電磁兼容技術應用舉例（電磁兼容設計的基本要求）

2023-05-01 16:43:53

隨著科學技術的不斷發展，電子設備的數量及應用逐漸增多，結果必將造成電磁幹擾越來越嚴重。

在日趨惡劣的電磁環境中，如若不採取恰當的電磁屏蔽措施，會導致設備之間的電磁幹擾日益嚴重，電子設備的性能下降，甚者會危及到信息的安全。為了保證電子設備在複雜的電磁環境中既不幹擾其他設備，而又不受其他設備幹擾的影響而能正常工作,這就要求在設備研製的初期階段必須從結構、技術等方面進行嚴格的電磁兼容設計。

電磁兼容性是電子設備的主要性能之一，在進行設備功能設計的同時，還應進行電磁兼容設計。

電磁兼容設計的目的是使所設計的設備在複雜電磁環境中實現電磁兼容，因此在進行電磁兼容設計時應滿足以下要求: 首先明確設備所滿足的電磁兼容指標，然後確定設備的敏感器件、幹擾源及幹擾途徑，有針對性地採取措施，最後通過試驗了解設備是否達到了電磁兼容指標要求。

對於通信車而言，通常其所裝載的設備量很多,包括配電設備、通信設備及終端設備等，各設備間很容易形成電磁幹擾，進而影響通信質量，因此設備在進行電磁兼容設計時要從3 要素( 幹擾源、耦合途徑和敏感設備) 出發，採取各種有效手段，抑制幹擾源,消除或減弱幹擾耦合，增加敏感設備的抗幹擾能力。

Engineer checking the equipment under test (EUT),

以某車載電子設備為例，由數字電流表、數字電壓表、轉換開關、斷路器、控制保護單元、互感器、接觸器等單元及元器件組成，其中數字電流表、數字電壓表、轉換開關、斷路器布置於前面板上，控制保護單元、互感器、接觸器等單元及元器件放在機箱內部。此設備要滿足 GJB151A- 97 有關的電磁兼容指標要求，在結構設計等方面採取的主要措施有: 儀表窗口的屏蔽; 機箱縫隙的屏蔽; 各單元合理布局及其屏蔽; 電纜敷設以及電源線濾波等。

2.1 儀表窗口的屏蔽

儀表窗口對設備來說是比較大的洩漏口，必須採取有效的措施將其屏蔽，為此採用加裝絲網屏蔽玻璃的方法對數字電流表、數字電壓表進行外部屏蔽。絲網屏蔽玻璃是由一種低阻抗的金屬絲網通過特殊工藝夾在兩層玻璃之間製成，絲網篩孔的密度決定其主要的屏蔽效能。如圖1 所示，由於玻璃周邊預留了10~ 20 mm 金屬絲網毛邊，通過螺裝金屬外框將它緊緊壓在機箱上，從而獲得連續的導電錶面，以達到減少電磁洩露的目的。

圖1 儀表窗口的屏蔽

2.2 機箱縫隙的屏蔽

影響屏蔽完整性的主要因素是屏蔽體上的接縫。此車載電子設備的框架是採用鋁板折彎後對焊而成，焊縫平滑連續，屬於永久性接縫，這種接縫處的射頻電阻幾乎與金屬板本身的射頻電阻相同，從而保證了屏蔽體接合處的電氣連續性。對於可拆式接縫，如機箱、蓋板接合處，往往採用螺釘緊固方式,由於螺釘的間距不宜太小，接合表面的不平整以及蓋板材料的翹曲變形等原因，使接合面處不可避免地產生了縫隙，降低了機箱的屏蔽效能，為此採取了2 種方法來解決此問題: 增加縫隙深度，為了增加縫隙深度，機箱的彎邊寬度取15 mm，重疊尺寸越大,屏蔽效能越好; 減小縫隙長度，由於鈑金機箱很難做到接合面處的高精度，為了彌補此缺陷，採用了經濟、實用的方法，在接合面處粘貼帶背膠的鈹青銅簧片，由於簧片具有一定的彈性，裝配後簧片變形，接觸面產生一定的壓力，使接合面具有了一定的電氣連續性。

