《電磁兼容原理與技術(shù)》課件第1章

第1章電磁兼容技術(shù)概述

1.1電磁兼容概述1.2電磁兼容技術(shù)的發(fā)展及電磁認(rèn)證習(xí)題1.1電磁兼容概述1.1.1引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們在生產(chǎn)及生活中使用的電氣及電子設(shè)備的數(shù)量越來越多,這些設(shè)備在工作的同時(shí)往往要產(chǎn)生一些有用的或無用的電磁能量,這些能量將影響其他設(shè)備的工作,從而形成了電磁干擾。例如,繼電器通、斷所產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁脈沖使計(jì)算機(jī)工作失常;汽車駛過或飛機(jī)低空飛過住宅時(shí),將干擾電視機(jī)的正常工作,使電視機(jī)出現(xiàn)雜亂的畫面。嚴(yán)格地說,只要把兩個(gè)以上的元件置于同一環(huán)境中,工作時(shí)就會產(chǎn)生電磁干擾。在兩個(gè)系統(tǒng)之間會出現(xiàn)系統(tǒng)間的干擾,例如,飛機(jī)航行系統(tǒng)、船上電子系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電視和廣播系統(tǒng)等。相互之間出現(xiàn)的干擾如圖1-1所示。圖1-1系統(tǒng)間的電磁干擾在系統(tǒng)內(nèi)部各設(shè)備之間也會出現(xiàn)設(shè)備間的干擾,稱為系統(tǒng)內(nèi)的干擾。例如,汽車內(nèi)自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)對車內(nèi)收音機(jī)的干擾,雷達(dá)發(fā)射機(jī)對雷達(dá)接收機(jī)的干擾等。在同一電子設(shè)備中的各部分電路間會存在干擾,即一個(gè)電路可能受其他電路的干擾,也可能干擾周圍其他電路。例如,數(shù)字電路對共用同一電源的低電平模擬電路的干擾,計(jì)算機(jī)中磁帶驅(qū)動(dòng)器的磁場對低電平數(shù)字電路的干擾,以及無線電接收機(jī)各級電路間的干擾(如圖1-2所示),等等。圖1-2無線電接收機(jī)內(nèi)各級電路間的干擾在航天飛行器、飛機(jī)、艦艇中,大量的電子設(shè)備密集在狹小的空間,相互間的電磁干擾非常嚴(yán)重。例如,短波接收機(jī)遭到阻塞干擾,通信發(fā)射機(jī)會干擾雷達(dá)的工作,在飛機(jī)或艦艇上,一般要裝備許多種雷達(dá),當(dāng)所有雷達(dá)同時(shí)工作時(shí),一部雷達(dá)可能遭受幾部雷達(dá)的干擾。在戰(zhàn)斗中由于飛機(jī)和軍艦上防御電子系統(tǒng)和進(jìn)攻電子系統(tǒng)的相互干擾不能同時(shí)兼容工作,因而遭到對方發(fā)射導(dǎo)彈攻擊的戰(zhàn)例是屢見不鮮的。因此,在復(fù)雜的電磁環(huán)境中,如何減少相互間的電磁干擾,使各種設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn),是一個(gè)亟待解決的問題;另一方面,惡劣的電磁環(huán)境還會對人類及生態(tài)產(chǎn)生不良的影響。電磁兼容學(xué)正是為解決這類問題而迅速發(fā)展起來的一門新興的綜合性學(xué)科。電磁兼容學(xué)科主要研究的是如何使在同一電磁環(huán)境下工作的各種電氣電子系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備和元器件都能正常工作，互不干擾，達(dá)到兼容狀態(tài)。在某種程度上也可以說是研究干擾和抗干擾的問題。但作為一門學(xué)科它的研究對象已不僅僅限于電氣電子設(shè)備，而是拓寬到自然干擾源、核電磁脈沖、靜電放電，頻譜管理工程，電磁輻射對人體的生態(tài)效應(yīng)，信息處理設(shè)備電磁泄漏產(chǎn)生的失密，檢測地震前的電磁輻射，進(jìn)行震前預(yù)報(bào)等方面。電磁兼容學(xué)科包含的內(nèi)容十分廣泛，實(shí)用性很強(qiáng)。幾乎所有的現(xiàn)代工業(yè)如航天、軍工、電力、通信、交通、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療衛(wèi)生部門等都必須解決電磁兼容問題。1.1.2電磁干擾的危害在人們的生活中,電磁兼容效應(yīng)普遍存在,形式各異。如果電磁兼容效應(yīng)嚴(yán)重,則將導(dǎo)致嚴(yán)重的故障或事故,同時(shí)對人體健康也有影響。

1.電磁干擾對設(shè)備的危害人們將電磁干擾的危害程度分為災(zāi)難性的、非常危險(xiǎn)的、中等危險(xiǎn)的、嚴(yán)重的和使人煩惱的五個(gè)等級。

1)電磁干擾會破壞或降低電子設(shè)備的工作性能據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全世界電子電氣設(shè)備由于電磁干擾而發(fā)生故障,每年都會造成數(shù)億美元的經(jīng)濟(jì)損失。例如,BP機(jī)發(fā)射臺等大功率電磁信號的干擾,影響飛機(jī)正常起降;移動(dòng)電話信號干擾可使儀表顯示錯(cuò)誤,甚至可以造成核電站運(yùn)轉(zhuǎn)失靈。美國航空無線電委員會(RadioTechnicalCommissionforAeronautics,RTCA)曾在一份文件中提到,由于沒有采取對電磁騷擾的防護(hù)措施,一位旅客在飛機(jī)上使用調(diào)頻收音機(jī),使導(dǎo)航系統(tǒng)的指示偏離10°以上。因此,在國際上,對艦載、機(jī)載、星載及地面武器、彈藥的電磁環(huán)境都有嚴(yán)格要求。1993年美國西北航空公司曾發(fā)表公告,限制乘客使用移動(dòng)電話和調(diào)頻收音機(jī)等,以免騷擾導(dǎo)航系統(tǒng)。

2)電磁干擾造成的災(zāi)難性后果電磁信息泄密使企業(yè)科技和商業(yè)機(jī)密被競爭對手輕易獲取,嚴(yán)重影響企業(yè)的生存和發(fā)展;電磁波的輻射造成國家政治、經(jīng)濟(jì)、國防和科技等方面的重要情報(bào)泄密,關(guān)系到國家的保密安全問題。

1976～1989年,我國南京、茂名和秦皇島等地的油庫及武漢石化廠,均因遭受雷擊引爆原油罐,造成慘劇。雷擊引起的浪涌電壓屬于高能電磁騷擾,具有很強(qiáng)的破壞力。1992年6月22日傍晚,雷電擊中北京國家氣象局,造成一定的破壞和損失。因?yàn)槔讚粲兄苯永讚艉透袘?yīng)雷擊兩種,而避雷針只能局部地防護(hù)直接雷擊,對感應(yīng)雷擊則無能為力,故對感應(yīng)雷擊應(yīng)采用電磁兼容防護(hù)措施。據(jù)悉,絕大部分的雷災(zāi)事故中受損的是電視、電話、監(jiān)測系統(tǒng)和電腦等高科技產(chǎn)品。在受災(zāi)單位中有尋呼臺、信息計(jì)算機(jī)中心、醫(yī)院和銀行等。災(zāi)情有的造成整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓,有的造成通信系統(tǒng)不暢,有的還造成轄區(qū)大面積停電。據(jù)悉,2000年1至8月份,廣州市因雷擊造成的死傷多達(dá)67人,其中死亡人數(shù)多達(dá)20人。同時(shí),雷擊已經(jīng)成為釀成廣州電氣火災(zāi)的第二大罪魁禍?zhǔn)住７课莺碗娖鞯纫蚶讚魮p毀也較1999年嚴(yán)重,經(jīng)濟(jì)損失愈億元。下面介紹幾個(gè)由于電磁干擾造成國外航天系統(tǒng)故障的例子。1969年11月14日上午,土星V-阿波羅12火箭載人飛船發(fā)射后,飛行正常。起飛后36.5s,飛行高度為1920m時(shí),火箭遭到雷擊。起飛后52s,飛行高度為4300m時(shí),火箭又遭到第二次雷擊。這便是轟動(dòng)一時(shí)的大型運(yùn)載火箭載人飛船在飛行中誘發(fā)雷擊的事件。故障分析及試驗(yàn)研究的結(jié)果表明,此次事故是由于火箭及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)火焰所形成的導(dǎo)體(火箭與飛船共長100m,火焰折合導(dǎo)電長度約200m)在飛行中使云層至地面之間及云層至云層之間人為地誘發(fā)了雷電所造成的。1961年秋,一系列的雷電使部署在意大利的美國丘比特導(dǎo)彈武器系統(tǒng)多次遭到嚴(yán)重?fù)p壞,甚至原以為系統(tǒng)中隔離較好而與外界環(huán)境無關(guān)的元件也受到了嚴(yán)重的影響。

