靜電放電電磁脈沖的實(shí)驗(yàn)

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摘 要： 利用單極子天線對靜電放電產(chǎn)生的電磁脈沖進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。測量表明，靜電放電電磁脈沖輻射場為脈沖持續(xù)時(shí)間百納秒的窄脈沖，但在距離放電源幾米以內(nèi)，其場強(qiáng)很大，典型值可達(dá)千伏每米量級，其頻譜主要分布在幾十到幾百兆赫．典型的頻譜上限值可達(dá)到幾個(gè)吉赫。

    關(guān)鍵詞： 靜電放電 電磁脈沖 頻譜

    靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）可分為接觸式放電和非接觸式放電．也就是電流注人放電和空氣擊穿放電兩種方式。以往人們關(guān)注的ESD危害主要是注人電流的作用，在理論建模和實(shí)驗(yàn)研究方面已做了大量的工作，并取得了一些重要的研究成果[1~4]。為了測試電子產(chǎn)品的ESD敏感度，人們已投人了相當(dāng)?shù)木θパ芯縀SD電流波形，并建立了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如電工委員會標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000—4—2等等。研究者們特別感興趣的是由于帶電量、接近速度和電極類型（人體、轉(zhuǎn)運(yùn)工具、工作平臺等）的不同而引起的電流幅值及其上升時(shí)間的變化．然而對非接觸式靜電放電即空氣放電產(chǎn)生的電磁脈沖輻射場卻認(rèn)識不多[5，6]。人體一金屬模型放電電流[5]對時(shí)問的變化率很大．而輻射場的幅值主要取決于電流及電流對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；脈寬小于lns的窄脈沖具有極寬的頻譜，其上限頻率可達(dá)吉赫。這就是說ESD電磁脈沖具有較高的幅值和極寬的頻譜，它是復(fù)雜多變的電磁環(huán)境效應(yīng)中的主要近場危害源之一[7]。

1 靜電放電模型

    靜電放電是指帶電體周圍的場強(qiáng)超過周圍介質(zhì)的絕緣擊穿場強(qiáng)時(shí)，由于介質(zhì)電離而使帶電體上的電荷部分或全部消失的現(xiàn)象，這是一個(gè)復(fù)雜多變的過程。因此，人們對實(shí)際中各種可能產(chǎn)生危害的靜電放電的靜電源進(jìn)行了深人的研究+根據(jù)其主要特點(diǎn)建立了相應(yīng)的靜電放電模型。如人體一金屬模型、家具模型、帶電器件模型、機(jī)器模型及場感應(yīng)模型等等 我們選取具有快上升前沿的人體一金屬模型和具有較大電流的家具模型作為典型代表來對其電磁脈沖輻射場進(jìn)行研究。

1.1 靜電放電的人體金屬模型
人體是產(chǎn)生靜電危害zui主要的靜電源之一．人體一金屬模型用來模擬帶電人體通過手持的小金屬物件+如螺絲刀，鑰匙等+對其它物體產(chǎn)生放電時(shí)的情形+其基本電路模型為單RC結(jié)構(gòu)．放電參數(shù)R和c分別取33OΩ和150pF，典型的放電電流波形如圖1所示．它具有亞納秒的上升前沿．半高脈寬為30ns，其峰值從充電電壓為2kV 時(shí)的9A到l5kV時(shí)的70A。

1.2 靜電放電的家具模型

    家具靜電放電指的是在計(jì)算機(jī)機(jī)房或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)那些易于移動的家具，如椅子、小的儀器搬運(yùn)車等，由于摩擦或感應(yīng)帶電后對其它儀器設(shè)備產(chǎn)生的放電過程，其電路模型也為單RC結(jié)構(gòu)，通常取R＝15Ω，C＝lOOpF。其典型的放電電流波形如圖2所示。

2 靜電放電電磁脈沖的測試設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件

    靜電放電電磁脈沖的測試是在模擬自由空間中進(jìn)行的，主要儀器放置在屏蔽室里。靜電放電模擬器采用瑞士Schafaer公司的NSG 435以及日本NoiseKen公司的Ess-200AX，其接觸式放電zui高電壓分別為8、15kV，非接觸式放電zui高電壓為15、30kV。放電通過標(biāo)準(zhǔn)的模擬器放電網(wǎng)絡(luò)和放電電極來進(jìn)行，測試天線采用中國船舶工業(yè)總公司電磁兼容中心研制的單極子小天線，經(jīng)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，其工作上限頻率可達(dá)1GHz，信號波形記錄采用美國Tektronix公司的TDS 680B示波器（帶寬1GHz，采樣速率5×10^-4T／s）。測試時(shí)的環(huán)境溫度為18 C．相對濕度為27%．天線距放電點(diǎn)距離為1 8cm，其放置方向與放電通道方向平行。