電磁兼容中的測試與處理的相關技術分析

黃臣君

摘 要：隨著電氣技術的飛速發(fā)展和電子設備的使用愈發(fā)頻繁，進而就出現(xiàn)了各種電磁兼容問題，并遲遲得不到很好的解決，所以人們開始重視起了提高電子設備的電磁兼容性能和測試方法。電磁兼容技術主要包括了兩個方面，一是電磁干擾技術，二是電磁抗干擾技術。在電磁干擾方面具有研究成本較高，且電磁干擾測量技術不夠成熟等問題;在靜電放電方面具有危害大，發(fā)生頻繁，防護方法繁雜等問題，所以對于電磁兼容的研究和技術分析十分必要。本文就針對上述的問題展開研究，從電磁兼容中的干擾測量問題和電磁抗干擾中的靜電放電問題著手，并給出理論分析和驗證。

關鍵詞：電磁兼容;GTEM小室;靜電放電;測試與處理

1 電磁干擾測量問題分析

1.1 GTEM小室硬件結構設計

GTEM小室的外觀被設計為一個四棱錐，從物理結構上可以將其分為多個部分，整體上涵蓋了：四周的側板和蓋板、屏蔽門、吸波材料、導軌、饋源頭、電源接口、終端截角以及各種屏蔽設計等。與此同時，GTEM小室還擁有一套滾輪支架，保障其可以實現(xiàn)在水平地面上自由移動，屏蔽門位于四周的側板上，將內部轉臺安置在被測設備之中，吸波材料裝在后側板的內部，使用50歐姆的分布電阻將芯板和后側板連接在一起，饋源頭安置在室內頂端。GTEM小室的電壓駐波比、屏性能等各項指標與其設計結構有著密不可分的關系。所以，在設計GTEM小室的時候，需要遵守一定的原則和要求，去確保GTEM小室對輻射干擾和各項機理診斷工作的要求。本研究所設計的GTEM小室使用的主體材料是鋁制薄板，但是由于鋁制薄板極其容易出現(xiàn)板縫間的電磁泄露，因此需要對其做一些改善和變化。首先是利用鋁制包條去覆蓋所有的板縫，減小電磁泄露;第二是將包條上使用的螺紋孔設計為等腰三角形，并盡可能的減小螺紋孔間的距離。利用螺釘將四周的鋁制薄板封裝在一起，形成GTEM小室的封閉測試空間，最后在使用錐形墻體將GTEM小室的后面密封起來，防止電磁波的外漏。芯板離底板的距離和前后側板之間的距離是決定場強計算的關鍵因素，將芯板離底板的最大距離設計為1m，而前后板的間隙要保證盡可能的小。在設計屏蔽門高度的過程中，為了減小GTEM小室從側板外漏的縱向電流，要將屏蔽門的高度設計為小于芯板的高度。

1.2 不同EMI噪聲模型的GTEM小室測量研究

目前，關于電磁兼容的輻射測試方法一共有三種標準，分別為電波暗室、半暗室和開闊場，所以，如果想要將不同EMI噪聲模型下的GTEM小室的測量結果進行對比研究，就需要將測量所得的數(shù)據(jù)全部都轉換到與之等效的電波暗室條件下，確保其他因素的相同，本文就著重的研究總功率方法。總功率方法不同于Wilson方法和Lee方法，它無需去測量被測設備每個位置處在GTEM小室中的端口輸出功率，它只要求掌握總的輻射功率即可。其計算公式為：

在這個公式里，、、分別代表了被測設備擺放在不同位置時頻譜儀所守輸出的電壓值，則代表了波數(shù)的平方，體現(xiàn)電磁波在傳播的途中所造成的相位變化，是自由空間下所具有的波阻抗，代表的是對應的場強因子。通過上述公式計算后，就可以進而得到GTEM小室中總的輻射功率，然后去計算在等效遠場中的最大輻射場強。公式如下：

其中的是自由空間下所具有的波阻抗，是場強因子。

2 電磁抗干擾靜電放電處理研究

探討電磁抗干擾過程中靜電放電的處理研究，首先要分析靜電放電的產(chǎn)生機理，再掌握一些基本特征，進而根據(jù)電磁場和電子線路發(fā)生的耦合和干擾去對電子設備展開有效的防護。

