一.電磁兼容概述
電磁兼容（EMC--Electromagnetic Compatibility）是一門新興的綜合性學(xué)科，主要研究電磁干擾和抗干擾的問題。即怎樣使在同一電磁環(huán)境下工作的各種電子電氣設(shè)備、器件或系統(tǒng)，都能正常工作，互不干擾，達(dá)到兼容狀態(tài)。
電磁騷擾：任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或?qū)τ猩驘o命物質(zhì)產(chǎn)生危害作用的電磁現(xiàn)象。
電磁干擾：一旦這種電磁騷擾引起設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能下降稱之為電磁干擾（interfering) 。即由電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。騷擾是一種客觀存在，只有在影響敏感設(shè)備正常工作時才構(gòu)成干擾。 電磁干擾的三要素是：騷擾源、傳輸途徑和敏感設(shè)備。
1、電磁騷擾源 ：電磁騷擾源可能是電磁噪聲和無用信號。
2、電磁騷擾傳輸途徑：騷擾的傳輸途徑有兩條，通過空間輻射和通過導(dǎo)線傳導(dǎo)。
3、敏感設(shè)備：敏感設(shè)備指被干擾的設(shè)備，主要研究電磁騷擾怎樣使設(shè)備性能降低，以期找到提高設(shè)備抗干擾能力的途徑。
電磁騷擾來源，可分為：自然騷擾和人為騷擾。
自然騷擾：雷電、宇宙噪聲、太陽噪聲。自然騷擾主要對通信造成干擾。
人為騷擾：電磁干擾產(chǎn)生的根本原因是導(dǎo)體中有電壓或電流的變化，即較大的dV/dt或dI/dt。dV/dt或dI/dt能夠使導(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射。
盡管電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)版本繁多，內(nèi)容復(fù)雜，但無非是從以下幾個方面進(jìn)行劃分：
兩方面要求：電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備的要求有兩個方面：一個是工作時不會對外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響，另一個是不能對外界的電磁干擾過度敏感。前一個方面的要求稱為干擾發(fā)射要求，后一個方面的要求稱為敏感度要求。
能量傳播的途徑：電磁能量從設(shè)備內(nèi)傳出或從外界傳入設(shè)備的途徑只有兩個，一個是以電磁波的形式從空間傳播，另一個是以電流的形式沿導(dǎo)線傳播。 因此，電磁干擾發(fā)射可以分為：傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射；敏感度也可以分為傳導(dǎo)敏感度和輻射敏感度。
各種電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測試的內(nèi)容包括：傳導(dǎo)發(fā)射、輻射發(fā)射、傳導(dǎo)敏感度、輻射敏感度。
二．電源線、電纜上的共模干擾、 差摸干擾區(qū)分
1.共模干擾、 差摸干擾區(qū)分
電纜上的干擾按照干擾電流的流動路徑分為：共模干擾電流和差模干擾電流兩種，如下圖2所示。由于對這兩種干擾電流的濾波方法不同，因此在進(jìn)行電子線路設(shè)計選用濾波器之前,有必要了解所面對的干擾電流的種類,及干擾頻率的大概范圍,以便于選用的濾波器更具有針對性。
1.1.共模干擾電流：干擾電流在電纜中的所有導(dǎo)線上幅度/相位相同，它在電纜與大地之間形成的回路中流動。造成這種干擾的電流的原因有三個 ：
