電磁干擾及兼容技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、電磁干擾與兼容技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 當前人類的生存環(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，汽車、電子通信、計算機與電氣設備大量進人家庭，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的電磁環(huán)境對人類生活日益依賴的通信，計算機與各種電子系統(tǒng)都將造成災難性的危害。電磁干擾除了可能對系統(tǒng)的效能有著重大的影響，其影響如圖1所示。為此世界各國均十分重視愈來愈復雜的電磁環(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)演變而來的。而人們對電磁干優(yōu)的研究工作可追溯到19世紀，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，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20年代以后，各先進工業(yè)國家都日益重視EMC的研究，成立了許多相關(guān)的國際組織。本世紀40年代，為了解決由于飛機通信系統(tǒng)受到電磁干擾造成飛行事故的問題，開始較為系統(tǒng)地進行EMC技術(shù)的研究。美國自1945年開始，頒布了一系列電磁兼容方面的軍用標準和設計規(guī)范，并不斷加以充實和完善，使得EMC技術(shù)進入新的階段。60年代以來，現(xiàn)代電子科學技術(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，其應用范圍越來越廣，滲透到了整個社會的每個角落。因而發(fā)達國家

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重視。特別是我國海軍艦船，由于對電子設備幾及艦船總體設計沒有提出電磁兼容性要求，造成艦船設備的相互干擾，使其通信、探測、導航能力等下降，從而引起了廣泛的重視，籌建了國內(nèi)第一個電磁兼容性實驗研究室。其后，一些軍種、部門及大學陸續(xù)建立了電磁兼容性實驗研究室，電子及電氣設備研究、設計及制作單位也都紛紛配備了電磁兼容性設計人員。目前，參照國外相應標準，我國已系統(tǒng)的制定了一整套軍用及民用電磁兼容性標準及規(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)的發(fā)展進入了全新

4、的階段，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，大大推動了全球的電磁兼容標準的強制執(zhí)行和電磁兼容認證工作，使其向更加規(guī)范化和法制化方法發(fā)展。需要注意的是2004年12月15日歐洲議會、歐共體理事會通過了一個新的電磁兼容指令:2004/108/EC4，該指令自發(fā)布于歐盟官方公報之后第20天開始生效，并將于2007年7月20日起強制執(zhí)行，并同時廢除89/336/EEC指令。這必將進一步促進我國電磁兼容認證制度的發(fā)展。緊跟國際潮流，我國也建立了強制性產(chǎn)品認證制度。2001年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China Co

5、mpulsory Certification，英文縮寫為CCC，簡稱為3C認證，3C認證對這些產(chǎn)品的安全性能、電磁兼容性、防電磁輻射等方面都做了詳細規(guī)定。2002年5月1日起，國家相關(guān)部門開始受理第一批列入強制性產(chǎn)品目錄的認證申請，包括涉及安全、電磁兼容、環(huán)境保護要求的19大類、132種產(chǎn)品。對列入目錄的產(chǎn)品，凡未獲得強制性產(chǎn)品認證證書和未加施CCC強制性認證標志的產(chǎn)品，不得出廠、進口和銷售。以美國NIST、英國NPL以及德國PTB等為代表的國立研究機構(gòu)，他們主要從事各類測量天線、磁場探頭、電場探頭和EMC測試場地的校準研究，并對外提供服務。另一類則是專門從事校準服務的公司以及EMC檢測設備制

6、造商的校準實驗室，他們均取得了國際上一些著名認證機構(gòu)的授權(quán)。我國最早從事電磁兼容技術(shù)研究的是上海電器科學研究所，早在1962年就開始進行無線電干擾的測量和船用電機電器無線電干擾標準的制定工作。從事電磁兼容學科研究的大學主要有北京郵電大學、北京交通大學和東南大學等。從事電磁兼容檢測的研究所有上海電器科學研究所、信息產(chǎn)業(yè)部電子三所、四所、五所和廣州電器科學研究所、武漢高壓研究所等。但求解區(qū)域遠大于散射體本身，且場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)計算，這就要求必須設置邊界條件。積分方程方法通過求解散射體表面或體積內(nèi)的感應電流來分析散射問題，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現(xiàn)求解任意復雜媒體環(huán)境下的電磁問題。對于均勻背景介質(zhì)中的開放域問題，常常采用積分方程方法進行求解。對于單獨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，向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉(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、時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術(shù)在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、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體復合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。在電力電子技術(shù)的應用及各種電源系統(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)電源改變用電頻率，從而達到近于理想的負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù)，更是各種大功率

9、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）的核心技術(shù)。電磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環(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)或設備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作，同時不對其他系統(tǒng)和設備造成干擾。車內(nèi)干擾源電磁干擾源種類繁多，可按不同的方法進行分類。對測量環(huán)境中直接影響測量及測量

