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高等电磁

关于电磁兼容发展的综述报告

毋宝玉

摘要:城市人口的迅速增长及人们在生产生活中使用的电气及电子设备的数量与日俱增,汽车、通信、计算机与电子电气设备大量进入家庭,空间人为电磁能量急剧增长电磁环境变得日益恶化。在这种复杂的电磁环境中,如何减少相互的电磁干扰,使各种设备正常运转,是一个亟待解决的问题。

关键字:电磁兼容电磁干扰电磁兼容标准

引言

电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科,涉及电子、计算机、通信、航空航天、铁路交通、电力、军事以至人民生活各个方面。在当今信息社会,随着电子技术、计算机技术的发展,一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加,而且电子设备的频带日益加宽,功率逐渐增大,灵敏度提高,联接各种设备的电缆网络也越来越复杂,因此,电磁兼容问题日显重要。

1 电磁兼容的几个基本问题

1.1电磁兼容的定义

所谓“电磁兼容(EMC)(Electro Magnetic Compatibility)”,是指各种电的设备,包括电信设备和系统,在不损失信号所包含的信息的条件下,信号与干扰共存的能力。换句话说,即在复杂的电磁环境中,设备或系统耐受干扰、保持正常工作的能力。同时,也包括不对环境和周围设备构成无法承受的电磁干扰的性能。

1.2 电磁兼容简史

1864年麦克斯韦全面论述了电和磁的相互作用,提出了位移电流的理论,总结出麦克斯韦方程,预言电磁波的存在,麦克斯韦的电磁场理论是研究电磁兼容的理论基础。1881年英国科学家希维赛德发表了“论干扰”的文章,标志着电磁兼容性研究的开端。1888年德国科学家赫兹首创了天线,第一次把电磁波辐射到自由空间,同时又成功地接收到电磁波。从此开始了电磁兼容性的实验研究。1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题,使电磁兼容性研究开始走向工程化。1944年德国电气工程师协会制订了世界上第一个电磁兼容性规范VDE 0878,1945年美国颁布了第一个电磁兼容性军用规范JAN-I-225。我国从1983年开始也陆续颁布了一系列有关电磁兼容性规范。

1.3 电磁兼容问题的三要素

统要发生电磁兼容性问题,必须存在三个因素,即电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备。

2 电磁兼容性技术内涵

电磁兼容性技术的发展,使其迅速成为一门新兴的综合性应用学科。其理论包含有数学、电磁场理论、天线理论、电路基础、信号分析、通信理论、材料科学、生物、医学等等。其工程领域包括邮电、通信、微电子技术、计算机科学、电力、铁道、造船、航空航天、核物理工程、环保等。它与国计民生、国际贸易等都休戚相关。但由于其没有独立的理论指导,还不能构成独立的理论学科。

2.1电磁兼容设计的问题可以用如下

高等电磁

源源源 图 1

设:PT-辐射源发射功率:MT-辐射源与敏感设备的传输耦合;PA-到达接受者设备处的有效功率。

它们三者的关系为:PA0(即PA>PR)表示有潜在干扰,设备或系统处于不兼容状态;IM<0(即PA

2.2 电磁干扰

根据电磁干扰发生源可将电磁干扰分类如下:

图2 源

(辐射体) 传输(耦合) 途径 接受者 (接收机)

内部干扰

电磁干扰

外部干扰 自然干扰 人为干扰

2.3 电磁兼容问题的四个方面

高等电磁

噪声元件

(a)辐射发射

潜在的敏感元件(b)辐射敏感度

高等电磁

噪声元件

(c)传到发射

潜在的敏感元件

(d)传导敏感度

图3

图3(a)电磁辐射可以发生在交流电源线上,装载子系统的金属机壳上,连接子系统的电缆上,或者是非金属封装的电子元器件上。

图3(b)高频电流出现在长电缆上(1m或更长),电流将非常有效地向外辐射。这根长电缆的作用就像是一根有效地“天线”,可以接受附近其他电子系统的辐射发射。

图3(c)和(d )电磁能量的发射和对电磁能量的敏感性不仅通过空气中的电磁波传播而发生,也会通过金属导体的直接传导而发生。 3 电磁兼容标准体系

图 4

(一)、基础标准: 它规定达到电磁兼容性的一般和基本的条件或规则,它们与涉及电磁兼容问题的所有系列产品、系统或设施有关,并可适用于这些产品,但不规定产品的发射限值或抗扰度判定标准。它们是制定其它电磁兼容标准的基础或引用的文件。

