电磁辐射理论在电磁兼容测量中的应用分析

杨洪波 522130198702201610

【文章摘要】

随着科学技术的迅速发展，电磁兼容测试技术取得了极大的进步。虽然在实际操作当中，电磁兼容测量极具复杂性，但是我们仍然可以通过一系列的研究找出其特定规律。对此，本文以小环天线电磁辐射为突破点， 就电磁辐射理论在电磁兼容测量中的应用进行简单的分析与研究，并提出一些可供参考的意见与措施。

【关键词】

电磁辐射；电磁兼容；频段；磁场

电子工程与科学中有一门较为重要的学科为电磁兼容，它主要涉及到电子设备专用设计技术与测试方法，旨在为电子设备提供一种防范外来磁干扰的作用，并将自身所产生的干扰控制在合理范围之内，其中电磁兼容主要涵盖了电磁测量技术、电磁干扰机电磁抑制等技术。电磁理论作为电子工程技术的重要基础，其基本电磁理论均可以由电磁方程推导而出。同样，电磁兼容测量技术与电磁干扰抑制技术也需要电力理论作为重要基础，从而对电磁骚扰等问题进行全面、详细且准确的研究。

在具体的电磁兼容测试当中，虽然实际问题较为复杂，但是我们仍然可以将其大致分为小环天线、电小天线两种典型的辐射模式，其次，很多实际电磁辐射源也是此两种典型模式的迭代，因此本文通过对典型辐射模式进行分析，并给出一系列适用于实际辐射源的一般规律。

1 小环天线电磁辐射

如下图所示，小环天线直径小于波长，将小环天线通电之后放置在球坐标系中的X-Y 平面，坐标原点与环中心重合。此时，设小圆环面积为A，所流经电流为I， 可以得出麦克斯韦方程式（微积分形式）， 如下：

上式中，H 为磁场强度、E 表示电场强度、B 代表磁感应强度、J 为电流强度、 为电荷分布密度、D 表示电位移强度。

图1 小环天线电磁辐射

将上图所展现的小环天线电磁辐射将矢量磁位对其进行推导，可以得出小环天线在空间中某处的电磁分量表达式，具体如下：

上式中，r 表示坐标原点距场点的距离， ，另外，代表波长。

在分析小环天线周围磁场分布时应将其分为两种情况加以讨论，分别为近场（感应场）与远场（辐射场）。

2 感应场与辐射场的特点分析

2.1 感应场特点

在上文的小环天线推导过程当中，我们将作为感应区域，但是在电磁兼容领域却一般将作为感应场区进行处理。众所周知，电磁波电场分量与磁场分量的比值为波阻抗，因此对于小环天线而言，其感应场区的波阻抗可以由上述公式推导而出。

由此可知，小环天线感应场区阻抗为虚数，因此也表明了磁场与电场相位差异角为90°左右，会出现能量震荡现象。但需要注意的是，在感应场当中，感应情况不单单是由场源性质与耦合纺织所决定的，其感应导体状态、所处位置与周边环境都会影响到电磁场的实际分布情况，严重时甚至会扰乱正常的电磁场分布。

2.2 辐射场特点

电磁兼容领域内，人们通常将远场区或辐射场区规定为辐射源点相距在的区域。从上述公式中不难看出，辐射场区内只有两个场分量，并没有位于传播方向上，因此辐射场具有以下几类特点：

1) 电场与磁场相互垂直、时间相位相同；

2) 电磁波能量传播方向为S=E×H ；

3) 电场E 同磁场H 正比于

4) 波阻抗为常数。

3 电磁辐射理论在电磁兼容测量中的应用

3.1 固定电子设备（大中型）测试

对一些大中型固定电子设备来说，根据不同国家、地区的电磁兼容法律规定都需要对电磁兼容水平进行准确的评估与检测，其中最为关键的项目在于如何测定电子设备在运行当中所产生的电磁辐射、对电网的骚扰电压、电流谐波等。不仅如此，一般固定的电子设备尺寸往往较大且不易挪动，因此很难在条件良好的实验室当中进行操作，因此人们往往通过现场测试的方式对电磁兼容进行评估测定。

