电磁的三个实验分析以及电磁部分的概念总结（范文模版）

第一篇：电磁的三个实验分析以及电磁部分的概念总结（范文模版）

关于电磁的三个实验分析以及电磁学部分概念汇总

在初中物理学习中，电磁之间的关系包括电流的磁效应、电磁感应、电流在磁场中受力的作用。学习的内容比较简略，但在中考中是经常出现的一个考点。同学们在学习的过程中，由于是初学，对电磁关系的演示实验、原理、应用等容易混淆，出现错误。下面就这几个关系及实验进行分析。

一、电流的磁效应（奥斯特实验）

1.实验装置示意图

图1

电流的磁效应最早是奥斯特发现的，因此这个实验又叫奥斯特实验。

2.实验现象：将平行于小磁针的导线通电后，小磁针会偏转。当改变电流方向后，小磁针的偏转方向也会改变。

3.实验原理：通电导体周围存在着环形磁场，磁场方向与电流方向有关。

4.实际应用：在这个实验中，由电得到了磁，利用这个原理可以制成电磁铁。电磁铁在实际生活中得到了广泛的应用，如电磁起重机等。

二、电磁感应现象

1.实验装置示意图

图2

这个原理最早是英国科学家法拉第发现的。

2.实验现象：将导体AB左右运动时，电流表的指针会发生偏转。

3.实验原理：闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，这就是电磁感应现象。

4.实际应用：在电磁感应现象中机械能转化为电能，利用此原理制成了发电机为人们服用务。

三、通电导体在磁场中受力的作用

1.实验装置示意图

图3

通电导体在磁场中受力的作用是安培发现的，受到的力叫做安培力。

2.实验现象：闭合开关后，在磁场内的导线会运动，改变电流方向或磁场方向，导体的运动方向也会发生改变。

3.实验原理：通电导体在磁场中会受到力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向有关。

4.实际应用：在这个过程中，电能转化为机械能，根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成了电动机，应用在电扇、电磨等装置上。

在复习中，我们要注意其中三个实验的基本实验装置，实验原理、能量转化及其应用等几个内容。分清几个实验的区别和联系。这样对出现的问题就会迎刃而解。

初中物理电磁学部分概念汇总

1.永磁体包括人造磁体和天然磁体.在水平面内自由转动的条形磁体或磁针，静止后总是一端指南（叫南极），一端指北（叫北极）.同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.原来没有磁性的物质得到磁性的过程叫磁化.铁棒磁化后的磁性易消失，叫软磁铁；钢棒磁

化后的磁性不易消失，叫硬磁铁.2.磁体周围空间存在着磁场.磁场的基本性质是对放入其中的磁体产生磁力的作用,因此可用小磁针鉴别某空间是否存在磁场.3.人们为了形象地描述磁场引入了磁感线(实际并不存在)。（采用了模型法）磁感线的疏密表示该处磁场的强弱，磁感线的方向（即切线方向）表示该处磁场方向。在磁体外部磁感线从北极出发回到南极。磁感线都是闭合曲线。

4．可以用安培定则（右 手螺旋定则：右手握住导线，让伸直的大拇指方向跟电流方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁场方向）来判定电流产生的磁场方向。对于通电螺线管，用右手四个手指的环绕方向表示螺线管上的电流方向，则大拇指指向即为通电螺线管的N极。

5．电磁铁与永磁体相比有很多优点，它可以通过调整电流的有无、强弱、方向，达到控制磁场的有无、强弱、方向。利用电磁铁做成的电磁继电器（电铃）在自动控制和远距离操纵上常有应用。

6．通电导体在磁场中会受到力的作用，受力方向跟电流方向和磁感线方向有关。

7．直流电动机就是利用通电线圈在磁场里受到力的作用发生转动而制作的。在这一过程里把电能转化为机械能。在直流电动机里利用换向器改变线圈中电流方向，使线圈在磁场力作用下持续沿同一方向转动。

8．闭合回路的一部分导体，在磁场中作切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流，这就是电磁感应现象。产生感应电流的条件是：一是电路闭合；二是导体做“切割”磁感线运动，即导体运动方向不能与磁感线平行。

9．发电机是利用闭合线圈在磁场中作切割磁感线转动时，产生感应电流的原理制成的，它是把机械能转化为电能的装置。

10.电池分化学电池（正极是铜帽碳棒）、水果电池、伏打电池（有里程碑意义，是真正意义上的电池）、蓄电池（有铅和硫酸，污染大）、太阳能电池（无污染，利用可再生能源），燃料电池

发电厂发电有以下几种方式：火力发电，水利发电，风力发电，核能发电，潮汐发电等。

第二篇：电磁兼容知识点总结

填空题

1、电磁干扰的危害主要体现在两个方面：a.电气、电子设备的相互影响；b.电磁污染对人体的影响

2、电磁兼容设计方法： a.问题解决法。问题解决法是先研制设备，然后针对调试中出现的电磁干扰的问题，采用各种电磁干扰抑制技术加以解决。

b.规范法。规范法是按颁布的电磁兼容性标准和规范进行设备或系统的设计制造。

c.系统法。系统法是利用计算机软件对某一特定系统的设计方案进行电磁兼容性分析和预测。

3、电磁干扰的三要素

1、形成电磁干扰的三个基本条件：骚扰源，对骚扰敏感的接收单元，把能量从骚扰源耦合到接收单元的传输通道，称为电磁干扰三要素。骚扰源——耦合通道——敏感单元

WCS

2、电路受干扰的程度可用公式描述

IS为电路受干扰的程度；W为骚扰源的强度；C为骚扰源通过某种路径到达被干扰处的耦合因素；I为被干扰电路的抗干扰性能。

4、屏蔽技术是利用屏蔽体阻断或减少电磁能量在空间传播的一种技术，是减少电磁发射和实现电磁骚扰防护的最基本，最重要的手段之一，采用屏蔽有两个目的，一是限制内部产生的辐射超出某一个区域，二是防止外来的辐射进入某一区域。

5、常用的电磁密封衬垫有1.金属丝网衬垫2.导电布衬垫3.导电橡胶4.指形簧片

6、电源线滤波器：作用主要是抑制设备的传导发射或提高对电网中骚扰的抗扰度，虽然同为抑制骚扰，但两者的方向不同，前者是防止骚扰从设备流入电网（称为电源EMI滤波器），后者是防止电网中的骚扰进入设备（称为电源滤波器）

6、干扰控制接地：1.浮地2.单点接地3.多点接地4.混合接地

8、电磁兼容性GB的定义：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

9、电磁骚扰：可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命、无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰可以是电磁噪声、无用信号或有用信号，也可以是传播媒介自身的变化。

