电磁兼容的设计方法介绍(1—2)
一﹑前言
关于电磁兼容的要求﹐目前世界上大多的先进国家﹐都已经有管制的法规并有相关的符合要求的单位﹐若产品无法符合要求规定﹐往往无法销售到该地区的市场﹐因此多数的电子产品﹐在销售前都必须经过电磁兼容的测试﹐若无法通过则需要经过适当的修改﹐来符合相关的规定。
本文主要是说明﹐在电子产品设计的阶段﹐如何考虑避免电磁干扰的产生﹐和增加产品耐干扰的程度﹐从许多的经验得知﹐若能在设计开始的阶段﹐就能适当的做好电磁兼容的防制﹐往往可以节省事后大量的修改时间和金钱的﹐尤其在现代产品汰换期非常短﹐若不能快速的通过EMC的测试﹐很容易影响到市场上的高机。
目前市面上介绍EMI&EMC相关的书籍﹐也算是林林总总﹐但是在实务运用上﹐总是会感觉有一段的差距﹐许多的读者虽然将一些经典的书籍读的很彻底﹐但是一面临实际产品无法符合EMI要求﹐或开始作产品设计时﹐都会有一种不知从何下手的感觉。
太多的重点反而没有重点﹐太多的理论反而没有理论¬,所谓执简御繁﹐ ¬知其要者﹐一言以终﹐不知其要﹐流散无穷¬,为使读者能有一清楚的认识﹐与实务上的充分掌握﹐笔者参考 Isidor 于1992年在Compliance Engineering 杂志所发个的Designing
for Compliance文章﹐以讲义的方式作一详细的解说与应用的原则﹐期使读者能真正深入的了解一些EMI的设计原理与方法。
该文虽然距今已有八年多的历史了﹐在这八年的期间﹐个人计算机从286的时代已经进步到现在迈入GHz的时代﹐进步可以说非常的神速﹐但是我们回过头来看﹐一些处理电磁兼容的基本原则与方法还是没有变的。能够掌握住这些基本的原则与方向﹐往往才是处理电子产品噪声干扰的最有效的啊具﹐至于一些片段式的重点整理或括要﹐有时反而会使得啊程人员在设计时﹐有不知所从的感觉﹐这也是本文要在一些简单的原则上﹐作较深入的探讨与分析的。
科技信息 博士・专家论坛 电磁兼窨原理及技市课程教学改晕与实跬 中国计量学院信息工程学院 肖丙刚 王秀敏 赵吉祥 ［摘要］电磁兼容原理及技术课程是电子信息科学与枝术专业一门重要的专业基础课程，其主要内容包括电磁兼容的基础理论和 实用技术在实践教学中，改革了教学内容，做到了教学内容的系统性和完整性；更新了教学理念，坚持学生是“学”的主体；改革了教学 方法和方式，采用了研讨式教学方法，建立了教学网站；改革了考核体制，建立了科学完善的综合考核体系，注重学生的学习过程～ ［关键词］电磁兼容原理与技术 教学改革 研讨式教学 电磁兼容ｆ ｔｒｏｎｍｇｎｅｔｉ Ｃａｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，简称ＥＭＣ）指的是电气及电 子设备在共同的电磁环境ｌｆｌ能执行各自功能的兼容状态，一方面电气 及电子设备要具有抵抗外界电磁干扰的能力，另一方面电气及电子设 备对外发射的！乜磁干扰不能越过一定的限值 ：２０世纪６Ｏ年代之后， 随着电子和电 技术的迅猛发展，电子计算机、信息技术、Ｉｃ技术等电 子和ｌ乜气技术得到Ｊ 广泛应¨ｊ，、 已渗透到社会生活的各个领域 Ｉ，系 统内使用的叱 及电子设备数量大大增加，加之电子设备的频带日益 加宽和功率逐渐增夫．使得电磁噪音干扰愈来愈严重，因此电磁兼容性 （ＥＭＣ）问题在ｆ 卜于电子产品和系统的设计和开发过程中日渐重要Ｉ Ｉ： 因此在大学罩面ｌＦ常有必要圩设《电磁兼容原理与技术》课程，培养训 练有索的ＥＭ（： 程师米解决在产品和系统叶１发生的ＥＭＣ问题：作为 一门迅速发展的交叉学科，电磁兼容技术理论基础涉及电磁场理论、高 等数学、电路分析基础、信 分析等学科与技术，对学生的理论基础要 求非常高，实川性也非常强一仡实际教学中，如果采用传统的课堂教授 模式．很难达到预期的效果，必须更新教学理念和教学内容，改革教学 方法和方式 一、改革教学内容 《电磁兼 原理与技术》是电子科学与技术的专业基础课 涉及到基 础理论广泛，虚心领域也十分广泛，几乎所有电子相关领域都要用到， 必须对教学内容进行有效组织和安排，结合学生的实际特点进行教学 内容改革一 １．整合教学内容，做到系统性和完整性：将课程内容总体分为三部 分，第一部分为经典的基础理论．即电磁兼容问题的理论分析、计算，包 括电磁干扰、电磁敏感性、电磁兼容等；第二部分为电磁兼容的实用技 术．