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电磁兼容设计及其应用

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电磁兼容设计及其应用

摘要:以实际工程中常遇到的电磁兼容问题为背景,简要地介绍了有关电磁干扰及有关抗干扰措施方面的内容。通过对接地方法、屏蔽思想和滤波手段的详细论述和独到见解,提出了系统电磁兼容的设计思想以及解决方法,并对实际工作中常见的干扰、滤波及接地等电磁兼容现象给出相应分析与解决建议。

关键词:电磁兼容;抗干扰措施;滤波手段;屏蔽;接地方法

0 引言

电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科,涉及电子、计算机、通信、航空航天、铁路交通、电力、军事以至人民生活各个方面。在当今信息社会,随着电子技术、计算机技术的发展,一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加,而且电子设备的频带日益加宽,功率逐渐增大,灵敏度提高,联接各种设备的电缆网络也越来越复杂,因此,电磁兼容问题日显重要。

1 基本概念和术语

1.1 电磁兼容性定义

所谓电磁兼容性(EMC)是指电子线路、系统相互不影响,在电磁方面相互兼容的状态。IEEE C63.12-1987规定的电磁兼容性是指“一种器件、设备或系统的性能,它可以使其在自身环境下正常工作并且同时不会对此环境中任何其他设备产生强烈电磁干扰”。

1.2 电磁干扰三要素

一个系统或系统内某一线路受电磁干扰程度可以表示为如下关系式:

式中:G为噪声源强度;C为噪声通过某种途径传到受干扰处的耦合因素;I为受干扰设备的敏感程度。

G,C,I这三者构成电磁干扰三要素。电磁干扰抑制技术就是围绕这三要素所采取的各种措施,归纳起来就是:抑制电磁干扰源。切断电磁干扰耦合途径;降低电磁敏感装置的敏感性。

1.3 地线的阻抗与地环流

1.3.1 地线的阻抗

电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗,而阻抗指的是交流状态下导线对电流的阻抗,这个阻抗主要是由导线的电感引起的。如果将10 Hz时的阻抗近似认为是直流电阻,当频率达到10 MHz时,它的阻抗是直流电阻的1 000~100 000倍。因此对于射频电流,当电流流过地线时,电压降是很大的。为了减小交流阻抗,一个有效的办法是多根导线并联,以减少和地线之间的电感。当两根导线并联时,其总电感L为:

式中:L1是单根导线的电感;M是两根导线之间的互感。

1.3.2 地环流

由于地线阻抗的存在,当电流流过地线时,就会在地线上产生电压。这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的,因此成为地环路干扰,如图1所示。

1.4 公共阻抗干扰

1.4.1 公共阻抗耦合定义

当两个电路共用一段地线时,由于地线的阻抗,一个电路的地电位会受另一个电路工作电流的影响。这样一个电路中的信号会耦合到另一个电路,这种耦合称为公共阻抗耦合,如图2所示。

1.4.2 消除公共阻抗耦合措施

消除公共阻抗耦合的途径有两个,一个是减小公共地线部分的阻抗,另一个方法是通过适当的接地方式避免容易相互干扰的电路共用地线,一般要避免强电电路和弱电电路共用地线,数字电路和模拟电路共用地线。

2 电磁干扰的抑制方法

电磁干扰的抑制方法很多,基本方法有三种,即接地、屏蔽和滤波。每种方法在电路与系统的设计中各有独特作用,但在使用上又是相互关联。如良好的接地可降低设备对屏蔽和滤波的要求,而良好的屏蔽也能降低对滤波的要求。

2.1 接地

接地从表面上看是十分简单的事情,实际上是最难的技术。造成这种情况的原因是对于接地没有一个很系统的理论或模型,因此接地设计在很大程度上依赖设计师的直觉,依赖他对“接地”这个概念的理解程度和经验。

2.1.1 接地的分类

根据使用功能的不同,可以把接地分成如下几种形式:

(1)安全接地:使用交流电的设备必须通过黄绿色安全地线接地,否则当设备内的电源与

机壳之间的绝缘电阻变小时,会因为漏电而导致电击伤害。

(2)雷电接地:设施的雷电保护系统是一个独立系统,由避雷针、下导体和与接地系统相连的接头组成。该接地系统通常与安全接地接在一起。雷电放电接地仅对设施而言,设备没有这个要求。

(3)电磁兼容接地:出于电磁兼容设计而要求的接地,包括:

屏蔽接地为了防止由电路之间的寄生电容产生的相互干扰,必须进行隔离和屏蔽,用于隔离和屏蔽的金属必须接地。

滤波器接地滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容,当滤波器不接地时,这些电容就处于悬浮状态,起不到旁路的作用。

噪声和干扰抑制对内部噪声和外部干扰的控制,应将设备或系统上的某些点与地相连,从而为干扰信号提供“最低阻抗”通道。

电路参考电路之间信号要正确传输,必须有一个公共电位参考点,这个公共电位参考点就是地。因此所有互相连接的电路必须接地。

一般在设计要求时仅明确安全和雷电防护接地的要求,其他均隐含在用户对系统或设备的电磁兼容要求中。

2.1.2 设备的信号接地

设备的信号接地,是以设备中某一点或一块金属薄板来作为信号的接地参考点,它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。

实际应用中有几种基本的信号接地方式,即浮地、单点接地、多点接地和混合接地。

(1)浮地

采用浮地的目的是将设备与公共接地系统,或可能引起环流的公共导线隔离开。

浮地的最大优点是抗干扰性能好。缺点是由于设备不与公共地相连,容易在两者间造成静电积累,当电荷积累到一定程度后,在设备地与公共地之间的电位差可能引起剧烈的静电放电,而成为破坏性很强的干扰源。一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻,用以释放所积聚的电荷。实现设备的浮地可采用变压器隔离或光电隔离。

(2)单点接地

单点接地是指在一个电路或设备中只有一个物理点被定义为接地参考点,凡需要接地的点都被接至这一点,如图3所示。对一个系统,如采用单点接地,则系统中的每个设备都有自己的单点接地点,然后各设备的“地”再与系统中惟一指定的参考接地点相连。