10、电磁干扰：由电磁骚扰引起的设备、系统或传播通道的性能下降。电磁骚扰是指电磁能量的发射过程，后者则强调电磁骚扰造成的后果。

11、谐波电流的抑制方法

1、电流侧设置LC滤波器

2、采取有源功率因数校正

3、采用PWM整流器

4、多绕组变压器的多脉整流

简答题 1】、电磁兼容研究的内容主要包括：

1、电磁干扰特性及其传播机理。因此研究电磁干扰特性及其传播耦合理论是电磁兼容学科的基本任务之一。

2、电磁危害及电磁频谱管理。有效地管理、合理的利用电磁频谱是电磁兼容的一项必要内容

3、电磁干扰的工程分析方法及控制技术。因此，电磁兼容控制技术始终是电磁兼容学科中最活跃的课题

4、电磁兼容的设计方法。因此，费效比的综合考虑是电磁兼容设计中的一项重要内容。

5、电磁兼容性测量和试验技术。因此高精度的电磁发射及电磁敏感度自动测试系统的研制，开发及应用于工程实践，是电磁兼容学科研究的重要内容。

6、电磁兼容性标准和工程管理。电磁兼容性标准是电磁兼容设计和试验的依据。

7、电磁兼容分析和预测。电磁兼容分析和预测是合理的电磁兼容性设计的基础

8、电磁脉冲及其防护。因此电磁脉冲的干扰及其防护问题已经成为近年来电磁兼容学科的一个重要研究内容。2】、电磁兼容课程的特点：

1、电磁兼容以电磁理论为基础。因此电磁兼容原理是以电磁场理论为基础的

2、电磁兼容是一门综合性边缘学科。因此，掌握电磁兼容需要多学科知识基础。

3、电磁兼容实践性较强。因此，要掌握并灵活运用电磁兼容技术需要设计者不断地去实践，积累经验。

4、大量引用无线电技术的概念和术语。

5、计量单位的特殊性。电磁兼容工程中最常用的度量单位是分贝（dB）3】电磁骚扰的分类与传播方式

电磁骚扰一般可分为两大类：自然骚扰和人为骚扰，自然骚扰是指来源于自然现象而非人工装置产生的电磁骚扰，人为骚扰是来源于人工装置的电磁骚扰。电磁骚扰的传播方式：

1、传导耦合——是指一个电路中的骚扰电压或骚扰电流通过公共电路流通到另一个电路中的耦合方式；其特点是两个电路之间至少有两个电器连接节点

2、磁场耦合——是指一个回路中的骚扰电流通过连接磁通在另一个电路中感应电动势，以传播骚扰的耦合方式

3、电场耦合——是指一个电路中导体的骚扰电压通过与其临近的另一个电路中导体之间的相互电容耦合产生骚扰电流，以传播骚扰的耦合方式

4、辐射耦合——是指电磁骚扰在空间中以电磁波的形式传播，耦合至被干扰电路。

4】屏蔽体设计原则

1、明确电磁骚扰源及敏感单元

如果是屏蔽体外部电磁骚扰，则要了解设备的工作环境和可能的骚扰源及强度，找出设备内部易受干扰的电路及承受能力；如果是屏蔽体内部电磁场，则要判断主要的内部骚扰源及可能产生的辐射场强，了解设备的工作环境及其对设备辐射场强的限值要求；如果是屏蔽内部骚扰对设备本身的干扰，则找出内部骚扰源和被干扰电路

2、大致确定屏蔽体的屏蔽效能根据第一步已知的骚扰场强及防护要求，按式

E0SEE20lgESH0SEE20lgHS 或

计算屏蔽体应达到的屏蔽效能要求

3、确定屏蔽方式

根据产品的外观设计要求和要屏蔽的骚扰的磁场的性质及频率等，确定屏蔽方式、屏蔽体厚度等

4、进行屏蔽完整性设计 根据产品的功能设计要求，确定屏蔽体上必须的孔缝及电缆穿透等，并采取相应的技术措施以避免因屏蔽不完整而带来的屏蔽效果下降 5】屏蔽体上的孔缝对屏蔽效果的影响

1、对于抑制低频磁场的高导磁材料屏蔽体，由于开孔或开缝影响了沿磁力线方向的磁阻，使其增大，降低了对磁场的分流作用。

2、对于抑制高频磁场和电磁波的良导体屏蔽体，由于开孔或开缝影响了屏蔽体感应涡流的抑制作用，使得磁场和电磁波穿过孔缝进入屏蔽体内

3、对于抑制电厂的屏蔽，由于缝隙影响了屏蔽体的电连续性，使之不能成为一个等位体，屏蔽体上的感应电荷不能顺利的从接地线走掉。6】常用的浪涌抑制器件有哪些？各有何特点？用于什么场合？

1、电火花隙

2、金属氧化物压敏电阻

3、硅瞬变吸收二极管 特点及适用场合：

1、气体放电管电流吸收能力大，但相应速度低，有后续电流，离散型大，且电压分档小，适合做第一级粗保护

2、压敏电阻响应速度高，可有较大的吸收能力，但固有电容较大，不适合用在高频电路。

3、硅瞬变吸收二极管，响应速度很高，电压分档很多，但带电流负荷能力较弱，用于精保护

7】EMC设计中应该考虑的问题：

1、识别潜在的骚扰源和敏感单元。一般应关注数字时钟电路、数字信号、电源开关、模拟信号、直流电源线和低速数字信号等

2、识别关键的电流路径。电流要形成回路；电流要走最小阻抗路径

3、识别潜在的天线。天线由两部分组成，且天线的两部分之间要有一个激励电压。

4、分析可能的耦合机理。可归纳为传导耦合、电场耦合、磁场耦合和辐射耦合四种。

8】谐波的产生、危害及谐波标准：

产生：由于电力电子器件的非线性特性，会在电力电子系统中产生谐波电流 危害：

1、电压畸变 谐波电流在线路阻抗上产生的压降引起端电压的畸变，当线路阻抗的电抗分量较大时，电压畸变严重，可能对电网中的其他设备产生影响

2、过零噪声

3、零线过热

4、对变压器和异步电动机的影响

5、使无功补偿电容器过载

6、集肤效应 谐波电流标准

A类是平衡的三相设备、家用电器（不包括列入D类的设备）、电动工具（不包括便携式工具）、白炽灯调光器、音频设备，以及后面3类之外的设备B类是便携式工具以及非专业的电弧焊接设备C类是照明设备，D类是功率小于600W的个人计算机、计算机显示器以及电视接收机等

9】产品电磁兼容设计注意事项：

1、根据使用环境获取对系统的电磁兼容性要求

2、在方案论证初期就提出产品的电磁兼容性指标

3、把电磁兼容性设计融入产品的功能设计中，而不是采取事后的补救措施

4、通过实验，测量确认系统已经达到电磁兼容性要求

5、对产品进行跟踪调查，保证其寿命期内电磁兼容问题 10】磁场屏蔽：

1、利用高导磁材料进行磁场屏蔽 利用高导磁材料的低磁阻特性，对骚扰磁场进行分路，可使被屏蔽体包围的区域的磁场大大减弱（H1<

2、利用导电材料产生反向的抵消磁场来实现磁场的屏蔽 以导体作屏蔽体，在外部高频磁场作用下屏蔽体表面产生感应涡流，而涡流产生的方向磁场抵消穿越该屏蔽体的外部磁场，从而实现磁场屏蔽。

屏蔽效能 SERAB R20lg|Z1|

4|Z2|tA20lge8.69t B20lg(1e2td)

11】滤波器的作用就是要限制接收装置的频带，使得在不影响有用信号的前提下抑制无用信号。

滤波器的种类很多，按照滤波器的能量损耗特性分为：反射式滤波器，吸收式滤波器

按照滤波器在电路中的位置和作用可分为信号滤波，电源滤波，电磁干扰滤波，电源去耦滤波，谐波滤波——按照滤波电路中是否包含有源器件分为:有源滤波，无源滤波——按照滤波器的频率特性：高通，低通，带通，带阻滤波等。12】滤波器的插入损耗公式IL20lg(U1)IL为插入损耗（dB）；U1是在信号源U2于负载阻抗之间不接滤波器时，信号源在负载阻抗上产生的电压；U2是在信号源与负载阻抗之间插入滤波器时，信号源在负载阻抗上产生的电压