10、設備的 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)生的電磁干擾。電子電器設備產(chǎn)生的電磁干擾是由于汽車上使用的電子產(chǎn)品中有許多導線、線圈和帶有觸點的電器，都具有不同的電容和電感，而任何一個具有電感和電容的閉合回路都會形成振蕩回路。當電器設備工作產(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，對汽車上及周圍數(shù)百米范圍內(nèi)的收音機、電視機和其它無線電裝置的正常工作，產(chǎn)生不同程度的干擾。汽車的無線電干擾源主要是發(fā)動機的點火系統(tǒng)，其干擾波來自點火系統(tǒng)次級電壓的高頻振蕩。其次，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

11、器、儀表系統(tǒng)等也都會產(chǎn)生較小的傳導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，分傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾電磁波，是通過汽車導線直接輸入無線電設備和電子設備內(nèi)部的，而輻射干擾電磁波則是在空間傳播，通過天線輸入無線電設備內(nèi)部。車外干擾源由自然現(xiàn)象、社會環(huán)境等引起的外部電磁干擾對汽車電子系統(tǒng)的影響也較為嚴重，外部電磁干擾是指人為的各種電器設備，如：高壓輸電線、電車軌道附近、廣播電視設備及無線電通訊設備等所輻射出來的對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。國外汽車電磁兼容研究現(xiàn)狀目

12、前，世界上汽車發(fā)達國家對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試標準和規(guī)范；具有有效的對汽車整車和零部件進行電磁兼容檢測、管理和認證的機構(gòu)；具有高精度的汽車電磁兼容測試系統(tǒng)；研制出了大型的汽車電磁兼容預測、分析和設計軟件。1. 較完善的汽車EMC標準規(guī)范。國際標準化組織（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）、德國標準（DIN）、德國電氣工程師協(xié)會（VDE）等組織均在其文件中規(guī)定了抗干擾檢測的干擾類型及嚴格等級。2. 眾多大型的EMC實驗室。德國大眾從1965年起

13、，開始建立了露天的汽車防無線電干擾試驗臺，到7O年代不斷改進和完善，1978年引進了較先進的測試設備，1985年大力推進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PSA公司電磁兼容實驗室共有三個暗室：一個用于整車，一個用于零部件和車用接收機調(diào)整，另外一個專門用于零部件測試。測試整車的暗室尺寸為15.5 m*10 m* 6 113，轉(zhuǎn)臺直徑8.4113，軸距調(diào)整范圍為2 0003 700 mm。3. 開展汽車EMC預測研究。汽車電磁兼容研究以前基本局限在試驗上，但是隨著電動汽車和混合驅(qū)動汽車的出現(xiàn)，以及汽車電氣系統(tǒng)的迅速增加，信號頻率的不斷提高，汽車電磁兼容問題越

14、來越成為汽車制造商很重的一個負擔。國內(nèi)汽車電磁兼容研究概況我國汽車電磁兼容技術(shù)研究工作起始于汽車電磁干擾特性測量的研究。2O世紀8O年代初，開始對汽車電磁干擾特性進行摸底測量試驗。1994年，中國汽車技術(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。普查結(jié)果統(tǒng)計，合格率僅為24%，相當部分不合格的車輛屬于嚴重超標。從2O世紀9O年代，我國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)企業(yè)紛紛購置了電磁干擾接收機系統(tǒng)，用于研究測試汽車無線電干擾水平，并加以控制。包括天津汽車檢測中心、重慶國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心在內(nèi)的國家級汽車檢測機構(gòu)均具備電磁干擾檢

15、測能力。此后，國內(nèi)開展了汽車及其部件的電磁兼容技術(shù)研究，開始研究并建設大型電磁兼容實驗設施。2001年3月中國汽車技術(shù)研究中心電磁兼容檢驗實驗室通過了中國實驗室認可委員會認可，標志著我國汽車電磁兼容試驗技術(shù)工作有了新的發(fā)展。中國汽車技術(shù)研究中心電磁兼容實驗設施包括野外開闊場、電磁波暗室、傳導屏蔽室、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的主體，可以實現(xiàn)室內(nèi)的電磁場具有均勻性和衰減性，可以模擬室外開闊場地的電磁分布，完成與電磁場相關(guān)的各種試驗。從國內(nèi)情況來看，由于我國汽車工業(yè)整體水平落后，對汽車電磁兼容性的重要性認識不足，因此，對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)行也不夠嚴格。1992年我國頒布了GB14O2392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的測試方法及允許值強制性國家標準，對汽車向環(huán)境輻射的電磁波干擾作了限制。1998年頒布了GB1761998機動車電子電器組件的電磁輻射特性限值和測量方法。2001年發(fā)布了GBT 18387-2001電動車輛的電磁場輻射強度的限值和測量方法寬帶9 kHz30 MHz。發(fā)展趨勢：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。我國汽車電磁兼容技術(shù)標準化進程將會加快，新的