1.2 電磁兼容性的基本概念

1．電磁兼容性

電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility, EMC）是指設備、分系統、系統在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態（圖1-1）。它是指電氣設備在電磁環境中具備良好的工作能力，并且不產生在此環境中工作的其他設備所不能接受的電磁干擾。它包括以下兩個方面：

（1）設備、分系統、系統在預定的電磁環境中運行時，可按規定的安全裕度實現設計的工作性能，且不因電磁干擾而受損或產生不可接受的降級。

（2）設備、分系統、系統在預定的電磁環境中正常地工作且不會給環境（或其他設備）帶來不可接受的電磁干擾。

2．電磁干擾

對于電磁干擾（Electro Magnetic Interference, EMI），國軍標GJB 72A—2002的定義為：任何能中斷、阻礙，甚至降低、限制無線電通信或其他電氣電子設備性能的傳導或輻射的電磁能量。

美軍將電磁干擾定義為：任何中斷、阻礙或降低、限制電子或電氣設備工作效能的電磁擾動。電磁干擾可以是有意的，如某些形式的電子戰；也可以是無意的，如寄生輻射與響應、交叉調制所產生的結果等。

在通常的理解中，處在一定環境中的設備或系統，在正常運行時，不應產生超過相應標準所要求的電磁能量，相對應的測試項目根據產品類型及執行標準的不同而不同。例如，軍用標準、民用標準、汽車標準等，其測試要求由于產品特征的不同而不同。

3．電磁干擾現象及“三要素”

當干擾信號引起不希望的響應，導致電氣、電子裝置性能降級或故障時，即發生電磁干擾。如果干擾信號得不到控制，當它們進入平臺時，就會干擾其他設備和裝置，導致故障和性能降級。發射頻率可能覆蓋寬頻譜（寬帶）或頻譜上的離散頻率（窄帶）。實質上，這種干擾的表現形式是連續的或不連續的。

每個電子或電氣裝置根據其電磁特性都可能受到電磁干擾，同樣也會產生某種程度的電磁發射。干擾發射可以像電磁輻射發射那樣通過空間或電纜（如信號和電源線）傳導發射，當發生器的發射水平高于接收器（“受害”設備）的敏感性水平時，就會發生電磁干擾。無論復雜系統還是簡單裝置，出現電磁干擾情況，必須具備“三要素”：

（1）傳導或輻射電磁能量源（干擾源）；

（2）電磁能量的傳播介質（傳播途徑）；

（3）受到干擾信號不利影響的“受害”設備（敏感源）。

缺少任何一種要素，電磁干擾都不會發生。因此，通過降低電磁能量源發射水平、中斷傳播路徑或加固“受害”設備使其免受干擾信號的影響等措施，可以實現電磁兼容。

4．電磁干擾抑制

為了抑制電磁干擾，必須充分了解電磁干擾的特性及其傳播機理。對于電磁干擾源的研究內容，包括電磁干擾源的頻域和時域特性、產生的機理以及抑制措施等。對于電磁干擾傳輸特性的研究內容，包括對傳導電磁干擾傳輸特性和輻射電磁干擾傳輸特性的研究。例如，根據干擾信號的頻譜特性，可以了解它是寬帶干擾還是窄帶干擾；根據干擾信號的時間特性可知其為連續波、間歇波，還是瞬態波，以便采用不同的措施加以抑制。對于敏感設備的研究需要關注不同類型的敏感設備，其敏感度閾值不同，大多數以電壓幅值表示。因此，對電磁干擾特性及其傳播理論的研究是電磁兼容學科最基本的內容之一。經典的抑制電磁干擾的三大措施是接地、屏蔽和濾波。

5．電磁干擾安全裕度

電磁干擾安全裕度（Electro Magnetic Interference Safety Margins, EMISM）是指敏感度閾值和發射的比值，或者在分貝單位下兩者之差。在分貝單位下，如果敏感度閾值高于發射，那么EMC裕度為正，否則為負。EMC裕度可以作為一個減小不確定性的安全差距來看待。

電磁干擾安全裕度通常定義為：被測點處的敏感度閾值與該點所受的干擾的比值。“被測點”的選擇原則是保證參數比較的可行性。例如，電子元件的電源輸入引線可以定義為典型的“被測點”。將該元件對于電壓波動的敏感裕度（或安全裕度）與該點實際的電壓波動（來源于與該器件共用電源總線的其他電子元件）相比較，便可得到“被測點”的系統裕度。

