Основы электромагнитной совместимости бытовой радиоэлектронной аппаратуры
для специальностей 201400, 201500
Газизов Т.Р.
Кафедра ТУ
Томск-2005

Введение в ЭМС.

№ 1
ЭМС - это электромагнитная совместимость.

№ 2
Электромагнитная совместимость - это способность удовлетворительно функционировать и не мешать работе других в данной электромагнитной обстановке.

№ 3
Система электромагнитно совместима, если она:
• не создаёт помех другим системам;
• не воспринимает помехи от других систем;
• не создаёт помех себе.

№ 4
Аббревиатура Федеральной комиссии связи США:
• FCC.

№ 5
Нормативы по ЭМС подразделяют вычислительные устройства на Класс В - бытовая среда и Класс А - промышленная среда.

№ 6
В США маркетинг вычислительного устройства, пока излучаемые и кондуктивные помехи не измерены и не установлено, что они не превышают пределов FCC, является незаконным.

№ 7
Чем раньше делаются затраты на ЭМС, тем они меньше.

№ 8
Несвоевременный учёт ЭМС приводит к увеличению себестоимости изделия и задержкам в графике его выпуска.

№ 9
Профессор, первым поставивший курс ЭМС в ТУСУРе:
• Коваленко.

Аспекты и разделы ЭМС.

№ 10,11,12
У ЭМС есть три аспекта: генерация, передача, приём электромагнитной энергии.

№ 13
Помеха возникает, если:
• принятая энергия приводит к нежелательному поведению приёмника.

№ 14,15
Эмиссии в ЭМС подразделяются на два вида: излучаемые, кондуктивные.

№ 16
ЭСP - это электростатический разряд.

№ 17
ЭМИ - это электромагнитный импульс.

№ 18
ПЭМИН - это побочные электромагнитные излучения и наводки.

№ 19
МЭК - это международная электротехническая комиссия.

№ 20
Ограничения излучаемых эмиссий вычислительных устройств Класса B примерно на 10 дБ жестче, чем Класса А.

№ 21
Поскольку помеха может повлиять на выполнение боевых задач, то очевидно, что контроль эмиссий от изделия, а также его восприимчивости к эмиссиям гораздо критичнее для военных применений, чем для коммерческих.

№ 22
Излучаемые эмиссии лучше измерять:
• на открытой местности.

№ 23
Кондуктивные эмиссии можно измерять с помощью датчика тока на основе ферритового кольца с обмоткой, которое надевают на кабель изделия.

№ 24
Один из способов измерения кондуктивных эмиссий требует включения испытываемого изделия в сеть питания через согласующее устройство, называемое в международных стандартах LISN.

Нелинейные эффекты и ЭМС РЭС.

№ 25
Основные причины обострения проблемы ЭМС РЭС состоят в росте числа и плотности размещения РЭС, а также в техническом несовершенстве передатчиков и приёмников.

№ 26
К внеполосным относятся излучения, возникающие в процессе модуляции сигналом, отображающим сообщение, и примыкающие к необходимой полосе основного излучения, достаточной для передачи сообщения с требуемым качеством.

№ 27
К побочным относятся излучения, обусловленные любым нелинейным процессом, за исключением модуляции.

№ 28
Побочные каналы приёма находятся за пределами основного и образуются вследствие недостаточной избирательности резонансных цепей, формирующих основной канал приёма, и нелинейных процессов в смесителях супергетеродинных приёмников.

№ 29
К побочным относятся каналы на промежуточной, зеркальной и комбинационной частотах.

№ 30
При интермодуляции нелинейно взаимодействующие исходные сигналы образуют новые колебания с комбинационными частотами.

№ 31
Перекрестные искажения сопровождаются изменением структуры спектра сигнала на выходе приёмника при действии сигнала и модулированной радиопомехи, частота которой не совпадает с частотами основного и побочных каналов приёма.

№ 32
Коэффициент гармоник:
• .