13】吸收式滤波器：又称为有损滤波器，它采用有损耗的滤波元件，使骚扰信号的能量消耗在滤波器中，以达到抑制干扰的目的，有

1、铁氧体磁心

2、抗干扰电缆

14】滤波器安装注意方面：

1、滤波器的安装位置

滤波器应尽量安装在设备的入口/出口处，未经处理的电源线在机内走线不宜过长，以防止产生辐射；最好采用插座式滤波器，使其进线、出线分别位于机箱内外两侧

2、滤波器输入和输出引线的隔离

滤波器的输入与输出引线应分隔开，而不能捆扎在一起，以防止骚扰在引线之间耦合，若由于位置与空间的限制而无法分隔开，则应采用屏蔽线

3、滤波器的接地

滤波器不宜用细长导线接地，而应保持滤波器的地与设备外壳有一个大的导电接触面，以保证良好的接地，同时设备外壳必须接地。15】接地的目的：

1、建立与大地相连的低阻抗通路，使雷击电流、静电放电电流等从接地通路直接流入大地，而不致影响设备或系统的正常工作及人身安全

2、建立设备外壳与附近金属导体之间的低阻抗通路，当设备中存在漏电电流时，不至于危及人身安全。

3、设备或者系统的各部分都连接到一个公共点或等位面，以便有一个公共的参考电位，消除两个悬浮电路之间可能存在的干扰电压。

4、将屏蔽体接地，使屏蔽发挥作用

5、将滤波器接地，使滤波器能起到抑制共模干扰的作用

6、印制电路板上的信号电路接到地平面，以提供一个信号返回通路。

7、汽车飞机上的非常重要的电路接车体或机体的金属外壳，以提供一个电流返回通路。

16】常用的搭接方法：

1、焊接

通过焊接使需要接触的导体永久连接，是比较理想的搭接方法，可避免金属面曝露在空气中，因锈蚀而引起的搭接性能下降

2、铆接

铆接也实现了永久连接，在铆接部位的阻抗很小，但其他部位阻抗较大，在高频时不能提供良好的低阻抗连接

3、栓接

通过螺栓连接，可以拆卸，但长时间使用后可能出现连接松动，有时通过螺纹接触的两个面会变成接触线，并且由于腐蚀及高频电流的集肤效应，射频电流沿螺旋线流动，因而在很大程度上呈现电感性。17】开关操作瞬态骚扰的抑制 对感性负载的处理：

1、在负载两端反向并联二极管

2、反向并联二极管并串入电阻

3、在负载两端并联电容

4、在负载两端并联电阻

5、并联一对反向串联的稳压管

6、在负载两端并联压敏电阻 对开关触点的处理：

1、在触点两端并联阻容支路

2、在阻容支路的电阻上并联二极管

3、在触点两端并联稳压管

18】中国强制认证，简称CCC认证，是合并了原来的进口商品安全质量许可证制度（CCIB认证），安全认证强制性监督管理制度（CCEE认证）和电磁兼容安全认证制度（CEMC认证）对强制性认证产品实施“四个统一”（即统一目录，统一标准、技术法规和合格评定程序，统一标志，统一收费标准）。“CCC”认证标志是《第一批实施强制性产品认证的产品目录》中产品准许其出厂销售、进口和使用的证明标记 19】电磁兼容测量的主要仪器和设备：

1、EMI接收机

EMI接收机是进行电磁兼容测量的基本仪器

2、电磁干扰测量用辅助设备：天线，线路阻抗稳定网络，电流探头，电压探头，功率吸收钳

3、测量场地：开阔场地，屏蔽室，屏蔽电波暗室，横电磁波传播室，吉赫横电磁波传输室

4、电磁敏感测试用设备：信号源，功率放大器，注入探头，混响室，亥姆霍兹线图

20】电磁兼容测量的基本方法：？p87

1、电磁辐射发射测量系统

电磁场辐射测量是测量电气、电子设备的电磁辐射强度

2、电磁辐射敏感度测试系统：其测量方法主要由以下几种1）用发射天线产生骚扰电磁场，2）用TEM小室或GTEM小室产生骚扰电磁场，3）用混响室产生骚扰电磁场，4）用亥姆霍兹线圈产生磁场

3、传导发射测量系统：有以下几种测量方法1）通过线路阻抗稳定网络LISN，2）用电流探头测量电源线上的干扰电源，3）通过功率吸收钳来测量电源线上的干扰功率

4、传导敏感度测试系统：注入干扰信号有以下几种方法1）通过变压器向被测线路注入干扰信号，2）通过耦合/去耦网络向被测线路注入干扰信号，3）通过注入探头向被测线注入干扰信号

21】电磁干扰诊断测量，常用的测量方法：

1、用电流探头检测线缆中的骚扰电流

2、用电场探头，磁场探头查找印制电路板上的电场骚扰源

3、用电磁探头查找机箱或屏蔽体的电磁泄漏

4、用光纤探头检查机壳对外部辐射的屏蔽作用

22】印制电路板的布局原则：①将数字电路与模拟电路分开；②将高频、中频和低频电路分开；③有对外信号传输的电路尽量靠近连接器一侧；④连接器置于电路板的一侧。

23】印制电路板的布线原则：1）电路板的走线要短而粗，线条要均匀；2）为保持阻抗连续，应避免线的宽度发生突变，走线也应避免突然拐角。3）电源线和地线走线应尽量靠近，以减小电源回路的阻抗；在电源线和地线之间加高频去耦电容，以减小电源阻抗；在集成电路等功率消耗器件的电源线和地线之间加去耦电容，且电容尽量靠近该器件。4）对不同的分区电路，应使用不同的电源线和地线，将其分别汇集并最后连接于一点，而不能简单地串起来，以减小公共阻抗耦合；5）为减小串扰，应避免长距离平行走线，适当增加平行走线的间距，保持线条件的距离不小于两倍的线条宽度(3W准则)，必要时可在两条印制线间插入地线进行隔离6）减小信号回路的面积，以减小对外的辐射发射和接收的外

界辐射骚扰。

24】减小电力系统中的谐波，基本方法有两类：1.对系统设备和用电装置本身进行改造，使其不产生或者少量产生谐波2.装设谐波补偿装置来补偿谐波，包括 无源电力滤波器与有源电力滤波器的特点适用范围

1、无源电力滤波器——是一种传统的滤波方式，它利用电感、电容的串并谐振对某一频率或一定频率范围呈现较低的阻抗，将其与电网并联，可吸收电网中的谐振频率的谐波电流。具有结构简单、有功消耗低的优点，但体积庞大、滤波效果差。

2、有源电力滤波器——它由电力电子器件构成，是一种动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置，能对大小和频率变化的谐波以及变化的无功进行动态补偿。有源电力滤波器的谐波补偿效果显著，但成本较高、容量有限。

第三篇：机载天线电磁兼容分析

姓名：周慧

学号：2011201270

专业：电磁场与微波技术

机载天线的电磁兼容性分析

姓名：周慧

学号：2011201270 摘 要：天线布局和电磁兼容是机载系统设计的关键性问题。针对机载天线的特点，本文对机载天线的电磁兼容性的核心问题和主要解决途径进行了简要介绍，对常用的有限元法、物理光学、几何光学等天线电磁兼容技术分析方法进行了比较，结合机载天线的布局问题综合分析机载天线的电磁兼容技术。关 键 词：机载天线 ；电磁兼容 ；天线布局

一、引言

随着当今科学技术的不断进步，航空军用电子设备已成为C3I 系统实施指挥和获取情报的重要手段。预警机是情报、通讯、指挥和控制中心，要实现这些战术指标，就必然要在飞机这么一个有限的空间里布置大量的电子电气设备。飞机作为一个指挥控制单元，其工作频谱覆盖范围从甚低频（VLF）到超高频（UHF），在大功率高频（HF）和超高频（UHF）设备产生并通过天线辐射的电磁环境中，保证机载设备的兼容性是相当重要而复杂的问题。在飞机系统的研制、生产和安装过程中有必要研究其变化后的电磁环境，对其兼容性状态进行分析，从而保证机载系统的正常工作。

机载通信系统中，由于系统中无线通信设备比较多，而且还要综合考虑飞机的飞行性能，安放天线的位置就受到一定的局限，因此系统中EMC 的问题尤为突出，在无法摆脱自身设备EMC的前提下，要降低这种干扰只能通过天线布局的方法，通过降低各天线对间的耦合度达到减小干扰的目的。