1962年開始進(jìn)行的民兵I導(dǎo)彈戰(zhàn)斗狀態(tài)的飛行試驗(yàn),前兩發(fā)均遭失敗。這兩發(fā)導(dǎo)彈的故障現(xiàn)象相似,都是制導(dǎo)計(jì)算機(jī)受到脈沖干擾而失靈。經(jīng)過分析,故障是由于導(dǎo)彈飛行到一定高度時(shí),在相互絕緣的彈頭結(jié)構(gòu)與彈體結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)了靜電放電,它產(chǎn)生的騷擾脈沖破壞了計(jì)算機(jī)的正常工作而造成的。

1967年大力神ⅢC運(yùn)載火箭的C-10火箭在起飛后95s,飛行高度為26km時(shí),制導(dǎo)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障。C-14火箭起飛后76s,飛行高度為17km時(shí),制導(dǎo)計(jì)算機(jī)也發(fā)生了故障。經(jīng)過分析,制導(dǎo)計(jì)算機(jī)中采用的金屬網(wǎng)套沒有接地的部分與火箭之間產(chǎn)生電壓,當(dāng)火箭飛行高度增加,氣壓下降到一定值時(shí),此電壓產(chǎn)生的火花放電使計(jì)算機(jī)發(fā)生了故障。

1964年在肯尼迪角發(fā)射場,德爾它運(yùn)載火箭的Ⅲ級X-248發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生意外的點(diǎn)火事故,造成3人死亡。在塔爾薩城對德爾它火箭進(jìn)行測試時(shí),也發(fā)生過一起Ⅲ級X-248發(fā)動(dòng)機(jī)意外點(diǎn)火事故。分析結(jié)果表明,肯尼迪角發(fā)射場的事故是由于罩在第三級軌道觀測衛(wèi)星上的聚乙烯罩衣,造成了靜電荷的重新分布,結(jié)果使漏電流經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)零件到達(dá)點(diǎn)火電爆管的殼體而引起誤爆。在塔爾薩城發(fā)生的事故是由于一個(gè)技術(shù)員戴著皮手套偶然摩擦發(fā)動(dòng)機(jī)吸管的塑料隔板,使發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電爆管引線上感應(yīng)靜電荷而引起的。綜上所述,可以看到,電磁干擾有可能使設(shè)備或系統(tǒng)的工作性能偏離預(yù)期的指標(biāo)或使工作性能出現(xiàn)不希望的偏差,即工作性能“降級”。甚至還可以使設(shè)備或系統(tǒng)失靈,或?qū)е聣勖s短,或使系統(tǒng)效能發(fā)生不允許的永久性下降。嚴(yán)重時(shí),還能摧毀設(shè)備或系統(tǒng)。