№ 33
Коэффициент перекрёстных искажений:
• .

№ 34
Нелинейное преобразование, называемое блокированием, состоит в том, что при прохождении сложного сигнала через нелинейный элемент соотношение амплитуд гармонических составляющих сигнала на входе нелинейного элемента изменяется в пользу составляющей с наибольшей амплитудой.

№ 35
Для обеспечения ЭМС РЭС и комплексов РЭС используют частотные развязки источников и объектов воздействия помех, например изменение частоты настройки передатчика или приёмника.

№ 36
Для обеспечения ЭМС РЭС и комплексов РЭС используют амплитудные развязки источников и объектов воздействия помех, например пространственный разнос передатчиков и приёмников; использование направленных антенн; использование поляризационных свойств антенн; улучшение избирательных свойств выходных цепей передатчика и избирательных свойств приёмника.

№ 37
Для обеспечения ЭМС РЭС и комплексов РЭС используют временные развязки источников и объектов воздействия помех, например временная селекция, сокращение времени излучений, применение импульсных режимов работы, временная синхронизация работы РЭС, временная регламентация.

Неидеальное поведение компонентов.

№ 38
Как правило, резонансная частота конденсатора должна быть значительно больше рабочей частоты схемы.

№ 39
Импеданс конденсатора остаётся ёмкостным лишь до частоты его собственного резонанса, а после неё становится индуктивным.

№ 40
Результирующий импеданс реальной катушки индуктивности растёт и остаётся индуктивным лишь до частоты её собственного резонанса, а затем становится ёмкостным и уменьшается.

№ 41
При нагреве до температуры Кюри, которая у каждого материала своя, материал теряет свои магнитные свойства, т.е. его относительная магнитная проницаемость падает до единицы.

№ 42
Межобмоточная ёмкость у стандартных трансформаторов составляет 10-50_пФ, у трансформаторов с обмотками на отдельных каркасах - 5 пФ, а у трансформаторов с электростатическими экранами вокруг обмоток - 0,001_пФ.

№ 43
Между контактами может устанавливаться тлеющий разряд, который характеризуется высоким напряжением и малым током, а также дуговой разряд, который характеризуется низким напряжением и большим током.

№ 44
Для контактов в воздухе при атмосферном давлении типовое значение напряжения тлеющего разряда 280 В, а дугового разряда - 12 В.

№ 45
У контактов, уже повреждённых дуговым разрядом, ток дугового разряда может в 10 раз снизиться по сравнению с исходным.

Заземление.

№ 46
Отт определяет заземление как “обладающую низким импедансом цепь возврата тока”.

№ 47
При проектировании системы заземления следует:
• поддерживать импеданс заземления на как можно более низком уровне;
• контролировать токи, протекающие между различными источниками и нагрузками, особенно через общие участки системы заземления;
• не создавать замкнутых контуров заземления, чувствительных к магнитному полю.

№ 48

- это обозначение схемной земли.

№ 49

- силовой земли.

№ 50

- корпусной земли.

№ 51

• Одноточечная система заземления.

№ 52

• Многоточечная система заземления.

№ 53-56
Надписи в прямоугольниках на рисунке слева направо.

1. Нечувствительная схема. 2. Чувствительная схема. 3. Источник питания. 4. Схема с помехами. 5. Схема без помех.

Экранирование.

№ 57
Экранирование является основным средством ослабления электромагнитных помех из-за:
• излучения.

№ 58
Если в источнике протекает значительный ток при малом напряжении, то в ближней зоне преобладает магнитное поле.

№ 59
Если в источнике протекает малый ток при относительно большом напряжении, то в ближней зоне преобладает электрическое поле.

№ 60
Для поля в дальней зоне Z ≈ 377 Ом.

№ 61
Поле в дальней зоне, от любого источника, называют электромагнитным или плоской волной.