2.1 靜電放電機理分析

靜電放電（Electro Static Discharge）簡稱為ESD，指的就是具有不同電位的物體在互相移動或者接觸的過程中，出現(xiàn)了電荷轉移現(xiàn)象。在一般情況下，一個物體的內部正負電荷數(shù)量處于平衡狀態(tài)，物體整體對外表現(xiàn)為中性，但是當材質不同的物體互相接觸后，就會產(chǎn)生電荷轉移，進而出現(xiàn)靜電。隨著電荷轉移的不斷積累直至一定程度時，就會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生一個電位差，然后電荷就會由環(huán)境中的放電路徑轉移，產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象。雖然絕緣體帶電本身并不會給電路帶來任何的危害，但是靜電放電現(xiàn)象確實會給電子設備造成嚴重的損害和威脅，影響其正常工作。靜電放電具有兩種產(chǎn)生方式，分別為相互摩擦生電和感應生電。摩擦生電指的就是兩個本身不帶電的絕緣體，在互相發(fā)生過摩擦之后，物體內部的電荷就會出現(xiàn)轉移和分離，但是一旦物體不再摩擦，這種轉移和分離產(chǎn)生的電荷就會殘留在兩個絕緣體上，從而使得二者帶電。而感應起電就不再需要考慮兩個物體之間是否存在直接接觸，當把電中性的導體放入到靜電場中，導體上的電荷平衡就會重新分布，從而產(chǎn)生靜電。

2.2 靜電放電的特征

靜電放電一般是屬于高電位、強電磁場和會產(chǎn)生大電流的物理過程，并且在電荷轉移的過程中還會產(chǎn)生電磁輻射和脈沖，對電子設備造成損害。過去人們總是片面的認為靜電是一個小電流的過程，因為在日常生活中遭受過靜電的人都只是感覺被“電”了一下，所以認為靜電危害不大。但是據(jù)近端時間的研究證明，大多數(shù)情況下，靜電是會產(chǎn)生瞬時的大電流。靜電放電時出現(xiàn)的脈沖寬度為ns級，而電流強度也可以達到幾十安培，并且靜電擁有很寬的頻帶，從最小的幾十Hz到1GHz，因此靜電放電的特征還需要考慮其在高頻情況下產(chǎn)生的電磁干擾。總而言之，靜電放電所產(chǎn)生的電磁場大體上可以分為兩種，其一是電流微分項所產(chǎn)生的遠電磁場，以及電荷激發(fā)的近電磁場。在近場中，靜電場是電磁場的主要部分，電場和磁場與電流大小成正比關系，并且頻譜寬、幅值大，覆蓋的范圍廣。在遠場中，放電電流和電磁場的關系與時間有關，遠場主要是以輻射為主，輻射的大小和距離成反比。

2.3 靜電放電實驗分析

靜電放電問題在設計電子設備的時候就需要對其進行考慮和防護，ESD一般發(fā)生在電子設備的輸入、輸出位置，并且擁有很寬的頻率范圍，即使是很窄的頻帶電路也會受到其干擾。ESD干擾電子設備的途徑有很多，所以為了減小ESD對設備的干擾和損害，加強對設備的隔離和對干擾的減小是增大抗ESD能力的重點。在設計電子設備的時候， 要綜合的考慮工藝結構、材料選擇和布局布線等方面，近可能的減小靜電損害。

電磁屏蔽可以有效的處理輻射性的ESD，在本實驗中，將電力集中器的所有敏感器件都放置在控制板上，所以對于控制板的ESP防護就尤為重要。具體的實現(xiàn)方法可以在控制板的周圍安裝上靜電防護膜去屏蔽電磁干擾。將控制板放在一個封閉的空間里，使其成為一個等勢體。在等勢體內部的電磁強度為0，所以無法產(chǎn)生電壓，處在其中的控制電路就可以有效的避免ESD輻射性干擾。

金屬的機殼和隔離罩可以有效的將所有的ESD隔離在設備外，防止ESD電弧和電磁場對設備的影響和損害。在設計金屬機殼和隔離罩的時候，要確保缺口和板縫不能太大，并且盡可能的避免出現(xiàn)過大的直角和轉彎。在設計孔徑的時候，要追求以大化小，防止出現(xiàn)過大的電磁泄露，在連接處，將機殼和隔離罩與地相連，完成電磁引導。在選擇器件時，要綜合的考慮器件的抗ESD能力，如果器件的抗ESD能力達不到預期的要求，可以使用稍微差一點的器件，再配合上PCB板的合理布局和保護電路的設計去解決問題。

3 結語

綜上所述，電磁兼容大體上可以分為電磁干擾和電磁抗干擾兩個方面，本文就從電磁干擾測量問題和測試以及電磁抗干擾中的靜電放電問題展開研究。首先介紹了GTEM小室硬件結構的設計，包括了對其各項硬件數(shù)據(jù)，如吸波材料、轉臺、駐波比的大小等參數(shù)進行確定，保障其能夠完成輻射電磁干擾和機理診斷的功能。然后，在針對電磁技術中出現(xiàn)最為頻繁的靜電放電現(xiàn)象進行研究和防護，從靜電放電的機理開始，介紹了電磁抗干擾的內容，為今后的電磁技術提供了更多的理論基礎和處理方法的案例分析。

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