ANSYS 電磁兼容(EMC)之基礎(chǔ)知識

2017-11-01 by:CAE仿真在線來源: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,電磁兼容問題愈來愈多,愈來愈明顯,也愈來愈成為產(chǎn)品前期設(shè)計不可忽視的環(huán)節(jié)。電磁兼容覆蓋整個電磁頻段,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標準已是40GHz頻段,基于此早期采用的電路概念也必須代之于電磁場概念。尤其是涉及到電磁輻射方面,則只能采用電磁場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,國際上已經(jīng)制定了一系列標準和限制,包含通用國標標準、行業(yè)標準、軍用標準等。在我國,主要有國家標準(GB)、國家軍用標準(GJB)兩大類電磁兼容標準。目前整個EMC標準,無論國際還是國內(nèi),均滯后于實際使用的需要,不單是頻段上,更重要的是在概念上需要充實和改善,電磁兼容是一個對電磁場和電磁波知識以及實踐經(jīng)驗要求非常強的領(lǐng)域,而目前國內(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,這對于復(fù)雜高性能的模塊化設(shè)計,不利于找到EMC的機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)我們將會推出MC在實際應(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。由機電或其他認為裝置產(chǎn)生的電磁騷擾,稱為人為騷擾;來源于自然現(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,就稱為設(shè)備對電磁騷擾敏感。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

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,參考GB/T 17624.1 1998引入部分專業(yè)術(shù)語如下:

輻射發(fā)射RE:通過空間傳播的、有用的或不希望有的電磁能量。

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

輻射敏感度RS:對造成設(shè)備性能降級的輻射騷擾場的度量。

傳導(dǎo)敏感度CS:當引起設(shè)備性能降級時,從傳導(dǎo)方式引入的騷擾信號電壓或電流的度量。

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行的,即對電磁騷擾源、耦合通道和敏感設(shè)備的研究。

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

通常采用屏蔽技術(shù)來阻斷騷擾的輻射。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)射通過公共地線、公共電源線和互聯(lián)線而實現(xiàn)。除此之外,電磁兼容的研究內(nèi)容還包括電磁兼容控制技術(shù)、分析預(yù)測與測量技術(shù)。

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