電磁兼容測試(第一章)

1電磁兼容測試

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E-mail2009年9月8日2

第一章

慨論主題內(nèi)容：1、

電磁兼容學科研究的意義2、

電磁兼容的相關(guān)慨念3、

電磁兼容測試的需求分析4、

電磁兼容測試的研究目標與發(fā)展趨勢

5、電磁兼容的預測6、

電磁兼容測試的相關(guān)標準3第一節(jié)電磁兼容學科研究的意義

1、

電磁兼容學科發(fā)展回顧EMC定義：ElectromagneticCompatibility——局限于本身的直譯定義電磁兼容性但作為一門學科來說，應(yīng)譯為“電磁兼容”定義一：“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力”。定義二：“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)境中其它設(shè)備的電磁發(fā)射導致或遭受不允許的降級；它也不會使同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))，因受其電磁發(fā)射而導致或遭受不允許的降級?！蓖ㄋ椎恼f法是：EMC是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。

4電磁兼容的兩個方面：電磁干擾EMI：ElectromagneticInterference；電磁敏感度EMS：ElectromagneticSusceptibility廣義定義：電磁干擾/電磁敏感度、電磁污染、電磁饑餓等一系列的生態(tài)效應(yīng)問題。個人認為：電磁兼容是研究在有限的空間、時間、頻譜資源條件下，各種用電設(shè)備(廣義的還包括生物體)可以共存，并不致引起降級的一門科學。因此，確切的定義應(yīng)為環(huán)境電磁學。5

從最早期的研究（文獻）1881年到現(xiàn)在已有127年歷史；從最簡單的干擾現(xiàn)象研究到電磁兼容/環(huán)境電磁學預測與控制研究，對電磁兼容學科的理解也發(fā)生了重大變化：

“EMC是一門獨立的學科，隨著電磁能量利用的發(fā)展，它將研究：預測并控制變化著的地球和天體周圍的電磁環(huán)境、為了協(xié)調(diào)環(huán)境所采取控制方法、各項電器規(guī)程的制定以及電磁環(huán)境的協(xié)調(diào)和電磁能量的合理利用等?！薄半姶偶嫒荨笔且婚T尚待發(fā)展的交叉學科6電磁兼容學科研究的意義：

電磁兼容學科包含的內(nèi)容十分廣泛，實用性很強。幾乎所有的現(xiàn)代工業(yè)包括：電力、通信、交通、航天、軍工、計算機、醫(yī)療等都必須解決電磁兼容問題。電磁兼容學科涉及的理論基礎(chǔ)包括數(shù)學、電磁場理論、天線與電波傳播、電路理論、信號分析、通信理論、材料科學、生物醫(yī)學等等。不僅是一門尖端的綜合性學科，同時又緊密的與工業(yè)生產(chǎn)、與質(zhì)量控制相聯(lián)系。目前人類享受到高科技帶給人們的各種效益，同人類幾十年來在電磁兼容方面所進行的努力密不可分。與此同時，由于電能的越來越廣泛地應(yīng)用，許多電磁干擾問題仍在困惑著、制約著人們的生產(chǎn)與生活，電磁兼容問題將越來越復雜，電磁兼容的重要性越來越受到人們的重視。電磁兼容測試與試驗是優(yōu)化電磁環(huán)境、改善電磁兼容性的必要手段。在信息社會，EMC將在信息利用、信息安全和生物電磁學等方面獲得較大發(fā)展。72、電磁兼容學科研究的對象

電磁兼容是研究在時間、空間和頻譜資源有限的前提下，系統(tǒng)各設(shè)備可以同時工作，不相互影響或不受干擾影響，不致引起性能降級的一門科學；電磁兼容涉及到數(shù)學、電磁場理論、電路基礎(chǔ)、信號分析、故障診斷、專家系統(tǒng)、分析軟件、自動測試系統(tǒng)等專業(yè)領(lǐng)域；

應(yīng)用范圍涉及到所有電的領(lǐng)域；電磁兼容的研究對象無論時域還是頻域都十分復雜，頻譜范圍也很寬，電路集中參數(shù)與分布參數(shù)同時存在，近場與遠場同時存在，傳導與輻射同時存在。電磁兼容技術(shù)理論基礎(chǔ)寬、工程實踐綜合性強、物理現(xiàn)象復雜，所以在觀測與解決實際問題時，實驗與測量具有重要的意義，成功驗證強烈地依賴于測量。8例：當工作頻率提高時電容、電感及其特性

在電路圖中電感器屬于純粹理想性電感器，電容器也是屬于純粹理想性電容器，然而在EMC的考量中卻偏離理想性具備現(xiàn)實特性。補充93、電磁兼容學科研究的具體內(nèi)容介紹電磁兼容技術(shù)研究的范圍很廣，幾乎所有現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域，如電力、通信、交通、航天、軍工、計算機和醫(yī)療等都必須解決電磁兼容問題。研究的熱點內(nèi)容主要有：電磁干擾源的特性及其傳輸特性；電磁干擾的危害效應(yīng)；電磁干擾的抑制技術(shù)；電磁頻譜的利用和管理；電磁兼容性標準與規(guī)范；電磁兼容性的測量與試驗技術(shù)；電磁泄漏與靜電放電等。

10

電磁兼容研究的范圍很寬。包括理論性的與技術(shù)性的內(nèi)容。具體內(nèi)容大致可以分為以下五個方面：（1）電磁騷擾源（2）傳播特性（3）干擾接收器的抗干擾性能（4）測試設(shè)備、測量方法與統(tǒng)計方法（5）電磁兼容分析、預測與電磁兼容設(shè)計11（1）電磁騷擾源

無論在任何條件下，只要di/dt≠0時，都會產(chǎn)生電磁噪聲。雖然電磁騷擾不僅僅包括電磁噪聲，但電磁噪聲占據(jù)了電磁騷擾的主要部分。自然電磁騷擾源：包括來自銀河系的噪聲；來自太陽系的噪聲；來自大氣層的，如雷電、電離層變動等；靜電放電(ESD)；熱噪聲。人為電磁騷擾源：包括工業(yè)、科學、醫(yī)療射頻設(shè)備(1SM)；高壓電力系統(tǒng)；電牽引系統(tǒng)；內(nèi)燃機點火系統(tǒng)；電視、聲音廣播接收機；家用電器；電動工具；信息技術(shù)設(shè)備；大型電動機、發(fā)電機；核爆炸以及通信、導航、定位、遙控……無線電業(yè)務(wù)發(fā)射機。對電磁騷擾源的研究，在電磁兼容領(lǐng)域顯得十分重要。從源處控制電磁發(fā)射，可以從根本上解決電磁兼容問題。對騷擾源本身的研究是制定工業(yè)產(chǎn)品電磁發(fā)射標準的基礎(chǔ)，這一研究包括無線電噪聲產(chǎn)生的機理、時域或頻域特性等，最終目的是控制騷擾源的電磁發(fā)射。控制騷擾源的發(fā)射，除了從源的機理著手降低其產(chǎn)生電磁噪聲的電平之外，廣泛地應(yīng)用著屏蔽(包括隔離)、濾波與接地技術(shù)。12控制騷擾源發(fā)射的主要辦法：

屏蔽用于切斷通過空間的靜電耦合、感應(yīng)耦合或交變電磁場耦合形成的電磁噪聲傳播途徑。衡量屏蔽的質(zhì)量采用屏蔽效能這一指標。屏蔽問題主要研究各種材料(例如：金屬材料；磁性材料、復合材料等)、各種結(jié)構(gòu)(例如：多層、單層、孔隙等)及各種形狀的屏蔽體的屏幕效能，研究屏蔽體的設(shè)計以及屏蔽與接地的關(guān)系等等。

隔離是用于切斷傳導形式的電磁噪聲的傳播途徑。例如應(yīng)用繼電器、隔離變壓器或光一電隔離器等等。其特點是可以將兩部分電路的地線系統(tǒng)分隔開來，切斷通過地阻抗進行耦合的可能性。濾波是在頻域上處理電磁噪聲的一種技術(shù)。其特點是將不需要的頻率分量濾除掉。例如，對電源濾波器，只保留50Hz的電源頻率，濾除所有的其他頻率的電磁噪聲。而對于各種不同的信號濾波器，其保留的通帶視其信號所需而定。接地是提供有用信號或無用信號電磁噪聲的公共的通路。包括安全地、信號地、電源中線以及系統(tǒng)內(nèi)的各種地線等等。其研究內(nèi)容主要是如何正確地布置地線，接地體的設(shè)計，地線在各種不同頻率時的阻抗等等。13（2）傳播特性

