1 電磁干擾基本概念

在復雜的電磁環(huán)境中，任何電子及電氣產品除了本身能夠承受一定的外來電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）而保持正常工作外，還不會對其他電子及電氣設備產生不可承受的電磁干擾，該產品即具有電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）［1］。

21世紀將是信息爆炸的時代，信息的產生、傳遞、接收、處理和儲存等都需要依賴電磁波作為載體。廣義地說，聲波、無線電波、光波均可作為信息載體，因此，廣義的電磁兼容性概念也應拓展到聲、光、電的廣闊領域。

電子及電氣產品的電磁干擾發(fā)射或受到電磁干擾的侵害都是通過產品的外殼、交／直流電源端口、信號線、控制線及地線而形成的。按照ＥＭＩ的傳播方式，可將其分為電磁輻射干擾和電磁傳導干擾兩大類。通常，輻射干擾出現在產品周圍的媒體中，傳導干擾則出現在各種導體中。一般來說，通過外殼發(fā)射的電磁干擾，或通過外殼侵入的干擾都是輻射干擾，而通過其它導體發(fā)射和入侵的干擾屬于傳導干擾。

2 人類必須關注電磁兼容問題

2.1 電磁環(huán)境不斷惡化

20世紀中葉以來，電子技術的迅猛發(fā)展，使人類社會的進步和文明上了一個新的臺階，但是也給人們帶來了一系列社會問題和環(huán)境問題。家用電器、通信、計算機及信息設備、電動工具、航空、航天等工業(yè)、科技、醫(yī)學等各個領域的自動控制、測量儀器以及電力電子系統(tǒng)等的廣泛普及、應用，深入千家萬戶之中，使得電磁污染問題日益突出，而電子設備的高頻化、數字化，干擾信號的能量密度增大，使有限空間內的電磁環(huán)境更為惡化。

1996年3月，日本SAPIO雜志公布了日本家用電器電磁輻射的檢測結果（表1）。瑞典等北歐三國于1993年所作的聯合調查指出：人類長期受到2mG（毫高斯）以上的電磁輻射影響，患白血病的機會是正常人的2.1倍，患腦腫瘤的機會是正常人的1.5倍，其他疾病的發(fā)病概率也明顯增加。

表１ 家用電器電磁輻射檢測結果（單位：mG）［2］

2.2 電磁污染危害不淺

電磁干擾和污染看不見、摸不著、聽不到，因其無色、無味也無形，但它確實無處不在、危害不淺，威脅人體健康。德國專家指出，電磁污染能影響對人體生物鐘起作用的激素和傳達神經信息的激素，還能破壞細胞膜；美國科學家的研究表明，電磁污染可直接殺傷人體細胞DNA，促使基因突變而致癌；英國曼徹斯特大學的研究表明，女性每天操作電腦6小時，其內分泌會發(fā)生紊亂，連續(xù)操作電腦4小時，會使視力下降、近視；加拿大渥太華總醫(yī)院８名從事電視屏終端操作的婦女竟有7人次懷上畸形胎兒。前蘇聯國際象棋特級大師尼古拉與一臺超級電腦下棋時，連勝三局后突然死亡，其殺手就是電腦發(fā)射的電磁波。1989年，日本一家工廠發(fā)生了機器人將一名維修工強行塞入機器中絞死的事故，調查證實是電磁干擾信號更改了機器人的程序所致。今年我國山西一名旅客在飛機即將在北京機場降落時使用“大哥大”，導致飛機偏航而被判刑并處罰款，可見電磁污染就在你我身邊。

2.3 EMC問題正在規(guī)范化

EMC問題，實際上是電子、電氣設備和系統(tǒng)的干擾和抗干擾問題。一方面，電子設備和系統(tǒng)本身抗EMI能力要達到一定的標準，另一方面，它對周邊的EMI必須限制在一定程度。早在50年代，美國軍方首先研究、制定了一些EMC標準，經

