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EMI/EMC的基本原理

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EMI/为何如此重要?

原因是电气装置同时作为 EMI 来源与接受器,造成了双重问题。 因为穿透装置的电磁辐射会引起电子故障,所以制造商必须保护他们产品的操作完整性。 其次,制造商必须遵守减少发射电磁辐射到大气中的规章。

「法拉第笼」 (Faraday Cage) 原理

屏蔽,此术语用于描述有效的 EMI「防护」,藉由一个导电的遮断物﹐将电的干扰没有伤害性的反射或传送到地面。 密闭导电场所内的电场为零,这观念最早是在公元 1821 年由 Michael Faraday 提出,并且形成今日屏蔽技术的基础。 这个原理就是大家所知的「法拉第笼」。 有个例子在示范「法拉第笼」原理时非常有用。 图 2 说明了从一个分析装置中的电源变压器放射出的 EMI 如何影响相关的测量装置。 在输出轨迹中,期望的波峰被干扰而变得很不明显。 此问题藉由将变压器附上一个接地的金属「笼子」而得以解决。 EMI 被阻塞了且输出轨迹的波峰现在就清楚可见。

没有防护的设备受到 EMI 干扰而变得很不明显的过渡波峰2

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有防护的设备轨迹之过渡波峰清楚可见图3

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屏蔽理论

产生的电磁能以一特定方向「移动」,并由两个互相垂直的波组成,一个是电波,另一是磁波,就如图 4 所描述。这些波在结合时,即是我们所知的电磁辐射。

电磁辐射

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电场 (E) 对磁场 (H) 的比率称为波阻 (Zw) 而且测量单位是欧姆 (W )

Zw = E/H = 每公尺之伏特数/每公尺之安培数

在靠近辐射来源﹝以波长测量﹞的一点上,波的阻抗主要是由来源特性所决定。 远离来源时,波阻抗则是主要取决于传送波的介质。

因此,辐射来源周围的空间被打破成两个区域。

靠进来源则受接近场的影响。 在接近场的地方,E/H 比率是由发射来源的特性所决定。 如果来源是高电流而低电压﹝波阻抗 = E/H <377 欧姆﹞,则波中磁分量高。 相反的,如果来源是低电流而高电压﹝E/H >377 欧姆﹞,则波中电分量较高。 在靠近场的地方,当两者﹝电场和磁场﹞的比率﹝也就是波阻抗﹞不为常数,电场和磁场必须被视为分别的两者。

在距离大于波长的六分之一时是远场影响。 在离场较远的地方,电场和磁场结合成一个平面波,并且有一个波阻抗常数为 377 欧姆。 此值是空气特性的阻抗。 图 5 描述了这两个场。

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这些所有讨论 EMI 的意义何在? 波的电和磁分量皆由于他们的频率范围和他们与辐射来源的距离而对 EMI 有不同的影响。 一般说来,信号造成的干扰强度是随其来源的距离增加而减低的。