傳播特性的研究方法是根據(jù)電磁場理論建立數(shù)學模型。有時求解數(shù)學模型的解析解很難，因而電磁場的數(shù)值方法常被采用來解決此類問題。當前，隨著計算機的發(fā)展，數(shù)值方法應(yīng)用越來越廣泛。電磁兼容領(lǐng)域傳播特性研究的困難在于：第一，研究的頻率范圍很寬(例如：9kHz～1000MHz覆蓋13個倍頻程以上)，在某個規(guī)定距離上，對較高頻率為遠場，而對較低頻率為近場，所以電磁兼容傳播的數(shù)學模型遠、近場需同時考慮。第二，建模時必需將源(噪聲的產(chǎn)生系統(tǒng))與通道(噪聲傳播系統(tǒng))同時建在一個模型中。第三，由于需要工程上的實用化，所以邊界條件比較復雜，理想化有一定難度。14

電磁噪聲的傳播方式，從大類來分，可分為傳導發(fā)射(CE)與輻射發(fā)射(RE)。傳導發(fā)射主要指通過電源線、信號線、控制線或其他金屬體傳播的電磁噪聲。從廣義上說，傳導發(fā)射還包括不同設(shè)備、不同電路使用公共地線或公共電源線所產(chǎn)生的公共阻抗耦合。輻射發(fā)射指從空間進行的傳播?？梢园o電耦合、磁場耦合以及電磁耦合。區(qū)別主要在于傳播距離與波長之間的關(guān)系。當兩者之比較小時，傳播形式為近場耦合；而當兩者之比較大時，是以遠場(交變電磁場)的形式傳播。輻射發(fā)射主要涉及線與線、機殼與機殼、天線與天線之間的耦合或三者之間的交叉耦合；此外還包括場與線、天線、機殼之間的耦合。15例圖:干擾傳播路徑

16（3）干擾接收器的抗干擾性能

主要研究干擾接收器對電磁騷擾的響應(yīng)及如何提高其抗擾性。研究對象涉及通信、導航、雷達、廣播、電視、信息技術(shù)設(shè)備、遙控、遙測等諸多領(lǐng)域。值得注意的是，某些干擾接收器同時也是電磁騷擾源，例如計算機，通信、廣播接收機等。干擾接收器受到干擾后會產(chǎn)生性能降級，甚至會全部損壞。表征抗干擾性能的指標是抗擾性或敏感性。干擾接收器根據(jù)研究層次不同可以是系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備、印制電路板和各種元器件。抑制電磁發(fā)射的各項措施(屏蔽、濾波、接地等)也都用來改善干擾接收器的抗擾性。為了對干擾接收器的抗擾性給以科學的評價，在測量抗擾性時必需對降級給以明確的判據(jù)。也就是說，給出在什么降級條件下的抗擾性指標(限值)為多少。17對于不同的干擾接收器抗擾性判據(jù)存在差異。例如，對于信息技術(shù)設(shè)備的抗擾性判據(jù)為：①

對于連續(xù)性試驗：設(shè)備能繼續(xù)工作，無性能降級或功能損失。某些情況下，性能允許一些損失。②

對暫時的試驗：測試后，設(shè)備應(yīng)可繼續(xù)工作。某些情況下，性能允許一些損失。③

對電源供給試驗：允許功能失效，但能自行恢復，或者由操作人員介入。但由電池支持的功能與信息不能丟失。18（4）測試設(shè)備、測量方法與統(tǒng)計方法

由于電磁兼容問題的復雜性，因而在理論研究的同時，測量占有突出的重要位置。而貫徹執(zhí)行有關(guān)標準，進行產(chǎn)品的電磁兼容認證，唯一的衡量標準就是測試數(shù)據(jù)。由于測量要求的項目及內(nèi)容越來越多，測量儀表及其配套的軟件自動化是其方向。自動化測量不僅可以大大提高測量速度，而且可以避免人為差錯。天線是電磁兼容測量的重要部件。對其特性，無論是理論研究還是產(chǎn)品設(shè)計都有許多工作要做。在測量工作中，對于測量場地(或者提供被測設(shè)備放置的試驗環(huán)境)應(yīng)給以足夠的重視。如對場地問題注意不夠，測量數(shù)據(jù)的準確性將無從談起。19電磁發(fā)射與電磁抗擾性測量常常帶有較大的不確定性，主要原因在于：

a．用少數(shù)的測量方法不能適應(yīng)各種使用情況；

b．產(chǎn)品本身的離散性；

c．在某一電磁環(huán)境下其他騷擾的影響，應(yīng)在最后的測量結(jié)果中疊加；

d．往往數(shù)據(jù)不夠充分。一般而言，不確定因素a、c、d項，可以用合理的測量方案與嚴格的操作過程加以控制，但產(chǎn)品本身的離散性——？20

EMC測量的不確定性如何處理？國際無線電干擾特別委員會(CISPR)，給出了80％／80％準則，用于根據(jù)抽樣檢驗的結(jié)果來判定這批產(chǎn)品是否合格。這一準則的理論基礎(chǔ)是建立在非中心t分布的計量抽樣之上的。80％／80％準則的意義是：“在電磁騷擾檢驗中，以80％的置信度(DegreeofConfidence)判定該批中80％產(chǎn)品的電磁發(fā)射滿足限值要求”。21（5）電磁兼容分析、預測與電磁兼容設(shè)計

解決電磁兼容性問題，應(yīng)該從產(chǎn)品的開發(fā)階段開始，并貫穿于整個產(chǎn)品(或系統(tǒng))的生產(chǎn)、開發(fā)全過程。電磁兼容設(shè)計，必須依靠電磁兼容分析與預測。這不論對于系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)間的電磁兼容性都是如此。分析與預測的關(guān)鍵在于數(shù)學模型的建立和對系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間電磁干擾的計算、分析程序的編制。數(shù)學模型包括根據(jù)實際電路、布線和參數(shù)建立起來的所有騷擾源、傳播途徑與干擾接收器模型。分析程序應(yīng)能計算所有干擾源通過各種可能傳播途徑對每個干擾接收器的影響，并判斷這些綜合影響的危害是否符合相應(yīng)的標準與設(shè)計要求。程序的優(yōu)劣，不僅僅取決于能夠處理多少個騷擾源與多少個干擾接收器，而且還在于其預測的精確性。22近年來，有人提出將建立于分析基礎(chǔ)上的電磁兼容設(shè)計改變?yōu)榻⒃诰C合的基礎(chǔ)之上。也就是說，不再是根據(jù)騷擾源與干擾接收器的參數(shù)去確定整體的電磁兼容性。而是根據(jù)整體的電磁兼容性指標，去分配給各個騷擾源與干擾接收器，從而提出源的發(fā)射要求與接收器的抗擾度要求。這樣，電磁兼容分析預測就更為重要。經(jīng)驗表明，在產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過程中越早注意解決電磁兼容性，則越可以節(jié)約人力與物力(圖)。

23除此之外，下列部分也是電磁兼容學科研究的對象和內(nèi)容：a)

人為雜波高壓輸電線電暈雜波；

汽車雜波；

接觸雜波；

電氣雜波；

工業(yè)科學醫(yī)療用射頻設(shè)備（ISM）雜波；

城市雜波；其它雜波。b）公用空間各系統(tǒng)的相互影響石油、電力、鐵路、交通、郵電等c）公用網(wǎng)線常常公用同一走廊，而造成的相互影響。d）高層建筑的重影問題e)核電磁脈沖f）空間飛行器的電磁兼容問題g）地震電磁學問題h）無線電通信技術(shù)中的電磁兼容問題i）屏蔽測量問題j）自然界的影響問題k）電磁環(huán)境對人類的危害效應(yīng)問題—環(huán)境保護和電磁兼容l）頻譜資源分配與管理問題m）EMC系統(tǒng)模型n）現(xiàn)代智能電子產(chǎn)品的電磁兼容問題o）軍用電子裝備中的電磁兼容問題24