過二十多年的大量研究，到80年代已形成軍用MIL－F－15773無線電干擾總規(guī)范和民用FCC標準兩大系列；德國制定了VDE標準，并被作為歐洲共同體EMC標準的基礎，1993年已開始強制執(zhí)行；日本和前蘇聯也相繼制訂了各自的EMC標準；韓國從1993年開始執(zhí)行EMC國際標準。我國于1998年起推行EMC標準（已發(fā)布47個），并從2000年１月1日起強制執(zhí)行。屆時達不到EMC標準的電子產品包括家用電器將不準生產和銷售，當然更無法進入歐美等國際市場。

2.4 信息安全不可忽視

信息電子戰(zhàn)將成為21世紀高技術戰(zhàn)爭的主要內容之一。一方面，軍事電子裝備和作戰(zhàn)武器平臺必須具有強有力的抗干擾性能和隱身性能；另一方面，自身的信號輻射、泄漏應盡可能降低，以保證軍事信息的安全性。

此外，隨著經濟全球化進程的加速，大至一個國家，小至一個企業(yè)，經濟信息的安全性也已經提高到十分重要的地位。尤其是財政、金融、計劃等要害部門更是如此。

為了改善人類的生活環(huán)境、提高人們的生存質量、發(fā)展經濟、擴大出口、增強綜合國力、實現科技強軍，我們都應當十分關注EMC問題。

3 EMI抑制技術的主要內容［3］

3.1 抗EMI系統(tǒng)設計技術

抗EMI系統(tǒng)設計技術是提高電子整機EMC性能的關鍵所在。因此該技術又稱為EMC設計技術。

EMC設計的目的是使電子、電氣產品在一定的電磁環(huán)境中能正常工作，既滿足標準規(guī)定的抗干擾極限值要求，在受到一定的電磁干擾時，無性能降級或故障；又滿足標準規(guī)定的電磁輻射極限值要求，對電磁環(huán)境不構成污染源。因此，EMC是產品的重要性能之一，也是實現產品效能的重要保證。

EMC設計要從分析產品預期的電磁環(huán)境、干擾源、耦合途徑和敏感部件入手，采用相應的技術措施，抑制干擾源、切斷或削弱耦合途徑，增強敏感部件的抗干擾能力等。并進行計算機仿真和測試驗證。

EMC設計技術包括系統(tǒng)設計、結構設計、材料和元器件的選取以及抗EMI元器件的使用等。其中有源器件的選用十分關鍵。

EMC設計技術在產品設計的初級階段就應十分重視，盡可能把80%～90%以上的問題解決在初級階段。一旦產品批量生產了，發(fā)現EMC問題再去解決，就會事倍功半。

3.2 EMI抑制材料技術

3.2.1 屏蔽材料

屏蔽就是利用材料的反射和/或吸收作用，以減少EMI輻射。屏蔽材料的有效填置可減少或清除不必要的縫隙，抑制電磁耦合輻射，降低電磁泄漏和干擾。具有較高導電、導磁性能的材料可作為電磁屏蔽材料，一般要求屏蔽性能達40～60dB。目前常用的屏蔽材料有金屬材料和高分子材料兩大類。

金屬材料按用途又可分為襯墊屏蔽材料和透氣性屏蔽材料兩種。任何實用的機箱都會有縫隙，由于縫隙的導電不連續(xù)性，在該處即產生電磁泄漏。解決的辦法是在非永久性搭接處加電磁密封襯墊。如金屬絲網襯墊、導電橡膠襯墊、鈹銅指形簧片、螺旋管襯墊及橡膠芯襯墊＋金屬絲網等。任何機箱為了散熱透氣往往開有小孔，因此引發(fā)電磁泄漏，用金屬絲網難以達到完全屏蔽效果，需采用波導窗、多層截止波導通風板和泡沫金屬等以改善屏蔽效果。由銅或鎳及連通的空洞組成、空心金屬骨架互連的三維網狀結構金屬泡沫作屏蔽材料，在10～100MHz范圍內，屏蔽性能達90dB，且重量輕、體積小，是很有前途的屏蔽材料。

