5.2.4  幅射性耦合

    幅射性耦合是电磁场通过空间耦合到被干扰对象的。如被干扰对象是两根导线，它就是接收电场的天线。天线的等值电路图见图3。

 
图 3 天线的等值电路图

    等值电压源U（即接收的干扰电压）为

        U=Eh       (18)

式中：E为电场强度；

      h为天线有效高度。

    内阻R为

     R=1580（h/λ）2     (19)

式中：λ为电磁场波长。

    如被干扰对象是一环线，通过环线面积S的磁场将产生干扰电压U为

        U=BdS/dt     （20）

式中：B为磁感应强度。

    幅射性耦合的电磁兼容设计方法是

    1）采用空间分离的方法即把相互容易干扰的设备和导线尽量安排得远一些，并调整电磁场矢量方向，使接收设备耦合的干扰电磁场最低。

    2）采用时间分离的方法即使产生辐射的设备和易接收辐射的设备在不同的时间工作。

    3）采用频率分离的方法即使产生辐射的设备和易接收辐射的设备的工作频率不同。

    4）采用屏蔽的措施即用屏蔽材料将被干扰对象封闭起来，使其内部电磁场强低于允许值的一种措施。屏蔽的效果用屏蔽系数来衡量。

    5）减小天线有效高度。

    6）减少环线面积。

5.3  对易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件的设计方法

    通常用敏感度来描述敏感设备对电磁干扰响应的程度。敏感度越高，表示对干扰作用响应的可能性越大，即抗电磁干扰的能力越差。因此，一般认为电子设备的敏感度主要取决于它的灵敏度和频带宽度。电子设备主要由模拟电路和数字电路组成。

5.3.1  模拟电路

    模拟电路的电磁兼容设计方法是

    1）优选电路

    例如，设计低噪声电路，减少带宽，抑制干扰传输；平衡输入，抑制干扰；选用高质量电源等。

    2）采用如下几种信号滤波器

    ——低通滤波器

    当干扰信号的频带高于有用信号的频带比较远时，可采用低通滤波器来滤除干扰信号。

    RC低通滤波器的信噪比σL为

         σL={1＋[SRL/(R＋RL)]2}1/2        (21)

式中：S=2πfRC；

      f为信号的频率（Hz）；

      R为滤波器的电阻（Ω）；

      RL为负载的电阻（Ω）；

     C为滤波器的电容（F）。

    ——高通滤波器

    当干扰信号的频带低于有用信号的频带比较远时，可采用高通滤波器来滤除干扰信号。

    RC高通滤波器的信噪比σG为

         σG=[S2/(1＋S2)]1/2     （22）

式中：S=2πfRC；

      f为信号的频率（Hz）；

      R为滤波器的电阻（Ω）；

      C为滤波器的电容（F）。

    ——LC滤波器

    当干扰信号的频带虽高于、但接近于有用信号的频带时，可采用LC滤波器来滤除干扰信号。

    LC滤波器的信噪比σY为（当L=CRL2时）

     σY=[（1－ω2LC）2＋(ωL/RL)2]1/2      （22）

式中：ω=2πf；

     f为信号的频率（Hz）；

      RL为负载的电阻（Ω）；

      C为滤波器的电容（F）；

      L为滤波器的电感(H)。

    ——选通滤波器

    当干扰信号的频带为不连续时，可采用选通滤波器来滤除干扰信号。

    针对不同干扰信号的频带和负载，可以应用LC选通滤波器或RC选通滤波器。其中LC选通滤波器分并联谐振式和串联谐振式两种型式。

5.3.2  数字电路

    数字电路的电磁兼容设计方法是

    1）在工作指标许可的条件下，采用直流噪声容限高的数字电路。例如，CMOS数字电路的直流噪声容限远高于TTL数字电路的直流噪声容限。

    2）在工作指标许可的条件下，采用开关速度低的数字电路。因为开关速度越高，由它引起的电压或电流的变化越快，就越容易产生电路间的耦合干扰。

    3）提高门槛电压，可以利用在电路前设置分压器或稳压管的方法来提高门槛电压。

    4）悬空长线具有天线效应，易于接收电磁波而产生干扰，为此可用RC网络加以吸收，或作不悬空处理。

    5）采用负载阻抗匹配的措施，即使负载阻抗等于信号线的波阻抗，这样一来将会消除数字信号在传输过程中，由于折射和反射的作用而产生的畸变。比如，在测量一个方波时，如果阻抗不匹配，示波器显示的将不是一个方波，而是一种多次振荡的波形，其原因除了波形失真外，还由于方波信号的多次折射和反射。

6  结语

    为了使电子设备可靠地运行，必须深入研究电磁兼容技术。本文用具体实例说明了电磁兼容的重要性和一些设计方法。特别注重要对电磁干扰源有明确认识，对电磁干扰引入路径有清楚了解，对电磁干扰敏感的接收电路进行重点保护。

参考资料

[1]  （美）B·E·凯瑟.电磁兼容原理[M].北京:电子工业出版社,1985.
       [2]  （德）D·斯托尔.工业抗干扰的理论与实践[M].北京:国防工业出版社,1985.
       [3]  蔡仁钢.电磁兼容原理、设计和预测技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1997.