单点接地的缺点是当系统工作频率很高时,以致信号的波长可与接地线长度相比拟时(如

达到1/4波长),接地线就不能作为一根普通连接线考虑,它会呈现某种电抗效应,使接地效果不理想,此时可以采用多点接地的方法。

(3)多点接地

多点接地指设备中凡需要接地的点都直接接到距它最近的接地平面上,以便使接地线最短,如图4所示。这里说的接地平面可以是设备的底板、专用接地母线,甚至是设备的机架。

多点接地的优点是简单,凡需要接地的点都可以就近接地,由于接地电感的减小,使地线上的高频噪声大为减少。所以多点接地在高频下使用效果更佳。

单点接地与多点接地的分界常以流通信号波长λ的0.05倍为界,凡单点接地线长度达到0.05λ以上时,就应当用多点接地。

2.1.3 设备的接大地

(1)设备的接大地

实际应用中,除认真考虑设备内部的信号接地外,通常还要将设备的信号地、机壳与大地连在一起,并以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的有三个:

①设备的安全接地,保证了操作人员的安全;

②释放机箱上所积聚的电荷,避免因电荷积聚使机箱电位升高,造成电路工作的不稳定;

③避免设备在外界电磁环境的干扰下造成设备对大地的电位发生变化,引起设备工作的不稳定。

如能将接地与屏蔽、滤波等技术配合使用,对提高设备的电磁兼容性可起到事半功倍的作用。

(2)接大地的方法与接地电阻

判断接大地有效性的重要指标是接地电阻。接地电阻除与接地电极的制作方式有关外,也和大地自身的性质有关。

正确的接大地方法是用直径1~2 cm的铜棒(长2~4 m)打入地下,深度在2 m以上。一根铜棒的接地电阻在25 Ω左右,这对一些小功率电气设备已经够用。若要达到更小的接地电阻,可增加铜棒附近地域的盐分和水分,还可将几根铜棒互连成网。一般接地电阻以10 Ω为设计目标。

2.2 屏蔽

用金属材料将设备内部产生噪声的区域封闭起来的方法称为屏蔽。屏蔽能有效抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个:一是限制设备内部的辐射电磁能越出某一区

域;二是防止外部的辐射电磁能进入设备内部。

按屏蔽所起的作用可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。

2.2.1 电场屏蔽

电场屏蔽就是用导体将噪声源(或被屏蔽物体)包围起来,然后接地,以达到屏蔽的目的。由于导体表面的反射损耗很大,很薄的材料(铝箔、铜箔)也有很好的屏蔽效果。另外,机箱上即使有缝隙,也不会产生太大的影响。

2.2.2 磁场屏蔽

磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽,其屏蔽效果比电场的屏蔽要困难得多。

磁场屏蔽的主要原理是利用屏蔽体的高导磁率、低磁阻特性对磁通所起的磁分路作用,使屏蔽体内部的磁场大大削弱。当要屏蔽外部强磁场时,要求外层屏蔽体选用不易磁饱和的材料,如硅钢等;内层则用容易达到饱和的高导磁材料。反之,屏蔽体的材料使用次序也需颠倒过来。两层屏蔽体在安装时要注意彼此间的磁路绝缘。若屏蔽体无接地要求,可用绝缘材料作支撑;如要求接地,可用非铁磁材料的金属作支撑。

2.2.3 电磁场屏蔽

电磁场屏蔽的目的是要阻止电磁场在空间传播。

电磁场屏蔽可采用如下方法:

反射金属表面对电磁波的反射作用。

吸收电磁波在进入屏蔽体内部时,会被屏蔽体金属所吸收。

反射和吸收电磁波透过金属到达屏蔽体另一表层时,在金属与空气交界面上会再次形成反射,重返屏蔽体内部,结果在屏蔽体内部形成多次反射和吸收现象(当然最终还会有少量电磁波透过屏蔽体而进入被保护空间)。

因此,电磁屏蔽是基于金属材料对电磁波的反射和吸收两个作用来完成的。

2.3 滤波

针对不同的干扰,应采取不同的抑制方法和器件,下面对不同的抑制器件分别作简要叙述。

2.3.1 专用供电线路

只要通过对供电线路进行简单处理就可以获得一定的干扰抑制效果。例如在三相供电系统中把一相作为干扰敏感设备的供电电源;把另一相作为外部设备的供电电源;再把第三相作为常用测试仪器或其他辅助设备的供电电源。这样可减少设备之间的相互干扰,同时也有利于三相平衡。在现代电子系统中,由于配电线路中非线性负载的使用,造成线路中谐波电流的存在,而谐波分量在中线里不能相互抵消,而是叠加,因此尽量采用较粗的中线,以减小线路阻抗,降低干扰。

2.3.2 瞬变干扰抑制器件

瞬变干扰抑制器件包括气体放电管、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变吸收二极管和固体放电管等多种。其中金属氧化物压敏电阻和硅瞬变吸收二极管的工作原理与普通的稳压管类似,是箝位型的干扰吸收器件;而气体放电管和固体放电管是能量转移型干扰吸收器件。

3 结语

本文是在电磁兼容理论学习的基础和实际工程应用中积累的一些经验,是工程实践中的经验总结,所提出的一些观点,难免有一些不完善之处,恳请各位同行批评指正。

电磁兼容原理和抑制技术(一)