№ 62
Для уменьшения влияния магнитного поля надо компоновать цепи рецепторов помех в плоскости, параллельной направлению воздействующего на них помехонесущего магнитного потока.

№ 63
Уменьшение площади контура рецептора помех уменьшает влияние на него магнитного поля.

№ 64
Применение витых пар прямого и обратного проводников значительно уменьшает влияние магнитного поля.

№ 65
Если в переменное магнитное поле поместить цилиндрический экран так, чтобы направление его оси и направление линий магнитной индукции совпадали, то магнитное поле внутри экрана будет максимально ослабленным.

№ 66
Чем больше токи в проводах источника и рецептора помех, тем больший эффект даёт свивание прямого и обратного проводов.

№ 67
Экранирующие прокладки используются для уменьшения влияния щелей и отверстий в корпусах на ухудшение экранирования корпусов.

Фильтрация.

№ 68
Основным средством ослабления кондуктивных эмиссий, создаваемых в цепях питания и коммутации постоянного и переменного токов аппаратуры, является фильтрация.
•

№ 69
По своему назначению помехоподавляющие фильтры - это, как правило, широкополосные:
• фильтры нижних частот.

№ 70
Фильтры позволяют снижать, прежде всего, кондуктивные эмиссии.

№ 71
Первым элементом фильтра при малом импедансе источника выбирается катушка индуктивности, а при большом - конденсатор.

№ 72
В изделии фильтр должен размещаться непосредственно на выходе сетевого кабеля питания из изделия, а источник вторичного питания - как можно ближе к фильтру.

№ 73
Даже малый синфазный ток может создать такой же уровень излучаемого электрического поля, как и большой противофазный ток.

№ 74
Основной причиной излучения электрических полей от реальных изделий является протекание в их проводниках синфазных токов.

№ 75
В идеальном случае синфазный дроссель не влияет на противофазные токи, но для синфазных токов каждая его обмотка представляет собой импеданс 2L.

№ 76
Магнитные потоки, создаваемые большими противофазными токами, взаимокомпенсируются в сердечнике синфазного дросселя и не насыщают его.

№ 77
Воздушный зазор в разрезанных ферритах увеличивает максимальный ток по сравнению со сплошными ферритами такого же размера.

№ 78
Подавление кондуктивных помех ферритами с потерями наиболее эффективно, когда импедансы источника и нагрузки низки.

Помехи по цепям земля-питание.

№ 79
Для уменьшения помех по цепям земля-питание печатные проводники, по которым текут прямой и обратный токи питания, следует располагать ближе.

№ 80
Для уменьшения помех по цепям земля-питание печатные проводники, по которым текут прямой и обратный токи питания, следует располагать параллельно.

№ 81
Для уменьшения помех по цепям земля-питание печатные проводники, по которым текут прямой и обратный токи питания, следует располагать на разных слоях печатной платы.

№ 82
Обозначения рисунков в порядке улучшения (слева направо) системы “земля-питание”.
• 1; 2; 3.

№ 83

• (3;2;1)

№ 84

• (2;1;3)

№ 85

• (1;3;2)

Электростатический разряд.

№ 86
При касании двух изначально нейтральных материалов с одного на другой может перенестись электрический заряд. Степень этого переноса зависит от многих факторов, основным из которых является трибоэлектрический ряд материалов.

№ 87-89
Эти последствия характерны для электростатического разряда:
• Прохождение непосредственно по электронным цепям.
• Вторичные пробои или дуговые разряды.
• Ёмкостные и индуктивные наводки на электронные цепи.

№ 90
Для уменьшения последствий ЭСР внутренние электронные цепи должны быть удалены от незаземлённых частей корпуса, как минимум, на 1 см, а от заземлённых на 1 мм.

№ 91
Плоскость контура рецептора относительно заземляющей плоскости для уменьшения влияния электрического поля ЭСР лучше расположить:
• Параллельно.

Уменьшение искажений электрических сигналов в межсоединениях. Суть проблемы и её актуальность.