研究飞机天线系统的电磁兼容性的关键就是确定机载天线的辐射特性，得到其辐射方向图。确定机载天线的辐射特性可以通过实验的方法，如利用暗室和飞机模型测试数据，但是这样会浪费大量的人力、物力和财力，因此研制机载天线系统电磁兼容预测分析软件己成为当务之急。EMC预测分析的目标是评估全机的电磁兼容性状态，分析是否存在电磁干扰，以便于总体采取措施排除，尽量减少干扰问题的出现，确定关键性区域和关键性设备，确定干扰测试的重点，并为今后系统及设备设计和系统使用提供数据。

二、机载天线电磁兼容的基本理论

天线的电磁兼容，指天线或天线系统在共同的电磁环境中，其自身性能既不下降又不影响其它天线性能的一种共存状态。即某一设备上的天线既不会由于受

/ 6

姓名：周慧

学号：2011201270

专业：电磁场与微波技术

到处于同一电磁环境中的天线布局、载体、邻近散射体和其它天线的影响而遭受不允许的性能降低，也不会使同一电磁环境中其它天线性能遭受不允许的性能降低。值得指出的是，电磁环境除了包括安装天线的平台、平台上的其它天线、遮挡物、突出金属物以外，在这里还特别增加了一项“邻近散射体”。这里所说的邻近散射体，包括了邻近载体、地形地物和海面等。

从广义上讲，机载天线的电磁兼容性包含有两个基本概念，辐射限制和抗扰度限制。辐射限制是指在不需要的空间和不需要的频段上其辐射量的控制。抗扰度限制是指天线自身对恶意发射与难以避免的反射、散射、漏射、绕射、杂乱漫射、传导等电磁能量的响应能力。

三、机载天线电磁兼容的技术重点

机载天线对整个系统的电磁兼容性能影响非常明显。这主要是因为天线具有如下两个特点：

1、天线的功能是完成电磁能量从“场”到“路”的双向转换，即将空间中的电磁场能量接收至传输线内成为导波，或将传输线内的导波辐射至空间形成电磁波。

2、多数天线辐射能量大、接收灵敏度高。相对于导线、设备、孔缝等无意辐射源，天线辐射能量要大若干个数量级。

本质上讲，机载天线的电磁兼容的核心问题就是辐射限制和抗扰度限制。因此解决天线的电磁兼容应从以下三个方面着手：电磁兼容实现手段、电磁兼容效果计算分析和天线布局优化设计。

1、电磁兼容实现手段

目前实现天线之间电磁兼容的主要手段，是通过增加天线之间的隔离度削弱天线间的相互影响，而衡量天线之间相互影响强度的指标即天线的隔离度，机载天线之间的隔离度是描述天线之间耦合的一种方式，它充分反应了天线的方向性、增益、极化状态、带内带外特性和天线之间的空间对收发天线间能量耦合的贡献。为准确表达天线间的隔离程度，将发射天线的发射功率Pta与接收天线所接收的功率Pra的比值定义为天线隔离度（Pra为Pta经过各种衰减后被接收天线所接收的功率值），通常在工程应用中，以dB 为单位表示，即：

L(dB)10lgPta

（1）Pra当2个天线均处于彼此远区场的情况下，其能量耦合主要通过辐射场实现。

设发射天线发射功率为P ta，增益为Gt，接收天线的接收功率为Pra，增益

/ 6

姓名：周慧

学号：2011201270

专业：电磁场与微波技术

为Gr。接收天线与发射天线间的距离为D，一般情况下，收发天线直视时的天线隔离度可由公式（1）所表达的物理意义求解。当收发天线外形尺寸与D 相比较小时，收发天线均可近似被认为是具有一定方向性的点源，则发射天线发出的电磁波可被近似为球面波，且在接收天线处可视作平面波，此时天线隔离度可表示为：

L(dB)LGG

（2）

dtr4D式中，L20lg为收发天线直视情况下的空间隔离，Ld由收发天线间的距d离D和分析波长λ等因素决定，Gt为发射天线在接收方向的天线增益，应根据收发天线的相对位置从机载发射天线增益方向图中读取；Gr为机载接收天线在发射方向的天线增益，应根据收发天线的相对位置从天线增益方向图中读取。

当收发天线之间的极化不完全匹配时，还要考虑极化失配带来的隔离度LP这一项，即总的天线隔离度为：

L(dB)LGGL

（3）

dtrp如果天线不能同时满足位于彼此的远区场，则2天线之间的相互干扰主要不是通过辐射场进行的，而是通过近区束缚场或近区感应场实现。

工程上圆极化对垂直极化或水平极化的损耗为3dB左右，垂直极化和水平极化间的失配损耗为20-35dB，由于机身表面天线的安装方位比较复杂，极化失配损耗要比以上2个值要小。

2、电磁兼容效果计算分析

机载天线的电磁兼容实施过程中一个重要的环节，就是以计算机为工具，利用电磁场理论和计算电磁学的相关知识，对天线电磁兼容性的效果进行仿真计算和分析。通常情况下，对单个天线结构的阻抗特性和辐射特性的分析往往采用数值方法，而对于天线之间耦合特性（隔离度）的分析（该文中仅指远场情况下），往往采用高频方法。

随着计算机性能的快速提高，电磁场数值计算技术日益成为应用电磁学领域内的一个研究热点。由于数值计算方法直接以数值的形式代替解析表达式描述和求解电磁场问题，故在理论上只要计算机配置足够高，等待足够的时间，就可以得到以任意精度逼近准确值的几乎所有电磁场问题的解答。常用的数值计算技术包括有限元方法（FEM）、时域有限差分方法（FDTD）和矩量法（MOM）等。

有限元法是非常具有代表性、应用范围广泛的频域数值方法。该方法以变分原理和剖分插值为基础，能处理任意形状的场域、多介质和复杂交界面等情况。其所形成的代数方程系数矩阵具有对称、正定和稀疏性的特征，因而收敛性好，3 / 6

姓名：周慧

学号：2011201270

专业：电磁场与微波技术

容易求解。由于具有这些优点，有限元法成为国内外学者的一个研究热点。但是有限元法虽然是一种灵活性强的数值计算方法，但它只适合于最大尺寸约为几个波长以下的物体。所以使用范围也受到一定的局限。

机载天线工作频率一般很高，而飞机一般有十几米到几十米长，因此机载天线系统是电大尺寸系统，对此系统的分析需要应用高频近似技术。高频近似技术是在相当严格的理论基础上发展的一系列近似方法和渐进的高频解析方法，一般可归纳作2 类：一类基于射线光学，包括几何光学（GO）、几何绕射理论（GTD）以及在基础上发展的一致性绕射理论（UTD）等；另一类基于波前光学，包括物理光学（PO）、物理绕射理论（PTD）、等效电磁流方法（ECM）以及增量长度绕射系数法（ILDC）等。

物理光学法是通过对表面感应场的近似和积分来求解散射场的，它克服了平表面和单弯曲表面所出现的无限大的问题。由于感应场保持有限，散射场也就同样有限。

几何光学是研究射线传播的一种理论，它是适用于计算电磁场零波长近似的高频方法。但是几何光学只研究直射、反射和折射问题，它无法解释绕射现象。当几何光学射线遇到任意一种表面不连续的情况，例如边缘、尖顶，或者在向曲面掠入射时，它将不能进入到阴影区。按几何光学理论，阴影区的场应等于零，但实际上阴影区的场并不等于零。为了解除几何光学场的不连续性问题，并对几何光学场计为零的场区中作出适当修正，引入了一种新的射线—绕射线，其对应的理论即几何绕射理论。

几何绕射理论的基本概念可以归结为以下3 点：

1绕射场是沿绕射射线传播的，这种射线的轨迹可以用广义费马原理确定。○2场的局部性原理：在高频极限情况下，反射和绕射这一类现象只取决于○反射点和绕射点临近域的电磁特性和几何特性。