2.電磁場對人體的危害在現(xiàn)代社會,隨著電子產(chǎn)品的日益增多,電磁分布也日益復(fù)雜,只要有人的地方,無處不存在著電磁場。長期受到電磁輻射將會影響人體健康并造成電磁污染。高頻輻射大于一定限值時(shí),會使人產(chǎn)生失眠、嗜睡等植物神經(jīng)功能紊亂,以及脫發(fā)、白血球下降、視力模糊、晶狀體混濁、心電圖異常等癥狀。由于電磁騷擾的頻譜很寬,可以覆蓋0～40GHz頻率范圍,因此電磁波輻射繼水源、大氣和噪聲之后成為第四大環(huán)境污染源,正在引起人們極大的關(guān)注。電磁污染源很廣泛,它就在我們生活的周圍,幾乎包括所有的家電,只是污染程度有強(qiáng)弱之分罷了。計(jì)算機(jī)首當(dāng)其沖,是因?yàn)槿藗儽仨毰c它面對面地操作,而且長時(shí)間接觸,不像電視機(jī)能遠(yuǎn)距離接觸。據(jù)德國慕尼黑大學(xué)醫(yī)學(xué)研究所自1994年以來對近萬名長期操作電腦的職業(yè)女性進(jìn)行的跟蹤調(diào)查表明,長時(shí)間操作電腦的婦女患乳腺癌的危險(xiǎn)性,比其他職業(yè)婦女的患病概率高出43％。研究人員用雌性白鼠在電磁場中進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),不久發(fā)現(xiàn)白鼠的乳腺出現(xiàn)腫癌,其成長速度與磁場強(qiáng)度有關(guān)。微機(jī)等熒光屏可產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)的電磁輻射,對人體健康不利,對孕婦的影響更明顯,對1～3個(gè)月的胎兒危害更大。據(jù)美國的一項(xiàng)報(bào)告,德伯特公司有12名孕婦在熒光屏前工作,一年間竟有7名孕婦流產(chǎn),1名孕婦早產(chǎn);國防兵役局有15名孕婦在熒光屏前工作,有7人流產(chǎn),3人產(chǎn)下畸形嬰兒。像這樣的例子數(shù)不勝數(shù)。據(jù)來自美國的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),每周操作計(jì)算機(jī)達(dá)20小時(shí)的孕婦,在妊娠3個(gè)月內(nèi)流產(chǎn)的可能性是通常情況下的兩倍。當(dāng)今世界移動(dòng)通信發(fā)展迅速。我國手機(jī)用戶已超過美國與日本,成為世界上手機(jī)用戶最多的國家。手機(jī)持有者希望在任何地方都能獲得通信服務(wù),這就勢必要求移動(dòng)通信基站無處不在。手機(jī)、無繩電話對人體的危害及其防治措施是人們?nèi)粘Ｉ钪凶铌P(guān)注,同時(shí)也是國際上最熱點(diǎn)的問題,因?yàn)樗鼈冇锰炀€直接對著人的腦部輻射電磁波。更為嚴(yán)重的是,人們都習(xí)慣于將手機(jī)緊緊貼著耳朵講話,20％以上的輻射功率都被腦部吸收了。關(guān)于手機(jī)輻射對人體的影響,世界各國都在研究。移動(dòng)通信器材運(yùn)行時(shí)接收來自基站的無線電信號,對波及范圍的人影響不大,但當(dāng)發(fā)話時(shí),其頂部的發(fā)射天線附近會產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻電磁波,5～10cm處范圍可達(dá)100～300μW／cm2(我國規(guī)定衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為50μW/cm2)。當(dāng)手機(jī)收發(fā)信號時(shí),頭部受到電磁輻射的輻照,頭部解剖組織復(fù)雜,其分層結(jié)構(gòu)及形狀使電磁場偏向不均勻分布,組織的比吸收率(SAR)要增大,時(shí)間一長對大腦勢必造成危害,嚴(yán)重者可形成癌瘤以致危及生命。一位意大利企業(yè)家使用手機(jī),工作效率大增,可3年后他的頭部發(fā)現(xiàn)癌瘤,從CT確診癌瘤部位恰好位于手機(jī)天線頂端習(xí)慣放置的部位。1994年一位美國商人使用移動(dòng)電話4年后,同樣也發(fā)現(xiàn)了頭部癌腫,經(jīng)治療無效死亡。據(jù)(紐約時(shí)報(bào))報(bào)道,美國研究人員賴·亨利博士在不久前布魯塞爾召開的國際移動(dòng)電話安全會議上報(bào)告說,移動(dòng)電話發(fā)射的微波可導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室中的老鼠暫時(shí)喪失某些能力。他在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中對老鼠進(jìn)行了大約45分鐘低能量輻射——大體上相當(dāng)于一部移動(dòng)電話發(fā)射的能量,結(jié)果發(fā)現(xiàn),老鼠在接受輻射后短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了頭腦混亂。他認(rèn)為,移動(dòng)電話很可能對哺乳動(dòng)物的腦細(xì)胞造成不良影響,因?yàn)檫@種輻射改變了細(xì)胞組織,因此也改變了腦細(xì)胞執(zhí)行任務(wù)的方法。歐洲的幾位科學(xué)家同意此觀點(diǎn)。英國政府主管放射研究的國家放射線保護(hù)委員會的科學(xué)家說,他們接受“移動(dòng)電話可能改變?nèi)祟惣?xì)胞功能”的說法。另外,澳大利亞的研究人員在最近也發(fā)現(xiàn),經(jīng)常使用移動(dòng)電話可能會導(dǎo)致淋巴癌。利用電磁場對人體的影響,目前產(chǎn)生了新式的殺傷性武器?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),當(dāng)電子束以光速或接近光速的速度通過等離子體時(shí),會產(chǎn)生出定向微波能量,這種微波能量比大功率雷達(dá)用的微波功率要高幾個(gè)數(shù)量級。如果將這種波束能量加以會聚,就可能研制出直接殺傷對方戰(zhàn)斗成員的電磁武器。據(jù)報(bào)道,美國已研制成功強(qiáng)微波發(fā)生器和高增益定向天線,可以發(fā)射出高強(qiáng)度的微波射束。據(jù)報(bào)道,人員直接遭到這種波束的“閃擊”,可以造成神經(jīng)細(xì)胞的功能混亂,出現(xiàn)神經(jīng)錯(cuò)亂、暈頭轉(zhuǎn)向等現(xiàn)象;造成心房纖顫或心力衰竭,引起心臟病,甚至使心臟和呼吸功能停止,從而造成人員猝死。1.1.3電磁兼容的含義電磁兼容(ElectroMagneticCompatibility,EMC)一般指電氣及電子設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài),即要求在同一電磁環(huán)境中的上述各種設(shè)備都能正常工作又互不干擾,達(dá)到“兼容”狀態(tài)。換句話說,電磁兼容是指電子線路、設(shè)備、系統(tǒng)相互不影響,從電磁角度具有相容性的狀態(tài)。相容性包括設(shè)備內(nèi)電路模塊之間的相容性、設(shè)備之間的相容性和系統(tǒng)之間的相容性。我國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB72-85《電磁干擾和電磁兼容性名詞術(shù)語》中給出電磁兼容性的定義為:“設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài),即:該設(shè)備不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的性能降級,它也不會使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的性能降級”。可見,從電磁兼容性的觀點(diǎn)出發(fā),除了要求設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))能按設(shè)計(jì)要求完成其功能外,還要求設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))有一定的抗干擾能力,不產(chǎn)生超過規(guī)定限度的電磁干擾。國際電工技術(shù)委員會(IEC)認(rèn)為,電磁兼容是一種能力的表現(xiàn)。IEC給出的電磁兼容性定義為:“電磁兼容性是設(shè)備的一種能力,它在其電磁環(huán)境中能完成自身的功能,而不致于在其環(huán)境中產(chǎn)生不允許的干擾”。進(jìn)一步講,電磁兼容學(xué)是研究在有限的空間、有限的時(shí)間、有限的頻譜資源條件下,各種用電設(shè)備或系統(tǒng)(廣義的還包括生物體)可以共存,并不致引起性能降級的一門學(xué)科。電磁兼容的理論基礎(chǔ)涉及到數(shù)學(xué)、電磁場理論、電路基礎(chǔ)、信號分析等學(xué)科與技術(shù),其應(yīng)用范圍又幾乎涉及到所有用電領(lǐng)域。由于其理論基礎(chǔ)寬、工程實(shí)踐綜合性強(qiáng)、物理現(xiàn)象復(fù)雜,因此在觀察與判斷物理現(xiàn)象或解決實(shí)際問題時(shí),實(shí)驗(yàn)與測量具有重要的意義。對于最后的成功驗(yàn)證,也許沒有任何其他領(lǐng)域像電磁兼容那樣強(qiáng)烈地依賴于測量。在電磁兼容域中,我們所面對的研究對象(主要指電磁噪聲)無論是時(shí)域特性還是頻域特性都十分復(fù)雜。此外,研究對象的頻譜范圍非常寬,使得電路中的集中參數(shù)與分布參數(shù)同時(shí)存在,近場與遠(yuǎn)場同時(shí)存在,傳導(dǎo)與輻射同時(shí)存在,為了在國際上對這些物理現(xiàn)象有統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)設(shè)備或系統(tǒng)電磁兼容的技術(shù)要求,對測量設(shè)備與設(shè)施的特性以及測量方法等均予以嚴(yán)格的規(guī)定,并制定了大量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前,國際上正在掀起一個(gè)電磁兼容要求法規(guī)化、電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國際化及推行電磁兼容強(qiáng)制性認(rèn)證的熱潮。1.1.4電磁干擾的三要素電磁兼容學(xué)科研究的主要內(nèi)容是圍繞構(gòu)成干擾的三要素進(jìn)行的,即電磁騷擾源、途徑和敏感設(shè)備。具體內(nèi)容如下

1.電磁騷擾源電磁騷擾(ElectromagneticDisturbance)的定義為:“任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或?qū)τ猩驘o生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象?！彪姶膨}擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化。電磁噪聲ElectromagneticNoise)是指“一種明顯不傳送信息的時(shí)變電磁現(xiàn)象,它可能與有用信號疊加或組合?！崩纾姎庠O(shè)備運(yùn)行中經(jīng)常產(chǎn)生的放電噪聲、浪涌噪聲、振蕩噪聲等不帶任何有用信息。無用信號是指一些功能性的信號,例如,廣播、電視、雷達(dá)等,本身是有用信號,但如果干擾其他設(shè)備的正常工作則對被干擾的設(shè)備而言它們是“無用信號”,所以電磁騷擾的含義比電磁噪聲更廣泛一些。有時(shí)人們常把騷擾、噪聲和“干擾”混同起來,實(shí)際上“電磁干擾”是有明確定義的,即“由電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降”?！膀}擾”是一種客觀存在,只有在影響敏感設(shè)備正常工作時(shí)才構(gòu)成了“干擾”。騷擾源可分為自然騷擾源和人為騷擾源。騷擾源的研究包括其發(fā)生的機(jī)理、時(shí)域和頻域的定量描述,以便從源端來抑制騷擾的發(fā)射。

2.傳輸途徑騷擾的傳輸途徑有兩條,通過空間輻射和通過導(dǎo)線傳導(dǎo),即輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射。輻射發(fā)射主要研究在遠(yuǎn)場條件下騷擾以電磁波的形式發(fā)射的規(guī)律以及在近場條件下的電磁耦合。共模電流輻射也是重要研究的內(nèi)容之一。傳導(dǎo)發(fā)射討論傳輸線的分布參數(shù)和電流的傳輸方式對噪聲傳輸?shù)挠绊?例如,共阻抗耦合、共模-差模電流轉(zhuǎn)換等。

