黃臣君

摘 要：隨著電氣技術(shù)的飛速發(fā)展和電子設(shè)備的使用愈發(fā)頻繁，進(jìn)而就出現(xiàn)了各種電磁兼容問題，并遲遲得不到很好的解決，所以人們開始重視起了提高電子設(shè)備的電磁兼容性能和測試方法。電磁兼容技術(shù)主要包括了兩個(gè)方面，一是電磁干擾技術(shù)，二是電磁抗干擾技術(shù)。在電磁干擾方面具有研究成本較高，且電磁干擾測量技術(shù)不夠成熟等問題;在靜電放電方面具有危害大，發(fā)生頻繁，防護(hù)方法繁雜等問題，所以對于電磁兼容的研究和技術(shù)分析十分必要。本文就針對上述的問題展開研究，從電磁兼容中的干擾測量問題和電磁抗干擾中的靜電放電問題著手，并給出理論分析和驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：電磁兼容;GTEM小室;靜電放電;測試與處理

1 電磁干擾測量問題分析

1.1 GTEM小室硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

GTEM小室的外觀被設(shè)計(jì)為一個(gè)四棱錐，從物理結(jié)構(gòu)上可以將其分為多個(gè)部分，整體上涵蓋了：四周的側(cè)板和蓋板、屏蔽門、吸波材料、導(dǎo)軌、饋源頭、電源接口、終端截角以及各種屏蔽設(shè)計(jì)等。與此同時(shí)，GTEM小室還擁有一套滾輪支架，保障其可以實(shí)現(xiàn)在水平地面上自由移動(dòng)，屏蔽門位于四周的側(cè)板上，將內(nèi)部轉(zhuǎn)臺安置在被測設(shè)備之中，吸波材料裝在后側(cè)板的內(nèi)部，使用50歐姆的分布電阻將芯板和后側(cè)板連接在一起，饋源頭安置在室內(nèi)頂端。GTEM小室的電壓駐波比、屏性能等各項(xiàng)指標(biāo)與其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有著密不可分的關(guān)系。所以，在設(shè)計(jì)GTEM小室的時(shí)候，需要遵守一定的原則和要求，去確保GTEM小室對輻射干擾和各項(xiàng)機(jī)理診斷工作的要求。本研究所設(shè)計(jì)的GTEM小室使用的主體材料是鋁制薄板，但是由于鋁制薄板極其容易出現(xiàn)板縫間的電磁泄露，因此需要對其做一些改善和變化。首先是利用鋁制包條去覆蓋所有的板縫，減小電磁泄露;第二是將包條上使用的螺紋孔設(shè)計(jì)為等腰三角形，并盡可能的減小螺紋孔間的距離。利用螺釘將四周的鋁制薄板封裝在一起，形成GTEM小室的封閉測試空間，最后在使用錐形墻體將GTEM小室的后面密封起來，防止電磁波的外漏。芯板離底板的距離和前后側(cè)板之間的距離是決定場強(qiáng)計(jì)算的關(guān)鍵因素，將芯板離底板的最大距離設(shè)計(jì)為1m，而前后板的間隙要保證盡可能的小。在設(shè)計(jì)屏蔽門高度的過程中，為了減小GTEM小室從側(cè)板外漏的縱向電流，要將屏蔽門的高度設(shè)計(jì)為小于芯板的高度。

1.2 不同EMI噪聲模型的GTEM小室測量研究

目前，關(guān)于電磁兼容的輻射測試方法一共有三種標(biāo)準(zhǔn)，分別為電波暗室、半暗室和開闊場，所以，如果想要將不同EMI噪聲模型下的GTEM小室的測量結(jié)果進(jìn)行對比研究，就需要將測量所得的數(shù)據(jù)全部都轉(zhuǎn)換到與之等效的電波暗室條件下，確保其他因素的相同，本文就著重的研究總功率方法?？偣β史椒ú煌赪ilson方法和Lee方法，它無需去測量被測設(shè)備每個(gè)位置處在GTEM小室中的端口輸出功率，它只要求掌握總的輻射功率即可。其計(jì)算公式為：

在這個(gè)公式里，、、分別代表了被測設(shè)備擺放在不同位置時(shí)頻譜儀所守輸出的電壓值，則代表了波數(shù)的平方，體現(xiàn)電磁波在傳播的途中所造成的相位變化，是自由空間下所具有的波阻抗，代表的是對應(yīng)的場強(qiáng)因子。通過上述公式計(jì)算后，就可以進(jìn)而得到GTEM小室中總的輻射功率，然后去計(jì)算在等效遠(yuǎn)場中的最大輻射場強(qiáng)。公式如下：

其中的是自由空間下所具有的波阻抗，是場強(qiáng)因子。

2 電磁抗干擾靜電放電處理研究

探討電磁抗干擾過程中靜電放電的處理研究，首先要分析靜電放電的產(chǎn)生機(jī)理，再掌握一些基本特征，進(jìn)而根據(jù)電磁場和電子線路發(fā)生的耦合和干擾去對電子設(shè)備展開有效的防護(hù)。

