聯(lián)二極管方式

（3）并聯(lián)RC支路

并聯(lián)RC支路如圖3所示。該種方式抑制效果好，但使用元器件較多，R、C數(shù)值的選擇與線圈的電感及內阻有關，與電源極性無關，通常R在10～100Ω之間，C在0.1～0.5μF之間，選用無極性電容器，且其耐壓應高于電源電壓的峰值。

圖3并聯(lián)RC支路方式

（4）其他方式

另外，還有并聯(lián)電阻+二極管支路方式（如圖4所示）和并聯(lián)雙向二極管或穩(wěn)壓管方式（如圖5所示）。并聯(lián)電阻+二極管支路方式中，電源與二極管的極性不能顛倒，采用這種方式能減少釋放時間，提高動態(tài)特性。并聯(lián)雙向穩(wěn)壓二極管方式不必考慮電源極性，延遲時間短，但必須保證穩(wěn)壓二極管的耐壓至少是電源電壓的2倍。

3.2 開關觸點干擾的抑制

斷開繼電器負載時，為防止開關觸點產生火花放電，除了在線圈兩端加能量釋放通路外，也可在開關觸點兩端增加并聯(lián)保護網絡，一般最常用的是RC保護網絡。該保護網絡可延長接點的耐久性，防止噪音及減小電弧引起接點燒毀。圖6為繼電器開關觸點干擾抑制的典型電路。

在圖6中，R、C串聯(lián)后跨接在開關觸點兩端，當開關斷開時電感性負載中存儲的能量通過RC網絡放電，避免了觸點間產生放電。R、C的選擇應根據接點的電流和電壓來確定，電阻R相對于接點電壓為1V時，通常選擇0.5～1Ω；電容C相對于接點電流為1A時，通常選擇0.5～1μF。但是由于負載的性質和離散特性等的不同，必須考慮電容C具有抑制接點斷開時的放電效果，在一般情況下使用200～300V的電容器耐壓。電阻R的選擇應考慮兩個方面的因素，一方面，在開關斷開瞬間，希望R越小越好，以便電感上存儲的能量變成電容器上的能量；另一方面，當開關閉合時，希望R盡可能的大，以免電容器上的能量通過開關觸點放電時電流太大而燒毀觸點。一般情況下，開關觸點間存在兩種形式的擊穿電壓，即氣體火花放電和金屬弧光放電。要防止氣體火花放電，應控制觸點間電壓低于300V；要防止金屬弧光放電，應控制觸點間的起始電壓上升率小于1V/μs，并把觸點間的瞬態(tài)電流控制在0.4A以下。

圖7為一種改進型的抑制電路，即在電阻R上并聯(lián)一只二極管D。在開關斷開時，電感中的能量通過由R、C、D組成的電路釋放，由于二極管正向導通，內阻很小，能量很快釋放；當開關閉合時，充滿電的電容C通過電阻R和開關觸點放電，由于二極管是反向偏置不導通，釋放電流僅從電阻R上流過，如R選取足夠大，就不會引起觸點燒壞。

另外，還可采用在開關觸點兩端并聯(lián)穩(wěn)壓二極管的抑制電路，如圖8所示。

圖8并聯(lián)穩(wěn)壓二極管方式

在圖8中，當開關觸點斷開時，觸點兩端出現(xiàn)高電壓形成火花放電，由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性，使觸點兩端的電壓不會大于電源電壓的1.5倍，從而抑制了瞬變電壓和火花。這種電路由于僅用一個元件，電路簡單而且效果不錯。

一般情況下，電感性負載比純阻性負載更容易產生氣體火花放電和金屬弧光放電，只要選擇適當?shù)囊种齐娐?，可以達到和純阻性負載相同的效果。

由于抑制電路的種類很多，在此不再作詳細介紹。

4結束語

隨著信息技術的不斷發(fā)展，電臺自動化建設不斷深入，干擾問題已成為制約系統(tǒng)自動化控制的瓶頸，如何減小相互間的電磁干擾，使各種設備和系統(tǒng)能正常運轉，是一個亟待解決的問題。在采用不同的方法對電磁干擾進行抑制時，應分析其綜合效應，并對所采用的干擾抑制手段的作用進行恰當?shù)念A估，才能獲得較理想的效果。

參考文獻：

[1] 蔡仁鋼.電磁兼容原理和預測技術, 北京航空航天大學出版社,1997

[2] 張乃國.電源干擾與抗干擾, 華港出版社, 2003

（作者單位系國家廣電總局2022臺）