①外界電磁場在電纜中的所有導(dǎo)線上感應(yīng)出來電壓(這個電壓相對于大地是等幅同相的) ，這個電壓產(chǎn)生電流；
②電纜兩端的設(shè)備所接的地電壓不同 ，在這個地電壓的驅(qū)動下產(chǎn)生電流；
③設(shè)備上的電纜與大地之間有電位差，電纜上會有共模電流。
從定義容易理解，共模電流本身并不會對電路產(chǎn)生影響，只有當(dāng)共模電流轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅ｋ娏鳎妷海r，才會對電路產(chǎn)生影響。這種情況發(fā)生在電路不平衡的情況下。
1.2.差模干擾電流：干擾電流在信號線與信號地線之間（或電源線的火線和零線之間）流動。在信號電纜中，差模干擾電流是由外界電磁場在信號線和信號地線構(gòu)成的回路中感應(yīng)出的。由于電纜中的信號線與其地線靠得很近，因此形成的環(huán)路面積很小，所以外界電磁場感應(yīng)的差模電流一般不會很大。在電源線中，差模干擾電流往往是由電網(wǎng)上其它電器的電源發(fā)射出的（特別是開關(guān)電源）和感性負(fù)載通斷時產(chǎn)生的（其幅度往往很大)。差模干擾電流都會直接影響設(shè)備的工作。
簡單的說：線—線之間的干擾稱為差摸干擾，線—地之間的干擾稱為共模干擾。
通常有四種技術(shù)可進(jìn)行電源濾波，以便抑制干擾噪聲。在實(shí)際使用中，經(jīng)常是混合使用其中的兩種，甚至多種技術(shù)。它們是：
*正負(fù)極電源線之間添加電容，即X電容；
*每根電源線和地線之間添加電容，即Y電容；
*共模抑制(兩根電源線上的抑制線圈同向繞線)；
*差模抑制(每根電源線有它自己的抑制線圈)。
如果是共模問題引起的干擾，Ｘ類型電容基本上沒有作用，因?yàn)閮删€上的干擾電壓是一樣的。因此，了解干擾類型對于選擇合理的電路結(jié)構(gòu)將起重要作用，并為解決問題提供技術(shù)依據(jù)。在標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容性測試實(shí)驗(yàn)室可得到設(shè)備的總干擾情況，但無法了解設(shè)備的共模干擾和差模干擾特性。為了在測量中分辨共模或者差模干擾信號，通用的儀器是很難實(shí)現(xiàn)的。使用專用的傳導(dǎo)測試儀，可獲得設(shè)備的總干擾、共模干擾和差模干擾。
三．差模插損、 共模插損測試方法
3.1. 差模插損測試
為了能夠測量濾波器真實(shí)的差模插損，我們可以在信號源和頻譜分析儀的電源線上安裝兩個隔離變壓器，這樣，就避免了信號源和頻譜分析儀共地的問題。這時的等效電路圖如下圖3所示。這里，信號源與頻譜分析儀的地線之間有兩個電容，這是隔離變壓器的初級與次級之間的雜散電容。由于電容可以通過高頻電流，因此這個方案測量出來的差模插損在頻率較高的頻率范圍可能會有誤差。解決這個問題一個方法是，我們直接將信號源，或者頻譜分析儀中的安全地線斷開，這樣，就大大減小了兩臺設(shè)備之間的地線電容，可以提高測量的準(zhǔn)確性。當(dāng)然，這時要注意操作人員的安全。必要時，操作人員應(yīng)該穿上絕緣鞋，或者踩在絕緣地板上。
3.2. 共模插損測試
電源線濾波器的共模插損的測量看起來比差模插損容易得多，因?yàn)?，不用解決差模信號注入和接收的問題。但是，由于我們更關(guān)心高頻段的共模插損，因此，要測量準(zhǔn)確高頻的共模插損也并不容易。首先，高頻插損的測量結(jié)果受到空間耦合的影響。濾波器前后的空間耦合如圖中所示，這是由于濾波器前后端的雜散電容所致。當(dāng)頻率較高時，這種耦合的影響不能忽略。這種耦合的結(jié)果是，測量的共模插損數(shù)值會小于濾波器真實(shí)的共模插損。另一個影響測量結(jié)果的因素是濾波器的接地。濾波器的接地阻抗越低，共模濾波效果越好。這從圖中可以看出，濾波器的接地阻抗越低，共模電流越容易通過接地線返回信號源，否則，共模電流越容易通過接收機(jī)，而增加接收機(jī)的讀數(shù)。但是，接地阻抗不是我們通常講的電阻，構(gòu)成接地阻抗的主要因素是接地導(dǎo)體的電感。導(dǎo)體的電感與導(dǎo)體的長度密切相關(guān)，而與導(dǎo)體的截面積關(guān)系不大。因此，采用粗導(dǎo)體，或者多股編織線，并不能夠降低接地阻抗。