???!????????? 2/2!????????? 当代以半导体工业为基础和支柱的微电子技术,它的迅速发展和应用已渗透到社会生活的各个领域,特别是通信领域近期发展之快和变化之大往往超出人们的预料。最为明显的几个特征是从全球移动卫星系统到无线局域网的出现,无线技术正向通信的各个方面渗透,Internet和www网络继续保持指数的增长势头,并产生对高速公众数据网的强烈需求。但是广泛应用上述微电子技术的设备,它的安全性、可靠性和电磁兼容性实在令人担忧,因为上述超大规模集成电路和公众数据网络的不断发展,导致了对人为或自然的过电压或过电流的冲击更加敏感到几乎成指数增长的趋势,可以说是目前人类享受高科技给人类带来的各种效益,是同人类百年来为之奋斗的电磁兼容事业密不可分。因此,联合国确定电磁污染是继环境中的空气、水质、噪声等污染之后的第四大环境污染。 本章所指的电磁兼容(Electromagnetic Compatibility——EMC)对于设备或系统的性能指标来说,应为“电磁兼容性”。但作为一门学科来说,应为“电磁兼容”。 它的确切定义按国家军用标准GJB——85《电磁干扰和电磁兼容性名词术语》为:“设备(分系统、系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即:该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级;它也不会使同一电磁环境中其它设备(分系统、系统),因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。” 所以电磁兼容是研究在有限的空间、时间和频谱资源等条件下,各种用电设备(广义的还包括生物体)可以共存,并不致引起降级的一门科学。电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境下能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。它有以下三方面的含意。 1)电磁环境应是给定的或预期的。 2)设备、分系统或系统不应产生超过标准或规范所规定的电磁骚扰发射(EMI)限值的要求电磁骚扰发射就是从骚扰源向外发出电磁骚扰能量的现象,它是引起电磁骚扰的原因。 3)设备、分系统或系统应满足标准或规范所规定的电磁敏感性(EMS)限值或抗扰度(immu-nity);其中电磁敏感性为在存在电磁骚扰的情况下,设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下所呈现不希望有的响应程度;抗扰度为设备、分系统或系统抗电磁骚扰的能力。 2/2/2?????? 由电磁骚扰源发射的电磁能量,经过耦合途径传输到敏感设备,这个过程称为电磁干扰效应。因此形成电磁干扰后果必须具备三个基本要素: 1)电磁骚扰源:任何形式的自然或电能装置所发射的电磁能量,能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害,或使其它设备、分系统或系统发生电磁危害,导致性能降级或失效,即称为电磁骚扰源。 2)耦合途径:即传输骚扰的通路或媒介。 3)敏感设备(Victim):是指当受到电磁骚扰源所发出的电磁能量的作用时,会受到伤害的人或其它生物,以及会发生电磁危害,导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。许多器件、设备、分系统或系统既是电磁骚扰源又是敏感设备。 为了实现电磁兼容,必须从上面三个基本要素出发, 电磁兼容原理和抑制技术(一) 区健昌

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电磁兼容和电性能检测综述 广电计量在广州、武汉、北京、无锡检测基地建有电磁兼容实验室,并与各 地电磁兼容检测机构和实验室达成战略合作,为各大企业解决电磁兼容与电 磁辐射影响的各类安全问题。下设技术研究院所属的电磁兼容研究所为客户 提供电磁兼容设计、标准建立以及科研项目验收等服务。 服务类型: ●汽车整车及零部件 ●航空机载 ●轨道交通 ●电力设备 ●医疗用电子设备 ●国防军工 ●电磁 ●无线通信及其他电子设备 ●船载电子设备 汽车整车及零部件 广电计量汽车电磁兼容检测能力获日产、神龙、江淮、吉利、宇通等整车厂认可,完全满足民品汽车整车及零部件电磁兼容检测领域有关国际、国家和行业标准,以及各车厂标准,汽车电子电磁兼容检测技术能力处于行业领先水平。 审核认可: 日产认可实验室 神龙认可实验室 江铃认可实验室 广汽认可实验室 一汽轿车认可实验室

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电磁兼容原理与设计试题 (总分100分,时间120分钟) 1. 区别电磁骚扰和电磁干扰两个术语的不同。(10分) 答:电磁噪声(骚扰):(强调原因和过程)任何可能引起设备或系统性能下降的包磁现象——强调任何可能的电磁危害现象原因。 电磁干扰:(强调的是结果)。 2. EMI 、EMS 和EMC 分别指什么,有何区别?(5分) 答:Electromagnetic Interference ,EMI ,电磁干扰。 Electromagnetic Susceptibility,EMS ,电磁敏感性。 Electromagnetic Compatibility ,EMC ,电磁兼容。 电气和电子设备在正常运行的同时,也往外发射有用或无用的电磁能量,这些能量会影响其它设备的正常工作,这就是电磁干扰。 对电磁干扰进行分析、设计和验证测试的学科领域就是电磁兼容。 电磁敏感性是指设备、器件或系统因电磁干扰可能导致工作性能下降的特性。 3.电磁干扰三要素是什么?(5分) 答:电磁干扰三要素是干扰源、耦合通道、敏感设备。 4.功率信号发生器XG26,最小输出功率10-8mW ,请换算成dB (mW )。(5分) 5. 已知V=1mV ,求:dBmV V 、V dB V 。(5分) 答:(1mV )dBmV=20lg (1mV/1V*10-3 )=20(lg1+3)=20*0+60=60 dBmV (1mV )dBuV=20lg(1mV/1V*10-6)= 20(lg1+6)= 20*0+120=120 dBuV 6. 术语解释:静电放电(5分) 答:静电放电是指不同静电电位的物体靠近或直接接触是发出的电荷转移 7. 什么是传导耦合?(5分) 答:传道耦合是指电磁干扰能量从干扰源沿金属导体传播至被干扰对象(敏感设备) 8.电磁屏蔽的作用原理是什么? (10分) 答:电磁屏蔽是指同时抑制或削弱电场和磁场。 电磁屏蔽一般也是指高频交变电磁屏蔽(10kHz ~ 40GHz)。 在频率较低(近场区,近场随着骚扰源的性质不同,电场和磁场的大小有很大差别。 高电压小电流骚扰源以电场为主(电准稳态场-忽略了感应电压),磁场骚扰较小(有时可忽略)。