高分子材料主要包括導電塑料、導電涂料和表面導電材料，此外還有導電玻璃和導電膜片；與金屬材料相比，它們具有重量輕、易成型、電阻率可調等特點。導電塑料是將導電物質如碳黑、金屬粉或金屬纖維摻雜于樹脂中制成，屏蔽性能可達30～80dB；導電涂料通常由Ag、Ni、Cu或C導電物質作填料，與合成樹脂、溶劑和添加劑一起，涂覆于塑料表面形成固化膜，產生導電屏蔽效果，性能為20～60dB不等；表面導電屏蔽材料一般采用金屬熔射、塑料電鍍、真空蒸發(fā)、貼金屬箔等手段，使絕緣材料表面形成導電層，鍍層最薄為2～5μm，屏蔽性能可達45～120dB，甚至更高。

3.2.2 吸波材料

吸波材料的主要功能是將干擾源所產生的電磁輻射能量轉化為其它能量（主要是熱能）而耗散掉。根據損耗機理不同，可分為電阻型、電介質型和磁介質型三大類［４］。

電阻型吸波材料主要有碳精粉、石墨和SiC等，吸波能力主要取決于材料電阻率，由于這種材料吸收層厚度t與電磁波長λ成正比，通常t＝0.6λ，故適合于高頻段，若在100MHz時應用，材料厚度需達1.8m。

電介質型吸波材料有BaTiO2、鐵電陶瓷等高介電材料，能量衰減主要來自介電損耗，而介電損耗與頻率依賴關系較強，故吸收頻帶窄，且成本高，應用受到一定限制。

磁介質型吸波材料主要為鐵氧體，利用鐵氧體獨特的復數磁導率產生的磁損耗機理，吸收電磁波，成本低廉，所以目前應用最為廣泛。其中MnZn鐵氧體EMI抑制材料主要用于低頻，NiZn鐵氧體EMI抑制材料主要用于高頻，而羰基鐵、鐵基、鎳基磁介質則可在大電流情況下應用，以解決鐵氧體磁芯的磁飽和問題。

3.3 EMI抑制元器件技術

3.3.1 有源器件的開發(fā)與應用

開發(fā)和應用有源器件，要重點關注其電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度這兩項技術指標。有源模擬器件的敏感度取決于靈敏度和帶寬，而靈敏度以器件的固有噪聲為基礎；邏輯器件的靈敏度取決于直流噪聲容限和噪聲抗擾度。有源器件有兩種電磁發(fā)射源：傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾通過電源線、接地線和互連線進行傳輸，并隨頻率增高而增大；輻射干擾通過器件本身或連線向外發(fā)射，并隨頻率的平方而增大。瞬態(tài)地電流是上述兩種干擾的初始源，良好接地和各種去耦方式是減小地電流的主要手段。

邏輯器件的翻轉速度快，所占頻譜越寬，因此，在保證功能的前提下，不可過分追求響應速度。數字電路的干擾頻譜很寬，是電子和電氣設備中的重要干擾源，其電磁輻射可分為共模和差模兩種形式。工作頻率越高，輻射能量就越大；信號電平越高，輻射干擾就越強。為了控制差模輻射，必須將印制電路板上信號線、電源線和它們的回線緊靠在一起，以減少回路面積；為了控制共模輻射，可使用柵網地線或平面接地等良好接地方式，也可采用共模扼流圈。

3.3.2 抗ＥＭＩ器件的開發(fā)與應用

具有良好屏蔽和接地措施的電子、電氣產品，也仍然會有電磁干擾，此時應當合理選用抗EMI元器件?？笶MI器件的種類很多，濾波是壓縮干擾頻譜的基本手段，抗EMI濾波器是EMC技術的基礎元器件之一，功能獨特、門類繁多，在此僅舉幾例。

（1） 信號線濾波器

這是一類用于信號線的低通濾波器，用來濾除高頻干擾成分。主要有線路板濾波器、屏蔽殼體饋通濾波器和連接器濾波器、濾波器陣列板等，通常由EMI磁芯和電容器組成π型或L型濾波網絡。

