電磁干擾及兼容技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、電磁干擾與兼容技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前人類的生存環(huán)境也已具有濃厚的電磁環(huán)境內(nèi)涵。隨著城市人日的迅速增長(zhǎng)，汽車、電子通信、計(jì)算機(jī)與電氣設(shè)備大量進(jìn)人家庭，空間人為電磁能量每年都再增長(zhǎng)，21世紀(jì)電磁環(huán)境惡化已成定局嚴(yán)重惡化的電磁環(huán)境對(duì)人類生活日益依賴的通信，計(jì)算機(jī)與各種電子系統(tǒng)都將造成災(zāi)難性的危害。電磁干擾除了可能對(duì)系統(tǒng)的效能有著重大的影響，其影響如圖1所示。為此世界各國(guó)均十分重視愈來(lái)愈復(fù)雜的電磁環(huán)境及其廣泛的影響，電磁兼容技術(shù)是由過去的。電磁干擾。(Electromagnetic Interference)演變而來(lái)的。而人們對(duì)電磁干優(yōu)的研究工作可追溯到19世紀(jì)，希維賽德于1881年寫的“論干

2、擾”一文可算得上最重要的早期文獻(xiàn)，此后188年柏林電氣協(xié)會(huì)成立了干擾問題委員會(huì)，緊接著在1889年英國(guó)郵電部門開始研究其通信干擾問題。到本世紀(jì)20年代以后，各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家都日益重視EMC的研究，成立了許多相關(guān)的國(guó)際組織。本世紀(jì)40年代，為了解決由于飛機(jī)通信系統(tǒng)受到電磁干擾造成飛行事故的問題，開始較為系統(tǒng)地進(jìn)行EMC技術(shù)的研究。美國(guó)自1945年開始，頒布了一系列電磁兼容方面的軍用標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，并不斷加以充實(shí)和完善，使得EMC技術(shù)進(jìn)入新的階段。60年代以來(lái)，現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)向高頻、高速、高靈敏度、高安裝密度、高集成度，高可靠性方向發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，滲透到了整個(gè)社會(huì)的每個(gè)角落。因而發(fā)達(dá)國(guó)家

3、在EMc研究方面投入了大量的人力物力形成了EMC熱。電磁兼容性問題在國(guó)內(nèi)發(fā)展相對(duì)較晚，70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)電磁兼容性問題也引起了重視。特別是我國(guó)海軍艦船，由于對(duì)電子設(shè)備幾及艦船總體設(shè)計(jì)沒有提出電磁兼容性要求，造成艦船設(shè)備的相互干擾，使其通信、探測(cè)、導(dǎo)航能力等下降，從而引起了廣泛的重視，籌建了國(guó)內(nèi)第一個(gè)電磁兼容性實(shí)驗(yàn)研究室。其后，一些軍種、部門及大學(xué)陸續(xù)建立了電磁兼容性實(shí)驗(yàn)研究室，電子及電氣設(shè)備研究、設(shè)計(jì)及制作單位也都紛紛配備了電磁兼容性設(shè)計(jì)人員。目前，參照國(guó)外相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)已系統(tǒng)的制定了一整套軍用及民用電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，并正在切實(shí)地貫徹執(zhí)行。20世紀(jì)80年代后，電磁兼容技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了全新

4、的階段，開始實(shí)行強(qiáng)制認(rèn)證制度了。國(guó)際上，歐盟89/336/EEC電磁兼容指令從1996年1月1日開始強(qiáng)制執(zhí)行，大大推動(dòng)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)范化和法制化方法發(fā)展。需要注意的是2004年12月15日歐洲議會(huì)、歐共體理事會(huì)通過了一個(gè)新的電磁兼容指令:2004/108/EC4，該指令自發(fā)布于歐盟官方公報(bào)之后第20天開始生效，并將于2007年7月20日起強(qiáng)制執(zhí)行，并同時(shí)廢除89/336/EEC指令。這必將進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)電磁兼容認(rèn)證制度的發(fā)展。緊跟國(guó)際潮流，我國(guó)也建立了強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證制度。2001年12月，國(guó)家發(fā)布強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證管理規(guī)定，英文名稱為China Co

5、mpulsory Certification，英文縮寫為CCC，簡(jiǎn)稱為3C認(rèn)證，3C認(rèn)證對(duì)這些產(chǎn)品的安全性能、電磁兼容性、防電磁輻射等方面都做了詳細(xì)規(guī)定。2002年5月1日起，國(guó)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(qǐng)，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(duì)列入目錄的產(chǎn)品，凡未獲得強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證證書和未加施CCC強(qiáng)制性認(rèn)證標(biāo)志的產(chǎn)品，不得出廠、進(jìn)口和銷售。以美國(guó)NIST、英國(guó)NPL以及德國(guó)PTB等為代表的國(guó)立研究機(jī)構(gòu)，他們主要從事各類測(cè)量天線、磁場(chǎng)探頭、電場(chǎng)探頭和EMC測(cè)試場(chǎng)地的校準(zhǔn)研究，并對(duì)外提供服務(wù)。另一類則是專門從事校準(zhǔn)服務(wù)的公司以及EMC檢測(cè)設(shè)備制