3.敏感設(shè)備敏感設(shè)備即指受干擾設(shè)備。設(shè)備的抗干擾能力用電磁敏感度(Susceptibility)來表示。設(shè)備的電磁干擾敏感性電平閾值越低,即對電磁干擾越靈敏,電磁敏感度越大,抗干擾能力越差,或稱抗擾度(Immunity)性能越低。反之,接收器的電磁敏感度越低,抗干擾能力也越高。采用不同的結(jié)構(gòu)和選用不同的元器件都將大大影響設(shè)備的抗干擾能力。這些都是在設(shè)備或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段要考慮的。各種設(shè)備的抗擾度指標(biāo)都可從EMC手冊中查到。1.1.5電磁干擾(騷擾)源的分類電磁干擾的分類可以有許多種分法,例如,按傳播途徑分,有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾,其中傳導(dǎo)干擾的傳輸性質(zhì)有電耦合、磁耦合及電磁耦合;按輻射干擾的傳輸性質(zhì)分,有近場區(qū)感應(yīng)耦合和遠(yuǎn)場區(qū)輻射耦合;按頻帶分,有窄帶干擾和寬帶干擾:按干擾頻率范圍分,可細(xì)分為五種(見表1-1);按實(shí)施干擾者的主觀意向分,可分為有意干擾源和無意干擾源;按干擾源性質(zhì)分,有自然干擾和人為干擾(如圖1-3所示),等等。這里面主要討論自然干擾(騷擾)和人為干擾(騷擾)。表1-1電磁干擾的頻率范圍分類圖1-3電磁干擾源的分類

1.自然干擾(騷擾)源自然電磁干擾源存在于地球和宇宙中,自然電磁現(xiàn)象會產(chǎn)生電磁噪聲。由自然界的電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的電磁噪聲,比較典型的有:

(1)大氣噪聲,如雷電;

(2)太陽噪聲,如太陽黑子活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的磁暴;

(3)宇宙噪聲,來自銀河系;

(4)靜電放電(ESD)。

2.人為干擾(騷擾)源人為干擾分為有意發(fā)射干擾源和無意發(fā)射干擾源。有意發(fā)射干擾源是專用于輻射電磁能的設(shè)備,例如,廣播、電視、通信、雷達(dá)、導(dǎo)航等發(fā)射設(shè)備,是通過向空間發(fā)射有用信號的電磁能量來工作的,它們對不需要這些信號的電子系統(tǒng)或設(shè)備將構(gòu)成功能性干擾,而且是電磁環(huán)境的重要污染源。有許多裝置都無意地發(fā)射電磁能量,例如,汽車的點(diǎn)火系統(tǒng),各種不同的用電裝置和帶電動(dòng)機(jī)的裝置,照明裝置、霓紅燈廣告、高壓電力線、工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用設(shè)備,以及接收機(jī)的本機(jī)振蕩輻射等都在無意地發(fā)射電磁能量。這種發(fā)射可能是向空間的輻射,也可能是沿導(dǎo)線的傳導(dǎo)發(fā)射,所發(fā)射的電磁能是隨機(jī)的或是有規(guī)則的,一般占有非常寬的頻帶或離散頻譜,所發(fā)射的功率可從微瓦到兆瓦量級。任何電氣電子設(shè)備都可能產(chǎn)生人為騷擾,這里只是列出一些容易產(chǎn)生騷擾的設(shè)備。

(1)家用電器和民用設(shè)備?！粲杏|點(diǎn)電器,例如,電冰箱、電熨斗、電熱被褥、電磁開關(guān)、繼電器等。◆使用整流子電動(dòng)機(jī)的機(jī)器,例如,電鉆、電動(dòng)刮胡刀、電按摩器、吸塵器、電動(dòng)攪拌機(jī)、牙科醫(yī)療器械等?！艏矣秒娏Π雽?dǎo)體器件裝置,例如,硅整流調(diào)光器、開關(guān)電源等。

(2)高頻設(shè)備?！艄I(yè)用高頻設(shè)備,例如,塑料熱合機(jī)、高頻加熱器、高頻電焊機(jī)等?！舾哳l醫(yī)療設(shè)備,例如,甚高頻或超高頻理療裝置、高頻手術(shù)刀、電測儀、X光機(jī)等。

(3)電力設(shè)備?！綦娏鲃?dòng)設(shè)備,例如,各種直流、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥、接觸器等?！綦娏﹄娮悠骷M成的變流裝置,例如,可控整流器、逆變器、變頻器、斬波器、無觸點(diǎn)開關(guān)、交流調(diào)壓器、UPS電源、高頻開關(guān)電源等?！綦娏鬏斣O(shè)備,例如,高壓電力傳輸線、高壓斷路器、變壓器等。◆電氣化鐵道,例如,電力機(jī)車、接觸網(wǎng)等。

(4)內(nèi)燃機(jī),包括點(diǎn)火系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器、電刷等。

(5)無線電發(fā)射和接收設(shè)備,包括移動(dòng)通信系統(tǒng)、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航設(shè)備等。

(6)高速數(shù)字電路設(shè)備,包括計(jì)算機(jī)及其相關(guān)設(shè)備。各種不同的干擾源可能是周期性的,其頻率范圍可以從零赫茲到幾十千赫茲、幾兆赫茲、甚至千兆赫茲(GHz)或更高。干擾信號也可能是非周期性或脈沖形式的。能量也可能是極微弱的或者是兆瓦級的。表1-2給出了經(jīng)常遇到的一些干擾源的頻譜范圍［5］。表1-2常遇干擾源的頻譜范圍1.1.6電磁干擾(騷擾)源的時(shí)、空、頻譜特性

1.干擾能量的空間分布對于有意輻射干擾源,其輻射干擾的空間分布是比較容易計(jì)算的,主要取決于發(fā)射天線的方向性及傳輸路徑損耗。對于無意輻射源,無法從理論上嚴(yán)格計(jì)算,經(jīng)統(tǒng)計(jì)測量可得到一些無意輻射源干擾場分布的有關(guān)數(shù)學(xué)模型及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對于隨機(jī)干擾,由于不能確定未來值,其干擾電平不能用確定的值來表示,需用其指定值出現(xiàn)的概率來表示。

2.干擾能量的時(shí)間分布干擾能量隨時(shí)間的分布與干擾源的工作時(shí)間和干擾的出現(xiàn)概率有關(guān),按照干擾的時(shí)間出現(xiàn)概率可分為周期性干擾、非周期性干擾和隨機(jī)干擾三種類型。周期性干擾是指在確定的時(shí)間間隔上能重復(fù)出現(xiàn)的干擾;非周期干擾雖然不能在確定的周期重復(fù)出現(xiàn),但其出現(xiàn)時(shí)間是確定的,而且是可以預(yù)測的;隨機(jī)干擾則以不能預(yù)測的方式變化,其變化特性也是沒有規(guī)律的,因此隨機(jī)干擾不能用時(shí)間分布函數(shù)來分析,而應(yīng)用幅度的頻譜特性來分析。