如下图所示，现场测试辐射干扰要以大中型固定电子设备为中心，并以为半径在一定范围内构建测试圆轨，然后将EMI 接收机与测试天线放置于测试圆规之上对辐射干扰进行测定，最后在将EMI 接收机与天线于圆规上持续移动开展连续性的测试。在完成整圆轨测试工作之后，便可以大致得出电子设备辐射干扰曲线，从而对电子设备相关参数与技术要求进行考核与评估。

图2 固定设备辐射干扰测试场地

但需要注意的是，由于固定式电子设备体积较大，因此其发射源与电磁辐射发射部位距离较远，从而出现分布区域过大009

电子科技

Electronics Technology

电子制作

的问题。而本文所阐述的则是辐射场尺寸小于波长的情况，正因如此，如果在实际测试过程当中出现了这一问题，那么就应该根据实际情况扩大圆轨半径，确保测量的准确性。

3.2 确定电路板辐射、干扰源

电小天线与小环天线所能起到的另一重要作用即电场探头与磁场探头，它能够对电子线路板上的干扰发射源加以探测。将电磁场探头贴近电子线路板时，探头会感应到一系列电路板原件所发出的电磁辐射，然后将接收的感应电磁转化为电信号，最后经放大器放大之后传至EMI 接收机，便可以清晰准确的反映出电磁辐射的大致水平与频率。同样，需要考虑到的是，由于近场效应的影响，探头在探测电子线路板元器件电磁量的过程中会对原有电磁场的分布构成影响，因此所测得的结果往往不够准确，所呈现出的电磁辐射频率也有着一定的不稳定性、非线性特点。

3.3 测量、测定辐射干扰程度

3.3.1 确定近场、远场

电磁兼容测量过程当中我们应对感应场对测试所造成的影响予以高度重视， 首先我们要根据测试频率所测得的具体数值同测试距离相比较，对感应场的影响程度加以较为准确的确定。当处于低频频段时，值较大，因此测试距离很可能会出现之间，甚至会出现值域更小的问题。所以我们必须要对感应场的影响详加考虑，在条件允许的情况下应按照上文所阐述的测试距离增加的方法重新测量，从而提升测量的精准性。

3.3.2 测量电子设备尺寸

上文分析中我们通过假设电波波长大于辐射场源尺寸发现，如果所测量的电子设备尺寸较大，其波长与场源区域的大小不可比拟，那么传统的物理模型测试法显然无法完全使用。因此我们应采取有效措施扩大被测天线与被测物体间的距离，如果出现距离过远的问题，我们仍将其认为电波波长大于电子设备尺寸。从某种程度上来说，我们在具体的电磁兼容测量过程当中不仅要确定辐射区与感应区的分界点，同时也要根据实际情况确定合理的测试距离，从而取得最佳的测量效果。比如当测试设备距离为时，在同一频段的设备我们应该扩大测试距离r 为原有距离的5~6 倍乃至更大，确保测量质量。

4 结语

总而言之，电磁兼容作为电子工程与科学的重要学科，我们必须要对其加以重视。此外，由于电磁兼容涉及到专门的设计技术与测试方法，因此我们应加大研究力度，采取有效措施让电子设备能够防止外来电磁受到影响，这对于提高测量精度有着极为重要的作用。

【参考文献】

[1] 白波. 空间探测雷达天线的设计与仿真[D]. 南昌大学.2012

[2] 鲁亮. 航空发动机电子控制器机箱电磁兼容设计技术研究[D]. 南京航空航天大学.2012

[3] 廖成. 不同极化方向电磁脉冲作用于计算机机箱的效应分析[J]. 微波学报.2007(04)

[4] 邵维范. 电源电子设备的电磁兼容探析[J]. 中国新技术新产品.2010(10)