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家电、电动工具、工科医射频设备、高压架空线路等提出了一系列骚扰限值(包括射频辐射和传导两方面,工作频率多在9kHz~18GHz)和测试方法的标准。近几年来随着它的业务范围不断扩大,也开展了一些抗扰度标准的研究。它更主要的重点还是研究电磁骚扰限值及其测量方法。 二、电磁兼容标准 早在一九三四年国际电工委员会就成立了无线电干扰特别委员会简称CISPR,专门研究无线电干扰问题,制定有关标准,旨在保护广播接收效果。当初只有少数国家参加该委员会,如比利时、法国、荷兰和英国等。经过多年的发展人们对电磁兼容的认识发生了深刻的变化,1989年欧洲共同体委员会颁发了89/336/EEC指令,明确规定,自1996年1月1日起,所有电子、电器产品须经过EMC性能的认证,否则将禁止其在欧共体市场销售。此举在世界范围内引起较大反响,EMC已成影响国际贸易的一项重要指标。随着技术的发展CISPR工作范围也由当初保护广播接收业务扩展到涉及保护无线电接收的所有业务。国际电工委员会IEC有两个专们从事电磁兼容标准化工作的技术委员会:一个就是CISPR成立于1934年;另一个是电磁兼容委员会TC77,成立于1981年。CISPR最初关心的主要是广播接收频段的无线电骚扰问题,之后在EMC标准化工作方面进行了不懈的努力。 CISPR已基本上将工业和民用产品的EMC考虑在其标准中。CISPR 还起草了通用射频骚扰限额值国际标准草案,这样,对那些新开发的以及暂时还不能与现有CISPR产品标准相对应的产品,可以用射频骚扰

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电磁兼容EMC设计及测试技巧 摘要:针对当前严峻的电磁环境,分析了电磁干扰的来源,通过产品开发流程的分解,融入电磁兼容设计,从原理图设计、PCB设计、元器件选型、系统布线、系统接地等方面逐步分析,总结概括电磁兼容设计要点,最后,介绍了电磁兼容测试的相关内容。 当前,日益恶化的电磁环境,使我们逐渐关注设备的工作环境,日益关注电磁环境对电子设备的影响,从设计开始,融入电磁兼容设计,使电子设备更可靠的工作。 电磁兼容设计主要包含浪涌(冲击)抗扰度、振铃波浪涌抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度、工频电源谐波抗扰度、静电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、工频磁场抗扰度、脉冲磁场抗扰度、传导骚扰、辐射骚扰、射频场感应的传导抗扰度等相关设计。 电磁干扰的主要形式 电磁干扰主要是通过传导和辐射方式进入系统,影响系统工作,其他的方式还有共阻抗耦合和感应耦合。 传导:传导耦合即通过导电媒质将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上,属频率较低的部分(低于 30MHz)。在我们的产品中传导耦合的途径通常包括电源线、信号线、互连线、接地导体等。 辐射:通过空间将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上,属频率较高的部分(高于30MHz)。辐射的途径通过空间传递,在我们电路中引入和产生的辐射干扰主要是各种导线形成的天线效应。 共阻抗耦合:当两个以上不同电路的电流流过公共阻抗时出现的相互干扰。在电源线和接地导体上传导的骚扰电流,多以这种方式引入到敏感电路。 感应耦合:通过互感原理,将在一条回路里传输的电信号,感应到另一条回路对其造成干扰。分为电感应和磁感应两种。 对这几种途径产生的干扰我们应采用的相应对策:传导采取滤波(如我们设计中每个IC的片头电容就是起滤波作用),辐射干扰采用减少天线效应(如信号贴近地线走)、屏蔽和接地等措施,就能够大大提高产品的抵抗电磁干扰的能力,也可以有效的降低对外界的电磁干扰。 电磁兼容设计 对于一个新项目的研发设计过程,电磁兼容设计需要贯穿整个过程,在设计中考虑到电磁兼容方面的设计,才不致于返工,避免重复研发,可以缩短整个产品的上市时间,提高企业的效益。 一个项目从研发到投向市场需要经过需求分析、项目立项、项目概要设计、项目详细设计、样品试制、功能测试、电磁兼容测试、项目投产、投向市场等几个阶段。 在需求分析阶段,要进行产品市场分析、现场调研,挖掘对项目有用信息,整合项目发展前景,详细整理项目产品工作环境,实地考察安装位置,是否对安装有所限制空间,工作环境是否特殊,是否有腐蚀、潮湿、高温等,周围设备的工作情况,是否有恶劣的电磁环境,是否受限与其他设备,产品的研制成功能否大大提高生产效率,或者能否给人们的生活或工作环境带来很大的方便,操作使用方式能否容易被人们所

电磁兼容原理与设计

电磁兼容原理与设计 招生对象 --------------------------------- 【主办单位】中国电子标准协会 【咨询热线】0 7 5 5 – 2 6 5 0 6 7 5 7 1 3 7 9 8 4 7 2 9 3 6 李生【报名邮箱】martin#https://www.doczj.com/doc/137598863.html, (请将#换成@) 课程内容 --------------------------------- 课程大纲: 第一章电子系统电磁兼容设计目的与方法 1.1电子系统电磁干扰与电磁兼容EMI/EMC 1.2电子系统EMC标准与规范 1.3电子系统电磁兼容的重要性,实例分析 1.4电子系统有源器件的选型和电磁干扰发射的抑制 1.5共模(CM)干扰和差模(DM)干扰 第二章电子系统接地设计 2.1电子系统接地分类 2.2电子系统参考接地 2.3接地方式-实例分析 第三章电子系统屏蔽设计 3.1辐射耦合与传导耦合 3.2屏蔽效能的概念 3.3屏蔽分类 3.4静电屏蔽与电磁屏蔽 3.5磁场屏蔽 3.6实际屏蔽体的问题-实例分析 第四章电子系统滤波设计 4.1低通滤波器 4.2高通滤波器

