电磁兼容(EMC)设计与测试
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1.3.1 电磁干扰源

电磁干扰源一般的定义为:任何可能引起装置、设备、系统性能降低或对有生命物质或无生命物质产生损害的电磁现象。电磁干扰可以是电磁噪声、无用信号,也可以是传输媒介自身的变化。

电磁干扰源种类繁多,可按不同的方法进行分类。按照设备的干扰来源可分为自然干扰源和人为干扰源。

1.自然干扰源

自然干扰源包括以下几类。

(1)大气噪声干扰:如雷电产生的火花放电属于脉冲宽带干扰,覆盖从数赫兹到100MHz以上,传播的距离相当远,对设备的危害比较大。

(2)太阳噪声干扰:指太阳黑子的辐射噪声。在太阳黑子活动期,黑子爆发,可产生比平稳期高数千倍的强烈噪声,致使通信系统瘫痪。

(3)宇宙噪声:指来自银河系的噪声,如星体的碰撞产生的辐射等。

(4)静电放电:人体、设备上所积累的静电电压高达几万伏到几十万伏,常以电晕或火花方式泄放,称为静电放电。静电放电产生强大的瞬间电流和电磁脉冲,会导致静电敏感器件损坏。静电放电属于脉冲宽带干扰,频谱成分中既有低频成分,又有高频成分。

自然干扰源示意图如图1.10所示。

图1.10 自然干扰源示意图

2.人为干扰源

人为干扰源指由电气电子设备和其他人工装置产生的电磁干扰。这里所说的人为干扰源都是指无意识的干扰,是指人们不愿意产生的干扰,干扰会使电磁环境恶化,影响环境中其他设备的正常工作。在电磁干扰中,人为干扰源占有相当大的部分,人为干扰源存在于人们的日常生活和工作中。人为干扰源的范围很广,所有电子电气设备都是人为干扰源。

任何电子电气设备都可能产生人为干扰,如图1.11所示是一些常见的人为干扰源。

图1.11 人为干扰源示意图

(1)无线电发射设备:包括移动通信系统、广播、电视、雷达、导航及无线电通信系统,如微波、卫星通信等。一般发射功率很大,信号强度也很大,产生功能性干扰、谐波及因信号加密而发射的无用信号干扰。

(2)工业、科学、医疗设备:如感应加热设备、高频电焊机、X光机、高频理疗设备等,强大的输出功率对空间产生很强的辐射干扰,产生的大量谐波干扰通过工频电网干扰线路上的其他设备,可能致使其他系统出现故障而无法使用。

(3)电力设备:包括伺服电动机、继电器、电梯等设备通/断产生的电流剧变及伴随的电火花,电力系统中的非线性负载(如电动机、氩弧焊等)、不间断电源(UPS)等同态电源转换设备产生大量谐波涌入电网成为干扰源,还包括日光灯等照明设备产生的辉光放电噪声干扰、CRT显示器显像管产生的高频干扰。

(4)汽车、内燃机点火系统:汽车点火系统产生宽带干扰,从几百千赫兹到几百兆赫兹,干扰强度均比较大。

(5)电网干扰:指由50Hz交流电网强大的电磁场和大地漏电流产生的干扰,以及高压输电线的电晕和绝缘断裂等接触不良产生的微弧和受污染导体表面的电火花。

(6)高速数字电子设备:包括计算机及其相关设备。

上述电磁干扰源就产生的机理而言,有放电噪声(雷电、静电放电、辉光放电等)、接触噪声、电路的过渡现象、电磁波反射现象等。

电磁干扰源按照传输途径可以分为传导干扰和辐射干扰,如图1.12所示。传导干扰分为共模干扰和差模干扰,辐射干扰分为近场干扰和远场干扰,近场干扰又分为电场耦合和磁场耦合。

图1.12 按照干扰传输途径分类

电磁干扰的传输路径原理如图1.13所示,有通过电源线、信号线、地线、大地等途径传播的传导干扰,也有通过空间直接传播的空间辐射干扰。

图1.13 电磁干扰传输路径原理

这些噪声并不是独立存在的,在传播过程中又会出现新的复杂噪声。