6、造商的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，他們均取得了國(guó)際上一些著名認(rèn)證機(jī)構(gòu)的授權(quán)。我國(guó)最早從事電磁兼容技術(shù)研究的是上海電器科學(xué)研究所，早在1962年就開始進(jìn)行無(wú)線電干擾的測(cè)量和船用電機(jī)電器無(wú)線電干擾標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。從事電磁兼容學(xué)科研究的大學(xué)主要有北京郵電大學(xué)、北京交通大學(xué)和東南大學(xué)等。從事電磁兼容檢測(cè)的研究所有上海電器科學(xué)研究所、信息產(chǎn)業(yè)部電子三所、四所、五所和廣州電器科學(xué)研究所、武漢高壓研究所等。但求解區(qū)域遠(yuǎn)大于散射體本身，且場(chǎng)的傳播在空間離散描述，造成空間色散誤差。另外，由于只能在有限區(qū)域內(nèi)計(jì)算，這就要求必須設(shè)置邊界條件。積分方程方法通過求解散射體表面或體積內(nèi)的感應(yīng)電流來(lái)分析散射問題，不存在空間色散誤差。微分方

7、程方法往往比積分方程方法更容易實(shí)現(xiàn)求解任意復(fù)雜媒體環(huán)境下的電磁問題。對(duì)于均勻背景介質(zhì)中的開放域問題，常常采用積分方程方法進(jìn)行求解。對(duì)于單獨(dú)利用微分方程方法積分方程方法均難以求解的問題，往往采用混合方法分析。常見的積分方程方法有矩量法6(MOM)、體積分方程方法(VIEM)。常見的微分方程方法有時(shí)域有限差分法(FDFD)、有限元法(FEM)、區(qū)域分解法(DDM)等。 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)在汽車上的大量應(yīng)用，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向，是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué)，向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器

8、時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電解電鍍電源，傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù)，其體積和重量都會(huì)大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車和變頻傳動(dòng)中，更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率，從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開關(guān)電源技術(shù)，更是各種大功率

9、開關(guān)電源（逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等）的核心技術(shù)。電磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。系統(tǒng)或設(shè)備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作，同時(shí)不對(duì)其他系統(tǒng)和設(shè)備造成干擾。車內(nèi)干擾源電磁干擾源種類繁多，可按不同的方法進(jìn)行分類。對(duì)測(cè)量環(huán)境中直接影響測(cè)量及測(cè)量

10、設(shè)備的 干擾來(lái)源可分為自然干擾源和人為干擾源。車內(nèi)干擾源是指車上各種電子電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾。電子電器設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾是由于汽車上使用的電子產(chǎn)品中有許多導(dǎo)線、線圈和帶有觸點(diǎn)的電器，都具有不同的電容和電感，而任何一個(gè)具有電感和電容的閉合回路都會(huì)形成振蕩回路。當(dāng)電器設(shè)備工作產(chǎn)生火花時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩并以電磁波形式發(fā)射到空中，對(duì)汽車上及周圍數(shù)百米范圍內(nèi)的收音機(jī)、電視機(jī)和其它無(wú)線電裝置的正常工作，產(chǎn)生不同程度的干擾。汽車的無(wú)線電干擾源主要是發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，其干擾波來(lái)自點(diǎn)火系統(tǒng)次級(jí)電壓的高頻振蕩。其次，在發(fā)電機(jī)負(fù)載電流突變和整流時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電磁波。起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、閃光器、觸點(diǎn)式電磁振動(dòng)電喇叭、雨刮

11、器、儀表系統(tǒng)等也都會(huì)產(chǎn)生較小的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的電磁波。汽車電器產(chǎn)生的干擾電磁波具有脈沖特性且頻帶較寬，其頻率一般在0.151 000 MHz之間。汽車電器產(chǎn)生的干擾電磁波，分傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾電磁波，是通過汽車導(dǎo)線直接輸入無(wú)線電設(shè)備和電子設(shè)備內(nèi)部的，而輻射干擾電磁波則是在空間傳播，通過天線輸入無(wú)線電設(shè)備內(nèi)部。車外干擾源由自然現(xiàn)象、社會(huì)環(huán)境等引起的外部電磁干擾對(duì)汽車電子系統(tǒng)的影響也較為嚴(yán)重，外部電磁干擾是指人為的各種電器設(shè)備，如：高壓輸電線、電車軌道附近、廣播電視設(shè)備及無(wú)線電通訊設(shè)備等所輻射出來(lái)的對(duì)汽車起干擾的電磁輻射及由雷電等自然現(xiàn)象引起的電磁干擾。國(guó)外汽車電磁兼容研究現(xiàn)狀目