4.3 瞬态干扰抑制器 第五章电磁兼容测试技术 5.1 测试标准 5.2 测试场地及测试环境、测试设备 5.3 电磁兼容测试举例分析 第六章主板设计及排查技术 6.1印制电路板概述 6.2 PCB布线及布局基本原则 6.3 高速电子线路的信号完整性设计 6.4 排查实例分析 讲师介绍 --------------------------------- 张老师,博士学位。通信与微波工程研究室主任。国家自然科学基金、北京市自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目同行评议专家,教育部学位与研究生教育发展中心评议专家,中国电子学会DSP应用专家委员会委员,中国工业和信息化部科技人才库专家,北京市科学技术奖励评审专家,北京电子电器协会电磁兼容分会委员,中华医学预防会自由基委员会委员,中国电子学会高级会员,通信学会电磁兼容分会委员,IET高级会员,北京邮电大学育人标兵。IEEE Transaction on Communications、Journal of Electromagnetic Waves and Applications、通信学报等刊物特约评审专家。 从事电磁兼容、先进信息获取与处理、认知无线电、生物电子等领域的教学和研究工作。发展出电磁环境与信息安全、射频与微波工程、信号处理与模式识别等新的研究方向。在国内外重要刊物发表论文180余篇,其中SCI、EI检索100余篇。主持电磁兼容与信息安全、无线通信中的信号处理与模式识别、超宽带通信、基于嵌入式的认知无线电演示平台、电磁兼容数据库开发等20余项国家及省部级项目。获得优秀期刊论文奖4项、优秀论文指导教师奖4项,教学成果奖2项,北邮有突出贡献指导教师奖1项,申请专利5项,主编著作2部,参编标准1部。 博士招生专业:电子科学与技术 研究方向:电磁兼容、先进信息获取与处理、宽带通信与网络技术; 硕士招生专业:生物医学工程、电子与通信工程;研究方向:先进信息获取与处理; ************************************************** 【温馨提示】:本公司竭诚为企业提供灵活定制化的内部培训和顾问服务,培训内容可根据客户的需要灵活设计,企业内部培训人数不受限制,培训时间由企业灵活制定。顾问服务由中国电子标准协会顶尖顾问服务团队组成,由专人全程跟进,签约型绩效考核顾问服务效果,

方舱医院系统中的电磁兼容设计

方舱医院系统中的电磁兼容设计 Design of Electromagnetic Compatibility in the Shelter Hospital System 黄鹏,刘志国,祁建城 (军事医学科学院卫生装备研究所,天津,300161) 摘要:目的:对方舱医院系统进行了一系列的电磁兼容设计,用于对抗未来复杂电磁环境下的电磁干扰问题。方法:采取系统布局分开放置干扰源与敏感设备,设置屏蔽空间隔离不同设备,利用良好接地保护敏感设备,使用滤波技术去除骚扰信号等措施,为方舱医院系统的电磁兼容提出了设计思想和解决方法。结果:通过电磁兼容仿真和试验检测,该方舱医院系统基本消除了由电磁干扰所引起各分系统或设备的故障及不容许的响应,达到了系统的电磁兼容。结论:该方舱医院系统的电磁兼容设计方案,可满足野战条件下应急医疗救治机构电磁安全防护的需要。 关键词:方舱医院, 电磁兼容, 电磁干扰, 系统布局, 屏蔽 Abstract:Objective: On the shelter hospital system conducted a series of electromagnetic compatibility (EMC) design, used against the electromagnetic interference (EMI) under complicated electromagnetic environment problem in the future. Methods: For the shelter hospital system of EMC design ideas and solutions methods are put forward, such as take the system layout placed separate sources of interference and sensitive equipment, set up the shield spatial segregation of different devices, apply a good grounding to protect sensitive equipment, use filtering techniques to remove the disturbance signal and other measures. Results: Through the EMC simulation and experimental testing, the impermissible response and faults of each system or equipment caused by the electromagnetism interference are eliminated,to achieve the EMC of the system. Conclusion: The application of shelter hospital system EMC design, can satisfy the electromagnetic field under the condition of emergency medical treatment institution security needs. Key words:shelter hospital, EMC, EMI, system layout, shield 1 引言 未来信息化战争,将是一场争夺电磁空间的战争,能否取得制电磁权将成为战争胜负的关键。由于电子信息设备的使用不断加大,战场空间中的电磁信号非常密集,使得战场电磁

电磁兼容(EMC)考试试卷

24】减小电力系统中的谐波,基本方法有两类:1.对系统设备和用电装置本身进行改造,使其不产生或者少量产生谐波2.装设谐波补偿装置来补偿谐波,包括 无源电力滤波器与有源电力滤波器的特点适用范围 1、无源电力滤波器——是一种传统的滤波方式,它利用电感、电容的串并谐振对某一频率或一定频率范围呈现较低的阻抗,将其与电网并联,可吸收电网中的谐振频率的谐波电流。具有结构简单、有功消耗低的优点,但体积庞大、滤波效果差。 2、有源电力滤波器——它由电力电子器件构成,是一种动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置,能对大小和频率变化的谐波以及变化的无功进行动态补偿。有源电力滤波器的谐波补偿效果显著,但成本较高、容量有限。 1、电磁干扰的危害主要体现在两个方面:a.电气、电子设备的相互影响;b.电磁污染对人体的影响 2、电磁兼容设计方法: a.问题解决法。问题解决法是先研制设备,然后针对调试中出现的电磁干扰的问题,采用各种电磁干扰抑制技术加以解决。 b.规范法。规范法是按颁布的电磁兼容性标准和规范进行设备或系统的设计制造。 c.系统法。系统法是利用计算机软件对某一特定系统的设计方案进行电磁兼容性分析和预测。 3、电磁干扰的三要素 1、形成电磁干扰的三个基本条件:骚扰源,对骚扰敏感的接收单元,把能量从骚扰源耦合到接收单元的传输通道,称为电磁干扰三要素。 骚扰源——耦合通道——敏感单元 2、电路受干扰的程度可用公式描述I WC S S 为电路受干扰的程度;W 为骚扰源的强度;C 为骚扰源通过某种路径到达被干扰处的耦合因素;I 为被干扰电路的抗干扰性能。 4、 屏蔽技术是利用屏蔽体阻断或减少电磁能量在空间传播的一种技术,是减少电磁发射和实现电磁骚扰防护的最基本,最重要的手段之一,采用屏蔽有两个目的,一是限制内部产生的辐射超出某一个区域,二是防止外来的辐射进入某一区域。 5、常用的电磁密封衬垫有1.金属丝网衬垫2.导电布衬垫3.导电橡胶4.指形簧片 6、电源线滤波器:作用主要是抑制设备的传导发射或提高对电网中骚扰的抗扰度,虽然同为抑制骚扰,但两者的方向不同,前者是防止骚扰从设备流入电网(称为电源EMI 滤波器),后者是防止电网中的骚扰进入设备(称为电源滤波器) 6、干扰控制接地:1.浮地2.单点接地3.多点接地4.混合接地 8、电磁兼容性GB 的定义:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。 9、电磁骚扰:可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命、无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰可以是电磁噪声、无用信号或有用信号,也可

