1.2 电磁兼容性的基本概念

1．电磁兼容性

电磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility, EMC）是指设备、分系统、系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态（图1-1）。它是指电气设备在电磁环境中具备良好的工作能力，并且不产生在此环境中工作的其他设备所不能接受的电磁干扰。它包括以下两个方面：

（1）设备、分系统、系统在预定的电磁环境中运行时，可按规定的安全裕度实现设计的工作性能，且不因电磁干扰而受损或产生不可接受的降级。

（2）设备、分系统、系统在预定的电磁环境中正常地工作且不会给环境（或其他设备）带来不可接受的电磁干扰。

2．电磁干扰

对于电磁干扰（Electro Magnetic Interference, EMI），国军标GJB 72A—2002的定义为：任何能中断、阻碍，甚至降低、限制无线电通信或其他电气电子设备性能的传导或辐射的电磁能量。

美军将电磁干扰定义为：任何中断、阻碍或降低、限制电子或电气设备工作效能的电磁扰动。电磁干扰可以是有意的，如某些形式的电子战；也可以是无意的，如寄生辐射与响应、交叉调制所产生的结果等。

在通常的理解中，处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，不应产生超过相应标准所要求的电磁能量，相对应的测试项目根据产品类型及执行标准的不同而不同。例如，军用标准、民用标准、汽车标准等，其测试要求由于产品特征的不同而不同。

3．电磁干扰现象及“三要素”

当干扰信号引起不希望的响应，导致电气、电子装置性能降级或故障时，即发生电磁干扰。如果干扰信号得不到控制，当它们进入平台时，就会干扰其他设备和装置，导致故障和性能降级。发射频率可能覆盖宽频谱（宽带）或频谱上的离散频率（窄带）。实质上，这种干扰的表现形式是连续的或不连续的。

每个电子或电气装置根据其电磁特性都可能受到电磁干扰，同样也会产生某种程度的电磁发射。干扰发射可以像电磁辐射发射那样通过空间或电缆（如信号和电源线）传导发射，当发生器的发射水平高于接收器（“受害”设备）的敏感性水平时，就会发生电磁干扰。无论复杂系统还是简单装置，出现电磁干扰情况，必须具备“三要素”：

（1）传导或辐射电磁能量源（干扰源）；

（2）电磁能量的传播介质（传播途径）；

（3）受到干扰信号不利影响的“受害”设备（敏感源）。

缺少任何一种要素，电磁干扰都不会发生。因此，通过降低电磁能量源发射水平、中断传播路径或加固“受害”设备使其免受干扰信号的影响等措施，可以实现电磁兼容。

4．电磁干扰抑制

为了抑制电磁干扰，必须充分了解电磁干扰的特性及其传播机理。对于电磁干扰源的研究内容，包括电磁干扰源的频域和时域特性、产生的机理以及抑制措施等。对于电磁干扰传输特性的研究内容，包括对传导电磁干扰传输特性和辐射电磁干扰传输特性的研究。例如，根据干扰信号的频谱特性，可以了解它是宽带干扰还是窄带干扰；根据干扰信号的时间特性可知其为连续波、间歇波，还是瞬态波，以便采用不同的措施加以抑制。对于敏感设备的研究需要关注不同类型的敏感设备，其敏感度阈值不同，大多数以电压幅值表示。因此，对电磁干扰特性及其传播理论的研究是电磁兼容学科最基本的内容之一。经典的抑制电磁干扰的三大措施是接地、屏蔽和滤波。

5．电磁干扰安全裕度

电磁干扰安全裕度（Electro Magnetic Interference Safety Margins, EMISM）是指敏感度阈值和发射的比值，或者在分贝单位下两者之差。在分贝单位下，如果敏感度阈值高于发射，那么EMC裕度为正，否则为负。EMC裕度可以作为一个减小不确定性的安全差距来看待。

电磁干扰安全裕度通常定义为：被测点处的敏感度阈值与该点所受的干扰的比值。“被测点”的选择原则是保证参数比较的可行性。例如，电子元件的电源输入引线可以定义为典型的“被测点”。将该元件对于电压波动的敏感裕度（或安全裕度）与该点实际的电压波动（来源于与该器件共用电源总线的其他电子元件）相比较，便可得到“被测点”的系统裕度。