3离开绕射点后的绕射射线仍遵循几何光学的定律。○

3、天线布局优化设计

布局设计首先是天线自身的仿真与设计，其性能指标以能否满足应用要求为先决条件，但这往往还不够。实际中常会遇到这样的情况，单独看这个天线，其各项性能指标均合格，一旦配置到载体上，其主要参数幅度方向图和相位特性将有程度不等的劣化，此时必须对天线进行必要的修改，有时甚至需要重新进行方案论证与选择。

机载天线的布置应遵循如下的4个原则：

1飞机电子系统中各分系统的天线布置应充分发挥各分系统的战技性能，○完成各自所担负的任务。

/ 6

姓名：周慧

学号：2011201270

专业：电磁场与微波技术

2分系统天线间辐射干扰影响尽量小，即尽量减少辐射耦合。○3要充分利用载体的遮档。○4实际天线布局设计是一个综合性的反复调整过程。○下面以一个实际的飞机来综合考虑分析其各天线的布置情况

图 1 某飞机的机载天线布局

1探测雷达天线布置 ○考虑飞机气动力学影响，可采用共形相控阵天线型式，并将天线置于机身两侧和前后。

2GPS天线布置 ○GPS 接收天线，它用于接收卫星信号，因此要安装在机身上方，且尽量远离探测雷达。

3ESM天线布置 ○无源探测（以ESM 为例）频带宽，接收灵敏度高，因此ESM 天线要远离那些落于其工作频带的发射源，故ESM 天线应安装于机身前后位置。

4JTIDS天线布置 ○对JTIDS天线布置考虑应空对空、空对地通信，因此将它安装于机身上下方。5通信天线尤其是V/UHF 天线数量多，频段宽，要考虑减少相互影响，合○理布局。

在初步确定了天线在载体上的布局后，就可进行机载天线耦合干扰及天线方向图的计算机预测与分析，通过不断的调整天线的位置，最终找到最佳的天线布局方案。

四、国内外机载天线布局和EMC的发展动态

西方发达国家早在二战后就对飞机的EMC做了大量的研究工作，特别是美

/ 6

姓名：周慧

学号：2011201270

专业：电磁场与微波技术

国在六七十年代中期对电磁兼容性研究所做的工作，比较全面和系统地考察了航空、航天、航海领域中的电磁兼容机理，并进行了研究和分析，获得了大量的资料和经验，取得了较好的效果。如美军先后研究出F-4，F-15系列飞机EMC分析方法和数学模型，并将其应用于飞机的设计、研制和维修中，取得了许多技术成果和显著的经济效益。海湾战争、科索沃战争及近期的反恐战争等，使各国对美国等西方各种武器的先进性有了更直观的认识，而战争中美国飞机的卓越性能都体现了研究飞机天线系统EMC的价值。

我国在这方面研究起步很晚，与国外相比水平还远远落后，直到70年代后才开始着手研究，而且发展速度缓慢，导致我国与发达国家拉下很大距离。目前，我国已经有一些部门和单位开始重视并从事这方面的工作，实现技术的跨越式发展，可望在不远的未来赶上先进发达国家的水平，从而能够利用EMC控制，使系统和设备与环境相融合，完成对电子设备的一体化设计。

参考文献

[1] 汤仕平,杨景发.飞机天线间兼容性分析及工程应用[J].电磁干扰抑制技术.[2] 王良刚,陈龙.机载C3I 系统电磁兼容技术研究[J].电讯技术,1997,37(2).[3] 邱扬,俞智敏,袁军,田锦.机载通信系统EMC设计中天线布局优化设计[J].舰船电子工程,2004.[4] 路志勇,宋长宏.机载系统天线布局及电磁兼容性分析[J].微波学报,2010.[5] 林泽祥,兰强.天线的电磁兼容技术[J].电波科学学报,2007,22(1).[6] 袁旭猛,王浩.机载天线电磁兼容技术分析[J].无线电通信技术,2011,37(4).[7] 陈晨.机载天线辐射特性及耦合研究[D].西安:西北工业大学,2006.6 / 6

第四篇：高速电路板电磁兼容性分析

毕 业 论 文

论文题目： 高速电路板电磁兼容性分析

系 部：

专业名称： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成时间： 年月 日

高速电路板电磁兼容性分析

摘要：本文首先对电磁兼容的基本概念作出了简要的回答，接着引出了在高速电路板中存在的电磁兼容问题，主要是其产生的原因，重点是电磁干扰的内容，以及相应的解决办法。由这些问题给出了高速电路板在电磁兼容性上的设计方法，包含了元器件的放置、去耦电容的放置等基本原则。最后通过对PCBMOD仿真软件的简单介绍使PCB板的EMC问题在计算机辅助软件的帮助下大为简化，使复杂的问题在现实应用中的解决成为可能。

关键词：电磁兼容性（EMC）；电磁干扰（EMI）；电磁敏感性（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）

目录

引言...............................................................................................................................3 1.电磁兼容性的概念与内容........................................................................................3

1.1电磁兼容的概念.................................................................................................................3 1.2电磁兼容包含的内容.........................................................................................................4

2.高速电路板的电磁兼容性........................................................................................4

2.1高速电路板电磁干扰的产生原因.....................................................................................4 2.2电磁干扰的解决办法.........................................................................................................6

3.PCB板电磁兼容性设计原则及方法.......................................................................7

3.1 元器件的放置....................................................................................................................7 3.2 PCB板的叠层布线............................................................................................................8 3.3 去耦电容的放置及使用方法............................................................................................8

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

4.1 EMC仿真介绍..................................................................................................................8 4.2 PCBMOD仿真软件..........................................................................................................9

5.应用单片机设计PCB板........................................................................................10

5.1设计流程...........................................................................................................................10 5.2设计注意事项...................................................................................................................11

结束语.........................................................................................................................12 参考文献.....................................................................................................................13 致谢词.........................................................................................................................14

引言

科学技术的发展，特别是集成电路的发展，带动着高速电路的飞速发展，电子设备体积越来越小，集成度却越来越高，高速、高密度的数字电路设计成为主要发展方向。随着逻辑电路中时钟频率的提高、板上器件数和布线数的不断增加，印制板的电磁兼容性问题越来越突出。这些问题的解决直接关系到数字电路功能的实现和电子设备的质量。

正如前面所说，电路工作频率的越来越高使电路板的EMC问题越来越复杂，现在的CPU的工作时钟频率已经达到4GHz。正因如此，才需要我们深入研究高速电路板的电磁兼容性问题，尽可能早的发现问题，并实现PCB板的EMC设计所提出的要求，就可以避免产品定型生产之后再解决问题所带来的成本上升和时间的延误。

1.电磁兼容性的概念与内容

1.1电磁兼容的概念

在现代社会里，微电子技术已深入到各个领域。由于电子技术中的高频器件占据很大的份额，使人们并不希望见到的电磁辐射几乎无处不在，形成了一种所谓的电磁污染。此外由于工作空间的狭窄，许多电磁能量的辐射体与接受装置不得不现相互为邻，影响到这些设备的正常工作与效率。这些问题的解决都需要用到电磁兼容（Electromagnetic Compatibility, EMC）的相关理论。国际电工委员会对电磁兼容性的定义为：EMC是电子设备的一种功能，电子设备在环境中完成其功能，而不产生不能容忍的干扰。电磁兼容性问题已经形成一门新的学科，也是一门以电磁场理论为基础，包括信息、电工、电子、通信、材料、结构等学科的边缘科学。电磁兼容性问题也是要求多动手实践的一门技术，仅仅是理论知识的积累只能将理解停留在表面，只有多动手操作，多掌握实践经验才能深入掌握分析的技巧。

1.2电磁兼容包含的内容

根据IEC给出的定义我们可以用一种通俗说法：EMC就是研究设备或系统的电磁干扰和抗扰度的问题，也就是说所有的电子设备既不要成为一个电磁干扰源，对周围的设备的正常工作产生不良影响；又能承受周围电磁环境中从各种途径传输的各种电磁干扰，而保证自身设备的正常工作。