（2） EMI抑制器

抗EMI鐵氧體的重要參數為磁導率μ和飽和磁通密度Bs。μ可表示為復數，實數部分表征電感，虛數部分構成磁損耗。其等效電路由電感L和電阻R組成，L、R均為頻率的函數。低頻時R很小，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制；高頻時R增大，電磁干擾被吸收并轉換成熱能。這類EMI抑制器實際上也是一種低通濾波器，目前已被廣泛用于印制板、電源線和信號線上，不但抑制高頻干擾和尖峰干擾，也具有吸收靜電放電脈沖的能力。

（3） 電源線濾波器

電源線是電磁干擾出入電子、電氣設備的主要通道，電源線濾波器只允許電源頻率通過，高于電源頻率的干擾信號將受到衰減和抑制。由于火線、零線回路中的干擾為差模干擾，而火線、零線與地線回路中的干擾為共模干擾，電源線濾波器對這兩種干擾信號的濾波器效果是不同的，所以往往需要區(qū)別對待。

3.4 EMI測試技術

嚴格按照國際、國內相關EMC標準，對系統(tǒng)整機、部件、元器件和材料進行EMI測試、驗證是EMC技術創(chuàng)新的關鍵。前不久，上海建成了華東地區(qū)第一個按90年代新工藝、新標準設計的EMC實驗室，采用高性能鐵氧體吸波材料組裝成微波暗室及一系列屏蔽實驗室，可對電子產品的靜電、群脈沖、浪涌、磁場、諧波、傳導發(fā)射等EMC技術指標進行測量、評估［5］。只有解決了EMC測試問題，才能更好地開展電子、電氣產品的科研、生產、銷售、應用、服務，同時可對IT產品的進出口業(yè)務實施有效監(jiān)督。

4 強化管理，大力推廣ＥＭＩ抑制技術

4.1 必要性

EMI抑制技術是軍民兼用的高新技術，又與人類的健康和生活質量密切相關，國外經過三四十年的發(fā)展，已形成了EMC產業(yè)。美、日等國僅EMI／RFI鐵氧體抑制元器件專業(yè)生產廠商就有20家以上，TDK公司現有抗EMI鐵氧體元、器件23個系列，71種產品；美國Filter Concepts有19個系列90個品種，并進一步向微型化、片式化發(fā)展，其中EMI電源濾波器和EMI電磁濾波器工作頻帶極寬（30kHz～10GHz），阻帶抑制達100dB以上。

隨著技術上的不斷突破，國內EMC產業(yè)正在形成中。此外，港臺廠商積極進軍大陸市場，也推動了國內EMI抑制技術的發(fā)展，促進了符合EMC國際標準的電子產品的出口。因此，強化管理，大力發(fā)展我國EMI抑制技術，并使之產業(yè)化，實屬大勢所趨，勢在必行。

4.2 建立科學的管理體系

4.2.1 政府宏觀管理

EMI抑制技術的不斷創(chuàng)新是發(fā)展我國EMC高新技術產業(yè)的核心。政府一方面要加快EMC國家標準（包括強制性標準）和法規(guī)的制訂、貫徹，盡快與國際接軌；另一方面要加強宏觀指導，積極扶持EMC產業(yè)的快速發(fā)展，引導更多的企事業(yè)單位從事EMI抑制技術的開發(fā)與應用，制訂相關產業(yè)政策，重點建設若干個EMC產業(yè)示范基地，對共性技術給予足夠的重視和關注，并建立必要的技術創(chuàng)新激勵機制。

4.2.2 行業(yè)協調管理

積極利用中國電子學會EMC分會和中國電子元件行業(yè)協會等社團組織，發(fā)揮行業(yè)協調管理作用，是推廣EMI抑制技術的重要渠道。各級各類行業(yè)協會可以在EMI技術與市場信息、國內外動態(tài)分析、標準的制訂與實施、各種人才的培訓、招商引資和學術與技術交流等方面開展豐富多彩的活動，以便推動EMI抑制技術的推廣與應用。
來源；互聯網