什么是電磁干擾(EMI)?
任何一個電磁干擾的發生都需要滿足以下三個基本條件:第一,應該有一個干擾源;其次,存在著擾動能傳播的方式與渠道;第三,也要有來自于被干擾目標的反應。在 EMC理論中,被干擾的對象被稱為敏感設備(或感應器)。
EMI的定義
EMI是指雜亂的、無用的傳導和/或輻射的電信號,會引起系統或裝置的性能退化。
從時間上看, EMI可分為瞬變、脈沖和穩態三種。在頻域上,電磁干擾的頻譜成分可以從50赫茲的低頻到微波段;干擾信號有窄頻和寬頻、參量和非參量兩種。
端口分為以下5類:
①外殼端口;
②交流電源端口;
③直流電源端口;
④控制線/信號線端口;
⑤接地端口,即系統和地或參考地之間的連接。
從構成EMI的三個因素可以看出,要使產品 EMC兼容,必須從以下三個方面進行努力:抑制 EMI來源;斷開電磁干擾的耦合通道;增強對電磁環境的敏感性。
電磁干擾的傳播途徑
電磁干擾的傳播途徑包括傳導耦合和輻射耦合。
在干擾源與敏感裝置之間,必須有一個完整的回路。該傳輸電路可包括導線,設備的導電部件,供電電源,公共阻抗,接地平面,電阻,電感,電容,和互感元件等。
輻射耦合指的是通過介質以輻射電磁波的形式進行傳播,干擾能量按照電磁波的規律向周圍空間釋放,常見的輻射耦合包括三種類型:①干擾源天線發射的電磁波被敏感設備天線意外地接收到,這就是天線對天線耦合。②由金屬絲誘導產生的空間電磁場,叫做“場—線”耦合;③在兩條并聯導線間產生的高頻率信號,叫做“線-線”感應耦合。
導電耦合分為互導耦合和電感、電容耦合兩種。光束的輻射耦合可分為近、遠兩個方向。
電磁干擾源分類
通常來講,EMI有天然的和人為的兩種干擾。自然干擾源主要是來自于大氣中的天電噪聲、地球外層空間中的宇宙噪聲,它們既是地球電磁環境的基本元素,也是干擾無線電通信和空間技術的干擾源。人為干擾源指的是由機電或其他人工設備產生電磁能量干擾,其中一部分是專門用來發射電磁能量的設備。
電磁干擾的幅度(電平)
干擾振幅可以以各種方式呈現,除振幅分布(即概率,振幅是振幅出現的數量的百分數)之外,正弦波的(振幅分布)和“隨機的”也可以被用來描述。
電磁干擾的波形
電波的波形多種多樣,包括矩形波,三角波,余弦形波,高斯形波等。因為波形對頻帶有很大影響,所以設計者必須對波形進行良好的控制。為維持時間的精確性或確保某些類型的精確運動,有時會要求一個非常陡峭的波形。但是,上升的坡度愈大,占用的頻帶也愈大。
不同的波形所占的頻帶從寬到窄排列為:
文中給出了矩形波-鋸齒波-梯形波-三角波-次弦形波-高斯型波,并給出了相應的計算公式.
因此,要將擾動降至最低限度,其中一種辦法就是讓所設計的脈沖波,在保證工作穩定的前提下,盡量緩慢地上升。一般情況下,脈沖下方區域確定了頻譜的低頻率成分,而高頻率成分則取決于脈沖沿的陡峭程度。結果表明,高斯脈沖所占的波段最小。
EMI發生頻率
干擾訊號沿時程發生的規則,叫做發生速率。根據發生頻率,將電氣函數劃分為三類,即周期,非周期和隨機性。周期功能意味著在一個特定的時間段(被稱為一個周期)中可以反復發生;而非周期函數不具有重復性,也就是沒有周期,但是其發生具有一定的規律性和可預測性。而隨機函數是指以不可預知的形式發生變化,其性能特征也無規律性。在一個隨機函數的定義中,可以限制它的振幅和頻率成分,但是不能把它分析和描述成一個時態函數。
一般情況下,在擾動問題中所涉及到的周期性的電壓、電流都是功能型的,都是為某些特殊用途而生成的,例如50赫茲電源、其諧波、或者是遙測信號等。很多不周期的電壓和電流也可以被用來做一些特殊的用途,比如命令脈沖。不過,這些雜亂無章的電壓和電流,都是沒有任何用處的副產品,或者像熱噪音這樣的天然產物。
工業路由器、工業網關和 DTU等一系列的物聯網設備,都具有工業級設計外殼,電磁兼容性好,耐高溫(-35~75℃),耐高壓(5~35 V)。具有極高的防潮、防雷、防 EMI性能,保證了設備在嚴酷的工作環境中的穩定性。