第二節(jié)

電磁兼容測試的相關(guān)慨念

1、EMC測試或試驗的基本定義

測試領(lǐng)域的專家把有關(guān)測試的行為作以下解釋：測試(Tcst)是指加入一定激勵信號后，用一定的儀器測量某一參數(shù)的變化或響應(yīng)；測量(Measurement)可理解為用一定的儀器和工具測定某一參數(shù)或指標。從某種意義上說測試更多地關(guān)心的是相對變化，而測量的結(jié)果要給出定量的說法。工程上很難把測試、測量嚴格區(qū)分。EMC試驗包容所有的EMC測試、測量活動。由于被測系統(tǒng)受復雜工作狀態(tài)等多種因素影響，一般很難得到準確的量值關(guān)系，或者說測試目的不追求嚴格的定量關(guān)系，注重的是兼容與否的技術(shù)狀態(tài)。本課程中的“測試”更確切的應(yīng)稱為“試驗”。25EMC試驗有不同于一般的電性能試驗的特點：

EMC設(shè)計遠沒有電性能設(shè)計那樣成熟；新的學科及自身的復雜性；電磁干擾是隨機的、多變的，時域波形不太規(guī)則，電磁干擾的頻譜比較復雜；電路分析中的許多分布參數(shù)不容忽視。電磁干擾是與結(jié)構(gòu)、工藝、布局等眾多因素相關(guān)的電磁現(xiàn)象，電磁干擾頻率可以從幾赫茲到幾十吉赫茲，幅度可能是從幾微伏到幾伏、幾十伏，甚至上百伏。EMC測試設(shè)備要求具有穩(wěn)定性好、靈敏度高、頻譜寬、動態(tài)范圍大等特點。對大型電子系統(tǒng)，即使有了好的測試設(shè)備，也不是一次測試結(jié)果就能說明問題，有時要靠多次測試或多種狀態(tài)的測試。并運用統(tǒng)計概率借用大量試驗數(shù)據(jù)作為分析判斷的依據(jù)。綜上所述，EMC測試技術(shù)在EMC領(lǐng)域有著無法替代的地位。262、EMC測試的基本模型按照MIL-STD-461標準，EMC測試可分為四大類，對應(yīng)于EMC系統(tǒng)模型的四個主體部分。27

1）基本慨念EMC的兩個方面：電磁干擾EMI與電磁敏感度EMS

電磁干擾EMI——也有稱為無線電頻率干擾（RFI）是一種不希望存在的信號，它對電子設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作會造成有害影響；

幾乎每一種電子設(shè)備都會產(chǎn)生不同程度的EMI信號；

EMI信號可能是以電磁輻射的形式進行發(fā)射或通過電纜連接進行傳導；

幾乎所有的電子設(shè)備對其他設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾信號都很敏感；28電磁干擾EMI的產(chǎn)生必須具備的三個因素：

傳導和輻射電磁波的源

電磁波借以發(fā)射或傳導的傳播媒介

從接收到的信號中深受干擾的接收器

三者中只要消除其一，EMI就不會發(fā)生。所以要做到電磁兼容，只要設(shè)法減弱發(fā)射源的信號電平或者切斷傳播途徑、或者對接收器進行保護而使其免受干擾：工業(yè)產(chǎn)品的有關(guān)規(guī)定強調(diào)對輻射源加以控制；

軍事上由于其特殊要求，又增加了降低接收機靈敏度的有關(guān)規(guī)定。292）EMC重要的術(shù)語及其定義

——易于出現(xiàn)理解錯誤的術(shù)語及其定義(電磁)發(fā)射(Electromagnetic)Emission從源向外發(fā)出電磁能的現(xiàn)象。(性能)降級Dagradation(OfPerformance)裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的工作性能與正常性能的非期望偏離。電磁騷擾E1ectromagneticDisturbance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。電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化。電磁干擾E1ectromagneticInterference——EMI由電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。30電磁噪聲ElectromagneticNoise一種明顯不傳送信息的時變電磁現(xiàn)象，它可能與有用信號疊加或組合。(對騷擾的)抗擾性Immunity(toaDisturbance)裝置、設(shè)備或系統(tǒng)面臨電磁騷擾不降低運行性能的能力(電磁)敏感性(Electromagnetic)Susceptibility—EMS在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。(騷擾源的)發(fā)射電平EmissionLevel(ofaDisturbingSource)用規(guī)定方法測得的由特定裝置、設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)射的某給定電磁騷擾電平。(來自騷擾源的)發(fā)射限值EmissionLimit(fromaDisturbingSource)規(guī)定的電磁騷擾源最大發(fā)射電平。31發(fā)射裕量EmissionMargin裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容電平與發(fā)射限值之間的差值。抗擾性電平ImmunityLevel將某給定電磁騷擾施加于某一裝置、設(shè)備或系統(tǒng)而其仍能正常工作保持所需性能等級時的最大騷擾電平?？箶_性限值ImmunityLimit規(guī)定的最小抗擾性電平?？箶_性裕量ImmunityMargin裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的抗擾性限值與電磁兼容電平之間的差值。(電磁)兼容裕量(Electromagnetic)CompatibilityMargin。裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的抗擾性限值與騷擾源的發(fā)射限值之間的差值。

有關(guān)發(fā)射電平、抗擾性電平、兼容性電平之間的關(guān)系見圖。3233案例1：一款因設(shè)計缺陷導致的“電源端騷擾電壓”測試不合格的音頻功放制品——測試曲線

電源端騷擾電壓測試曲線

34圖整改后電源端騷擾電壓測試曲線圖

35案例2：電視機機頂盒產(chǎn)品

3M輻射場測試（垂直極化）

共模騷擾信號太強

在電源的初級加裝兩個對稱的470pF電容

再在電源線靠近保險絲的端口套加磁環(huán)36第三節(jié)電磁兼容測試的需求分析一、在新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，EMC工作問題已是重中之重

一方面，很多電子裝備都是具有復雜機械結(jié)構(gòu)和電氣、電子結(jié)構(gòu)的混合系統(tǒng)，電氣、電子設(shè)備的密集度越來越大?，F(xiàn)代電子技術(shù)——迅猛發(fā)展；性能指標要求——越來越高；組成——越來越復雜；系統(tǒng)集成度——越來越高。時間、空間以及頻譜資源——有限；電磁環(huán)境——越來越惡劣，電磁干擾——設(shè)備性能下降；無法工作的現(xiàn)象也時有發(fā)生，嚴重的還造成質(zhì)量事故和設(shè)備損壞以及其它無法估量的損失。另一方面，隨著SOC的迅速發(fā)展，集成電路芯片的集成度也越來越高，其內(nèi)部潛在的電磁干擾則越來越強，抗毀能力越來越差。如干擾效應(yīng)嚴重，可能會導致芯片失靈、故障。尤其在軍事應(yīng)用領(lǐng)域更為突出，我國的軍事電子裝備往往由很多部門或單位研制生產(chǎn)，對于機載設(shè)備各部門如陸航、海航、空軍等的部分設(shè)備技術(shù)制式要求不統(tǒng)一，不同的電子信息設(shè)備集成在一個系統(tǒng)內(nèi)存在不可忽視的電磁兼容問題。37航空、航天軍事裝備如空間飛行器、戰(zhàn)斗機、預警機等系統(tǒng)內(nèi)都有多種電子信息裝備，有的甚至包括幾十種電子設(shè)備。以預警機系統(tǒng)為例：有功率巨大的雷達發(fā)射機短波通信平臺（含特高頻/UHF通信電臺）；電子偵察系統(tǒng)；功率巨大的電子干擾發(fā)射機導航系統(tǒng)二次雷達（敵我識別系統(tǒng)）高度表與電子羅盤指揮與控制系統(tǒng)