(二)、通用标准:

电 磁兼容标准 通用标准 产品标准 基础标准 术语,定义,指南,报告,实施基础发射标准 基础抗扰性标准 居住,商务,轻工业标准 发射标准 抗扰性标准 工业环境通用标准 产品类标准 专用产品类标准 发射标准 抗扰性标准 产品类发射标准 产品类抗扰性标准 专用产品发射标准

专用产品抗扰性标准

是关于特定环境下的电磁兼容标准,它规定一组最低的基本要求和测量/试验程序,它可应用于该特定环境下工作的所有产品或系统。

(三)、产品标准:

按适用于产品范围大小和产品的特性又分为产品类(或系歹Ij 产品)EMC标准和专用产品EMC标准。

(1)、产品类EMC标准:针对特定的产品类别规定了专门的电磁兼容(发射和抗扰度)要求、限值和测量/试验程序。它比通用标准包含更多的特殊性和详细的性能要求,以及产品的运行条件等。它采用基础标准规定的测量/试验方法,其测试与限值或性能判定准则必须与通用标准相协调,比通用标准优先采用。

(2)、专用产品EMC标准:是关于特定产品、系统或设施而制定的EMC标准,根据这些产品特性必须考虑一些专门的条件。采用的规则和产品类EMC标准相同,比产品类标准优先采用。

4 电磁兼容发展现状

电磁兼容作为一门新兴的学科,其理论基础涉及数学、电磁场理论、电路基础、信号分析等学科与技术,其理论和应用研究始终在不断地发展。

到上世纪20年代后,各工业国家都日益重视电磁干扰的研究,成立了许多相关的国际组织。上世纪40 年代为了解决飞机通信系统受到电磁干扰造成飞机事故的问题,开始较为系统地进行电磁兼容技术的研究。美国自1945年开始,颁布了一系列电磁兼容方面的军用

标准和设计规范,并不断地加以充实和完善,使得电磁兼容技术进入新的阶段。上世纪60年代以来,现代科学技术向高频、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度、高可靠性方向发展,其应用范围越来越广,渗透到了社会的每一个角落,正由于大规模集成电路的出现把人类带入信息时代,近年来信息高速公路和高速计算机技术成为人类社会生产和生活水平主导技术,同时也由于航空工业、航天工业、造船工业以及其他国防军事工业的需要,都使得EMC获得空前的大发展,放眼未来,EMC还将在信息安全和生物电磁学等方面获得较大的进展。

我国开展EMC工作较晚,陆续颁布了一些EMC设计要求、测试方法等国家标准和国家军用标准,但具体的设计规范仍很缺乏。电磁兼容工作渗透到每一个电气电子系统及设备中,只有通过总体设计部门管理协调,才能解决电磁兼容性问题。我们在长期工作中的组织管理没有投入足够的人力物力做深入的研究,这些经验往往不能很好的积累、提高和推广,形成不了设计规范,EMC设计更多的是在低水平上的重复,这种局面有待迫切改变。

5 总结和展望

随着科技进步、电磁环境保护与国际经贸往来的加强,电磁兼容己成为国内外瞩目。由于电磁兼容学科范围很宽,我们在很多方面,都还只是处于起步阶段,我们应该加快步伐,迎头赶上。新的沃尔什函数、有限元方法、电磁拓扑学、时域有限差分法等方法的改进和提高,以及预测法(prediction method)的电磁兼容设计法和新的测试

方法的应用,越来越多的电磁兼容问题将来得到解决。

参考文献:

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