电磁兼容(EMC)设计原理和整改流程

电磁兼容设计和整改流程 随着中国参与国际经济贸易活动的深入,产品认证成了生产厂家产品推向市场的瓶颈,其中尤其电子产品的电磁兼容认证成为整个产品认证的拦路虎,往往在认证的最后阶段才发现要解决电磁兼容问题不得不对原设计的电路和结构重新修改,临时的修改还往往使产品的性能和可靠性降低。电磁兼容的测试只是评估产品电磁兼容设计的水平,测试本身并不能改变产品的电磁兼容,电磁兼容是设计出来的、生产出来的,只有生产厂家的产品电磁兼容设计水平提高了,产品电磁兼容的质量才能提高,产品设计的可靠性才能有保障。本文详细剖析产品设计和电磁兼容整改的过程,并详细说明每个设计和整改过程中怎样运用电磁兼容的测试手段发现问题、选择最佳的解决方案。 电磁兼容控制所运用的方法和程序在产品研制不同阶段是不同的,方案、设计、开发/样机、生产、测试/认证和运行,各阶段均为实施电磁兼容工程提供了一定的机会。实施电磁兼容是一项极其复杂的任务,如右图所示在研制开发电视、音响等电子产品时,应在尽可能早的阶段上注意保证它们的电磁兼容性。随着电视、音响等电子产品研制开发工作的完成,可以利用的抑制干扰和抗干扰措施的数目减少,而其成本反而增加。方案阶段是提供最佳费效比的机会,而生产阶段提供的可能性通常最少,据国外资料介绍,在产品的研制开发阶段及时采取措施可以避免(80~90)%的与干扰影响有联系的、潜在可能的困难。相反,在较晚的阶段上采用解决方法,结果表明将更加复杂,需要追加工作量和增加原材料的消耗,增加研制周期,有时甚至根本不可能解决。有效的电磁兼容控制常常是比较困难的,因为电磁干扰方位与耦合途径的大量可能组合涉及到许多变量,敏感电路的抗扰度与电路参数的设计有关,电路参数必须保证的灵敏度往往使提高抗扰度受到一定限制。由于电磁兼容情况的固有复杂性,若要及时地、有效地和高费效比的解决电磁兼容问题,有条理的方法和程序就是相当的重要了。 针对电磁兼容设计的这种特点,我们提出了从产品的设计阶段就要开始分步的进行电磁兼容的设计和整改,把最终的设计目标大事化小,如下图所示,在产品开发的各个阶段适时进行电磁兼容性能的评估和改进,不断地把电磁兼容的整改措施溶入到产品的电路和结构设计中,这样整个产品的开发周期不会有太大的非预期时间延迟,产品的设计不会有太多的非预期成本增加,生产工艺不会有临时的增加,产品的可靠性和性能也不会受到损害。 产品开发一般分为设计概念阶段,设计阶段,样机制作阶段,设计评审阶段和委托检验阶段,分阶段地控制把各阶段的电磁兼容设计和整改溶入到整机的设计方案之中,电磁兼容设计和整改各阶段的工作任务和可以采取的电磁兼容措施如下: 1) 电磁兼容认证要求咨询 首先要明确产品电磁兼容设计的目标,针对产品销售的目标市场,了解目标市场对该产品电磁兼容要求的执行标准,相应需要测试的内容,做出一个电磁兼容性能指标一览表,每个指标都对产品各部分电路和结构提出了相应的要求,由此也就清楚了解了产品应该具备的电磁兼容性能和设计要求。 2) 产品设计布局评估 在考虑各部分电路的总体布局时,尤其注意电源线出口的位置,如果客户没有特殊的位置要求,就主要考虑电路输出的顺序和尽量使电源滤波电路和机内高频发射部分电路或器件之间的空间距离最大,经过电源滤波电路之后留在机内的电源线最短。其次在电源公共地和其它功能模块电路之间布置一条较宽的公共地线。电路板排版时应该使各种功能集成块与其输入输出负载的路径最短,特别是传输脉冲数据信号的导线。脉冲信号的高频成分很丰富,这些高频成分可以借助导线辐射,使线路板的辐射超标。非常遗憾的是我们大部分的生产企业由于开发周期越来越短的压力,都把这个阶段的时间压缩的很短,无法做比较全面细致的检查和评审工作,导致到了产品认证的最后阶段才发现元件布局和排版的缺陷,不得不投入大量的人力和物力来整改,造成欲速而不达的局面。如果要避免这种被动的局面发生,开发方可以在产品设计定型之前委托专业的电磁兼容技术服务机构做一个设计评估,一般来说专业的电磁兼容技术服务机构能够根据开发方提供的设计方案,分析原理框图、电路图、现有的外观结构要求,提出符合电磁兼容原理的内部电路结构布局、电路板布局、外壳接地等要求。通过了解各单元电路的工作流程,关键元器件的电磁兼容特性,分析预测各单元电路的电