电磁兼容（EMC）=电磁干扰（EMI）+电磁敏感度（EMS）

电磁干扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。任何一个电磁干扰现象的发生都要具备三个要素：干扰源，耦合途径，敏感设备。

在电磁兼容理论中，电磁干扰源是指产生电磁干扰的器件、设备、分系统、系统或自然现象。一般说来电磁干扰源分为两大类：自然干扰源和人为干扰源。

敏感设备是指对电磁干扰发生响应的系统或设备的总称。要注意许多电器装置既是辐射体又是敏感体，如计算机内部的时钟脉冲频率发生器工作时将泄漏出电磁辐射担当干扰源的角色，但同时又易受到外界的电磁能量的影响而成为敏感体。

耦合途径是指把能量从电磁干扰源耦合到敏感设备上，并引起该设备响应的媒介。一般有两种方式：传导耦合方式和辐射耦合方式。

传导耦合：这种方式比较简单，因为干扰源与敏感设备之间有明确的连接电路，电磁能量就沿着连接电路从干扰源传输到敏感设备上。

辐射耦合：因为没有具体的连接电路，电磁能量只能以电磁波的方式在空间传播，从干扰源传到敏感设备。

2.高速电路板的电磁兼容性

2.1高速电路板电磁干扰的产生原因

数字电路中，在系统时钟频率超过50MHz并且工作在这这个频率之上的电路已经占到整个电子系统的三分之一以上，或采用了上升／下降时间少于5ns的器件，就是高速电路，考虑传输线效应和传输延迟。实际上，信号上升沿与下降沿的谐波频率比本身的频率高很多，就导致不能按照理论传输来计算。数字电路 4 的时钟信号包含了大量的谐波分量，因此数字电路的时钟频率就不能看成是PCB布线中的最高频率，从而就为PCB板中通过射频电流提供了先决条件。

又由电磁场基本理论的可知，当PCB印制线中存在射频电流时，电流从电流源流到负载，通过返回路径返回形成闭合回路，就会形成磁场，该磁场又会产生一个辐射磁场，与电磁波的形成与传播类似，电磁场的交互作用实现了射频能量的产生与传播。因为PCB印制线与射频电流返回路径没有完全重合，磁场与返回结构间的磁通耦合就没有达到百分之百，剩余的射频电流就是在PCB板中引起电磁干扰的主要原因。如图1所示

图1 高速电路板电磁干扰产生原因

印制电路板中的电磁干扰问题包括高频信号之间的串扰问题，高频信号的电磁辐射问题，高频信号传输的反射问题，其中尤以高频辐射问题最为严重，因为频率越高，印制线、电源线的阻抗就越高，因此就会通过公共阻抗耦合产生干扰，频率增高会使寄生电容容抗减小，就容易发生串扰。

现具体说明如下：

（1）高频器件辐射的电磁干扰，通常情况下，PCB板的工作频率太高，布线布局不合理，没有采取有效的屏蔽措施就会导致辐射干扰。数据显示产生的干扰噪声是时钟频率的3倍。

（2）系统电源自身的噪声干扰。系统电源在提供能源的同时，也将其寄生的干扰噪声加到电路中，系统中的模拟信号电路很容易受到此类干扰。

（3）大电流驱动电路产生的干扰，电路中大电流开关在动作时会产生电火 5

花干扰。

（4）高频信号之间的串扰，信号在传输线上传输时，因为有电磁耦合，所以对相邻的传输线会产生干扰。对于两条信号之间的耦合问题，主要是信号线之间的互感和互容。

（5）高频信号传输的反射问题，高频信号在传输时，当源端与负载端阻抗不匹配时，就会在终端发生发射，使信号发生变形。

2.2电磁干扰的解决办法

针对高速电路板中存在的电磁干扰问题，现提供以下解决措施：

（1）尽量选用频率低的芯片来提高系统的抗干扰能力，频率越高就越容易成为噪声源，产生的高频噪声就越大，电磁干扰就越强，在设计时，在能满足要求的情况下尽量使用频率低的芯片。

（2）选用高精度的稳态电源供电，电源供电时会将寄生的噪声加到电路中，使用稳态电源供电会减少这一类噪声，还要增加电源线的宽度以减少环路电阻。

（3）设计高速PCB板时，信号的走线越短越好，过孔数目最好不要超过2个。

（4）减少信号间的交叉干扰，高频信号传输时，会产生传输线效应（传输线不仅仅作为导线，还会产生分布电容和分布电感，影响信号的传输），导致传输信号的失真，高速数字信号传输时，会干扰与之平行的另一条传输线，这就是信号间的交叉干扰，为此要尽可能的缩短高频器件间的连接线。

（5）PCB板的合理布局结构，布局不当是造成干扰的主要原因，所以正确的布局布线是设备正常运行的基本保证之一。首先是PCB板的尺寸大小，尺寸太大会增加它的成本，降低它的抗噪能力，太小则临近线条容易受到干扰。尽可能将强电信号与弱电信号分开，模拟信号与数字信号分开，用地线将两区域分离，将模拟地与数字地分离，接于电源地，干扰源与敏感器件分离，元器件应均匀、整齐、紧凑的排列在PCB板上，尽量减少各元器件之间的引线和连接线。

（6）合理解决电源线和地线连接多造成的电磁干扰，大多数的电磁干扰都是通过地线引入的。地线存在阻抗，地线中流过电流时会产生电压降，因为在地线中有了环路电流、电压降，就产生了地环路干扰。解决方法就是切断地环路，增加地环路阻抗。共用一段地线会产生公共阻抗耦合，解决办法是为每个模块提

供一个公共电位参考点，让每个电路模块的接电线最终汇流与公共电位参考点，由于只有一个参考点，也就没有了公共耦合阻抗的存在，也就没有了干扰问题。

（7）用去耦电容去除高频噪声，频率越高容抗就越低，将其并联在信号线与地线之间，就能滤除掉高频噪声。将每个芯片都加上一个电容不仅能储存能量，还能旁路掉高频噪声，电容引线不宜过长，引线长了，其感应电感就越大，电容的谐振频率就越低，旁路作用就会减弱。

3.PCB板电磁兼容性设计原则及方法

PCB板的电磁兼容性设计要遵循的原则有很多，这里只简要介绍本文用到的几条比较重要的准则。

①：信号电流环路面积要最小，众所周知所有的电子信号有电压也有电流，信号电流总是要形成闭合回路，把信号电流环路面积设计最小是为了防止信号辐射或耦合至其他电路，PCB设计者要为每个信号电流设计一条回到源头的低阻抗路径；②：不要在连接端口之间放置高频电路，大部分从板上辐射出去和从外界耦合至板上的电磁能量都是从I／O连接端口这个路径。③：控制数字信号的转换时间，时钟信号的高次谐波是产生干扰的重要原因，通过控制信号的上升下降时间，可以很好的衰减高次谐波而不降低信号质量和误码率。④:第一条规则告诉我们信号要有完整的闭合回路而不能存在间隙，如果回路平面出现缝隙会使高频电流通过高阻抗的路径回到源端，这会导致辐射电磁干扰。