……等38在機載預警機系統(tǒng)中，每一種電子設(shè)備都具有：

靈敏度極高的接收機、功率巨大的發(fā)射機；既有輻射電磁干擾信號又對干擾敏感的高速數(shù)字電路；對干擾信號極其敏感的微弱模擬信號檢測電路；所有信號的發(fā)射、接收、測量、控制、處理與供電電源等設(shè)備都必須安裝在體積狹小的載機艙內(nèi)；信號頻譜占用范圍極寬；很多電子設(shè)備的工作頻段相同如多臺特高頻/UHF通信電臺，工作在L波段的二次雷達和塔康導航系統(tǒng)；各種天線都安裝在面積和尺寸都受限制的機身上。相互間電磁干擾，既有天線間的，又有機艙內(nèi)導線間、共用電源、共同地回路以及空間輻射等耦合；通過機外天線輻射進入駕駛艙的電磁場可能干擾飛行儀表，甚至影響飛機安全。

因此，系統(tǒng)的電磁兼容問題、亦即如何保證所有電子設(shè)備，包括載機的儀表和飛行測控設(shè)備能同時正常工作，不因相互電磁干擾而降低性能到容限以下，是預警機設(shè)備系統(tǒng)綜合的首要問題。39例2，在軍用艦載武器平臺中也有大量的電子信息裝備，忽視電子設(shè)備及艦船總體的電磁兼容設(shè)計，曾引起艦載設(shè)備的相互干擾，使通信、探測、導航等能力大大下降，甚至造成電子系統(tǒng)癱瘓。典型的事例是英軍馬島之戰(zhàn)軍艦因電磁兼容問題雷達、通信設(shè)備不能同時工作而被擊沉。例3，海灣戰(zhàn)爭伊拉克軍用電子信息裝備因受電磁干擾而近于癱瘓。

40大量的電子信息裝備因受電磁干擾而近于癱瘓：

大功率可控硅引起電磁干擾可能引起聲納接收機阻塞；中波、短波、超短波、微波站電磁場感應(yīng)入導彈的電爆管或其它設(shè)備中，能引起電爆管爆炸或使性能劣化；機載電子設(shè)備相互干擾引起飛機偏航、損毀或錯誤投彈。41此外，軍用電子設(shè)備本身就是電子干擾的重要目標，外部電磁環(huán)境也會產(chǎn)生電磁干擾，如自然界的雷電、大氣噪聲和宇宙噪聲，各種軍用、民用無線電設(shè)備等。一方面，電磁干擾已成為軍事電子信息裝備技術(shù)發(fā)展道路上必須逾越的巨大障礙。為了保障軍事裝備的正常工作，必須研究電磁干擾，分析預測干擾，研究抑制干擾的技術(shù)手段，對武器裝備的電磁環(huán)境進行優(yōu)化設(shè)計，提高抗干擾能力。另一方面，電磁干擾也是軍事電子信息裝備的一種特殊武器，它會使武器裝備平臺的倍增器變?yōu)樗p器。42例4電磁脈沖武器—新版中國威脅論:電磁脈沖武器走向?qū)崙?zhàn)

EMP泛指迅速變化的電磁場在空間的傳播，過量的電磁輻射會導致電子設(shè)備毀壞、人體健康受損。

EMP武器又可分為微波波束武器與電磁脈沖彈兩大類。

EMP武器的能量從起爆點呈錐形向外延伸，在傳輸過程中不受天氣因素等影響，威力損失小而覆蓋范圍廣。

EMP主要造成電子設(shè)備和設(shè)施的毀傷，對于人員，輕者造成煩躁不安、頭痛、記憶力減退，重者造成肌膚燒傷、內(nèi)部組織損傷，但一般而言無強烈副作用。因此至少從名義上看來更加人道，使用起來顧忌也更少。

EMP是隱形武器的克星。1999年3月，在對南聯(lián)盟的轟炸中，美軍率先使用了尚在試驗中的電磁武器，造成南聯(lián)盟部分地區(qū)通信設(shè)施癱瘓；伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍又發(fā)射攜帶電磁彈頭的巡航導彈攻擊伊拉克國家電視臺，致使其轉(zhuǎn)播信號中斷。43二、電磁騷擾的危害在增長強的電磁場會對人們的健康帶來一定的危害。無論工頻還是射頻電磁場對人體健康都是有害的。關(guān)鍵是危害的性質(zhì)、程度與后果對電磁場強之間的關(guān)系。

相對較弱的電磁騷擾對設(shè)備或系統(tǒng)造成的惡性電磁干擾事故是觸目驚心的。例如：美國一煉鋼廠曾經(jīng)因為控制天車的電路被干擾而造成整個鋼水包的鋼水完全傾倒在車間地面上的事故；又例如：一個配載假肢的騎摩托車人，當行車至高壓電力線下時，由于假肢的控制電路受到干擾而造成車毀人亡的事故。

44

據(jù)一篇論文報導，三位移動通信設(shè)備公司技術(shù)人員與兩位醫(yī)院技術(shù)人員對四臺可植入式心臟起搏器進行了試驗，試驗其對移動通信手持機的抗擾能力。這些心臟起搏器設(shè)計成對于面入射波有10mW／cm2的抗擾度。手持機選用了七種不同型號，包括兩臺模擬機、兩臺北美數(shù)字機(USDC)、兩臺歐洲數(shù)字機(GSM)，另一臺是發(fā)射15ms持續(xù)期的11Hz脈沖，脈沖功率2W。結(jié)論認為，一般來說，模擬調(diào)頻機無明顯影響，而不同制式的數(shù)字機對心臟起搏器工作有影響。因此，必需對這類醫(yī)療器械進行近場敏感性檢測，以保證患者安全。

45

還有許多情況，電磁干擾造成的事故也可能是惡性的。電磁輻射可能干擾電爆裝置，使其誤引爆。當我們知道在航空、航天系統(tǒng)中也廣泛應(yīng)用電爆裝置時，就了解這這一問題的嚴重性。例如：美國土星火箭上大約使用了150個電爆裝置；一架飛機使用的電爆裝置也在百個以上；航天飛機上大約有500個電爆裝置。

射頻電磁輻射也可能對燃油危害。這是由于電磁能量可能產(chǎn)生火花，或引起其他電氣設(shè)備的放電而導致燃油或燃油蒸汽與空氣的混合物被點燃。

46幾個國外航天系統(tǒng)的故障事例(1)土星V-阿波羅12事件1969年11月，土星V—阿波羅12火箭一載人飛船發(fā)射后，飛行正常。起飛后36．5s，飛行高度為1920m時，火箭遭到雷擊。起飛后52s，飛行高度為4300m時，火箭又遭到第二次雷擊。這便是轟動一時的大型運載火箭一載人飛船在飛行中誘發(fā)雷擊的事件。(2)導兵I導彈飛行故障

民兵I導彈的遙測試驗彈多次發(fā)射成功后，1962年開始進行戰(zhàn)斗彈狀態(tài)的飛行試驗。前兩發(fā)彈均遭到失敗。這兩發(fā)彈的故障現(xiàn)象相似，都是在I級發(fā)動機關(guān)機前炸毀的。一個高度為7.6km，另一個為21.8km。在炸毀前，兩發(fā)彈的制導計算機均受到脈沖干擾而失靈。故障是由于導彈飛行到一定高度時，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算機的正常工作而造成的。47新能源車遭遇電磁危機

混合動力汽車時代即將來臨——由于近年來油價高漲，混合動力汽車越來越被世界汽車大國所看重。

危機來自一向非常關(guān)注自身權(quán)益的北美消費者，一些混合動力車的消費者聲稱，他們車內(nèi)的電磁輻射問題較為嚴重，甚至引發(fā)身體不適。加拿大的一家監(jiān)測機構(gòu)也表示，他們在混合動力汽車內(nèi)監(jiān)測到較強的電磁輻射。雖然這一問題目前尚未有定論，但消費者對于電磁輻射的擔憂并非杞人憂天。如今在汽車技術(shù)中，不要說混合動力等電動汽車，就是傳統(tǒng)汽車上，無鑰匙啟動、GPS、藍牙等電子技術(shù)也得到越來越多的應(yīng)用。因此可能帶來的隱性電磁輻射傷害，將成為汽車安全的一部分。更為嚴重的是，在汽車電磁輻射技術(shù)法規(guī)方面，并無太多強制要求。電磁輻射是汽車電子技術(shù)進步、電動汽車時代來臨出現(xiàn)的問題。補充148RFID系統(tǒng)會對運行中的醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾《美國醫(yī)學協(xié)會雜志》公布的一項研究表明，由RFID系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁干擾會嚴重干擾處于深度治療測試中的醫(yī)療設(shè)備。——由在荷蘭阿姆斯特丹大學學術(shù)醫(yī)療中心的研究人員進行的41件醫(yī)療器械測試，一共記錄了34次電磁干擾。JAMA所作的實際報告強調(diào)RFID技術(shù)帶給醫(yī)療器械的危險就如同手機輻射一樣，是RFID設(shè)備產(chǎn)生的潛在問題。