№ 92
С ростом быстродействия полупроводниковых приборов всё большая доля времени задержки распространения сигналов приходится на задержки в межсоединениях электронных схем.

№ 93
С ростом электрической длины межсоединений их следует рассматривать как цепи с распределенными параметрами.

№ 94
Одним из основных способов уменьшения времени задержки сигналов в межсоединениях является уменьшение их длины.

№ 95
Именно проблемы межсоединений зачастую становятся главной преградой на пути создания быстродействующей, компактной и, в то же время, помехоустойчивой и надежной аппаратуры.

Основные причины искажений сигналов в межсоединениях и способы их уменьшения.

№ 96
При передаче гармонического сигнала по одиночному межсоединению он задерживается по времени из-за конечной скорости задержки распространения.

№ 97
При передаче гармонического сигнала по одиночному межсоединению он затухает по амплитуде из-за потери в материалах межсоединения.

№ 98
Зависимость задержки и потерь от частоты сигнала называют дисперсией.

№ 99
Часть сигнала отражается от каждой неоднородности, расположенной в начале, конце или по длине межсоединения, и распространяется по межсоединению в обратном направлении. В результате к концу межсоединения сначала приходит оставшаяся часть сигнала, а позже приходят его части, испытавшие четное число отражений.

№ 100
Нелинейность нагрузки обогащает исходный спектр сигнала: в случае гармонического сигнала к нему добавляются его гармоники.

№ 101
Нелинейность нагрузки обогащает исходный спектр сигнала: в случае полигармонического сигнала к нему добавляются гармоники каждой составляющей исходного спектра сигнала и их комбинационные частоты.

№ 102
Любое межсоединение представимо в качестве приёмной антенны, характеристики которой определяются видом и параметрами межсоединения.

№ 103
При однородном диэлектрическом заполнении многопроводной линии передачи скорости всех мод равны, а при неоднородном - могут быть различны.

№ 104
Для снижения задержки сигнала в межсоединении фиксированной длины используют диэлектрики с возможно меньшей диэлектрической проницаемостью.

№ 105
Если диэлектрики межсоединения заданы, снижение задержки достигается таким изменением размеров и расположения диэлектриков и проводников межсоединения, чтобы большая часть электромагнитного поля сигнала распространялась в диэлектрике с меньшей диэлектрической проницаемостью.

№ 106
Потери в проводниках межсоединения уменьшаются при изготовлении проводников из металла с возможно большей удельной электрической проводимостью.

№ 107
Первая составляющая потерь в проводниках определяется сопротивлением проводника постоянному току и, как известно, обратно пропорциональна площади поперечного сечения проводника, поскольку плотность распределения тока по поперечному сечению полагается равномерной.

№ 108
С ростом частоты сигнала сильнее проявляется скин-эффект, приводящий к росту плотности тока на границе проводника и увеличению потерь.

№ 109
Эффект близости проводников друг к другу приводит к росту потерь в проводниках.

№ 110
Отражения сигнала от нагрузок на концах межсоединения уменьшаются с помощью cогласования.

Уменьшение искажений по результатам экспериментального моделирования.

№ 111
Погрешность измерения внедиагональных элементов матриц многопроводных линий передачи, даже на очень хорошем оборудовании, значительно больше, чем диагональных.

№ 112
Навесной монтаж был одним из первых видов монтажа радиоэлементов, которые закреплялись на жёсткой пластине, например, металлическом “шасси” с изоляторами.

№ 113
ДПП - двусторонняя печатная плата.

№ 114
МПП - многослойная печатная плата.

Одиночные линии.

№ 115
Одна из основных квазистатических характеристик линии передачи -
Z - это волновое сопротивление.

№ 116
Одна из основных квазистатических характеристик линии передачи -
• ε_re - эффективная относительная диэлектрическая проницаемость

№ 117
ОПЛ - обращенная полосковая линия.

№ 118
ППЛ - подвешенная полосковая линия.