电磁干扰安全裕度是评定一个系统电磁兼容性的重要指标之一，该值反映了系统电磁兼容性的安全程度，系统关键点的环境电平比设备、分系统敏感度阈值所低的程度，可表示为

MdB＝SdB-IdB

式中：MdB——安全裕度；

SdB——系统的敏感度阈值电平；

IdB——系统实际接收的电磁干扰值。

当SdB＞IdB时，MdB＞0，此时系统处于兼容工作状态。从可靠性角度看，设备和分系统的安全裕度应越大越好，但是成本也是需要考虑的因素。

在一般情况下，在装甲车辆中规定，对于安全关键电路，“被测点”（又称为“临界点”）的电磁干扰安全裕度要达到10 dB；对于任务关键电路，电磁干扰安全裕度要达到6 dB。

电磁干扰安全裕度通常是相对值，有一些概念需要澄清，以免产生误解：

（1）定义中并未规定，测试是在时域进行还是在频域进行；

（2）定义中并未规定，比较对象是电压、电流、功率还是能量；

（3）裕度要求达到6 dB，并不是说比较结果大于6 dB就是超安全标准设计；

（4）裕度要求并不是说需要得到一个精确的裕度数值，只要能表明被测设备满足要求即可。

6．时域和频域

任何信号都可以通过傅里叶变换建立其时域与频域的关系。电磁干扰可进行时域（例如示波器）或频域（例如干扰测量接收器）测量，这取决于受扰敏感设备的特殊要求和类型。例如，对于无线电通信和声呐设备防护，频域测量最适用；而对于电子设备瞬变效应（例如NEMP感应效应）评估，通常采用时域测量。

由于不同干扰波形的特性，通常不能进行分析以将时域内的测量结果转换为频域内的测量结果，反之亦然。不过，研究梯形脉冲（典型干扰脉冲）的傅里叶分析结果可为脉冲上升时间和持续时间对频谱含量的影响提供指导。

参照图1-2，在2 Ed×带宽水平下，直至由1/πd确定的频率f1，电平都保持恒定，其中E为峰值电压（V）, d为半幅时间（s）。频率超过f1时，振幅将以每十进位20 dB的速度减小，直至频率f2, f2由1/πt确定，其中t为上升时间（s）。当该频率高于f2时，振幅将以每十进位40 dB的速度减小。最小值在与持续时间相关的频率（即F＝N/d, N为整数）时出现，因此频谱的包络线可以由3个点，即坐标上的点、线性波形上的点和对数波形上的点形成，不包括最小值，该包络线给出了非常近似的频谱含量。应该注意，在所研究情况下假设1 MHz带宽，振幅标度用dBμV/MHz表示，如：

2Ed×带宽

＝2×1×10-6×1012（μV/MHz）

＝20lg2×106（dBμV/MHz）

＝126（dBμV/MHz）

本书要求在取决于频率的各种规定带宽中进行测量。这些带宽以及有关上述数值的必要校正系数如表1-1所示。

频谱的最低频率由1/T给定，其中T为周期。因此，周期为10-7s的时钟脉冲的频率为10 MHz，并具有20 MHz、30 MHz、40 MHz等频率的谐波。如果采用带宽为10 kHz的接收机进行测量，那么测量信号将具有窄带特性。

7．分贝的概念

电磁干扰通常用分贝（dB）表示，分贝是电磁兼容研究表征信号功率和强度的基本单位。分贝的原始定义为两个功率的比，分贝是两个功率值的比较值取对数后再乘以10，如式（1-1）所示，式中P1和P2应采用相同的单位。电路中的功率电平加倍，则分贝值会增加6 dB，若减半则分贝值减少6 dB。

必须明确分贝仅为两个量的比值，是无量纲的。如果P2＞P1，则分贝数为正，表示有功率增益；如果P2＞P1，则分贝数为负，表示发生功率损耗。电磁兼容工程中，除功率习惯用分贝单位表示外，电压、电流和场强也都常用分贝单位表示，如dBμV、dBμA等。