2.1 靜電放電機(jī)理分析

靜電放電（Electro Static Discharge）簡稱為ESD，指的就是具有不同電位的物體在互相移動(dòng)或者接觸的過程中，出現(xiàn)了電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。在一般情況下，一個(gè)物體的內(nèi)部正負(fù)電荷數(shù)量處于平衡狀態(tài)，物體整體對外表現(xiàn)為中性，但是當(dāng)材質(zhì)不同的物體互相接觸后，就會(huì)產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，進(jìn)而出現(xiàn)靜電。隨著電荷轉(zhuǎn)移的不斷積累直至一定程度時(shí)，就會(huì)對周圍的環(huán)境產(chǎn)生一個(gè)電位差，然后電荷就會(huì)由環(huán)境中的放電路徑轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象。雖然絕緣體帶電本身并不會(huì)給電路帶來任何的危害，但是靜電放電現(xiàn)象確實(shí)會(huì)給電子設(shè)備造成嚴(yán)重的損害和威脅，影響其正常工作。靜電放電具有兩種產(chǎn)生方式，分別為相互摩擦生電和感應(yīng)生電。摩擦生電指的就是兩個(gè)本身不帶電的絕緣體，在互相發(fā)生過摩擦之后，物體內(nèi)部的電荷就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)移和分離，但是一旦物體不再摩擦，這種轉(zhuǎn)移和分離產(chǎn)生的電荷就會(huì)殘留在兩個(gè)絕緣體上，從而使得二者帶電。而感應(yīng)起電就不再需要考慮兩個(gè)物體之間是否存在直接接觸，當(dāng)把電中性的導(dǎo)體放入到靜電場中，導(dǎo)體上的電荷平衡就會(huì)重新分布，從而產(chǎn)生靜電。

2.2 靜電放電的特征

靜電放電一般是屬于高電位、強(qiáng)電磁場和會(huì)產(chǎn)生大電流的物理過程，并且在電荷轉(zhuǎn)移的過程中還會(huì)產(chǎn)生電磁輻射和脈沖，對電子設(shè)備造成損害。過去人們總是片面的認(rèn)為靜電是一個(gè)小電流的過程，因?yàn)樵谌粘Ｉ钪性馐苓^靜電的人都只是感覺被“電”了一下，所以認(rèn)為靜電危害不大。但是據(jù)近端時(shí)間的研究證明，大多數(shù)情況下，靜電是會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)的大電流。靜電放電時(shí)出現(xiàn)的脈沖寬度為ns級，而電流強(qiáng)度也可以達(dá)到幾十安培，并且靜電擁有很寬的頻帶，從最小的幾十Hz到1GHz，因此靜電放電的特征還需要考慮其在高頻情況下產(chǎn)生的電磁干擾?？偠灾?，靜電放電所產(chǎn)生的電磁場大體上可以分為兩種，其一是電流微分項(xiàng)所產(chǎn)生的遠(yuǎn)電磁場，以及電荷激發(fā)的近電磁場。在近場中，靜電場是電磁場的主要部分，電場和磁場與電流大小成正比關(guān)系，并且頻譜寬、幅值大，覆蓋的范圍廣。在遠(yuǎn)場中，放電電流和電磁場的關(guān)系與時(shí)間有關(guān)，遠(yuǎn)場主要是以輻射為主，輻射的大小和距離成反比。

2.3 靜電放電實(shí)驗(yàn)分析

靜電放電問題在設(shè)計(jì)電子設(shè)備的時(shí)候就需要對其進(jìn)行考慮和防護(hù)，ESD一般發(fā)生在電子設(shè)備的輸入、輸出位置，并且擁有很寬的頻率范圍，即使是很窄的頻帶電路也會(huì)受到其干擾。ESD干擾電子設(shè)備的途徑有很多，所以為了減小ESD對設(shè)備的干擾和損害，加強(qiáng)對設(shè)備的隔離和對干擾的減小是增大抗ESD能力的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)電子設(shè)備的時(shí)候， 要綜合的考慮工藝結(jié)構(gòu)、材料選擇和布局布線等方面，近可能的減小靜電損害。

電磁屏蔽可以有效的處理輻射性的ESD，在本實(shí)驗(yàn)中，將電力集中器的所有敏感器件都放置在控制板上，所以對于控制板的ESP防護(hù)就尤為重要。具體的實(shí)現(xiàn)方法可以在控制板的周圍安裝上靜電防護(hù)膜去屏蔽電磁干擾。將控制板放在一個(gè)封閉的空間里，使其成為一個(gè)等勢體。在等勢體內(nèi)部的電磁強(qiáng)度為0，所以無法產(chǎn)生電壓，處在其中的控制電路就可以有效的避免ESD輻射性干擾。

金屬的機(jī)殼和隔離罩可以有效的將所有的ESD隔離在設(shè)備外，防止ESD電弧和電磁場對設(shè)備的影響和損害。在設(shè)計(jì)金屬機(jī)殼和隔離罩的時(shí)候，要確保缺口和板縫不能太大，并且盡可能的避免出現(xiàn)過大的直角和轉(zhuǎn)彎。在設(shè)計(jì)孔徑的時(shí)候，要追求以大化小，防止出現(xiàn)過大的電磁泄露，在連接處，將機(jī)殼和隔離罩與地相連，完成電磁引導(dǎo)。在選擇器件時(shí)，要綜合的考慮器件的抗ESD能力，如果器件的抗ESD能力達(dá)不到預(yù)期的要求，可以使用稍微差一點(diǎn)的器件，再配合上PCB板的合理布局和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)去解決問題。

3 結(jié)語

綜上所述，電磁兼容大體上可以分為電磁干擾和電磁抗干擾兩個(gè)方面，本文就從電磁干擾測量問題和測試以及電磁抗干擾中的靜電放電問題展開研究。首先介紹了GTEM小室硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括了對其各項(xiàng)硬件數(shù)據(jù)，如吸波材料、轉(zhuǎn)臺、駐波比的大小等參數(shù)進(jìn)行確定，保障其能夠完成輻射電磁干擾和機(jī)理診斷的功能。然后，在針對電磁技術(shù)中出現(xiàn)最為頻繁的靜電放電現(xiàn)象進(jìn)行研究和防護(hù)，從靜電放電的機(jī)理開始，介紹了電磁抗干擾的內(nèi)容，為今后的電磁技術(shù)提供了更多的理論基礎(chǔ)和處理方法的案例分析。

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