圖5所示的是用網(wǎng)絡(luò)分析儀測量濾波器共模插損的情況。網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入和輸出都連接共軸電纜，在同軸電纜的末端，將芯線連接濾波器的一端，將外皮連接濾波器的金屬外殼。為了減小濾波器前后耦合，一個原則就是使同軸電纜芯線暴露出來的部分盡量短。在測量濾波器的共模插損之前，我們可以對空間耦合的程度進(jìn)行一下摸底。方法非常簡單，就是將濾波器斷開，使兩根共軸電纜按照實(shí)際測試的狀態(tài)擺放，這是，測量到的數(shù)值就是空間的耦合量。這里的測試方案不能解決濾波器良好接地的問題。如圖5中藍(lán)線所示，同軸電纜的外皮通過一段藍(lán)色導(dǎo)線接到濾波器的金屬外殼上，這段導(dǎo)線具有較大的電感，因此，接地方式具有較高的阻抗。
為了降低濾波器的接地阻抗，我們需要制作一個測量夾具，如圖6所示。這個夾具是一塊金屬板，金屬板的兩端各安裝一個同軸電纜連接器（BNC或者N型）。網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入和輸同軸電纜可以直接連接到這個夾具上，保證最低的連接阻抗，這就是很多電磁兼容資料中所提到的360度連接。然后，濾波器的金屬外殼直接搭接到這個夾具上，形成最低阻抗的連接。由于夾具是一整塊金屬板，因此，具有很低的阻抗。夾具上的同軸電纜連接器與濾波器接線端之間的連接也可以使用同軸電纜，并使芯線暴露出來的部分盡量短，減小空間耦合。這個測量夾具可以滿足一般場合共模濾波器的測試要求，如果空間耦合控制的比較好，測量的頻率范圍可以達(dá)到50MHz左右。如果要測量到更高的頻率范圍，則需要更復(fù)雜的夾具，這種夾具應(yīng)該能夠?qū)﹃P(guān)注的最高頻率提供60dB以上的隔離度。
這里，總結(jié)一下測量濾波器共模插損的步驟。圖7所示的夾具是前面介紹的普通測量夾具，由于其高頻隔離能力有限，一般只限于測量50MHz以下頻率的共模插入損耗。圖中，沒有畫出信號源和接收機(jī)部分，僅畫出了夾具的部分。信號源和接收機(jī)可以是前面所介紹的測量方案中的一種。這里是以網(wǎng)絡(luò)分析儀的方案為例。首先，將信號源與接收機(jī)直接連接，取得一個參考值，U0，如圖7左上圖所示。通常，測量到的結(jié)果如圖7左下圖所示。然后，測量高頻耦合。將前面的直通導(dǎo)線去掉，保持儀器的各種設(shè)置不變，如圖7中上圖所示，這時的測量結(jié)果如圖7中下圖所示?？梢钥吹?，頻率較低的時候，數(shù)值很低，因?yàn)檫@里是開路狀態(tài)，沒有連通，所以數(shù)值很小。隨著頻率升高，數(shù)值增加，因?yàn)檫@時雜散電容充當(dāng)了高頻通路。最后，將濾波器插入，如圖7右上圖所示。測量結(jié)果如圖7右下圖所示，插損值就是紅色實(shí)線與黑色虛線之間的差值?？梢钥吹?，頻率最高的部分，插損數(shù)值較小。實(shí)際上，這并不代表實(shí)際的插損值，因?yàn)椋覀兛吹竭@部分的數(shù)值與圖7中下圖的數(shù)值差不多，說明這部分實(shí)際上是空間耦合導(dǎo)致的
微信公眾號
雅佰仕(江蘇)科技有限公司
電話： 025-85335550
手機(jī)： 15805175028
郵箱：2536340702@qq.com