包括电磁兼容测量、电磁兼容认证、抗干扰技术、屏蔽技术和电磁兼 容设计等；第三部分为专题研究，包括通信系统的电磁兼容、计算机系 统的电磁兼容、雷电及防雷技术等 ２．在理论教学内容 １ｊ．加入实践内容，运用Ａｎｓｏｆｌ ＨＦＳＳ等电磁设计 软件进行了电磁兼容建模和仿真，加深学生对电磁兼容理论的理解，锻 炼学生电磁兼 没ｆ｝的能力，为以后的学习和１二作打下良好的基础。 ３．在教学内奔 面加入最新的研究成果，拓展学生的知识面，激发 学生的兴趣 二、更新教学理念 《电磁兼容原理 技术》内容涉及电磁兼容的基础理论和电磁兼容 的测量、认证、没汁等实川技术．是一门多领域的交叉学科，其特点为理 论性强、十ｌ占燥难博，传统的课堂教学模式很难取得理想的教学效果：传 统的观念，把“教学”等同 讲授”，理解为教师的教，这是对教学本质 的误解一教学４ 仅仅是教师的教，还必须有学生的积极参与，必须与学 生的学习主动ｒ｝、积极性、创造性结合，教学的主体应陔是学生，教师起 主导作用一加』 近年柬高校的扩招政策，使得学生的理论基础参差不 齐，实行传统教学理念．完全无视学生的学习主动性和个体特点，只注 重教师的“救”．不研究学生的心理活动．很难兼顾到每个学生，做到因 材施教，基于≤电磁兼容原理与技术》课程特点，如果讲授的知识过难． 大多数的学生比较难以接受．如果压缩教学知识点．叉使得基础好的学 生感到无所事事，达不到教学的目标 在《电磁兼容原理与技术》的教学实践中，更新了传统教学理念．坚 持学生是教学过程中“学”的主体，教师是教学过程中“教”的主体的创 新理念，教师的角色定位于“引路”、“指明方向”，重点放在讲授相关内 容的重点、难点以及学习与思考的方法，留给学生大量自由支配的时 间 根据扩招后学生基础参差不齐的现状，采用启发式、个性化教学方 法，采用课堂小组讨论与课程网站交流相结合的形式，引导学生自主学 习，激发学生的学习兴趣，充分尊重学生的主观能动性，使学生成为学 习的主人，把学生从“被动接受知识的容器”变为“主动学习的探索者”， 实现因材施教 三、改革教学方法与方式 在电磁兼容原理与技术教学实践中，结合课程特点以及学生的理 论基础情况，为取得理想的教学效果，调动学生的主观能动性，对教学 方法与方式进行了如下改革： （１俐用动画、语音、视频等现代多媒体技术手段演示电磁兼容的理 论知识，制作能够激发学生学习兴趣的多媒体课件一比如在讲天线知识 的时候，制作了天线辐射电磁波的动画，在讲电磁兼容测量仪器的时 候，制作了示波器、频谱仪、网络分析仪等仪器的Ｆｌａｓｈ测量动画，其中 辅以讲解语音，将抽象理论知识动起来，大大激发了学生的学习热情， 加深了学生对理论知识的深刻理解。采用多媒体课件，减少了板书的时 间，将更多的时间留给了与学生交流以及重点内容的讲解： （２）采用研讨式教学法，利用课堂专题讨论的形式，培养学生自主学 习能力。例如在讲电磁兼容标准的时候，让学生查阅感兴趣领域内的标 准文献，并撰写读书报告，在课堂上交流，培养了学生独立进行研究的 能力即文献查阅以及总结撰写的能力，同时也拓宽了学生的知识视野， 为以后从事研究工作打下了良好的基础。 ｆ３）利用学校引进的Ｂｌａｃｋｂｏａｒｄ教学平台，创建了电磁兼容原理与 技术教学网站，开展网络化教学。设立了课程资源、多媒体课件、授课录 像、网络资源、交流论坛、课外习题、习题解答等栏目，大大拓展了学生 的学习空间，加强了学生和学生、教师和学生之间的交流，方便了不同 理论基础的学生进行学习，提高了学生的自主学习能力，调动了学习的 主观能动＿性： （４）教学是一个双向沟通的过程，为充分了解学生的听课效果，利用 交流论坛对授课效果进行及时反馈，并作出适当调整 （５）将理论学习与电磁仿真相结合，在课堂教学Ｉ１１，留出专门的实践 时间给学生，采用Ａｎｓｏｆｔ ＨＦＳＳ等电磁设计软件进行ｒ建模和仿真。 四、考核体制的改革 针对传统考核体制的弊端，即只注重最后的考试成绩，忽视了学生 的学习过程，改革了考核体制，利用Ｂｌａｃｋｂｏａｒｄ教学平台建立了一套科 学综合的考核体制。 （１）将课堂专题讨论、读书报告、仿真设计结果、随机课堂点名纳入 考核体系之中，建立完善科学的考核体系，对在交流讨论以及教学反馈 中表现突出的同学予以鼓励。 （２）利用Ｂｌａｃｋｂｏａｒｄ教学平台，进行全程学习环节跟踪考核，即对每 位同学平常的学习情况（例如课外习题测试、多媒体课件学习、交流论 坛、网络资源的利用等）进行统计，将各种统计结果纳入最终的考核体 系之中。 五、小结 在电磁兼容原理与技术的教学实践中，结合课程特点以及学生的 实际情况，改革了教学内容，做到了教学内容的系统性和完整性，并且 加入了电磁仿真等实践内容；更新了传统的教学理念，坚持学生是教学 过程中“学”的主体、教师是教学过程中“教”的主体的创新理念，将教师 的角色定位于“引路”、“指明方向”；改革了教学方法和方式，将现代多 媒体技术融人教学中，利用Ｂｌａｃｋｂｏａｒｄ教学平台建立课程婀站，采用研 讨式教学；建立了科学综合的考核体制，更注重于学生的学习过程。多 年的教学实践表明，教学改革取得了良好的教学效果，为培养训练有素 的ＥＭＣ工程师打下了坚实的基础。 参考文献 ［１］杨克俊电磁兼容原理与设计技术［Ｍ］．人民邮电出版社，２００５． ２］邹澎，周晓萍．电磁兼容原理、技术和应用［Ｍ］．清华大学出版 社．２（）０７ ３１张袜昌发展我国的电磁兼容事业［Ｊ］电工技术学报，２１￣）５，２（）（２）： ， 一＇ 基金项目：本文系中国计量学院 川）８校重点逮设课程项目（２１ｔ￣８１｝４２），浙江省教育科学规划课题（ＳＣＧ２２９）： 作者简介：肖丙刚（１９７９一），男，山东人，中国计量学院信息工程学院，讲师，工学博士，主要研究方向：电子信息与科学教学与科研工作。王秀敏 （１９６３～），女，辽宁人，中国计量学院信息工程学院，教授．工学硕士，主要研究方向：通信操作系统与应用、无线传感器网络和无线接入技术：
20 — 20 学年度第 I 学期
《 电磁兼容原理与技术》课程期 期末 考试试卷
(A卷;闭卷)
姓名 学号
学院 年级专业
本试卷共 页，满分 分；考试时间 分钟。
题号 一 二 三 四 …… 总分 统分人
题分 40 60 得分
一、概念、问答题（本大题共 8 小题，每小题 5 分，共 40 分）
1. 反射式滤波器中最常见的是哪四种，请画出它们的幅度频率特性。
2. 屏蔽效能包含哪几个部分，一般情况下最主要的是哪一部分？
3. 最常见的四种干扰源是么，它们各有何特点？
4. 什么是电磁干扰三要素？.
5. 请写出CCC的英文全称，并解释其中文含义。.
6. 什么是浪涌？
7. 画出实际电容的等效模型，并给出其频率特性。
得分 评卷人
8. 印制电路板上两条平行走线的设计原则是什么？
二、分析、计算题（本大题共 4 小题，每小题 15 分，共 60 分）
1. 抑制浪涌的三种器件之一是电火花隙，请问另外两种是什么？请画出三极电火花隙的符号，并画出电火花隙抑制浪涌原理的波形图。
2. 一台设备的工作频率为9MHz, 如果采用单点接地，其地线长度最长不能超过多少？.
3. 屏蔽体的特征阻抗)1(jZ。 穿透深度2，已知铜的厚度μm50t,其电导率mS/107.57，试计算其对100MHz电磁波的屏蔽效能S(=R+A).
得分 评卷人
4. 在印制电路板的电磁兼容设计中，下面(a)和(b)连个图的布局都是正确的。请说明这两个图所对应的情况，从而解释为什么它们都是对的。
(a)(b)
电磁兼容性设计的基本方法
接地
接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个：
（1）接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地干作。
（2）防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。
（3）保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。此外，很多医疗设备都与病人的人体直接相连，当机壳带有110V或220V电压时，将发生致命危险。
因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。
电路的接地方式基本上有三类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。
屏蔽
屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。
