摘要：利用單極子天線(xiàn)對(duì)靜電放電產(chǎn)生的電磁脈沖進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。測(cè)量表明，靜電放電電磁脈沖輻射場(chǎng)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?xún)?nèi)，其場(chǎng)強(qiáng)很大，典型值可達(dá)千伏每米量級(jí)，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。
     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(cè)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?span lang="EN-US">ESD電流波形，并建立了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)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(lèi)型(人體、轉(zhuǎn)運(yùn)工具、工作平臺(tái)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(duì)非接觸式靜電放電即空氣放電產(chǎn)生的電磁脈沖輻射場(chǎng)卻認(rèn)識(shí)不多[5，6]。人體一金屬模型放電電流[5]對(duì)時(shí)問(wèn)的變化率很大．而輻射場(chǎng)的幅值主要取決于電流及電流對(duì)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(shuō)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(chǎng)危害源之一[7]。
l 靜電放電模型
    靜電放電是指帶電體周?chē)膱?chǎng)強(qiáng)超過(guò)周?chē)橘|(zhì)的絕緣擊穿場(chǎng)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(guò)程。因此，人們對(duì)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(chǎng)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(lái)對(duì)其電磁脈沖輻射場(chǎng)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*主要的靜電源之一．人體一金屬模型用來(lái)模擬帶電人體通過(guò)手持的小金屬物件+如螺絲刀，鑰匙等+對(duì)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(dòng)的家具，如椅子、小的儀器搬運(yùn)車(chē)等，由于摩擦或感應(yīng)帶電后對(duì)其它儀器設(shè)備產(chǎn)生的放電過(guò)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(cè)試設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件
   靜電放電電磁脈沖的測(cè)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*高電壓分別為8、15kV，非接觸式放電*高電壓為15、30kV。放電通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的模擬器放電網(wǎng)絡(luò)和放電電極來(lái)進(jìn)行，測(cè)試天線(xiàn)采用中國(guó)船舶工業(yè)總公司電磁兼容中心研制的單極子小天線(xiàn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，其工作上限頻率可達(dá)1GHz，信號(hào)波形記錄采用美國(guó)Tektronix公司的
TDS 680B示波器(帶寬1GHz，采樣速率5×10^-4T／s)。測(cè)試時(shí)的環(huán)境溫度為18C．相對(duì)濕度為27%．天線(xiàn)距放電點(diǎn)距離為18cm，其放置方向與放電通道方向平行。
3 靜電放電電磁脈沖的測(cè)試結(jié)果
3．1 接觸放電時(shí)的輻射場(chǎng)

圖3為采用人體一金屆模型時(shí)NSG435對(duì)地放電的輻射場(chǎng)渡形及其頻譜，模擬人體帶電2kV．接觸放電方式。由圖3(a)可以看出，其輻射場(chǎng)波形為典型的衰減振鈴信號(hào)，振蕩持續(xù)時(shí)間約500ns，峰值場(chǎng)強(qiáng)為150V／m，由圖3(b)可看出，頻譜包含了0～250MHz的頻率分量，中心頻率在40MHz左右。圖4為采用家具模型時(shí)NSG435對(duì)地放電的輻射場(chǎng)波形及其頻譜。實(shí)驗(yàn)中模擬家具帶電2kV，接觸放電方式?？梢钥闯?，家具模型接觸放電的輻射場(chǎng)也為衰減振鈴波形，但其振蕩頻率明顯較小，其峰值場(chǎng)強(qiáng)為1．8kV／m，頻譜大部分分布在100MHz以下，中心頻率約lOMHz。             

4 結(jié)論
    人體和家具ESD電磁脈沖輻射場(chǎng)是持續(xù)時(shí)問(wèn)很短的窄脈沖，其脈沖寬度約為百納秒量級(jí)，其頻譜主要分布在幾十到幾百兆赫，典型的頻譜上限可以達(dá)到幾個(gè)吉赫，與國(guó)外結(jié)論一致。在相同的放電電壓情況下，ESD接觸放電與空氣放電時(shí)的輻射場(chǎng)波形和頻譜基本一致，但當(dāng)采用的放電模型不同時(shí)，ESD輻射場(chǎng)波形和頻譜有很大區(qū)別，主要原因是在相同的放電電壓下家具模型的放電電流較大，所以其輻射電磁脈沖電場(chǎng)幅度就較高，而人體一金屬模型的前沿較腱，脈寬較窄，所以其輻射中心頻率較高電子元器件的電磁脈沖干擾損傷閾值為kV／m 的量級(jí)，MOS器件的損傷閾值更低；電爆裝置(EEDs)等在電磁脈沖的作用下發(fā)生瞎火或早炸的闞值也在千伏每米的量級(jí)。因此，對(duì)近距離危害而言，靜電放電產(chǎn)生的輻射場(chǎng)可以同高空桉電磁脈沖(HEMP)、雷電電磁脈沖(LEMP)等相提并論，也是復(fù)雜多變的電磁環(huán)境中主要的電磁脈沖危害源之一。