電磁干擾安全裕度是評定一個系統電磁兼容性的重要指標之一，該值反映了系統電磁兼容性的安全程度，系統關鍵點的環境電平比設備、分系統敏感度閾值所低的程度，可表示為

MdB＝SdB-IdB

式中：MdB——安全裕度；

SdB——系統的敏感度閾值電平；

IdB——系統實際接收的電磁干擾值。

當SdB＞IdB時，MdB＞0，此時系統處于兼容工作狀態。從可靠性角度看，設備和分系統的安全裕度應越大越好，但是成本也是需要考慮的因素。

在一般情況下，在裝甲車輛中規定，對于安全關鍵電路，“被測點”（又稱為“臨界點”）的電磁干擾安全裕度要達到10 dB；對于任務關鍵電路，電磁干擾安全裕度要達到6 dB。

電磁干擾安全裕度通常是相對值，有一些概念需要澄清，以免產生誤解：

（1）定義中并未規定，測試是在時域進行還是在頻域進行；

（2）定義中并未規定，比較對象是電壓、電流、功率還是能量；

（3）裕度要求達到6 dB，并不是說比較結果大于6 dB就是超安全標準設計；

（4）裕度要求并不是說需要得到一個精確的裕度數值，只要能表明被測設備滿足要求即可。

6．時域和頻域

任何信號都可以通過傅里葉變換建立其時域與頻域的關系。電磁干擾可進行時域（例如示波器）或頻域（例如干擾測量接收器）測量，這取決于受擾敏感設備的特殊要求和類型。例如，對于無線電通信和聲吶設備防護，頻域測量最適用；而對于電子設備瞬變效應（例如NEMP感應效應）評估，通常采用時域測量。

由于不同干擾波形的特性，通常不能進行分析以將時域內的測量結果轉換為頻域內的測量結果，反之亦然。不過，研究梯形脈沖（典型干擾脈沖）的傅里葉分析結果可為脈沖上升時間和持續時間對頻譜含量的影響提供指導。

參照圖1-2，在2 Ed×帶寬水平下，直至由1/πd確定的頻率f1，電平都保持恒定，其中E為峰值電壓（V）, d為半幅時間（s）。頻率超過f1時，振幅將以每十進位20 dB的速度減小，直至頻率f2, f2由1/πt確定，其中t為上升時間（s）。當該頻率高于f2時，振幅將以每十進位40 dB的速度減小。最小值在與持續時間相關的頻率（即F＝N/d, N為整數）時出現，因此頻譜的包絡線可以由3個點，即坐標上的點、線性波形上的點和對數波形上的點形成，不包括最小值，該包絡線給出了非常近似的頻譜含量。應該注意，在所研究情況下假設1 MHz帶寬，振幅標度用dBμV/MHz表示，如：

2Ed×帶寬

＝2×1×10-6×1012（μV/MHz）

＝20lg2×106（dBμV/MHz）

＝126（dBμV/MHz）

本書要求在取決于頻率的各種規定帶寬中進行測量。這些帶寬以及有關上述數值的必要校正系數如表1-1所示。

頻譜的最低頻率由1/T給定，其中T為周期。因此，周期為10-7s的時鐘脈沖的頻率為10 MHz，并具有20 MHz、30 MHz、40 MHz等頻率的諧波。如果采用帶寬為10 kHz的接收機進行測量，那么測量信號將具有窄帶特性。

7．分貝的概念

電磁干擾通常用分貝（dB）表示，分貝是電磁兼容研究表征信號功率和強度的基本單位。分貝的原始定義為兩個功率的比，分貝是兩個功率值的比較值取對數后再乘以10，如式（1-1）所示，式中P1和P2應采用相同的單位。電路中的功率電平加倍，則分貝值會增加6 dB，若減半則分貝值減少6 dB。

必須明確分貝僅為兩個量的比值，是無量綱的。如果P2＞P1，則分貝數為正，表示有功率增益；如果P2＞P1，則分貝數為負，表示發生功率損耗。電磁兼容工程中，除功率習慣用分貝單位表示外，電壓、電流和場強也都常用分貝單位表示，如dBμV、dBμA等。