电磁兼容中的测试与处理的相关技术分析

黄臣君

摘 要：随着电气技术的飞速发展和电子设备的使用愈发频繁，进而就出现了各种电磁兼容问题，并迟迟得不到很好的解决，所以人们开始重视起了提高电子设备的电磁兼容性能和测试方法。电磁兼容技术主要包括了两个方面，一是电磁干扰技术，二是电磁抗干扰技术。在电磁干扰方面具有研究成本较高，且电磁干扰测量技术不够成熟等问题;在静电放电方面具有危害大，发生频繁，防护方法繁杂等问题，所以对于电磁兼容的研究和技术分析十分必要。本文就针对上述的问题展开研究，从电磁兼容中的干扰测量问题和电磁抗干扰中的静电放电问题着手，并给出理论分析和验证。

关键词：电磁兼容;GTEM小室;静电放电;测试与处理

1 电磁干扰测量问题分析

1.1 GTEM小室硬件结构设计

GTEM小室的外观被设计为一个四棱锥，从物理结构上可以将其分为多个部分，整体上涵盖了：四周的侧板和盖板、屏蔽门、吸波材料、导轨、馈源头、电源接口、终端截角以及各种屏蔽设计等。与此同时，GTEM小室还拥有一套滚轮支架，保障其可以实现在水平地面上自由移动，屏蔽门位于四周的侧板上，将内部转台安置在被测设备之中，吸波材料装在后侧板的内部，使用50欧姆的分布电阻将芯板和后侧板连接在一起，馈源头安置在室内顶端。GTEM小室的电压驻波比、屏性能等各项指标与其设计结构有着密不可分的关系。所以，在设计GTEM小室的时候，需要遵守一定的原则和要求，去确保GTEM小室对辐射干扰和各项机理诊断工作的要求。本研究所设计的GTEM小室使用的主体材料是铝制薄板，但是由于铝制薄板极其容易出现板缝间的电磁泄露，因此需要对其做一些改善和变化。首先是利用铝制包条去覆盖所有的板缝，减小电磁泄露;第二是将包条上使用的螺纹孔设计为等腰三角形，并尽可能的减小螺纹孔间的距离。利用螺钉将四周的铝制薄板封装在一起，形成GTEM小室的封閉测试空间，最后在使用锥形墙体将GTEM小室的后面密封起来，防止电磁波的外漏。芯板离底板的距离和前后侧板之间的距离是决定场强计算的关键因素，将芯板离底板的最大距离设计为1m，而前后板的间隙要保证尽可能的小。在设计屏蔽门高度的过程中，为了减小GTEM小室从侧板外漏的纵向电流，要将屏蔽门的高度设计为小于芯板的高度。

1.2 不同EMI噪声模型的GTEM小室测量研究

目前，关于电磁兼容的辐射测试方法一共有三种标准，分别为电波暗室、半暗室和开阔场，所以，如果想要将不同EMI噪声模型下的GTEM小室的测量结果进行对比研究，就需要将测量所得的数据全部都转换到与之等效的电波暗室条件下，确保其他因素的相同，本文就着重的研究总功率方法。总功率方法不同于Wilson方法和Lee方法，它无需去测量被测设备每个位置处在GTEM小室中的端口输出功率，它只要求掌握总的辐射功率即可。其计算公式为：

在这个公式里，、、分别代表了被测设备摆放在不同位置时频谱仪所守输出的电压值，则代表了波数的平方，体现电磁波在传播的途中所造成的相位变化，是自由空间下所具有的波阻抗，代表的是对应的场强因子。通过上述公式计算后，就可以进而得到GTEM小室中总的辐射功率，然后去计算在等效远场中的最大辐射场强。公式如下：