3.干擾的頻率特性按照干擾能量的頻率分布特性可以確定干擾的頻譜寬度,按其干擾的頻譜寬度,可分為窄帶干擾與寬帶干擾。一般而言,窄帶干擾的帶寬只有幾十赫茲,最寬只有幾百千赫茲。而寬帶干擾的能量分布在幾十至幾百兆赫茲,甚至更寬的范圍內(nèi)。在電磁兼容學(xué)科領(lǐng)域內(nèi),帶寬是相對接收機(jī)的帶寬而言,根據(jù)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)CJB72-85的定義,窄帶干擾指主要能量頻譜落在測量接收機(jī)通帶之內(nèi),而寬帶干擾指能量頻譜相當(dāng)寬,當(dāng)測量接收機(jī)在±2個(gè)脈沖寬內(nèi)調(diào)諧時(shí),它對接收機(jī)輸出響應(yīng)的影響不大于3dB。有意發(fā)射源干擾能量的頻率分布,可根據(jù)發(fā)射機(jī)的工作頻帶及帶外發(fā)射等特性得出,而對無意發(fā)射源,則用統(tǒng)計(jì)規(guī)律來得出經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)學(xué)模型。為了確定干擾源在空間產(chǎn)生的干擾效應(yīng),必須知道干擾信號的空間、時(shí)間或頻率分布。該分布可用功率密度P=(t,f,Φ,r)來表示,括號中的變量分別為時(shí)間、頻率、方位和距離。根據(jù)干擾源的頻率分布特性可知干擾的頻譜寬度,它分為窄帶及寬帶兩種。“窄”、“寬”都是相對于被干擾對象的工作帶寬而言。在國家軍標(biāo)GJB72-85中規(guī)定窄帶干擾能量頻譜落在對象的工作通頻帶之內(nèi),而寬帶干擾的能量譜相當(dāng)寬,其能量分布在幾十赫茲到上百兆赫茲,如雷電脈沖、靜電放電及核脈沖的頻譜則可達(dá)到幾兆赫茲或幾千兆赫茲。區(qū)別“窄帶(NB)”、“寬帶(BB)”的最簡單的方法是:給定接收機(jī)(或被干擾設(shè)備的輸入級)的通頻帶帶寬(Bp)以及干擾源的基頻F0,則干擾類型可判別如下:當(dāng)Bp>F0時(shí),為寬帶;當(dāng)Bp<F0時(shí),為窄帶。如圖1-4所示,干擾信號的任意兩個(gè)諧波的頻率間隔大于接收機(jī)的帶寬時(shí)為窄帶干擾,反之為寬帶干擾。圖1-4窄帶及寬帶干擾1.1.7電磁兼容性分析與設(shè)計(jì)方法

1.電磁兼容性分析方法隨著電子技術(shù)的發(fā)展,電磁兼容技術(shù)也在不斷地向前發(fā)展,電磁兼容性分析方法逐步得到提高和完善,按其發(fā)展過程,通常分為三種方法,即問題解決法、規(guī)范法和系統(tǒng)法［7］。

1)問題解決法該方法是解決電磁兼容問題的早期方法,首先按常規(guī)設(shè)計(jì)建立系統(tǒng),然后再對現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的電磁干擾問題設(shè)法予以解決。由于系統(tǒng)已安裝完工,要解決電磁干擾問題比較困難,為了解決問題可能進(jìn)行大量的拆卸,甚至要重新設(shè)計(jì),對于大規(guī)模集成電路要嚴(yán)重地破壞其圖版。因此問題解決法是一種非常冒險(xiǎn)的方法,而且這種頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的方法是不能從根本上解決電磁干擾問題的。這種方法在設(shè)計(jì)階段節(jié)省電磁兼容支持所增加的成本,但在成品的最后階段解決電磁兼容問題不僅困難大,而且成本很高。這種方法只適合比較簡單的設(shè)備。

2)規(guī)范法規(guī)范法是比問題解決法較為合理的一種方法,該方法是按現(xiàn)行電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)(國家標(biāo)準(zhǔn)或軍用標(biāo)準(zhǔn))所規(guī)定的極限值來進(jìn)行計(jì)算,使組成系統(tǒng)的每個(gè)設(shè)備或子系統(tǒng)均符合所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),并按標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的試驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)方法核實(shí)它們與規(guī)范中規(guī)定極限值的一致性。該方法可在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)前對系統(tǒng)的電磁兼容提供一些預(yù)見性。其缺點(diǎn)是:

(1)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范中的極限值是根據(jù)最壞情況規(guī)定的,這就可能導(dǎo)致設(shè)備或子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過于保守,引起過儲備保護(hù)設(shè)計(jì);

(2)規(guī)范法沒有定量地考慮系統(tǒng)的特殊性,這就可能遺留下許多電磁兼容問題在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)才能發(fā)現(xiàn),并需事后解決這些問題;

(3)該方法對系統(tǒng)之間的電磁耦合常常不做精確考慮和定量分析;

(4)設(shè)備或子系統(tǒng)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)性能并不是用固定的規(guī)范法聯(lián)系起來的,為了符合對設(shè)備或子系統(tǒng)的固定要求,會導(dǎo)致提高成本來修改設(shè)計(jì),但該固定要求不一定符合實(shí)際情況。由上述可見,規(guī)范法的主要缺點(diǎn)在于既有可能過儲備設(shè)計(jì),同時(shí)謀求解決的問題又不一定是真正存在的問題。

3)系統(tǒng)法系統(tǒng)法是近幾年興起的一種設(shè)計(jì)方法,它在產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)階段對產(chǎn)品的每一個(gè)可能影響產(chǎn)品電磁兼容性的元器件、模塊及線路建立數(shù)學(xué)模型,利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具對其電磁兼容性進(jìn)行分析預(yù)測和控制分配。從而為整個(gè)產(chǎn)品的滿足要求打下良好基礎(chǔ)。系統(tǒng)法是電磁兼容設(shè)計(jì)的先進(jìn)方法,它集中了電磁兼容方面的研究成就,根據(jù)電磁兼容要求給出最佳工程設(shè)計(jì)的方法。系統(tǒng)法從設(shè)計(jì)開始就預(yù)測和分析電磁兼容性,并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、組裝和實(shí)驗(yàn)過程中不斷對其電磁兼容性進(jìn)行預(yù)測和分析。由于在設(shè)計(jì)階段采取電磁兼容措施,因此可以采取電路與結(jié)構(gòu)相結(jié)合的技術(shù)措施。這種方法通常在正式產(chǎn)品完成之前解決90％的電磁兼容問題。無論是問題解決法、規(guī)范法還是系統(tǒng)法設(shè)計(jì),其有效性都應(yīng)是以最后產(chǎn)品或系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況或檢驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)則,必要時(shí)還需要結(jié)合問題解決法才能完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.電磁兼容性設(shè)計(jì)方法在設(shè)備或系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段,同時(shí)進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì),把電磁兼容的大部分問題解決在設(shè)計(jì)定型之前,可得到最好的費(fèi)/效比。如果等到生產(chǎn)階段再去解決,不但在技術(shù)上帶來很大的難度,而且會造成人力、財(cái)力和時(shí)間的極大浪費(fèi),其費(fèi)/效比如圖1-5所示。圖1-5產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程中的可采取的EMC措施與費(fèi)/效比電磁兼容設(shè)計(jì)的基本方法是指標(biāo)分配和功能分塊設(shè)計(jì),也就是首先要根據(jù)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)(國際、國家、行業(yè)、特殊標(biāo)準(zhǔn)等)把整體電磁兼容指標(biāo)逐級分配到各功能塊上,細(xì)化成系統(tǒng)級、設(shè)備級、電路級和元件級的指標(biāo)。然后,按照要實(shí)現(xiàn)的功能和電磁兼容指標(biāo)進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。例如,按電路或設(shè)備要實(shí)現(xiàn)的功能,按騷擾源的類型,按騷擾傳播的渠道,以及按敏感設(shè)備的特性等。1.1.8電磁兼容性研究的基本內(nèi)容電磁兼容性研究的基本內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

