電磁干擾與兼容技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢樣本

電磁干擾與兼容技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢當前人類生存環(huán)境也已具備濃厚電磁環(huán)境內(nèi)涵。隨著都市人日迅速增長，汽車、電子通信、計算機與電氣設(shè)備大量進人家庭，空間人為電磁能量每年都再增長，21世紀電磁環(huán)境惡化已成定局嚴重惡化電磁環(huán)境對人類生活日益依賴通信，計算機與各種電子系統(tǒng)都將導(dǎo)致劫難性危害。電磁干擾除了也許對系統(tǒng)效能有著重大影響，其影響如圖1所示。為此世界各國均十分注重愈來愈復(fù)雜電磁環(huán)境及其廣泛影響，電磁兼容技術(shù)是由過去。電磁干擾。(ElectromagneticInterference)演變而來。而人們對電磁干優(yōu)研究工作可追溯 到19世紀，希維賽德于1881年寫“論干擾”一文可算得上最重要初期文獻，此后188年柏林電氣協(xié)會成立了干擾問題委員會，緊接著在1889年英國郵電部門開始研究其通信干擾問題。到本世紀代后來，各先進工業(yè)國家都日益注重EMC研究，成立了許多有關(guān)國際組織。本世紀40年代，為理解決由于飛機通信系統(tǒng)受到電磁干擾導(dǎo)致飛行事故問題，開始較為系統(tǒng)地進行EMC技術(shù)研究。美國自1945年開始，頒布了一系列電磁兼容方面軍用原則和設(shè)計規(guī)范，并不斷加以充實和完善，使得EMC技術(shù)進入新階段。60年代以來，當代電子科學(xué)技術(shù)向高頻、高速、高敏捷度、高安裝密度、高集成度，高可靠性方向發(fā)展，其應(yīng)用范疇越來越廣，滲入到了整個社會每個角落。因而發(fā)達國家在EMc研究方面投入了大量人力物力形成了EMC熱。電磁兼容性問題在國內(nèi)發(fā)展相對較晚，70年代以來，國內(nèi)對電磁兼容性問題也引起了注重。特別是國內(nèi)海軍艦船，由于對電子設(shè)備幾及艦船總體設(shè)計沒有提出電磁兼容性規(guī)定，導(dǎo)致艦船設(shè)備互相干擾，使其通信、探測、導(dǎo)航能力等下降，從而引起了廣泛注重，籌建了國內(nèi)第一種電磁兼容性實驗研究室。其后，某些軍種、部門及大學(xué)陸續(xù)建立了電磁兼容性實驗研究室，電子及電氣設(shè)備研究、設(shè)計及制作單位也都紛紛配備了電磁兼容性設(shè)計人員。當前，參照國外相應(yīng)原則，國內(nèi)已系統(tǒng)制定了一整套軍用及民用電磁兼容性原則及規(guī)范，并正在切實地貫徹執(zhí)行。 20世紀80年代后，電磁兼容技術(shù)發(fā)展進入了全新階段，開始實行強制認證制度了。國際上，歐盟89/336/EEC電磁兼容指令從1996年1月1日開始強制執(zhí)行，大大推動了全球電磁兼容原則強制執(zhí)行和電磁兼容認證工作，使其向更加規(guī)范化和法制化辦法發(fā)展。需要注意是12月15日歐洲議會、歐共體理事會通過了一種新電磁兼容指令:/108/EC[4]，該指令自發(fā)布于歐盟官方公報之后第20天開始生效，并將于7月20日起強制執(zhí)行，并同步廢除89/336/EEC指令。這必將進一步增進國內(nèi)電磁兼容認證制度發(fā)展。緊跟國際潮流，國內(nèi)也建立了強制性產(chǎn)品認證制度。12月，國家發(fā)布《強制性產(chǎn)品認證管理規(guī)定》，英文名稱為"ChinaCompulsoryCertification"，英文縮寫為"CCC"，簡稱為"3C"認證，3C認證對這些產(chǎn)品安全性能、電磁兼容性、防電磁輻射等方面都做了詳細規(guī)定。 5月1日起，國家有關(guān)部門開始受理第一批列入強制性產(chǎn)品目錄認證申請，涉及涉及安全、電磁兼容、環(huán)保規(guī)定19大類、132種產(chǎn)品。對列入目錄產(chǎn)品，凡未獲得強制性產(chǎn)品認證證書和未加施"CCC"強制性認證標志產(chǎn)品，不得出廠、進口和銷售。以美國NIST、英國NPL以及德國PTB等為代表國立研究機構(gòu)，她們重要從事各類測量天線、磁場探頭、電場探頭和EMC測試場地校準研究，并對外提供服務(wù)。另一類則是專門從事校準服務(wù)公司以及EMC檢測設(shè)備制造商校準實驗室，她們均獲得了國際上某些知名認證機構(gòu)授權(quán)。 國內(nèi)最早從事電磁兼容技術(shù)研究是上海電器科學(xué)研究所，早在1962年就開始進行無線電干擾測量和船用電機電器無線電干擾原則制定工作。從事電磁兼容學(xué)科研究大學(xué)重要有北京郵電大學(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)域遠不不大于散射體自身，且場傳播在空間離散描述，導(dǎo)致空間色散誤差。 