电磁兼容设计 系列(一)

随着电子产品向着小型化、数字化、集成化、综合化、高速化、高频化以及网络化的方向快速发展，电磁兼容问题变得越来突出，已成为制约电子产品功能实现的重要原因。因此如何有效地进行电磁兼容设计及整改已成为了当前研究的热点。

        下面先从电磁兼容的概念进行介绍。国家军用标准GJB72-85：《电磁干扰和电磁兼容性名词术语》中电磁兼容性的定义为：“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它设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其它设备（分系统、系统）因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级”。

        因此，满足电磁兼容性，不仅要求设备（分系统、系统）能按设计要求完成其功能，而且还要满足不产生超过规定限度的电磁发射要求，同时还要有一定的抗干扰能力。其中电磁兼容中的“发射”既包含传导发射，也包含辐射发射。辐射发射是指通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量[1]；传导发射是指沿电源线、控制线或信号线传输的电磁能量[1]。此外还涉及到与抗干扰能力相关的电磁兼容术语“电磁敏感性”，其是指当存在电磁骚扰的情况下，设备（分系统、系统）不能避免性能降低的能力。实际上，电磁敏感性反映的是设备（分系统、系统）抗干扰的能力，敏感性越高，则抗扰能力越低，设备（分系统、系统）在电磁骚扰下就越容易导致或遭受不允许的降级。

        按照电磁兼容研究对象可以分为：环境级、复杂系统级、设备（分系统级、系统）级、电路级、元器件级电磁兼容。需要注意的是“系统”与“分系统”的概念是相对的，因为在“系统”的定义中若排除操作人员，那么同一物理系统在某一环境中可能被认为是“分系统”，而在另一环境中也可能被认为是“系统”,例如车载通信系统可以被认为是电子战系统的分系统，然而当其单独执行通信任务时可以被认为是相对独立的系统[1]。

基本概念了解之后，下面介绍电子系统的电磁兼容产生条件。一般地，电磁干扰源发出的电磁干扰能量，通过耦合通道传输至敏感系统，导致敏感系统出现响应，我们称这一作用过程及其效果称为电磁干扰效应。如果电磁干扰效应表现为敏感系统发生有限度的功能降级，就产生了电磁兼容性问题。不论复杂系统还是简单电路，任何一个电磁兼容问题的产生必须具备三个基本条件：首先应该具有电磁干扰源，即要有产生电磁能量的物体或现象，如有开关动作的继电器、汽车的点火系统、大功率雷达、雷电放电等；其次还要有传输干扰能量的路径或通道；第三有被干扰对象即敏感设备功能的有限度降级。对于任何电子系统，既可能是干扰源，又可能是敏感设备。因此，在电磁兼容性设计中，通常会对电子系统对外电磁发射和电磁敏感性提出具体的电磁兼容技术要求。

       为了衡量电子产品的电磁兼容性，各个国家及相关国际组织都出台了大量的电磁兼容标准。即通过制定电子兼容技术标准来控制电气电子产品无用电磁发射的限值及相应的测量方法，以及统一模拟来自自然界或工业中的电磁干扰源的试验波形、参数来考核电气电子产品的敏感性。但是如何有效控制电子产品的电磁兼容性，满足电磁兼容标准就成为了现实需求。

       随着计算机技术的发展，利用虚拟仿真技术进行电磁兼容设计及整改成为了可能。因此如何建立电子系统的电磁兼容等效模型用于电子系统的电磁兼容设计与整改就成了实现电磁兼容预测、评估以及量化设计的关键技术，同时也是未来电磁兼容设计的发展趋势！

[1] 路宏敏编著. 《工程电磁兼容》[M]西安电子科技大学出版社

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张卫东：北京航空航天大学博士，主要研究方向电磁兼容建模技术和天线设计等。曾在上海某所从事总体论证工作。