(1)電磁騷擾特性及其傳播方式的研究。人們?yōu)榱擞行У乜刂齐姶膨}擾,首先得摸清騷擾的特性和它的傳播方式,如根據(jù)騷擾頻譜分布可以了解騷擾特性是窄帶的還是寬帶的;根據(jù)作用的時(shí)間可以把騷擾分成連續(xù)的、間歇的或者是瞬變的;按傳播方式騷擾又可分為傳導(dǎo)、輻射、感應(yīng)或共地阻抗耦合等幾類。

(2)電磁兼容性設(shè)計(jì)的研究。電磁兼容性設(shè)計(jì)的研究包括兩方面:一是干擾控制技術(shù)的研究;二是費(fèi)/效比的綜合分析。干擾控制就是采用各種措施,從電路、結(jié)構(gòu)、工藝和組裝等方面控制電磁干擾。干擾控制技術(shù)的研究又必然促進(jìn)高性能元器件、功能模塊和新型防護(hù)材料的研制。所謂費(fèi)／效比,就是對采取的各種電磁兼容性措施進(jìn)行成本和效能的分析比較。如果工程設(shè)計(jì)中既滿足了高性能指標(biāo),又達(dá)到花錢最少的目的,就獲得了很好的費(fèi)/效比。

(3)電磁兼容性頻譜利用的研究。無線電頻譜是一個(gè)有限的資源,如何合理地利用無線電頻譜,防止頻譜污染,消除電磁騷擾對武器裝備和人體的危害,預(yù)防電子系統(tǒng)之間和系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備間的相互干擾,已引起各國的高度重視,我國也已成立了專門的管理機(jī)構(gòu)。

(4)電磁兼容性規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的研究。電磁兼容性規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)是電磁兼容性設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。通過制定規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)來限制電子系統(tǒng)或設(shè)備的電磁發(fā)射,提高敏感設(shè)備的抗擾度,從而使系統(tǒng)和設(shè)備相互干擾的可能性大大下降,力求防患于未然。

(5)電磁兼容性測試和模擬技術(shù)的研究。由于電磁環(huán)境復(fù)雜、頻率范圍寬廣、干擾特性又各不相同,因此電磁兼容性測試不但項(xiàng)目繁多,而且還在不斷地深化和擴(kuò)展之中。這就要求不斷改進(jìn)和完善測試技術(shù),研制適合于電磁兼容性測試用的各種模擬源和檢測設(shè)備。1.2電磁兼容技術(shù)的發(fā)展及電磁認(rèn)證1.2.1電磁兼容技術(shù)的發(fā)展

1.電磁兼容技術(shù)發(fā)展簡史由于電磁兼容是通過控制電磁干擾來實(shí)現(xiàn)的,因此電磁兼容學(xué)是在認(rèn)識電磁干擾、研究電磁干擾、對抗電磁干擾和管理電磁干擾的過程中發(fā)展起來的。電磁干擾是人們早就發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象,它幾乎跟電磁效應(yīng)的現(xiàn)象同時(shí)被發(fā)現(xiàn)。早在19世紀(jì)初,隨著電磁學(xué)的萌芽和發(fā)展,1823年安培提出了電流產(chǎn)生磁力的基本定律,1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,總結(jié)出電磁感應(yīng)定律,揭示了變化的磁場在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的規(guī)律。1840年美國人亨利成功地獲得了高頻電磁振蕩。1864年麥克斯韋綜合了電磁感應(yīng)定律和安培全電流定律,總結(jié)出麥克斯韋方程,提出了位移電流的理論,全面地論述了電和磁的相互作用并預(yù)言了電磁波的存在。麥克斯韋的電磁場理論為認(rèn)識和研究電磁干擾現(xiàn)象奠定了理論基礎(chǔ)。

1881年英國科學(xué)家希維賽德發(fā)表了“論干擾”的文章,標(biāo)志著研究干擾問題的開端。1888年德國物理學(xué)家赫茲首創(chuàng)了天線,第一次把電磁波輻射到自由空間,同時(shí)又成功地接收到電磁波,用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,從此開始了對電磁干擾問題的實(shí)驗(yàn)研究。1889年英國郵電部門研究了通信中的干擾問題,使干擾問題的研究開始走向工程化和產(chǎn)業(yè)化。顯而易見,干擾與抗干擾問題貫穿于無線電技術(shù)發(fā)展的始終。電磁干擾問題雖然由來已久,但電磁兼容這一新的學(xué)科卻是到近代才形成的。在干擾問題的長期研究中,人們從理論上認(rèn)識了電磁干擾產(chǎn)生的原因,明確了干擾的性質(zhì)及其數(shù)學(xué)物理模型,逐漸完善了干擾傳輸及耦合的計(jì)算方法,提出了抑制干擾的一系列技術(shù)措施,建立了電磁兼容的各種組織及電磁兼容系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,解決了電磁兼容分析、預(yù)測設(shè)計(jì)及測量等方面一系列理論問題和技術(shù)問題,逐漸形成一門新的分支學(xué)科——電磁兼容學(xué)。

20世紀(jì)以來,由于電氣電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,隨著通信、廣播等無線電事業(yè)的發(fā)展,人們逐漸認(rèn)識到需要對各種電磁干擾進(jìn)行控制,特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家格外重視控制干擾,他們成立了國家級以及國際間的組織,并發(fā)布了一些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范性文件。如德國的電氣工程師協(xié)會、國際電工委員會(IEC)、國際無線電干擾特別委員會(CISPR)等,開始對電磁干擾問題進(jìn)行世界性有組織的研究。為了解決干擾問題,保證設(shè)備可靠性,20世紀(jì)40年代初提出電磁兼容性的概念。1944年,德國電氣工程師協(xié)會制定了世界上第一個(gè)電磁兼容性規(guī)范VDE-0878。1945年,美國頒布了美國最早的軍用規(guī)范JAN-I-225。

20世紀(jì)60年代以后,電氣與電子工程技術(shù)迅速發(fā)展,其中包括數(shù)字計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、測試設(shè)備、電信、半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。在所有這些技術(shù)領(lǐng)域內(nèi),電磁噪聲和克服電磁干擾產(chǎn)生的問題引起人們的高度重視,促進(jìn)了在世界范圍內(nèi)電磁兼容技術(shù)的研究。