此外，由于只能在有限區(qū)域內(nèi)計算，這就規(guī)定必要設(shè)立邊界條件。積分方程辦法通過求解散射體表面或體積內(nèi)感應(yīng)電流來分析散射問題，不存在空間色散誤差。微分方程辦法往往比積分方程辦法更容易實現(xiàn)求解任意復(fù)雜媒體環(huán)境下電磁問題。對于均勻背景介質(zhì)中開放域問題，經(jīng)常采用積分方程辦法進行求解。對于單獨運用微分方程辦法積分方程辦法均難以求解問題，往往采用混合辦法分析。常用積分方程辦法有矩量法[6](MOM)、體積分方程辦法(VIEM)。常用微分方程辦法有時域有限差分法(FDFD)、有限元法(FEM)、區(qū)域分解法(DDM)等。隨著當代電子技術(shù)在汽車上大量應(yīng)用，當代電力電子技術(shù)發(fā)展方向，是從以低頻技術(shù)解決問題為主老式電力電子學(xué)，向以高頻技術(shù)解決問題為主當代電力電子學(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硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并增進了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來、以功率MOSFET和IGBT為代表、集高頻、高壓和大電流于一身功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表白老式電力電子技術(shù)已經(jīng)進入當代電力電子時代。在電力電子技術(shù)應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處在核心地位。對于大型電解電鍍電源，老式電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù)，其體積和重量都會大幅度下降，并且可極大提高電源運用效率、節(jié)約材料、減少成本。在電動汽車和變頻傳動中，更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源變化用電頻率，從而達到近于抱負負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù)，更是各種大功率開關(guān)電源（逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等）核心技術(shù)。電磁兼容性EMC（ElectroMagneticCompatibility），是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合規(guī)定運營并不對其環(huán)境中任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受電磁干擾能力。因而，EMC涉及兩個方面規(guī)定：一方面是指設(shè)備在正常運營過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾不能超過一定限值；另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在電磁干擾具備一定限度抗擾度，即電磁敏感性。系統(tǒng)或設(shè)備在所處電磁環(huán)境中能正常工作，同步不對其她系統(tǒng)和設(shè)備導(dǎo)致干擾。車內(nèi)干擾源電磁干擾源種類繁多，可按不同辦法進行分類。對測量環(huán)境中直接影響測量及測量設(shè)備干擾來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)生電磁干擾。電子電器設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾是由于汽車上使用電子產(chǎn)品中有許多導(dǎo)線、線圈和帶有觸點電器，都具備不同電容和電感，而任何一種具備電感和電容閉合回路都會形成振蕩回路。當電器設(shè)備工作產(chǎn)生火花時，就會產(chǎn)生高頻振蕩并以電磁波形式發(fā)射到空中，對汽車上及周邊數(shù)百米范疇內(nèi)收音機、電視機和其他無線電裝置正常工作，產(chǎn)生不同限度干擾。汽車無線電干擾源重要是發(fā)動機點火系統(tǒng)，其干擾波來自點火系統(tǒng)次級電壓高頻振蕩。另一方面，在發(fā)電機負載電流突變和整流時也會產(chǎn)生電磁波。起動機、發(fā)電機、閃光器、觸點式電磁振動電喇叭、雨刮器、儀表系統(tǒng)等也都會產(chǎn)生較小傳導(dǎo)干擾和輻射干擾電磁波。汽車電器產(chǎn)生干擾電磁波具備脈沖特性且頻帶較寬，其頻率普通在0.15～1000MHz之間。