12、前，世界上汽車發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)汽車電磁兼容研究已經(jīng)取得了一些成就，形成了一套汽車電磁兼容體系。這主要表現(xiàn)在：具有較為完善的汽車電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；具有有效的對(duì)汽車整車和零部件進(jìn)行電磁兼容檢測(cè)、管理和認(rèn)證的機(jī)構(gòu)；具有高精度的汽車電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)；研制出了大型的汽車電磁兼容預(yù)測(cè)、分析和設(shè)計(jì)軟件。1. 較完善的汽車EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國(guó)際電工委員（IEC）、國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)（CISPR）、美國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì) （SAE）、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（DIN）、德國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)（VDE）等組織均在其文件中規(guī)定了抗干擾檢測(cè)的干擾類型及嚴(yán)格等級(jí)。2. 眾多大型的EMC實(shí)驗(yàn)室。德國(guó)大眾從1965年起

13、，開始建立了露天的汽車防無(wú)線電干擾試驗(yàn)臺(tái)，到7O年代不斷改進(jìn)和完善，1978年引進(jìn)了較先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備，1985年大力推進(jìn)汽車電磁兼容中心體系的籌建工作，1987年全新的汽車電磁兼容中心竣工。法國(guó)PSA公司電磁兼容實(shí)驗(yàn)室共有三個(gè)暗室：一個(gè)用于整車，一個(gè)用于零部件和車用接收機(jī)調(diào)整，另外一個(gè)專門用于零部件測(cè)試。測(cè)試整車的暗室尺寸為15.5 m*10 m* 6 113，轉(zhuǎn)臺(tái)直徑8.4113，軸距調(diào)整范圍為2 0003 700 mm。3. 開展汽車EMC預(yù)測(cè)研究。汽車電磁兼容研究以前基本局限在試驗(yàn)上，但是隨著電動(dòng)汽車和混合驅(qū)動(dòng)汽車的出現(xiàn)，以及汽車電氣系統(tǒng)的迅速增加，信號(hào)頻率的不斷提高，汽車電磁兼容問題越

14、來(lái)越成為汽車制造商很重的一個(gè)負(fù)擔(dān)。國(guó)內(nèi)汽車電磁兼容研究概況我國(guó)汽車電磁兼容技術(shù)研究工作起始于汽車電磁干擾特性測(cè)量的研究。2O世紀(jì)8O年代初，開始對(duì)汽車電磁干擾特性進(jìn)行摸底測(cè)量試驗(yàn)。1994年，中國(guó)汽車技術(shù)研究中心在國(guó)內(nèi)率先開展了對(duì)汽車無(wú)線電干擾特性測(cè)量，并對(duì)全國(guó)各型汽車（新車）進(jìn)行了摸底普查。普查結(jié)果統(tǒng)計(jì)，合格率僅為24%，相當(dāng)部分不合格的車輛屬于嚴(yán)重超標(biāo)。從2O世紀(jì)9O年代，我國(guó)開始控制汽車無(wú)線電干擾，國(guó)內(nèi)各汽車檢測(cè)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)紛紛購(gòu)置了電磁干擾接收機(jī)系統(tǒng)，用于研究測(cè)試汽車無(wú)線電干擾水平，并加以控制。包括天津汽車檢測(cè)中心、重慶國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心在內(nèi)的國(guó)家級(jí)汽車檢測(cè)機(jī)構(gòu)均具備電磁干擾檢

15、測(cè)能力。此后，國(guó)內(nèi)開展了汽車及其部件的電磁兼容技術(shù)研究，開始研究并建設(shè)大型電磁兼容實(shí)驗(yàn)設(shè)施。2001年3月中國(guó)汽車技術(shù)研究中心電磁兼容檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室通過了中國(guó)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可委員會(huì)認(rèn)可，標(biāo)志著我國(guó)汽車電磁兼容試驗(yàn)技術(shù)工作有了新的發(fā)展。中國(guó)汽車技術(shù)研究中心電磁兼容實(shí)驗(yàn)設(shè)施包括野外開闊場(chǎng)、電磁波暗室、傳導(dǎo)屏蔽室、放大器室和測(cè)量控制系統(tǒng)。電波暗室作為電磁兼容實(shí)驗(yàn)室的主體，可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的電磁場(chǎng)具有均勻性和衰減性，可以模擬室外開闊場(chǎng)地的電磁分布，完成與電磁場(chǎng)相關(guān)的各種試驗(yàn)。從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，由于我國(guó)汽車工業(yè)整體水平落后，對(duì)汽車電磁兼容性的重要性認(rèn)識(shí)不足，因此，對(duì)電磁兼容的研究還很少。汽車電磁兼容法規(guī)不健全，而且執(zhí)行也不夠嚴(yán)格。1992年我國(guó)頒布了GB14O2392車輛、機(jī)動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)線電干擾特性的測(cè)試方法及允許值強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)汽車向環(huán)境輻射的電磁波干擾作了限制。1998年頒布了GB1761998機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射特性限值和測(cè)量方法。2001年發(fā)布了GBT 18387-2001電動(dòng)車輛的電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度的限值和測(cè)量方法寬帶9 kHz30 MHz。發(fā)展趨勢(shì)：隨著汽車電子化程度的提高，汽車電磁兼容技術(shù)作為汽車技術(shù)的一個(gè)重要分支正在確立。人們關(guān)心和重視汽車電磁兼容性的程度正在提高。我國(guó)汽車電磁兼容技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程將會(huì)加快，新的