基于这四个方面，对高速PCB板的EMI设计作一详细介绍。

3.1 元器件的放置

元器件的放置非常重要，其直接导致信号的流向，应注意的方面很多。

㈠ 时钟发生器的放置

时钟信号为PCB板内的高频信号，所以它的走线应该设计的最短，不能在I／O接口附近。

也不能在例如DC电源这样的内部接口附近，时钟电路不能放置在PCB 7

板的边缘。

㈡ CPU／内存的器件放置

和时钟信号相同，CPU／内存器件也是高频器件所以也不能放置在I／O电路附近，同样也不能放在内部接口附近。

3.2 PCB板的叠层布线

1：高速总线和时钟线是频率最高的走线，所以要最先布线。

2：高速信号线和时钟线要远离I／O的接口处，这在元器件的放置中有所提及，原因也是频率高易产生高频干扰。

3：在高速、高频和大电流流经的区域不能有I／O信号线。

4：在同一叠层或临近层上，时钟线与I／O信号线不要平行或靠近以免发生串扰。

5：时钟区域是高频区域不能有无关的走线穿越，电源分割区域不能有无关的走线穿越是由原则四决定的。

3.3 去耦电容的放置及使用方法

1.符合高速定义的部件必须使用去耦电容。

2.去耦电容的走线越宽越好，这样的走线阻抗越大。3.为集成电路的每一个电源管脚配置一个去耦电容。

4.每一个去耦电容都要通过走线接地，还要保证走线的电感达到最小。5.为了达到第四点中的走线电感最小，可以用两根地线接去耦电容。

4.PCB板的EMC仿真分析

4.1 EMC仿真介绍 PCB板存在的EMC问题：

信号的串扰、反射造成信号的完整性问题 电源／地电压的波动造成电源的完整性问题 电磁场的辐射造成电磁干扰和抗干扰问题

4.2 PCBMOD仿真软件介绍

PCBMOD软件主要适应于计算机、通信领域的PCB和电缆的EMC模拟。支持高速的数字信号、模拟信号或者模数混合信号以及电源的设计，可采用频域和时域两种方法对2D或3D线性传输线模型以及电源/接地问题进行分析。

PCBMOD可用于PCB板的EMC分析，有二维和三维场求解器及高级网络仿真器，功能强大，提供PCB布线设计、器件布局和电源／地优化设计等电磁兼容和信号完整性仿真分析,不仅可以直接导入多种PCB布线EDA软件模型（如Protel等软件）还能精确考虑串扰、趋肤效应等问题。其分析流程如图2所示：

图2 PCBMOD软件EMC仿真流程

如图所示，首先将PCB板的相关几何尺寸的参数输入到软件中，接着就是 9

在二维或三维场求解器对它进行时域和频域的EMC、EMI问题。在定义完PCB板的激励、负载和相应的内外部端口后对其进行电路网络的分析，这得益于软件内置的CAD设计工具，下一步是电磁辐射的分析，包括电磁干扰和电磁敏感度两个方面的分析，最后观察得到的结果。

PCBMOD可以用在PCB和集成电路设计的各个阶段，它包含了ATHOS，Static2D／3D和Stat Mod，对模拟和数字电路都可以分析。ATHOS是一个可视化PCB电路编辑器。Static2D／3D是一个基于BEM（边界元方法）的二维或三维的模拟器，能分析数字电路和高频模拟电路。Stat Mod 是个3D EMC频域模拟程序，它利用了PEEC（部分元等效电路法）数值分析算法。它内置了PCB设计CAD软件。适应于低频模拟电路。

5.应用单片机设计PCB板

5.1设计流程

单片机系统的设计主要包括电路原理图的设计，PCB板的设计，制作软件的编程，以及系统的集成等方面。

①根据需要，首先制定出总体方案，总体方案首先制定出硬件电路图，包括单片机的选择，单片机及扩展的设计，外部设备和接口设计等。

②根据原理图设计PCB板也有一个具体的流程：开始→规划电路板→设置参数→装入网格表及元件的封装→布置元件→自动布线→手工调整→存盘及打印输出→结束。虽然这一过程主要是由Protel99SE完成，但仍需要注意一些问题：

（1）板的布局（2）高低压之间的隔离（3）PCB板的走线（4）印制导线的宽度（5）印制导线的间距（6）印制导线的屏蔽与接地

③根据单片机所支持的指令系统和设计任务的基本要求确定软件的设计内 10

容。为使软件设计工作思路清晰，一般把系统的全部软件工作，划分成几个模块，每个模块就能完成一定的功能，每个模块可相互独立，又可通过指令相互联系和调用。

5.2设计注意事项.单片机系统的设计涉及到许多问题，要注意的事项很多，这里只简要介绍：

①单片机以及电路所用器件的选择，包括单片机的选择和电路器件的选择两个方面问题。

②PCB板设计应注意的问题：

（1）尽量控制噪声源，尽量减小噪声的传播与耦合，尽量减小噪声的吸收

（2）PCB板要合理分区，通常分为3区，即模块电路区（怕干扰）、数字电路区（既怕干扰又产生干扰）、功率驱动区（干扰源）

（3）时钟震荡电路和特殊高速逻辑电路部分用地线圈起来，让周围电场趋近于零

（4）I／O驱动器件功率放大器件应尽量靠近板边设计、靠近引出接插件

（5）单面板和双面板设计中，地线和电源线要尽量粗，信号线的过孔要尽量少

③电路抗干扰问题，其解决主要可以从以下几个方面考虑：

（1）电源抗干扰措施

（2）接地问题

（3）输入输出通道的抗干扰措施

（4）传输线的抗干扰措施

结束语

本文主要阐述了电磁兼容性的概念，高速电路板存在的电磁兼容性问题及解决方法，在此基础上提出了几点PCB板的设计方法，对高速电路板的EMC仿真作了简要的介绍，最后结合所学单片机内容对PCB板的设计给出了几点意见。此次论文的完成与指导老师的耐心知道息息相关，希望老师能继续严格要求，在现有的基础上更上一层楼。

参考文献: [1] 何为 杨帆，《电磁兼容原理和应用》，清华大学出版社，2009年

[2] 郑军奇，《电子产品设计EMC风险评估》，电子工业出版社，2008年 [3] 郑军奇，《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》，电子工业出版社，2010年

[4] 李富同，《高速PCB板的电磁兼容性设计及仿真分析》，http://wenku.baidu.com/view/03254e21af45b307e8719748.html，2007年

致谢词：

这次论文能够顺利完成,我得感谢我的指导老师以及帮助过我的同学,在这里我要深深的表示我的谢意!在本论文的写作过程中，我的老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。

在此，我还要感谢在一起生活的大学同学，因为有了你们，我才能有了一个充实愉快的大学生活，直至论文答辩，直到毕业。最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。

第五篇：继电器电磁干扰的分析及抑制

继电器电磁干扰的分析及抑制

转载▼

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

标签：

分类： 其它知识 继电器

it

摘要：本文主要介绍了对电气设备中继电器及其开关触点干扰抑制的机理，提出了抑制干扰的有效措施。

关键词：继电器 电磁干扰 分析 抑制

1前言

随着科学技术的飞速发展，电子、电力电子、电气设备应用越来越广泛，它们在运行过程中会产生较强的电磁干扰和谐波干扰。其中，电磁干扰具有很宽的频率范围（从几百Hz到MHz），又有一定的幅度，经过传导和辐射会污染电磁环境，对电子设备造成干扰，有时甚至危及操作人员的安全。特别是大功率中、短波广播发射中心，其周围电磁环境尤为复杂，要想保证设备安全稳定运行，电子设备及电源必须具有更高的电磁兼容性。

2电磁干扰的抑制

电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference)是指由无用信号或电磁骚扰（噪声）对有用电磁信号的接收或传输所造成的损害。一个系统或系统内，某一线路受到电磁干扰的程度可以表示为如下关系式：

N=G×C/I

其中：G为噪声源强度；

I为受干扰电路的敏感程度；

C为噪声通过某种途径传导受干扰处的耦合因素。

从上式可以看出，电磁干扰抑制的技术就是围绕这三个要素所采取的各种措施，归纳起来就是：

（1）抑制电磁干扰源；

（2）切断电磁干扰耦合途径；

（3）降低电磁敏感装置的敏感性。

2.1抑制电磁干扰源

首先必须确定干扰源在何处，越靠近干扰源的地方采取措施抑制效果越好，一般来说，电流电压瞬变的地方（即di/dt或du/dt）即是干扰源，如：继电器开合、电容充放电、电机运转、集成电路开关工作等都可能成为干扰源。另外，市电并非理想的50Hz正弦波，其中充满各种频率噪声，也是不可忽视的干扰源。