2018电磁兼容原理及应用习题

电磁兼容习题及答案 习题一 1.1干扰源:微波炉,宇宙射线,雷电,雷达,整流式电动机; 敏感设备:印刷电路版,晶体管电视,人体, 既是干扰源又是敏感设备:手机,雷达探测系统, 1.2电磁危害:太阳黑子爆发产生大量电磁辐射,造成地球上大部分通讯受到影响。 1.3电磁骚扰:任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象 电磁干扰:电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降; 电磁骚扰是一种现象,只是可能造成影响,而电磁干扰是已经造成了影响和损害,是一种后果。 1.4质检总局第5号令《强制性产品认证管理规定》做了一系列严格规定,认证标志的名称为“中国强制认证”(china compulsory certification),缩写为CCC,简称3C。根据认证委的规定,强制性产品认证新制度自2002年5月1日起实施。 1.5 EME:electromagnetic environment电磁环境; EMI:electromagnetic interference电磁干扰; EMS:electromagnetic susceptibility电磁抗干扰; EMC:electromagnetic compatibility电磁兼容。 1.6电磁兼容三要素:干扰源、干扰耦合途径、敏感设备。 电磁干扰源:分为自然干扰源和人为干扰源。P8 图1-1 电磁耦合途径:空间辐射和导线传导;两者距离>波长:干扰以电磁波的形式传播,需要研究干扰电波的传播特性;两者距离<波长:干扰的耦合可看成近场感应,即电场(电容)耦合或磁场(电感)耦合。 1.7采用屏蔽、滤波、接地三项最基本的干扰抑制技术; 屏蔽:切断通过空间辐射的干扰的传输途径,根据其性质可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。 滤波:抑制沿导线传输的传导干扰,主要讨论抗共模干扰、差模干扰和浪涌的滤波电路和装置的设计; 接地:提供设备的安全保护地,还提供了设备运行所必需的信号参考地。接地的方式有单点、多点、混合接地和浮地。 1.8电磁兼容学科研究内容: 1.干扰源的研究; 2.耦合途径的研究; 3.敏感设备的研究; 4.电磁兼容性控制技术; 5.测量的研究; 6.标准的研究; 7.电磁兼容性分析、预测和电磁兼容性设计。 习题五 (1)其中把相线(L)与地(E)和中线(N)与地(E)间存在的EMI信号称为共模干扰信号,共模干扰信号可视为在L线和N线上传输的电位相等,相位相同的噪音信号。把L与N之间存在的干扰信号称作差模干扰信号,也可把它视为在L和N线上有180度相位差的共模干扰信号。(2)抑制原理:Ll和只Cy,L2和另一只Cy,分别构成L-E和N—E两对独立端口的低通滤

电磁兼容设计与整改对策及经典案例分析

《电磁兼容设计与整改对策及经典案例分析》 ●背--景 ---为什么产品要通过EMC,EMC到底包含哪些测试项目和性能指标? ---为什么产品辐射、传导、静电、EFT问题总是解决不了,而自己又没有好的解决思路? ---为什么我的产品也增加了磁珠、电容、电感,但还是没有改善,这些器件到底该怎么应用?为什么产品问题总是后期出现,在现有基础上到底有哪些方法和措施整改我的产品? ---为什么我的产品在设计时EMC也考虑了,但是还不能解决所有问题? ---为什么一些理论在实际应用中总是不能真正解决问题? 对于企业领导和研发工程师而言,诸如此类的问题可谓太多,明白EMC测试项目和测试原理,掌握一些EMC测试整改和设计技能,这些都成了我们迫切需要研究和解决的重大课题。目前很多企业工程师在这块缺乏实践经验,很多相关知识都是网络和书籍上面了解,但是,一方面在解决实际问题时光靠这些零散的理论是不足的,另一方面,这些“知识”也有可能对EMC的实质理解造成一些误解,为帮助企业以及研发人员解决在实际产品设计过程中遇到的问题与困惑,我们举办此次《电磁兼容设计与整改对策及经典案例分析》高级训练班,培训通过大量的实际产品EMC案例讲解,使得学员可以在较短时间内掌握解决EMC技术问题的技能并掌握EMC设计的基本思路!同时对企业缩短产品研发周期、降低产品研发与物料成本具有重要意义! ●特--色 ---系统性:课程着重系统地讲述产品EMC测试原理,产品出现各种EMC问题详细的整改思路与方法,课程以大量的案例来阐述产品EMC设计的思路与方法,以及不同

产品出现的各种问题EMC工作重点、工作方法、解决问题的技巧. ---针对性:主要针对产品各种EMC测试项目,及各种典型产品,在测试过程中出现的不同问题的时候解决的思路与方法,如何使产品经过合理的构架设计、电缆设计、滤波设计、PCB设计顺利通过EMC测试。 ---实战性:在整个培训课程中涉到多个案例,全面讲授产品问题整改和定位,设计的技巧。 ●收--益 本课程主要从EMC测试与案例分析出发,通过每个EMC案例的分析,向学员介绍有关EMC的实用设计与诊断技术,减少设计人员在产品的设计与EMC问题诊断中误区。同时通过案例说明EMC设计原理,让学员更好的理解EMC设计精髓.本课程的特点是案例多. 生动.直观.想象与原理精密结合。培训完成后一年内,可以通过邮件和电话免费解答企业EMC方面工程问题,作为培训内容完美补充。 【大—纲】(结合多个经典案例进行实战讲解) 1.电磁兼容基础 1.1 电磁兼容概述(30min)(9:00-9:30) 1.1.1 电磁兼容的定义 1.1.2 电磁兼容的研究领域 1.1.3 实施电磁兼容的目的 1.2 电磁兼容理论基础(45min)(9:30-10:15) 1.2.1 基本名词术语