20世紀(jì)70年代,電磁兼容技術(shù)逐漸成為非常活躍的學(xué)科領(lǐng)域之一。較大規(guī)模的國際性電磁兼容學(xué)術(shù)會議,每年召開一次。美國最有影響的電子電氣工程師協(xié)會IEEE的權(quán)威雜志,專門設(shè)有EMC分冊。美國學(xué)者B·E·凱瑟撰寫了系統(tǒng)性的論著《電磁兼容原理》。美國國防部編輯出版了各種電磁兼容性手冊,廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來,隨著通信、自動(dòng)化、電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電磁兼容學(xué)已成為十分活躍的學(xué)科,許多國家(美國、德國、日本、法國等)在電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,分析預(yù)測、設(shè)計(jì)、測量及管理等方面均達(dá)到了很高水平,有高精度的EMI及電磁敏感度(EMS)自動(dòng)測量系統(tǒng),可進(jìn)行各種系統(tǒng)間的EMC試驗(yàn),研制出系統(tǒng)內(nèi)及系統(tǒng)間的各種EMC計(jì)算機(jī)分析程序,有的程序已經(jīng)商品化,形成了一套較完整的EMC設(shè)計(jì)體系。在電磁干擾的抑制技術(shù)方面,已研制出許多新材料、新工藝及規(guī)范的設(shè)計(jì)方法?！﹪疫€建立了對軍品和民品的EMC檢驗(yàn)及管理機(jī)構(gòu),不符合EMC質(zhì)量要求的產(chǎn)品不準(zhǔn)投入市場。電磁兼容技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)并行工程系統(tǒng)的實(shí)施項(xiàng)目組成部分。產(chǎn)品電磁兼容性達(dá)標(biāo)認(rèn)證已由一個(gè)國家范圍發(fā)展到一個(gè)地區(qū)或一個(gè)貿(mào)易聯(lián)盟采取的統(tǒng)一行動(dòng)。從1996年1月1日開始,歐洲共同體12個(gè)國家和歐洲自由貿(mào)易聯(lián)盟的北歐6國共同宣布實(shí)行電磁兼容性許可證制度,使電磁兼容性認(rèn)證與電工電子產(chǎn)品安全性認(rèn)證處于同等重要的地位。EMC技術(shù)涉及的頻率范圍寬達(dá)400GHz,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對電磁兼容和標(biāo)準(zhǔn)不斷提出新的要求,其研究范圍也日益擴(kuò)大?，F(xiàn)在電磁兼容已不只限于電子和電氣設(shè)備本身,還涉及從芯片直到各種艦船、航天飛機(jī)、洲際導(dǎo)彈,甚至整個(gè)地球的電磁污染、電磁信息安全、電磁生態(tài)效應(yīng)及其他一些學(xué)科領(lǐng)域。所以某些學(xué)者已將電磁兼容這一學(xué)科擴(kuò)大,改稱為環(huán)境電磁學(xué)。各種測試方法和測試標(biāo)準(zhǔn)已開展了全方位的研究,例如,VDE、FTZ、FCC、BS、MIL-STD、VG、PTB、NAC-SIM、IEC、CISPR和ITU-T等標(biāo)準(zhǔn)逐年更新版本,并趨向于全球公認(rèn)化。各種規(guī)模的EMC論證、設(shè)計(jì)、測試中心如雨后春筍般出現(xiàn)。各國都注重EMC教育和培訓(xùn)及學(xué)術(shù)交流。研究的熱點(diǎn)已涉及許多方面,如計(jì)算機(jī)安全、電信設(shè)備EMC、無線設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、機(jī)器人、移動(dòng)通信設(shè)備、航空航天飛機(jī)、艦船、武器系統(tǒng)及測量設(shè)備等EMC問題,各種線纜的輻射和控制,超高壓輸電線及交流電氣鐵道的電磁影響,電磁場生物效應(yīng),地震電磁現(xiàn)象,接地系統(tǒng)和屏蔽系統(tǒng)等等。

2.我國電磁兼容技術(shù)的發(fā)展我國開展對電磁兼容理論和技術(shù)的研究起步較晚,與國際間的差距較大。我國第一個(gè)干擾標(biāo)準(zhǔn)是1966年由原第一機(jī)械工業(yè)部制定的部級標(biāo)準(zhǔn)JB854-66《船用電氣設(shè)備工業(yè)無線電干擾端子電壓測量方法與允許值》。直到20世紀(jì)80年代初,我國才有組織、系統(tǒng)地研究并制定國家級和行業(yè)級的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。我國自從1983年發(fā)布第一個(gè)國家電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)無線電干擾基本測量方法》到2000年,已發(fā)布了80多項(xiàng)有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

20世紀(jì)80年代以來,國內(nèi)電磁兼容學(xué)術(shù)組織紛紛成立,學(xué)術(shù)交流頻繁。1984年,中國通信學(xué)會、中國電子學(xué)會、中國鐵道學(xué)會和中國電機(jī)工程學(xué)會在重慶召開了第一屆全國性電磁兼容學(xué)術(shù)會議。1992年5月,中國電子學(xué)會和中國通信學(xué)會在北京成功地舉辦了“第一屆北京國際電磁兼容學(xué)術(shù)會議(EMC’92／Beijng)”。這標(biāo)志著我國電磁兼容學(xué)科的迅速發(fā)展并參與世界交流。我國在1986年成立了“全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會”(簡稱無干委),并先后對應(yīng)IEC／CISPR成立了A、B、C、D、E、F、G、S共8個(gè)分技術(shù)委員會,見表1-3。表1-3全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會表1-3所示的A～G分會分別對應(yīng)于CISPR的相應(yīng)分會,其名稱與任務(wù)完全與CISPR各分會相同。而S分會是根據(jù)我國的實(shí)際情況為處理各系統(tǒng)之間的電磁兼容而成立的。

1997年,為全面規(guī)劃和推進(jìn)我國EMI標(biāo)準(zhǔn)的制定和修訂工作,促進(jìn)國內(nèi)電磁兼容技術(shù)發(fā)展和保護(hù)電磁環(huán)境,及時(shí)成立了“全國電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)合工作組”,其主要目的是:促進(jìn)EMI標(biāo)準(zhǔn)的制定和修改工作,協(xié)調(diào)我國各相關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)化組織,進(jìn)而更好地適應(yīng)電子產(chǎn)業(yè)的EMI認(rèn)證和市場需要。

20世紀(jì)90年代以來,隨著國民經(jīng)濟(jì)和高新科技的迅速發(fā)展,在航空、航天、通信、電子、軍事等部門,電磁兼容技術(shù)受到格外重視,并投入了較大的人力和財(cái)力,建立了一批電磁兼容試驗(yàn)和測試中心及電磁兼容性實(shí)驗(yàn)研究室,引進(jìn)了許多現(xiàn)代化的電磁干擾和敏感度自動(dòng)測試系統(tǒng)和試驗(yàn)設(shè)備。在國家標(biāo)準(zhǔn)組織的基礎(chǔ)上,各部委日益重視電磁兼容問題,紛紛制定相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。在這方面,原電子部和郵電部都有一定數(shù)量的SJ和YD的電磁兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),對國家電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)作了有益的補(bǔ)充和完善。隨著信息產(chǎn)業(yè)部的成立和我國電信業(yè)的迅猛發(fā)展,通信設(shè)備的安全性和可靠性越來越受到人們的重視,特別是無線通信的發(fā)展對國家的頻譜管理和空間電磁波的騷擾,以及人身安全等方面提出了更高的要求,信息產(chǎn)業(yè)部科技司標(biāo)準(zhǔn)處根據(jù)實(shí)際情況特別制定了《信息產(chǎn)業(yè)部“十五”標(biāo)準(zhǔn)制定規(guī)劃——通信電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系》。

2001年12月,國家發(fā)布《強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證管理規(guī)定》,英文名稱為ChinaCompulsoryCertification,英文縮寫為“CCC”,簡稱為“3C”認(rèn)證。3C認(rèn)證對這些產(chǎn)品的安全性能、電磁兼容性、防電磁輻射等方面都作了詳細(xì)規(guī)定。從2002年5月1日起,國家相關(guān)部門開始受理第一批列入強(qiáng)制性產(chǎn)品目錄的認(rèn)證申請,包括涉及安全、電磁兼容、環(huán)境保護(hù)要求的19大類、132種產(chǎn)品。對列入目錄的產(chǎn)品,未獲得強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證證書和未施加強(qiáng)制性認(rèn)證標(biāo)志的產(chǎn)品不得出廠、進(jìn)口和銷售。這將進(jìn)一步促進(jìn)全民的電磁兼容性意識,促進(jìn)電磁兼容技術(shù)的更深入的發(fā)展。1.2.2電磁兼容技術(shù)的認(rèn)證隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電磁污染越來越嚴(yán)重,直接影響到人類生命和電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。世界各國均采用頒布標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)或法律形式,對電子產(chǎn)品電磁兼容性能提出強(qiáng)制要求,比如日本的電取法、美國的FCC等。隨著歐共體CE指令的發(fā)布實(shí)施,中國在原來強(qiáng)制貫徹執(zhí)行部分標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,自1996年開始醞釀電磁兼容認(rèn)證工作。在1998年國家機(jī)構(gòu)改革后,國務(wù)院對國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的職責(zé)更加明確地給予了規(guī)定,國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于1999年1月發(fā)文《關(guān)于批準(zhǔn)籌建中國電磁兼容認(rèn)證委員會的通知》(質(zhì)檢監(jiān)局(1999)06號),批準(zhǔn)籌建電磁兼容認(rèn)證委員會,于1999年10月8日發(fā)文《關(guān)于引發(fā)電磁兼容認(rèn)證管理辦法的通知》(質(zhì)檢監(jiān)局認(rèn)發(fā)(1999)223號),批準(zhǔn)實(shí)施《電磁兼容認(rèn)證管理辦法》,2000年8月24日國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局正式頒發(fā)首批強(qiáng)制監(jiān)督管理的電磁兼容認(rèn)證產(chǎn)品目錄(質(zhì)檢監(jiān)局認(rèn)發(fā)(2000)136號),正式啟動(dòng)了中國電磁兼容認(rèn)證制度。自2001年質(zhì)檢總局和認(rèn)監(jiān)委、標(biāo)準(zhǔn)委成立之后,發(fā)布了一系列規(guī)章及規(guī)范性文件。質(zhì)檢總局第5號令《強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證管理規(guī)定》做了一系列嚴(yán)格規(guī)定,認(rèn)證標(biāo)志的名稱為“中國強(qiáng)制認(rèn)證”(ChinaCompulsoryCertification,縮寫為CCC,也可以簡稱為3C標(biāo)志)。根據(jù)認(rèn)監(jiān)委的公告,強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證新制度自2002年5月1日起實(shí)施,舊的制度自2003年8月1日廢止。