如心臟起搏器、去纖顫器、透析機、輸液/注射器泵和換氣扇都是容易受干擾的醫(yī)療設(shè)備。研究中進行的所有三個外部起搏器測試都發(fā)現(xiàn)了電磁干擾，九次輸液/注射器泵測試中有8次干擾記錄。雖然心臟起搏器沒有完全停止運轉(zhuǎn)，但是九個輸液/注射器泵中有6個停止工作，兩個腎臟替代裝置也無法正常工作。報告最后做出的結(jié)論：

“總之，在受控制的非醫(yī)療試驗背景下，RFID技術(shù)能對醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生潛在危險。在加護病房及其他類似的醫(yī)療環(huán)境環(huán)境下，實施RFID技術(shù)要依據(jù)最新的國際標準進行現(xiàn)場的電磁干擾測試?！?/p>

補充249三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1、

國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢自1945年開始，美國各軍兵種為各自的需要，對屬于各領(lǐng)域的設(shè)備制定各自的EMC要求；但由于各自為政，常常出現(xiàn)欠設(shè)計或過設(shè)計。1965年，美國國防部組織三軍的工程技術(shù)人員和標準化研究人員制定了一個研究電磁干擾專用術(shù)語、測試范圍、測試方法及設(shè)備要求的計劃；美軍標MIL-STD-460系列從第一次發(fā)布至今已經(jīng)歷了30多年的歷程，先后修訂了五個版本。每個版本對測試方法和測試設(shè)備的要求都有一定的改進；測試儀器設(shè)備的研制也取得了重大突破，形成了比較完善的測試系統(tǒng)，并逐步由手動測試到自動測試；EMC專用測試構(gòu)件也隨計算機技術(shù)的發(fā)展逐步升級。目前軍品EMC測試已成為非常規(guī)范化的標準測試。50發(fā)達國家已率先向EMC技術(shù)的新階段—系統(tǒng)設(shè)計法階段發(fā)展系統(tǒng)設(shè)計法是指電子設(shè)備或系統(tǒng)在進行設(shè)計前，運用電磁場理論分析和計算方法以及相關(guān)數(shù)據(jù)來預測系統(tǒng)內(nèi)的電磁環(huán)境，在電性能和EMC同步設(shè)計中對EMC標準進行剪裁，根據(jù)預估的電磁環(huán)境下達設(shè)備、分系統(tǒng)EMC設(shè)計指標，使設(shè)備或系統(tǒng)實現(xiàn)最佳設(shè)計。美國波音飛機公司聲稱按EMC預測結(jié)果設(shè)計的系統(tǒng)有90%以上可以直接達到電磁兼容。美國國家標準局（NBS）承擔EMC測試設(shè)備的計量及場強量值校準，對測試設(shè)備進行認證，并開展對噪聲射頻干擾的仲裁工作。美國國防部馬里蘭州的“EMC分析中心”負責向各軍種提供所需的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)和快速分析。EMC試驗技術(shù)已實現(xiàn)了將測試數(shù)據(jù)用于指導新的設(shè)計的飛躍。51

在現(xiàn)代軍事電子信息裝備建設(shè)中典型的問題就是系統(tǒng)集成中的電磁兼容問題。在發(fā)達國家提出的信息化戰(zhàn)爭慨念——網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)也明確提出電磁兼容的利用。美國在GIG——GlobalInformationgrid中也強調(diào)：存在3個L與4個W之間的矛盾問題三個限制：ThreeLimit（Itisfinite）：Time、Room、Frequencyresources四個W：Whom、When、Where、What52

在國外EMC測試分析技術(shù)與儀器系統(tǒng)領(lǐng)域：

典型的有美國的AGILENT公司提供的EMI測試系統(tǒng)MR2300系列、84115/82105/E7400A系列EMI/EMC測試系統(tǒng)，測試頻率范圍覆蓋9KHz-26.5GHz；R&S作為最大的EMC測試儀器制造商可以為EMC實驗室提供全套EMC測試系統(tǒng)，占有很高的份額。

瑞士的Schaffner公司EMC抗擾度測試系統(tǒng)

此外還有美國TEK、AR、LINGGREN、EMC公司、日本SANKI、瑞典等多家公司推出了多種電磁兼容抗擾性測試分析系統(tǒng)。美國TRW、McDonal、Sognatron等公司以及俄羅斯還推出了針對軍用航空、航天等裝備系統(tǒng)的電磁兼容分析軟件。

532、

國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

與國外相比，我國開展EMC工作較晚，但近幾年發(fā)展很快，陸續(xù)頒布了一些EMC設(shè)計要求、測試方法等國家標準和國家軍用標準，對應(yīng)美軍標MIL-STD-463/461/462/469等分別制定了GJB72/151/152等標準與規(guī)范，但與實際需求相比，具體的設(shè)計規(guī)范仍很缺乏。尤其是復雜的軍事電子信息裝備中多制式電子設(shè)備系統(tǒng)集成的電磁兼容技術(shù)水平與國外先進國家相比存在比較明顯的差距。此外，各部門的電磁兼容技術(shù)發(fā)展水平與應(yīng)用水平很不平衡，甚至標準未統(tǒng)一，信息產(chǎn)業(yè)、航天航空、中船舶等部門開展較早，但不少部門應(yīng)用水平與技術(shù)發(fā)展要求不相適應(yīng)。54

電磁兼容工作滲透到每一個電氣電子系統(tǒng)及設(shè)備中，只有通過總體設(shè)計層次的統(tǒng)一管理協(xié)調(diào)，才能解決電磁兼容性問題。盡管國內(nèi)很多部門都建立了較為先進的電磁兼容檢測中心或?qū)嶒炇?，但長期以來對電磁兼容基礎(chǔ)理論與技術(shù)沒有投入足夠的人力物力做深入的研究，很多經(jīng)驗往往不能很好地積累、提高和推廣，形成不了設(shè)計規(guī)范，EMC設(shè)計更多是在低水平重復，這種局面有待改變。此外，國內(nèi)在電磁屏蔽室、開闊實驗場、電波暗室等EMC標準測試方面，如TEM、GTEM、WTEM，研究較深入，但國內(nèi)研制的的電磁兼容測試系統(tǒng)與分析軟件（已研如飛機電磁兼容分析程序）較少，被測電子信息裝備規(guī)模較小。

55四、EMC技術(shù)的全球發(fā)展趨勢從技術(shù)發(fā)展層面看，EMC技術(shù)主要是研究減少EMI、改進抗擾性、評估人身安全性和維持電磁兼容環(huán)境的各種規(guī)則的標準化。它幾乎涉及電能應(yīng)用如廣播、通訊、運輸、電力、醫(yī)學等等所有領(lǐng)域。隨著計算機、便攜或體內(nèi)安裝信息設(shè)備、家用電器網(wǎng)絡(luò)的快速推廣應(yīng)用，老齡社會到來導致的智能傳輸系統(tǒng)以及植入醫(yī)療設(shè)備使用的增加，EMC技術(shù)也在發(fā)生變化以適應(yīng)社會的需求。由于EMC技術(shù)的目的是使設(shè)計符合有關(guān)的EMC標準和規(guī)則，所以產(chǎn)品設(shè)計階段EMC技術(shù)的全球發(fā)展趨勢是縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代周期和降低價格。ＥＭＣ問題對電子系統(tǒng)的而言面臨嚴峻的挑戰(zhàn)！561、

技術(shù)的發(fā)展趨勢與ＥＭＣ

微處理器應(yīng)用的擴展

高智能電子設(shè)備急增，在有限空間內(nèi)有太多的發(fā)射時如何解決？藍牙技術(shù)的大量使用

世界范圍內(nèi)有超過１２００家公司已經(jīng)接受了藍牙的操作規(guī)范。有超過四億臺設(shè)備使用藍牙。更高的工作頻率

手機—１Ｇ;藍牙—2.4Ｇ;衛(wèi)通—１０Ｇ;汽車雷達—４０Ｇ.