电磁兼容原理及应用试题及答案

电磁兼容原理及应用试题及答案 、填空题(每空 0.5分,共20 分) 构成电磁干扰的三要素是【干扰源】 、【传输通道】和【接收器】 磁干扰可分为【传导干扰】和【辐射干扰】 。 电磁兼容裕量是指【抗扰度限值】和【发射限值】之间的差值。 准。 电容性干扰的干扰量是【变化的电场】;电感性干扰在干扰源和接受体之间存在 【交连的磁通】; 电路性干扰是经【公共阻抗】耦合产生的。 场】主要是干扰源的感应场,而【远区场】呈现出辐射场特性。 随着频率的【增加】,孔隙的泄漏越来越严重。因此,金属网对【微波或超高频】频段不具备 屏蔽效能。 静电屏蔽必须具备完整的【屏蔽导体】和良好的【接地】 电磁屏蔽的材料特性主要由它的【电导率】和【磁导率】所决定。 氧体】材料所组成的。 【20lg (U2/U1)】分贝。 多级电路的接地点应选择在【低电平级】电路的输入端。 电子设备的信号接地方式有【单点接地】 、【多点接地】、【混合接地】和【悬浮接地】。其中, 若设备工作频率高于 10MHz 应采用【多点接地】方式。 二、简答题(每题 5分,共20 分) 1 .电磁兼容的基本概念? 答:电磁兼容一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能够执行各自功能的共存状态,即要求在 同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作,且不对该环境中任何其它设备构成不能承担的电磁 ;如果按照传输途径划分,电 2. 3. 抑制电磁干扰的三大技术措施是【滤波】 【屏蔽】和【接地】。 4. 常见的机电类产品的电磁兼容标志有中国的【 CCC 标志、欧洲的【CE 标志和美国的【FCC 5. 志。 IEC/TC77主要负责指定频率低于【9kHz 】 和【开关操作】等引起的高频瞬间发射的抗扰性标 6. 7. 辐射干扰源可归纳为【电偶极子】辐射和【磁偶极子】辐射。如果根据场区远近划分, 【近区 8. 9. 电磁干扰耦合通道非线性作用模式有互调制、 【交叉调制】和【直接混频】 10. 11. 12. 滤波器按工作原理分为【反射式滤波器】和【吸收式滤波器】 ,其中一种是由有耗元件如【铁 13. 设U1和U2分别是接入滤波器前后信号源在同一负载阻抗上建立的电压, 则插入损耗可定义为 14. 15.

2021年电磁兼容与结构设计

xxxx大学硕士生课程论文 欧阳光明(2021.03.07) 电磁兼容与结构设计 电磁兼容概述 (2014—2015学年上学期) 姓名: 学号: 所在单位: 专业:

摘要 随着用电设备的增加,空间电磁能量逐年增加,人类生存环境具有浓厚的电磁环境内涵。在这种复杂的电磁环境中,如何减少相互间的电磁干扰,使各种设备正常运转,是一个亟待解决的问题;另外,恶略的电磁环境还会对人类及生态产生不良影响。电磁兼容正是为解决这类问题而迅速发展起来的学科。可以说电磁兼容是人类社会文明发展产生的无法避免的“副产品”。 电磁兼容一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态,即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作,又互不干扰,达到兼容状态。电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科,其理论基础涉及数学、电磁场理论、电路基础、信号分析等学科与技术,其应用范围几乎涉及到所有用电领域。 关键字:电磁兼容、电磁发射、传导耦合、辐射耦合、静电放电 1 引言 信息技术已经成为这个时代的主题,而信息时代的最突出特征,就是将电磁作为记录和传递信息的主要载体,人们对于电磁的利用无处不在。电磁日益渗入到金融、通信、电力、广播电视等事关国家安全的各个重要领域和社会生活的各个角落,电磁已经成为了信息时代中将经济、军事等各方面各部门联成一体的纽带,它与每个人工作和生活息息相关。电磁空间对国家利益的实现具有越来越深刻的影响,经济社会发展、军队建设和作战对电磁空间的依赖程度日益提高[1]。 当前人类的生存环境已具有浓厚的电磁环境内涵。一方面,电力网络、用电设备及系统产生的电磁骚扰越来越严重,设备所处电磁环境越来越复杂;另一方面,先进的电子设备的抗干扰能力越来越弱,同时电气及电子系统也越来越复杂。在这种复杂的电磁环境中,如何减少相互间的电磁干扰,使各种设备正常运行,是一个亟待解决的问题。另外,恶略的电磁环境还会对人类及生态产生不良影响。对于生产厂家而言,只有出场设备具有一定的电磁兼容性并且适应目前这一复杂的电磁环境,才能使自己的产品更具有竞争力。而对于国家安全而言,构筑电磁空间安全防御体系,已成为各国和军队建设的重要内容,随着社会信息化

电磁兼容原理及应用试题及答案

电磁兼容原理及应用试题及答案 一、填空题(每空0.5分,共20分) 1. 构成电磁干扰的三要素是【干扰源】、【传输通道】和【接收器】;如果按照传输途径划分,电磁干扰可分 为【传导干扰】和【辐射干扰】。 2. 电磁兼容裕量是指【抗扰度限值】和【发射限值】之间的差值。 3. 抑制电磁干扰的三大技术措施是【滤波】、【屏蔽】和【接地】。 4. 常见的机电类产品的电磁兼容标志有中国的【CCC标志、欧洲的【CE标志和美国的【FCC 标志。 5. IEC/TC77主要负责指定频率低于【9kHz】和【开关操作】等引起的高频瞬间发射的抗扰性标准。 6. 电容性干扰的干扰量是【变化的电场】;电感性干扰在干扰源和接受体之间存在【交连的磁通】; 电路性干扰是经【公共阻抗】耦合产生的。 7. 辐射干扰源可归纳为【电偶极子】辐射和【磁偶极子】辐射。如果根据场区远近划分,【近区 场】主要是干扰源的感应场,而【远区场】呈现出辐射场特性。 & 随着频率的【增加】,孔隙的泄漏越来越严重。因此,金属网对【微波或超高频】频段不具备屏蔽效能。 9. 电磁干扰耦合通道非线性作用模式有互调制、【交叉调制】和【直接混频】 10. 静电屏蔽必须具备完整的【屏蔽导体】和良好的【接地】。 11. 电磁屏蔽的材料特性主要由它的【电导率】和【磁导率】所决定。 12. 滤波器按工作原理分为【反射式滤波器】和【吸收式滤波器】,其中一种是由有耗元件如【铁氧 体】材料所组成的。 13. 设U1和U2分别是接入滤波器前后信号源在同一负载阻抗上建立的电压,则插入损耗可定义为【20lg(U2/U1)】分贝。 14. 多级电路的接地点应选择在【低电平级】电路的输入端。 15. 电子设备的信号接地方式有【单点接地】、【多点接地】、【混合接地】和【悬浮接地】。其中,若设 备工作频率高于10MHz应采用【多点接地】方式。 二、简答题(每题5分,共20分) 1 .电磁兼容的基本概念?

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