抑制干扰源就是尽可能的减小di/dt或du/dt，这是抗干扰设计时最优先和最重要的原则。减小di/dt的干扰源，主要是在干扰回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现；减小du/dt的干扰源，则是通过在干扰源两端并联电容来实现。

抑制方法通常采用低噪声电路、瞬态抑制电路、稳压电路等，所选用的器件应尽可能采用低噪声、高频特性好、稳定性高的电子元件，特别要注意，抑制电路中不适当的器件选择可能会产生新的干扰源。

2.2切断电磁干扰耦合的途径

电磁干扰耦合途径主要包括传导和辐射两种。

所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰，抑制传导干扰主要是通过在导线上增加滤波器的方法切断干扰源，有时也可加隔离光耦来解决。滤波器分为低通（LPF）、高通（HPF）、带阻（BEF）、带通（BPF）等四种，可根据信号与噪声频率的差别选择不同类型的滤波器，对于要求较高的设备，则必须采用穿心滤波器。

辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰，对于辐射干扰，主要是采用屏蔽技术和分层技术。屏蔽技术是一门科学，选择合适的屏蔽材料，在适当的位置进行屏蔽，对于屏蔽效果至关重要，尤其是屏蔽室的设计。可供选择的屏蔽材料种类繁多，有各种金属板、铜丝网、导电橡胶、导电胶、导电玻璃等等，应根据需要进行选择。屏蔽室的设计应充分考虑门窗、通风口、进出线口的屏蔽与搭接，除静电屏蔽外，还应考虑磁屏蔽及接地。

2.3降低电磁敏感装置的灵敏度

电磁敏感装置的灵敏度本身具有矛盾的双重性，一方面，人们希望电磁敏感装置灵敏度高一些，以提高对信号的接收能力；另一方面，其灵敏度越高，受噪声影响的可能性也就越大。因此，应根据具体情况，采用降额设计、屏蔽设计、网络钝化、功能钝化等方法使问题得到解决。

电磁干扰抑制方法很多，可以选择一种或多种综合应用，但不论选择什么方法，都应从设计之初就着手系统电磁兼容性的考虑。

3继电器及其开关触点干扰的抑制

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子等设备中，是最重要的控制元件之一。继电器的开合本身所产生的电磁干扰是绝对不能忽视的，为保证各种设备的安全稳定运行，对继电器及其开关触点电磁干扰的抑制尤为重要。

3.1继电器线圈瞬变干扰的抑制

继电器线圈（以直流继电器为例）是感性负载，在电源断电瞬间会产生瞬变电压，有时高达几kV，如此高的电压足以损坏相关元器件；不仅如此，由于其含有丰富的谐波，可通过线路间的分布电容、绝缘电阻侵入控制系统，导致误动作。为防止元器件损坏、电路误动作等，就必须采取抑制措施，由于断路产生的瞬变电压能量大、频谱宽，仅仅采用滤波或隔离措施难以凑效，抑制瞬变干扰，通常采用如下几种常见的方式：

（1）并联电阻

图1为并联电阻抑制瞬变干扰电路，在图1中，K为电路的控制开关，L为继电器线圈的电感。该抑制电路的关键是正确选择所并联的电阻值，阻值过大起不了作用，过小增加功耗，且易烧坏开关触点。例如，48V直流继电器以并联1kΩ/5W电阻为宜，连接不必考虑电源的极性。

图1并联电阻方式

（2）并联二极管

图2为并联二极管抑制瞬变干扰电路，电源与二极管极性的相对关系不可任意改变。采用这种方式，能量损耗小，瞬变电压低，但是该种方式延长了放电时间，导致继电器线包延时释放，降低了动态响应性能。二极管峰值耐压应为负载电压的3倍以上。

图2并联二极管方式

（3）并联RC支路

并联RC支路如图3所示。该种方式抑制效果好，但使用元器件较多，R、C数值的选择与线圈的电感及内阻有关，与电源极性无关，通常R在10～100Ω之间，C在0.1～0.5μF之间，选用无极性电容器，且其耐压应高于电源电压的峰值。

图3并联RC支路方式

（4）其他方式

另外，还有并联电阻+二极管支路方式（如图4所示）和并联双向二极管或稳压管方式（如图5所示）。并联电阻+二极管支路方式中，电源与二极管的极性不能颠倒，采用这种方式能减少释放时间，提高动态特性。并联双向稳压二极管方式不必考虑电源极性，延迟时间短，但必须保证稳压二极管的耐压至少是电源电压的2倍。

3.2 开关触点干扰的抑制

断开继电器负载时，为防止开关触点产生火花放电，除了在线圈两端加能量释放通路外，也可在开关触点两端增加并联保护网络，一般最常用的是RC保护网络。该保护网络可延长接点的耐久性，防止噪音及减小电弧引起接点烧毁。图6为继电器开关触点干扰抑制的典型电路。

在图6中，R、C串联后跨接在开关触点两端，当开关断开时电感性负载中存储的能量通过RC网络放电，避免了触点间产生放电。R、C的选择应根据接点的电流和电压来确定，电阻R相对于接点电压为1V时，通常选择0.5～1Ω；电容C相对于接点电流为1A时，通常选择0.5～1μF。但是由于负载的性质和离散特性等的不同，必须考虑电容C具有抑制接点断开时的放电效果，在一般情况下使用200～300V的电容器耐压。电阻R的选择应考虑两个方面的因素，一方面，在开关断开瞬间，希望R越小越好，以便电感上存储的能量变成电容器上的能量；另一方面，当开关闭合时，希望R尽可能的大，以免电容器上的能量通过开关触点放电时电流太大而烧毁触点。一般情况下，开关触点间存在两种形式的击穿电压，即气体火花放电和金属弧光放电。要防止气体火花放电，应控制触点间电压低于300V；要防止金属弧光放电，应控制触点间的起始电压上升率小于1V/μs，并把触点间的瞬态电流控制在0.4A以下。

图7为一种改进型的抑制电路，即在电阻R上并联一只二极管D。在开关断开时，电感中的能量通过由R、C、D组成的电路释放，由于二极管正向导通，内阻很小，能量很快释放；当开关闭合时，充满电的电容C通过电阻R和开关触点放电，由于二极管是反向偏置不导通，释放电流仅从电阻R上流过，如R选取足够大，就不会引起触点烧坏。

另外，还可采用在开关触点两端并联稳压二极管的抑制电路，如图8所示。

图8并联稳压二极管方式

在图8中，当开关触点断开时，触点两端出现高电压形成火花放电，由于稳压管的稳压特性，使触点两端的电压不会大于电源电压的1.5倍，从而抑制了瞬变电压和火花。这种电路由于仅用一个元件，电路简单而且效果不错。

一般情况下，电感性负载比纯阻性负载更容易产生气体火花放电和金属弧光放电，只要选择适当的抑制电路，可以达到和纯阻性负载相同的效果。

由于抑制电路的种类很多，在此不再作详细介绍。

4结束语

随着信息技术的不断发展，电台自动化建设不断深入，干扰问题已成为制约系统自动化控制的瓶颈，如何减小相互间的电磁干扰，使各种设备和系统能正常运转，是一个亟待解决的问题。在采用不同的方法对电磁干扰进行抑制时，应分析其综合效应，并对所采用的干扰抑制手段的作用进行恰当的预估，才能获得较理想的效果。

参考文献：

[1] 蔡仁钢.电磁兼容原理和预测技术, 北京航空航天大学出版社,1997

[2] 张乃国.电源干扰与抗干扰, 华港出版社, 2003

（作者单位系国家广电总局2022台）