其中的是自由空间下所具有的波阻抗，是场强因子。

2 电磁抗干扰静电放电处理研究

探讨电磁抗干扰过程中静电放电的处理研究，首先要分析静电放电的产生机理，再掌握一些基本特征，进而根据电磁场和电子线路发生的耦合和干扰去对电子设备展开有效的防护。

2.1 静电放电机理分析

静电放电（Electro Static Discharge）简称为ESD，指的就是具有不同电位的物体在互相移动或者接触的过程中，出现了电荷转移现象。在一般情况下，一个物体的内部正负电荷数量处于平衡状态，物体整体对外表现为中性，但是当材质不同的物体互相接触后，就会产生电荷转移，进而出现静电。随着电荷转移的不断积累直至一定程度时，就会对周围的环境产生一个电位差，然后电荷就会由环境中的放电路径转移，产生静电放电现象。虽然绝缘体带电本身并不会给电路带来任何的危害，但是静电放电现象确实会给电子设备造成严重的损害和威胁，影响其正常工作。静电放电具有两种产生方式，分别为相互摩擦生电和感应生电。摩擦生电指的就是两个本身不带电的绝缘体，在互相发生过摩擦之后，物体内部的电荷就会出现转移和分离，但是一旦物体不再摩擦，这种转移和分离产生的电荷就会残留在两个绝缘体上，从而使得二者带电。而感应起电就不再需要考虑两个物体之间是否存在直接接触，当把电中性的导体放入到静电场中，导体上的电荷平衡就会重新分布，从而产生静电。

2.2 静电放电的特征

静电放电一般是属于高电位、强电磁场和会产生大电流的物理过程，并且在电荷转移的过程中还会产生电磁辐射和脉冲，对电子设备造成损害。过去人们总是片面的认为静电是一个小电流的过程，因为在日常生活中遭受过静电的人都只是感觉被“电”了一下，所以认为静电危害不大。但是据近端时间的研究证明，大多数情况下，静电是会产生瞬时的大电流。静电放电时出现的脉冲宽度为ns级，而电流强度也可以达到几十安培，并且静电拥有很宽的频带，从最小的几十Hz到1GHz，因此静电放电的特征还需要考虑其在高频情况下产生的电磁干扰。总而言之，静电放电所产生的电磁场大体上可以分为两种，其一是电流微分项所产生的远电磁场，以及电荷激发的近电磁场。在近场中，静电场是电磁场的主要部分，电场和磁场与电流大小成正比关系，并且频谱宽、幅值大，覆盖的范围广。在远场中，放电电流和电磁场的关系与时间有关，远场主要是以辐射为主，辐射的大小和距离成反比。

2.3 静电放电实验分析

静电放电问题在设计电子设备的时候就需要对其进行考虑和防护，ESD一般发生在电子设备的输入、输出位置，并且拥有很宽的频率范围，即使是很窄的频带电路也会受到其干扰。ESD干扰电子设备的途径有很多，所以为了减小ESD对设备的干扰和损害，加强对设备的隔离和对干扰的减小是增大抗ESD能力的重点。在设计电子设备的时候， 要综合的考虑工艺结构、材料选择和布局布线等方面，近可能的减小静电损害。

电磁屏蔽可以有效的处理辐射性的ESD，在本实验中，将电力集中器的所有敏感器件都放置在控制板上，所以对于控制板的ESP防护就尤为重要。具体的实现方法可以在控制板的周围安装上静电防护膜去屏蔽电磁干扰。将控制板放在一个封闭的空间里，使其成为一个等势体。在等势体内部的电磁強度为0，所以无法产生电压，处在其中的控制电路就可以有效的避免ESD辐射性干扰。

金属的机壳和隔离罩可以有效的将所有的ESD隔离在设备外，防止ESD电弧和电磁场对设备的影响和损害。在设计金属机壳和隔离罩的时候，要确保缺口和板缝不能太大，并且尽可能的避免出现过大的直角和转弯。在设计孔径的时候，要追求以大化小，防止出现过大的电磁泄露，在连接处，将机壳和隔离罩与地相连，完成电磁引导。在选择器件时，要综合的考虑器件的抗ESD能力，如果器件的抗ESD能力达不到预期的要求，可以使用稍微差一点的器件，再配合上PCB板的合理布局和保护电路的设计去解决问题。

3 结语

综上所述，电磁兼容大体上可以分为电磁干扰和电磁抗干扰两个方面，本文就从电磁干扰测量问题和测试以及电磁抗干扰中的静电放电问题展开研究。首先介绍了GTEM小室硬件结构的设计，包括了对其各项硬件数据，如吸波材料、转台、驻波比的大小等参数进行确定，保障其能够完成辐射电磁干扰和机理诊断的功能。然后，在针对电磁技术中出现最为频繁的静电放电现象进行研究和防护，从静电放电的机理开始，介绍了电磁抗干扰的内容，为今后的电磁技术提供了更多的理论基础和处理方法的案例分析。

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