2.3 機箱內部各單元布局及其屏蔽

合理布置設備內各單元及元器件的位置，可以做到既經濟又實用地減小幹擾程度。首先必須明確幹擾源和受感器，在本設備中幹擾源是控制保護器,敏感設備是數字電流表和電壓表，為了避免二者緊鄰，把它們分別放置於機箱的後部和前部，用空間距離減弱彼此的電磁幹擾。為了達到更有效的屏蔽效果，又在電流、電壓表的表體外圍罩有屏蔽盒，表頭緊貼前面板的屏蔽玻璃，玻璃的絲網毛邊通過螺裝金屬外框將它和機箱、屏蔽盒聯成一體，從而使表體完全處於電氣連續的金屬罩中( 如圖1 所示) ，而電流、電壓表引線則由裝在屏蔽盒上的穿心電容引入,這樣使引線所感應的幹擾信號被旁路接地。同樣控制保護器也用屏蔽盒對其進行了屏蔽，進一步減小了它對外的輻射能量，從而獲得較好的屏蔽效果。

電磁場

2.4 電纜選用及敷設

因為電纜是高效的電磁波接收和輻射天線，也是幹擾傳導的良好通道，絕大多數設備的電磁兼容問題是電纜造成的，解決電纜問題的主要方法之一是對電纜進行屏蔽，所以此設備選取了屏蔽層質量好( 低阻抗) 的電纜，並且保證電纜屏蔽層與機箱360..低阻抗搭接，使屏蔽層與機箱構成一個完整的屏蔽體，這樣在一定程度上能夠解決電纜輻射的問題。與此同時，在電裝布線時，要求電源配電線路與其它各類線路保持150mm 距離，敏感電路和幹擾電路各自單獨敷設，不能交叉重疊，且加大線束的間距，避免線纜間的耦合。

2.5 電源線濾波

為了抑制電源輸入端高頻幹擾信號對本系統的影響，加裝了EMC 電源線濾波器。濾波器不同於其他電子元器件，它的性能與其安裝方式有很大關係,所以在濾波器的安裝方式上採取了一系列措施。如圖2 所示，首先濾波器輸入與輸出線要遠離，以避免由於兩端耦合而導致高頻濾波效果變差等現象產生; 其次濾波器外殼與機箱低阻抗接觸，同時要減短電源埠到濾波器的連線，當電流進入機箱後，先流經濾波器進行濾波，然後再到其他各單元; 最後電源埠與濾波器之間連線也要進行屏蔽，這樣外界的電磁幹擾不能沿電源線進入設備，機箱內的電磁幹擾也無法傳出機箱，造成幹擾發射超標。

圖2 電源濾波器安裝方式

2.6 接地

接地是電子設備的一個很重要的問題，它可以使整個電路系統中所有單元電路的地之間沒有電位差，保證設備能穩定地工作。

此車載設備的後面板上安裝有接地柱，即機殼地。機殼地可以使由於靜電感應而積累在機殼上的大量電荷通過大地洩放，避免由於靜電放電時產生的大電流流進設備的電路對其造成幹擾和危害，合理的接地點對於整個機箱的屏蔽效能十分重要。

此車載設備在採取了以上電磁兼容措施後，按GJB151A- 97 有關的電磁兼容指標要求進行測試，發現除了RE102 試驗項目超標外，其餘各項指標均合格。

對RE102 試驗項目進行觀察，發現測試結果圖的超標點為24 MHz、36 MHz 兩點，而這兩點分別是12 MHz 頻率點的二三次諧波。為了找到這一頻率點的元器件，對機箱內各單元進行了分析，發現控制保護單元中有一個12MHz 晶振，由於晶振屬於高噪聲元器件，能夠產生較強的輻射，從而使其周邊充滿著近場輻射場。

如果輻射場內有器件或走線，晶振及其諧波信號將耦合到器件或走線上而輻射出去;再者又發現控制保護單元的PCB 板未採取就近接地措施，只是通過一根長引線和機殼地相連，造成信號的環路面積增大，產生了很強的輻射，所以對控制保護單元採取措施應該是行之有效的。首先對晶振進行屏蔽且屏蔽體就近接地，弱化輻射發射強度; 然後控制保護單元的PCB 板同樣採取就近接地措施,並且在屏蔽盒出口處的信號線上安裝一個鐵氧體磁環，可以將不需要的高頻幹擾抑制掉。通過採取以上措施後，RE102 試驗指標合格，如圖3 所示。

圖3 測試結果圖

由上所述可以看出，電磁兼容是一門實踐性很強的綜合性學科，無論是結構設計，還是印製板設計，都需要採取行之有效的方法。該車載設備在採取了以上各種有效措施後，終於達到了更為理想的電磁兼容效果。