頻率越高，波長越短，更易穿透設(shè)備機箱的縫隙與開孔。大型設(shè)備與系統(tǒng)

ＥＭＣ標準已經(jīng)成功地制定了用于評定設(shè)備和小型系統(tǒng)的測試方法。但用于評定大型設(shè)備抗干擾度的標準方法還很困難。ＥＭC與公共安全電磁場的干擾可能造成電子系統(tǒng)的故障，帶來安全隱患；有意的ＥＭＩ可以破壞設(shè)備的正常工作，危及到公眾的人身安全

572、未來ＥＭＣ問題的解決

保持標準的一致性新技術(shù)的預測高頻端的標準化測試ＥＭ干擾和設(shè)備的功能安全大型系統(tǒng)的測試建立產(chǎn)品的ＥＭＣ標準ＥＭ防護指南58第四節(jié)電磁兼容測試的研究目標與發(fā)展趨勢1、電磁兼容測試的基本模型2、電磁兼容測試的基本試驗設(shè)備3、電磁兼容測試的基本保障條件4、電磁兼容測試的基本方法5、電磁兼容測試的相關(guān)標準制定6、系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間EMC特性與測試研究7、電磁兼容測試的發(fā)展趨勢（補充）8、裝備系統(tǒng)的預測試9、電磁加固技術(shù)研究（補充）591、電磁兼容測試的基本模型

干擾源特性研究；電磁干擾傳播特性研究，裝備系統(tǒng)的傳導干擾與輻射干擾模型；敏感設(shè)備抗干擾性能研究；

2、電磁兼容測試的基本試驗設(shè)備

電磁干擾測量

電磁敏感度測量設(shè)備與EMC相關(guān)的測試603、電磁兼容測試的基本保障條件

EMC實驗室的基本要求

屏蔽暗室設(shè)計要求

GTEM橫電磁波傳輸小室

EMC開闊實驗場地4、電磁兼容測試的基本方法

EMC測試準備

傳導發(fā)射測試

輻射發(fā)射測試

傳導抗擾度測試

輻射抗擾度測試

測試系統(tǒng)的校準

測試誤差分析615、電磁兼容測試的相關(guān)標準制定相關(guān)標準制定、修正與完善是一個不斷發(fā)展的過程。范例：

電磁輻射對醫(yī)院及醫(yī)療設(shè)備的影響——有些被干擾的設(shè)備可能直接涉及生命安全。例如：在加拿大曾對蒙特利爾(Montreal)市區(qū)的五所醫(yī)院(蒙特利爾兒童醫(yī)院、蒙特利爾總醫(yī)院、Jewish總醫(yī)院、維多利亞皇家醫(yī)院、圣瑪麗醫(yī)院)室內(nèi)及室外共39個測點測量了30一1000MHz的電磁輻射場強。并用兩種方法計算了場強。各種電磁輻射源(包括調(diào)頻及電視廣播發(fā)射在內(nèi))對這39個測點的電磁輻射場強均低于3V／m，只有一所醫(yī)院的一個頻點除外。因而，3v／m為加拿大醫(yī)療器械規(guī)定的電磁輻射抗擾度電平。62范例：脈沖群抗擾度試驗的新老標準的不同電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗標準（新的國際標準草案已經(jīng)頒布）

IEC61000-4-4-1995——GB/T17626.4-1998

抗擾度試驗中選用最多，同時也是比較難于通過的一個試驗，亦是試驗人員、產(chǎn)品設(shè)計人員議論最多的一項試驗——試驗的重復性和可比性差

新標準草案的嚴酷度要高于原先的標準：試驗頻率增大，單位時間內(nèi)的脈沖密集程度增加。重復頻率提高注入能量不變。5kHz100kHz脈沖群的持續(xù)時間從15ms縮減到0.75ms

脈沖總量仍為75個，但單位時間內(nèi)的脈沖密集程度增加。

關(guān)鍵點：對脈沖群試驗的故障機理解釋為是干擾脈沖對線路結(jié)電容的充電，脈沖頻率越高，單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)越多，對結(jié)電容的電荷積累也越快，越容易達到線路出錯的閾限。補充636、系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間EMC特性研究和EMC測試研究

對于復雜電子信息裝備，系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)依據(jù)嚴密的理論分析與工程實踐經(jīng)驗總結(jié)，根據(jù)裝備系統(tǒng)電子信息裝備的時間、空間與頻譜構(gòu)成制定合理的電磁兼容準則，并有針對性的運用，科學預測，優(yōu)化電磁兼容設(shè)計.

在設(shè)備特點的基礎(chǔ)上，研究電磁兼容測試方法、測試平臺與分析技術(shù)，重點解決電子信息裝備系統(tǒng)集成聯(lián)調(diào)干擾信號的綜合測試與診斷,抑制傳導、耦合與輻射干擾問題。647、電磁兼容測試的發(fā)展趨勢

——虛擬暗室的測試理論及應(yīng)用

在有背景噪聲的情況下，能快速、精確測量電磁輻射。能將普通工作環(huán)境中的背景噪聲進行“凈化”，創(chuàng)建出一個虛擬暗室（VirtualChamber?）的環(huán)境，從而進行電磁兼容預兼容測試，亦可進行全兼容測試（傳導和發(fā)射）；

能夠準確定位電磁干擾源，排除EMI問題，解決電子設(shè)備尤其是大型設(shè)備或無法搬動的復雜系統(tǒng)的電磁兼容測試問題。

658、裝備系統(tǒng)的預測試

以傳導探測與輻射近場探測為主，遠場為輔。針對預警機等多制式、多協(xié)議、多電子設(shè)備系統(tǒng)集成中的EMC問題，在研究相應(yīng)系統(tǒng)級EMC規(guī)范的基礎(chǔ)之上研制EMC綜合自動測試系統(tǒng)；同時通過通用接口總線、RS422、網(wǎng)絡(luò)等通信接口，與電子信息裝備系統(tǒng)的自動測試系統(tǒng)、平臺、現(xiàn)場測試與故障診斷系統(tǒng)等構(gòu)成一個有機的整體。由于電磁兼容是抗電磁騷擾的擴展與延伸，它研究的重點則是設(shè)備或系統(tǒng)的非預期效果和非工作性能，非預期發(fā)射和非預期響應(yīng)，而在分析騷擾的迭加和出現(xiàn)概率時，還需按最不利的情況考慮，即所謂“最不利原則”，這些都比研究設(shè)備或系統(tǒng)的工作性能復雜得多。669、電磁加固技術(shù)研究電磁加固技術(shù)研究.doc1）現(xiàn)代戰(zhàn)場電磁暴露的定量評估

2）電磁能量耦合途徑的定量分析

3）軍事系統(tǒng)及裝備的抗電磁打擊能力評估

4）特定系統(tǒng)或裝備的電磁加固效能分析

5）新型電磁加固材料及器件的研發(fā)

6）系統(tǒng)級的電磁兼容性預測理論研究

7）電磁輻射的生物效應(yīng)研究

8）特殊環(huán)境下電子系統(tǒng)及裝備的電磁兼容性認證

67第五節(jié)電磁兼容的預測一、電磁兼容預測定義和意義定義：電磁兼容預測是指在設(shè)計階段通過計算的方法對電氣、電子元件、設(shè)備乃至整個系統(tǒng)的電磁兼容特性進行分析。其發(fā)展伴隨著計算機技術(shù)、電磁場計算方法、電路分析方法的發(fā)展而發(fā)展。目前已受到電磁兼容科研、工程技術(shù)人員越來越多的重視。68意義：過去由于缺乏強有力的計算工具，電磁兼容預測主要是采用解析法或經(jīng)驗公式進行粗略的估計。由于計算手段的局限性，工程中更多的是依賴對設(shè)備的電磁兼容測試來發(fā)現(xiàn)問題，這樣做的最大弊端就是喪失了在設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)并解決問題的可能性，造成產(chǎn)品研制時間和費用的雙重浪費。而電磁兼容預測技術(shù)正是在設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)問題的最有效手段。目前，已有不下20家公司推出了各種建模的商業(yè)化軟件。這些軟件的平臺是個人計算機或工作站，所用的數(shù)學方法幾乎包括了全部可用于電磁場數(shù)值計算的各種方法。得到的結(jié)果大多數(shù)以三維時域形式表示，也包括靜電場、表面通道以及串音與傳輸線模型等。由此可見電磁兼容分析預測的發(fā)展也是很迅速的。69二、電磁兼容預測的主題內(nèi)容