№ 119

• ППЛ.

№ 120

• ОПЛ.

№ 121
Характерной особенностью зависимостей Z ППЛ от h2 является возможность получения точки минимума.

Связанные линии.

№ 122
В паре связанных линий без потерь уровень перекрёстной помехи на ближнем конце пассивной линии прямо пропорционален сумме коэффициентов емкостной и индуктивной связи, а на дальнем конце - прямо пропорционален их разности.

№ 123,124,130
В двух согласованных связанных микрополосковых линиях перекрёстная помеха на дальнем конце пассивной линии от сигнала с линейно нарастающим фронтом в активной линии имеет отрицательную, на ближнем конце - положительную полярность и может быть равна нулю.

№ 125,127,129
- обращенных полосковых линиях на ближнем конце - положительную полярность, на дальнем конце - любую и может быть равна нулю.

№ 126,128
- подвешенных полосковых линиях на ближнем конце имеет положительную полярность (может иметь любую).

№ 131
В двух согласованных связанных длинных микрополосковых линиях на ближнем конце не может быть равна нулю.

№ 132
В связанных межсоединениях в однородном диэлектрическом заполнении погонные задержки чётной и нечётной мод равны друг другу.

Уменьшение дальней перекрёстной помехи в последовательно соединённых отрезках связанных линий.

№ 133
Если в последовательно соединённых отрезках связанных линий разница ёмкостной и индуктивной связей в одном отрезке имеет знак противоположный разнице ёмкостной и индуктивной связей в другом отрезке, то возможна частичная или полная компенсация дальней перекрёстной помехи.

№ 134,135
Уменьшить дальнюю перекрёстную помеху ступенчатым сужением двух связанных микрополосковых линий нельзя, двух связанных обращённых полосковых линий - можно.

№ 136,137,138
В равных последовательно соединенных отрезках связанных обращённых полосковых линий и связанных подвешенных полосковых линий возможна нулевая дальняя перекрёстная помеха (выбором длины, с увеличением длины уменьшается помеха).

№ 139
- дальняя перекрёстная помеха может быть любой полярности.

№ 140,141
Дальнюю перекрёстную помеху в связанных микрополосковых линиях с покрывающим диэлектрическим слоем можно обнулить при условии, что относительная диэлектрическая проницаемость покрывающего диэлектрического слоя больше, чем - подложки, и выбором толщины слоя.

№ 142,143
- подвешенных и обращённых полосковых, что относительная диэлектрическая проницаемость подложки больше, чем - изолирующего слоя.

№ 144
Идея компенсации дальней перекрёстной помехи состоит в способности разности ёмкостной и индуктивной связей между проводниками линии становиться отрицательной, нулевой или положительной из-за неоднородного диэлектрического заполнения в зависимости от геометрических и электрических параметров проводников и диэлектриков линии.

Уменьшение искажений в отрезке многопроводной линии.

№ 145,146
В многопроводной обычной микрополосковой линии дальняя перекрёстная помеха на ближайшем проводнике не может быть меньше, чем на дальних проводниках, в многопроводной микрополосковой линии с покрывающим диэлектрическим слоем - может.

№ 147
Модальные искажения импульсного сигнала в активном проводнике многопроводной линии начинают проявляться в виде изменения фронта импульса из линейно нарастающего в ступенчатый, причём рост длины отрезка линий увеличивает временные интервалы между ступеньками.

№ 148
Искажения импульса, распространяющегося в многопроводных линиях передачи, могут привести к многократному увеличению времени фронта импульса, изменению его длительности, уменьшению амплитуды, изменению формы и даже к увеличению числа импульсов.

№ 149
Модальные искажения в многопроводной линии передачи обусловлены различием задержек мод.

№ 150
Сигнал в активной линии, в зависимости от того, проходит ли эта линия: одна, вблизи с одной, двумя или несколькими пассивными линиями:
• может искажаться сильнее.