汽車電器產(chǎn)生干擾電磁波，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)線直接輸入無線電設(shè)備和電子設(shè)備內(nèi)部，而輻射干擾電磁波則是在空間傳播，通過天線輸入無線電設(shè)備內(nèi)部。車外干擾源由自然現(xiàn)象、社會環(huán)境等引起外部電磁干擾對汽車電子系統(tǒng)影響也較為嚴重，外部電磁干擾是指人為各種電器設(shè)備，如：高壓輸電線、電車軌道附近、廣播電視設(shè)備及無線電通訊設(shè)備等所輻射出來對汽車起干擾電磁輻射及由雷電等自然現(xiàn)象引起電磁干擾。國外汽車電磁兼容研究現(xiàn)狀當前，世界上汽車發(fā)達國家對汽車電磁兼容研究已經(jīng)獲得了某些成就，形成了一套汽車電磁兼容體系。這重要體當前：具備較為完善汽車電磁兼容測試原則和規(guī)范；具備有效對汽車整車和零部件進行電磁兼容檢測、管理和認證機構(gòu)；具備高精度汽車電磁兼容測試系統(tǒng)；研制出了大型汽車電磁兼容預(yù)測、分析和設(shè)計軟件。1.較完善汽車EMC原則規(guī)范。國際原則化組織（ISO）、國際電工委員（IEC）、國際無線電干擾特別委員會（CISPR）、美國汽車工業(yè)協(xié)會（SAE）、德國原則（DIN）、德國電氣工程師協(xié)會（VDE）等組織均在其文獻中規(guī)定了抗干擾檢測干擾類型及嚴格級別。2.眾多大型EMC實驗室。德國大眾從1965年起，開始建立了露天汽車防無線電干擾實驗臺，到7O年代不斷改進和完善，1978年引進了較先進測試設(shè)備，1985年大力推動汽車電磁兼容中心體系籌建工作，1987年全新汽車電磁兼容中心竣工。法國PSA公司電磁兼容實驗室共有三個暗室：一種用于整車，一種用于零部件和車用接受機調(diào)節(jié)，此外一種專門用于零部件測試。測試整車暗室尺寸為15.5m*10m*6113，轉(zhuǎn)臺直徑8.4113，軸距調(diào)節(jié)范疇為2000~3700mm。3.開展汽車EMC預(yù)測研究。汽車電磁兼容研究此前基我局限在實驗上，但是隨著電動汽車和混合驅(qū)動汽車浮現(xiàn)，以及汽車電氣系統(tǒng)迅速增長，信號頻率不斷提高，汽車電磁兼容問題越來越成為汽車制造商很重一種承擔。國內(nèi)汽車電磁兼容研究概況國內(nèi)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量研究。2O世紀8O年代初，開始對汽車電磁干擾特性進行摸底測量實驗。1994年，中華人民共和國汽車技術(shù)研究中心在國內(nèi)率先開展了對汽車無線電干擾特性測量，并對全國各型汽車（新車）進行了摸底普查。普查成果記錄，合格率僅為24%，相稱某些不合格車輛屬于嚴重超標。從2O世紀9O年代，國內(nèi)開始控制汽車無線電干擾，國內(nèi)各汽車檢測機構(gòu)、生產(chǎn)公司紛紛購買了電磁干擾接受機系統(tǒng)，用于研究測試汽車無線電干擾水平，并加以控制。涉及天津汽車檢測中心、重慶國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢查中心在內(nèi)國家級汽車檢測機構(gòu)均具備電磁干擾檢測能力。此后，國內(nèi)開展了汽車及其部件電磁兼容技術(shù)研究，開始研究并建設(shè)大型電磁兼容實驗設(shè)施。3月中華人民共和國汽車技術(shù)研究中心電磁兼容檢查實驗室通過了中華人民共和國實驗室承認委員會承認，標志著國內(nèi)汽車電磁兼容實驗技術(shù)工作有了新發(fā)展。中華人民共和國汽車技術(shù)研究中心電磁兼容實驗設(shè)施涉及野外開闊場、電磁波暗室、傳導(dǎo)屏蔽室、放大器室和測量控制系統(tǒng)。電波暗室作為電磁兼容實驗室主體，可以實現(xiàn)室內(nèi)電磁場具備均勻性和衰減性，可以模仿室外開闊場地電磁分布，完畢與電磁場有關(guān)各種實驗。從國內(nèi)狀況來看，由于國內(nèi)汽車工業(yè)整體水平落后，對汽車電磁兼容性重要性結(jié)識局限性，因而，對電磁兼容研究還很少。汽車電磁兼容法規(guī)不健全，并且執(zhí)行也不夠嚴格。1992年國內(nèi)頒布了GB14O23—92《車輛、機動船和火花點火發(fā)動機驅(qū)動裝置無線電干擾特性測試辦法及容許值》強制性國標，對汽車向環(huán)境輻射電磁波干擾作了限制。1998年頒布了GB

17619—98《機動車電子電器組件電磁輻射特性限值和測量辦法》。發(fā)布了GB／T18387-《電動車輛電磁場輻射強度限值和測量辦法寬帶9kHz~30MHz》。發(fā)展趨勢：隨著汽車電子化限度提高，汽車電磁兼容技術(shù)作為汽車技術(shù)一種重要分支正在確立。人們關(guān)懷和注重汽車電磁兼容性限度正在提高。國內(nèi)汽車電磁兼容技術(shù)原則化進