電磁兼容的基本內(nèi)容之一是各個電子電氣設(shè)備在同一空間中同時工作時，總會在它周圍產(chǎn)生一定強度的電磁場，這些電磁場通過一定的途徑(輻射、傳導)把能量耦合給其他的設(shè)備，使其他設(shè)備不能正常工作，同時這些設(shè)備也會從其他電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁場中吸收能量，使自己不能正常工作。事實上，這種相互影響不僅存在于設(shè)備與設(shè)備之間，同時也存在于元件與元件之間，部件與部件之間、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，甚至存在于集成電路內(nèi)部。如果一個設(shè)備或系統(tǒng)在制造之前就能對它的工作狀態(tài)進行預測，改進不合理的設(shè)計，進行優(yōu)化設(shè)計，遠比把設(shè)備制造出來之后發(fā)現(xiàn)問題再加以改進經(jīng)濟得多，因此，一個復雜設(shè)備、系統(tǒng)的研制必須進行電磁兼容預測。70電磁兼容預測經(jīng)歷的三個發(fā)展階段：（1）問題解決階段特點是：在電氣設(shè)計時未作統(tǒng)籌考慮，出現(xiàn)電磁干擾問題時，再分析原因，尋找解決辦法。對于較為復雜的系統(tǒng)，如果沒有統(tǒng)一的考慮，出現(xiàn)干擾可能性極大，且不易分析原因所在，有時甚至無法解決干擾問題，導致系統(tǒng)的重新設(shè)計或系統(tǒng)設(shè)計的失敗。（2）規(guī)范設(shè)計階段對系統(tǒng)、分系統(tǒng)、各部件、元器件制定一系列詳細的電磁兼容設(shè)計規(guī)范，嚴格按照規(guī)范進行設(shè)計和測試，將電磁干擾的可能性降為最低。但由于沒有進行分析預測，不可避免地帶有一定的盲目性，指標要求太低，可能導致電磁兼容設(shè)計失??；指標要求太高，又會造成不必要的浪費。

（3）電磁兼容分析預測階段對系統(tǒng)、分系統(tǒng)、各部件、元器件電磁特性進行分析預測，合理分配各項指標要求，并且在系統(tǒng)的整個設(shè)計過程中不斷地進行修正和補充，使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。這一階段的工作充分吸收了前兩個階段的優(yōu)點，能夠克服前面兩個階段的局限性，是目前電磁兼容技術(shù)的最高階段。71目前，電磁兼容預測一般在三個級別上進行：

第一個級別是芯片的電磁兼容設(shè)計預測。傳統(tǒng)的芯片設(shè)計一般不考慮電磁兼容問題，當芯片工作在低速或低頻時一般不會出現(xiàn)顯著的電磁兼容問題。但當芯片工作在高頻時，電磁兼容問題十分突出，它直接影響到芯片的質(zhì)量，因此必須在設(shè)計芯片時就考慮電磁兼容問題。第二個級別是部件的電磁兼容預測。例如印刷電路板、多芯線、驅(qū)動器等電子電氣部件本身的電磁兼容預測，以及部件與部件之間的電磁兼容預測。第三個級別是系統(tǒng)的電磁兼容預測。這是對一個例如飛機、艦船、導彈、飛船等裝有多種復雜電子電氣設(shè)備的系統(tǒng)進行的電磁兼容預測。72三、電磁兼容預測分類

電磁兼容預測具有涉及領(lǐng)域廣、研究對象千差萬別、預測方法多種多樣等特點。研究領(lǐng)域包括所有存在電氣、電子設(shè)備的場合，這樣對電磁兼容預測的分類就變得很復雜，不過可從不同的角度得到相應(yīng)的分類方法：按預測對象，可分為印制板級預測、部件級預測、分機級預測及系統(tǒng)級預測；從預測所用方法上可分為經(jīng)驗法、解析法、數(shù)值法；或分為場的方法、路的方法、場路結(jié)合的方法等。以騷擾傳播途徑為主線、騷擾類型為輔線，討論電磁兼容預測的分類并介紹各自的特點。73例如：任何干擾的產(chǎn)生必然通過某種途徑由騷擾源耦合到敏感設(shè)備，按騷擾途徑可分為傳導類騷擾、感應(yīng)類騷擾和輻射類騷擾。1．傳導騷擾傳導騷擾的耦合途徑是直接相通的電路，騷擾信號正是通過此通路由騷擾源耦合到敏感設(shè)備。主要有共地阻抗耦合及共源內(nèi)阻耦合兩種，一般采用路的方法予以分析。2．輻射騷擾輻射騷擾是指通過空間電磁場的耦合。根據(jù)頻率高低及騷擾源、敏感設(shè)備之間的距離又可分為近場騷擾和遠場輻射騷擾。3．感應(yīng)騷擾在相互靠近的導體或回路之間亦會形成騷擾，按騷擾機理的不同可進一步分為電場耦合和磁場耦合。74(1)電場耦合

電場耦合是指當兩個導體相互靠近時，一根導體上的電磁能量會對另一根導體產(chǎn)生影響，表現(xiàn)為電場交鏈耦合。耦合程度取決于導體的形狀、尺寸、周圍介質(zhì)及相對位置，即兩導體之間的電容，故又稱容性耦合。(2)磁場耦合

與電場耦合不同，磁場耦合是指：如果兩個導電回路之間存在磁通交鏈，當其中之一流過電流時就會在另一回路上形成感應(yīng)電壓，此干擾電壓又在受害電路中產(chǎn)生干擾電流。耦合強弱取決于騷擾源頻率、強度及兩導電回路之間的互感等因素，故又稱感性耦合。75四、電磁兼容預測內(nèi)容和方法電磁兼容預測的內(nèi)容主要包括：預測要素建模、建立預測方程、分級預測。建模和預測方程是預測的基礎(chǔ)，而分級預測則是按先粗后細、層層深入的原則進行展開這里僅進行簡單介紹。例如，收發(fā)系統(tǒng)間的干擾預測通常有五種方法：計算機計算方法人工計算方法經(jīng)驗方法對比法縮尺模型試驗方法76

第六節(jié)

電磁兼容測試的相關(guān)標準和依據(jù)

由于EMC測量結(jié)果可能決定一種產(chǎn)品是否可以推向市場，它起著類似執(zhí)照的作用，人們稱之具有法律效力?？梢?，確保測量結(jié)果的公正性是非常重要的。EMC測量標準正是根據(jù)這種需要制定的。EMC測量標準是進行EMC測量的技術(shù)依據(jù)。學習標準，了解它的物理意義，嚴格按照標準規(guī)定的辦法操作，才能夠保證測量結(jié)果的正確性。這就要求人們必須解決測量過程中許多人為因素影響的技術(shù)問題。771．標準和規(guī)范的內(nèi)容標準和規(guī)范的區(qū)別在于，標準是一般性準則，由它可以導出各種規(guī)范。而規(guī)范則是一個包含詳細數(shù)據(jù)，必須按合同遵守的文件。其主要內(nèi)容可以歸納為四部分，即：(1)規(guī)定名詞術(shù)語；(2)規(guī)定電磁發(fā)射和敏感度的極限值；(3)規(guī)定統(tǒng)一的測試方法；(4)規(guī)定電磁兼容性控制方法或設(shè)計規(guī)范。78

目前，世界各國的電磁兼容性民用標準都通過國際無線電干擾特別委員會(CISPR)推薦的標準和規(guī)范，而軍用標準通用美國的軍用標準Mil-STD-460系列標準。我國也已正式頒布和實施的電磁兼容性標準與規(guī)范。美國軍用電磁兼容性標準和規(guī)范包括電磁兼容性控制方法的標準、設(shè)備和系統(tǒng)性能的標準、危害和防危害的標準以及有關(guān)標準的手冊等。792．標準和規(guī)范的特點