1.開展電磁兼容認(rèn)證的重要性電磁波頻譜是一種資源。人類賴以生存、發(fā)展文明和促進(jìn)社會進(jìn)步,都離不開環(huán)境中的三大要素——空氣、水和資源(礦山、森林等)。自20世紀(jì)中葉以后,隨著無線電科技的發(fā)展,電磁波頻譜資源已廣泛應(yīng)用于人們工作和生活的各個(gè)方面。人們開始意識到這個(gè)由空間、時(shí)間和無線電三要素組成的電磁波頻譜資源是人類的重要資源。電磁波頻譜資源是一種有限的自然資源,但同時(shí)也是一種比較獨(dú)特的資源。電磁波頻譜是不可見的,它雖然是有限的,但不是消耗性的。因此,不利用它或不充分利用它是對這一資源的浪費(fèi)。電磁波頻譜各頻段傳播特性的不同又會因使用不當(dāng)而造成本身利用率的下降,或干擾影響其他信道而再次造成資源的浪費(fèi)。因此,對這一寶貴而特殊的資源,既要科學(xué)地管理,又要更有效地應(yīng)用。各國為了保護(hù)各個(gè)科技部門領(lǐng)域的發(fā)展,建立了專門機(jī)構(gòu),實(shí)施科學(xué)的頻譜分配與管理。國際電信聯(lián)盟(ITU)對各種不同的用途規(guī)定了相應(yīng)的可使用的頻率范圍。在某一規(guī)定的頻率上工作的設(shè)備或系統(tǒng),不希望工作在其他頻率上的設(shè)備對其施加干擾,但往往電磁干擾信號是寬帶的,頻譜分布十分廣泛,產(chǎn)生干擾是不可避免的。例如,汽車點(diǎn)火產(chǎn)生的電磁干擾信號就會對電視接收機(jī)造成干擾,問題的關(guān)鍵是將這些干擾信號限制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值之下。實(shí)施電磁兼容認(rèn)證,可有效地保證產(chǎn)品的電磁兼容性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求,提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力,抑制電磁干擾,從而提高頻譜的綜合利用密度,合理利用電磁波頻譜資源。隨著各種用電設(shè)備的廣泛使用,人們的生活空間充滿了電磁波,其中有的是為通信、廣播而有意發(fā)射的;有的是非有意發(fā)射的,如計(jì)算機(jī)工作時(shí)對外界輻射的電磁波,這些電磁波的存在對環(huán)境造成了污染。早在1969年聯(lián)合國人類發(fā)展大會上就將電磁波列為環(huán)境污染源之一,隨著社會的發(fā)展,電磁污染必將越來越嚴(yán)重,從保護(hù)環(huán)境出發(fā)必須加以防治。實(shí)施電磁兼容認(rèn)證可有效地抑制用電設(shè)備的電磁干擾,保護(hù)和凈化電磁環(huán)境。電磁兼容是以電磁場理論為基礎(chǔ),涉及信息、電子、通信、材料和生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科的一門邊緣學(xué)科。電磁兼容跨學(xué)科的特點(diǎn)使得影響產(chǎn)品電磁兼容性的參數(shù)繁多,也使電磁兼容的技術(shù)復(fù)雜,測試要求高。而隨著電工、電子產(chǎn)品向智能化、信息化方面發(fā)展,電子技術(shù)含量越來越高,對電磁兼容技術(shù)提出了更高的要求。產(chǎn)品的電磁兼容性能直接影響到產(chǎn)品性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和提高。實(shí)施電磁兼容認(rèn)證可提高產(chǎn)品的技術(shù)水平和競爭力,促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。電磁兼容問題的日益突出,使世界上許多國家紛紛采取措施對產(chǎn)品的電磁兼容性進(jìn)行控制,并將其作為市場準(zhǔn)入的條件,電磁兼容認(rèn)證已成為國際上電磁兼容領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和一種技術(shù)壁壘。例如,1989年5月3日歐共體在官方公報(bào)上頒布了89／336／EEC指令,官方公報(bào)編號為L139／19,89／336／EEC電磁兼容指令適用于最終用戶使用的所有電子和電氣器具以及包含有電子元件和(或)電氣元件的設(shè)備和系統(tǒng),在89／336／EEC指令中,將電子和電氣器具及系統(tǒng)稱為“裝置”。歐共體的89／336／EEC電磁兼容指令大大推進(jìn)了全球的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制執(zhí)行和電磁兼容認(rèn)證工作,使其向更加規(guī)范化與法制化方向發(fā)展。除歐共體外,一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家也在推進(jìn)這方面的工作。如德國的電氣工程師協(xié)會(VDE)早在1949年就制定了“高頻設(shè)備運(yùn)行法(HfrG)”;美國的聯(lián)邦通信委員會(FCC)與政府、企業(yè)合作制定的FCC標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī),內(nèi)容涉及無線電、通信等各方面,特別是無線通信設(shè)備和系統(tǒng)的無線電子干擾問題,包括無線電干擾限值與測量方法,認(rèn)證體系與組織管理制度等。我國實(shí)施電磁兼容認(rèn)證可適應(yīng)國際發(fā)展趨勢,有效保護(hù)國內(nèi)市場。一方面,可防止不符合EMC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品進(jìn)入中國市場。另一方面,在歐洲與國際上加緊實(shí)施EMC認(rèn)證的國際貿(mào)易環(huán)境下,若沒有建立自己的認(rèn)證體系,則國內(nèi)產(chǎn)品的出口只得求助于國外的認(rèn)證機(jī)構(gòu)。與此同時(shí),海外公司也將進(jìn)駐我國,開展EMC認(rèn)證業(yè)務(wù),占領(lǐng)我國的這一領(lǐng)域,會使我國企業(yè)受制于人。

2.國內(nèi)的電磁兼容認(rèn)證產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證是依據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)技術(shù)要求,經(jīng)認(rèn)證機(jī)構(gòu)確認(rèn)并通過頒發(fā)認(rèn)證證書和認(rèn)證標(biāo)志來證明某一產(chǎn)品符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)技術(shù)要求的活動(dòng)。認(rèn)證分為安全認(rèn)證和合格認(rèn)證,其認(rèn)證產(chǎn)品必須分別符合《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》中有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和