靜電放電電磁脈沖的實驗研究

   關鍵詞： 靜電放電 電磁脈沖 頻譜

   靜電放電(ElectrostaticDischarge，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。以往人們關注的ESD危害主要是注人電流的作用，在理論建模和實驗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]。為了測試電子產品的ESD敏感度，人們已投人了相當的精力去研究ESD電流波形，并建立了相應的標準，如國際電工委員會標準IEC61000—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、轉運工具、工作平臺等)的不同而引起的電流幅值及其上升時間的變化．然而對非接觸式靜電放電即空氣放電產生的電磁脈沖輻射場卻認識不多[5，6]。人體一金屬模型放電電流[5]對時問的變化率很大．而輻射場的幅值主要取決于電流及電流對時間的導數；脈寬小于lns的窄脈沖具有極寬的頻譜，其上限頻率可達吉赫。這就是說ESD電磁脈沖具有較高的幅值和極寬的頻譜，它是復雜多變的電磁環境效應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超過周圍介質的絕緣擊穿場強時，由于介質電離而使帶電體上的電荷部分或全部消失的現象，這是一個復雜多變的過程。因此，人們對實際中各種可能產生危害的靜電放電的靜電源進行了深人的研究+根據其主要特點建立了相應的靜電放電模型。如人體一金屬模型、家具模型、帶電器件模型、機器模型及場感應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行研究。

1.1 靜電放電的人體金屬模型
人體是產生靜電危害*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+對其它物體產生放電時的情形+其基本電路模型為單RC結構．放電參數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時的9A到l5kV時的70A。

1.2 靜電放電的家具模型

   家具靜電放電指的是在計算機機房或實驗室內那些易于移動的家具，如椅子、小的儀器搬運車等，由于摩擦或感應帶電后對其它儀器設備產生的放電過程，其電路模型也為單RC結構，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備和實驗條件

   靜電放電電磁脈沖的測試是在模擬自由空間中進行的，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NSG435以及日本NoiseKen公司的Ess-200AX，其接觸式放電*高電壓分別為8、15kV，非接觸式放電*高電壓為15、30kV。放電通過標準的模擬器放電網絡和放電電極來進行，測試天線采用中國船舶工業總公司電磁兼容中心研制的單極子小天線，經實驗標定，其工作上限頻率可達1GHz，信號波形記錄采用美國Tektronix公司的TDS680B示波器(帶寬1GHz，采樣速率5×10^-4T／s)。測試時的環境溫度為18C．相對濕度為27%．天線距放電點距離為1 8cm，其放置方向與放電通道方向平行。

   圖6為采用家具模型時NSG435對地放電的輻射場波形及其頻譜，實驗中模擬家具帶電2kV空氣放電方式。可以看出，家具模型在空氣放電時的輻射場波形與接觸放電也很相似．但后續的振蕩明顯堿弱，其峰值場強可達23kV／m．頻譜主要分量分布在20MHz以下，中心頻率在5MHz。