電磁兼容性標準和規(guī)范表示的概念是：如果每個部件或設(shè)備符合標準和規(guī)范的要求，則設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容性就能得到保證。由于電磁兼容性問題主要研究與處理設(shè)備或系統(tǒng)的非設(shè)計性能和非工作性能，例如發(fā)射機的非預期發(fā)射、接收機的非預期響應(yīng)、天線在非預期方向的輻射以及非指定的傳播路徑等。顯然，電磁兼容性標準和規(guī)范仍主要是強調(diào)設(shè)備和系統(tǒng)的非預期特性方面，并采用相應(yīng)的詞句描述。在使用標準和規(guī)范時，需注意的一個重要參數(shù)是電磁干擾安全裕度。另外，考慮到不同的測試方法會得到不同的電磁發(fā)射和敏感度極限值，因而在制訂標準和規(guī)范時，必須對測試方法和極限值同時作出規(guī)定。80

3．標準和規(guī)范的發(fā)展趨向

由于電子、電氣的新設(shè)備和新技術(shù)不斷出現(xiàn)，而現(xiàn)有的標準與規(guī)范都屬基礎(chǔ)性的，其適用性日益變差，所以，修改、補充和完善電磁兼容性標準與規(guī)范已顯得十分必要了。標準和規(guī)范的發(fā)展是把設(shè)備、系統(tǒng)分為不同的類別，然后按類制訂相應(yīng)的標準等級，以體現(xiàn)出它們的差異。除此之外，擬減少所允許的電磁發(fā)射極限值和敏感度極限值之間的范圍，這樣既可保證足夠的安全裕度，又能降低費效比。從目前國外對標準的修改趨向來看，還有將電磁發(fā)射極限值放寬而將敏感度極限值變嚴的趨勢，這是出于對敏感設(shè)備易受發(fā)射機的基波、諧波產(chǎn)生的高場強干擾影響的緣故。尚在探討之中。81

4．電磁發(fā)射和敏感度極限值的單位

在標準和規(guī)范中，電磁發(fā)射和敏感度極限值分窄帶和寬帶兩種表示方法。寬帶測量是以每單位帶寬表示的，而窄帶測量是在單個頻率上進行的。輻射發(fā)射與敏感度測量一般用場強表示，而傳導發(fā)射與敏感度測量是用電壓或電流表示的。82電子產(chǎn)品種類繁多，按用途分為三大類：

按工業(yè)、科學，醫(yī)療、家用或類似用途的要求設(shè)計，并用于產(chǎn)生或局部使用無線電頻率能量的設(shè)備或裝置統(tǒng)稱工科醫(yī)類；

用于接收來自外部源的數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行某些處理，并提供數(shù)據(jù)輸出的設(shè)備均稱為信息技術(shù)類設(shè)備；

用于軍事目的的設(shè)備稱為軍用產(chǎn)品。

EMC測量標準多種多樣。首先分為軍用標準、民用標準。民用標準又可細分為許多種類，有關(guān)于電磁干擾測量的基礎(chǔ)標準，也有一些關(guān)于系列標準化試驗方法與要求的通用標準，有些標準規(guī)定某類產(chǎn)品的特殊EMC要求(包括詳細的測量程序)等，稱作產(chǎn)品類標準。83使用標準應(yīng)注意以下幾點：

(1)EMC測量標準很多。實驗室現(xiàn)有測試設(shè)備的測試能力也很強。目前按軍標配備的實驗室，也能完成某些民用產(chǎn)品的某些EMC指標測量。同樣按民標配備的EMC實驗室也能執(zhí)行某些軍標的測試。

作為測試技術(shù)人員要弄清被測產(chǎn)品（EUT）屬于哪類產(chǎn)品，它應(yīng)執(zhí)行哪個標準。測試前應(yīng)該了解該測量標準的技術(shù)內(nèi)涵。

作為產(chǎn)品設(shè)計師應(yīng)該了解自己開發(fā)的產(chǎn)品應(yīng)該按著哪個標準進行檢測。84

例如，一臺腎結(jié)石粉碎機要進行EMC檢測，應(yīng)按“GB4824--1996”《工業(yè)、科學和醫(yī)療(1SN)射頻設(shè)備電磁騷擾特性的測量方法和限值》進行測量；新研制的電動玩具準備推向市場，必須按照“GB4343--1995”《家用或類似用途電動、電熱器具、電動工具及類似電器無線電干擾特性測量方法和允許值》進行測量。一臺雷達發(fā)射機在裝車之前，必須嚴格按照GJBl52A--1997《軍用設(shè)備、分系統(tǒng)電磁發(fā)射和電磁敏感度測量》進行測量等。85(2)每個EMC測量標準都包括許多測試項目。具體EUT應(yīng)該執(zhí)行EMC測量標準的哪些測試項目，它的物理含義是什么，是測試前應(yīng)該弄清楚的。

以雷達發(fā)射機為例，依據(jù)GJBl51A—1997，一般要進行以下項目的測試：CEl0210kHz-10MHz電源線傳導發(fā)射測量；CSl0125Hz-50kltz電源線傳導敏感度測量；CSll410kHz—400MHz電纜束注入傳導敏感度測量；REl0210kHz—18GHz殼體和所有電纜的輻射發(fā)射測量?！渌椖恳缹I(yè)技術(shù)條件和具體情況而定。86

以REl02為例說明其物理意義。它是指EUT在終端接匹配負載的情況下，設(shè)備機箱和各種連線上的射頻泄漏。具體分析如下：假設(shè)雷達發(fā)射機的設(shè)計滿足基本功能要求。實際測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在很寬的頻帶范圍內(nèi)產(chǎn)生了一些不希望的發(fā)射，包括帶外發(fā)射(在發(fā)射機頻帶附近，由于調(diào)制引起的頻譜展寬)、諧波發(fā)射(指發(fā)射機載波頻率整數(shù)倍的頻率上的發(fā)射)、分諧波發(fā)射(由倍頻原理設(shè)計的發(fā)射機上常常出現(xiàn)成整數(shù)倍小于載波頻率的頻率上的發(fā)射。)、寄生發(fā)射(由于發(fā)射機振蕩或放大級內(nèi)存在寄生耦合，使發(fā)射機產(chǎn)生自激導致的發(fā)射)、組合發(fā)射(由載波頻率或諧波頻率在非線性組件上產(chǎn)生的附加發(fā)射)、互調(diào)發(fā)射(由載波頻率或諧波頻率與外界電磁場作用，在高頻電路非線性組件上產(chǎn)生的發(fā)射)及各種噪聲發(fā)射等。依EMC要求看，所有這些不希望有的發(fā)射的總和不能超過一定量，在EMC標準中用極限值表示，也稱限制線，即在一個指定頻率范圍內(nèi)的電平分布。87

(3)EMC測量標準規(guī)定了測量方法，實際工作中要嚴格按照規(guī)定操作。仍以REl02為例，在對雷達發(fā)射機擺放時，要注意將所有互連電纜朝向EMI測試接收機，電纜位置必須模擬真實使用情況，電纜應(yīng)該是工程用的真實電纜，至少參試件類型與真實電纜相同，這樣的測量結(jié)果才接近真實情況。測量標準中對測量設(shè)備有具體描述。例如要測量REl02需要如下測量設(shè)備：測量接收機；數(shù)據(jù)記錄裝置；天線：包括三種天線，以覆蓋所需頻段；信號發(fā)生器，供校準用；短棒輻射器；電容器10pF；LISN(電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))。88電磁兼容測試標準的標準體系

按照不同電磁兼容標準在電磁兼容測試中的不同地位，可分為四級，分別是：

（1）基礎(chǔ)標準——不涉及具體的產(chǎn)品，僅就現(xiàn)象、環(huán)境、試驗方法、試驗儀器和基本試驗配置等給出定義及詳細描述。這類標準不給出指令性的限值，以及對產(chǎn)品性能的直接判據(jù)，但它是編制其他各級電磁兼容標準的基礎(chǔ)。

GB4365《電磁兼容術(shù)語》

GB/T6113《無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范》

GB/T6113.2《無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范和測量方法

第二部分：騷擾和抗擾度測量方法》

GB/T1