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(dāng)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(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，21世紀(jì)電磁環(huán)境惡化已成定局嚴(yán)重惡化電磁環(huán)境對人類生活日益依賴通信，計(jì)算機(jī)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(jì)，希維賽德于1881年寫“論干擾”一文可算得上最重要初期文獻(xiàn)，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(jì)代后來，各先進(jìn)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(jì)40年代，為理解決由于飛機(jī)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(jìn)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(jì)規(guī)范，并不斷加以充實(shí)和完善，使得EMC技術(shù)進(jìn)入新階段。60年代以來，當(dāng)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(dá)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(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。當(dāng)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(shí)地貫徹執(zhí)行。 20世紀(jì)80年代后，電磁兼容技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了全新階段，開始實(shí)行強(qiáng)制認(rèn)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(qiáng)制執(zhí)行，大大推動了全球電磁兼容原則強(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(bào)之后第20天開始生效，并將于7月20日起強(qiáng)制執(zhí)行，并同步廢除89/336/EEC指令。這必將進(jìn)一步增進(jìn)國內(nèi)電磁兼容認(rèn)證制度發(fā)展。緊跟國際潮流，國內(nèi)也建立了強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證制度。12月，國家發(fā)布《強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證管理規(guī)定》，英文名稱為"ChinaCompulsoryCertification"，英文縮寫為"CCC"，簡稱為"3C"認(rèn)證，3C認(rèn)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(xì)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(qiáng)制性產(chǎn)品目錄認(rèn)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(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)志產(chǎn)品，不得出廠、進(jìn)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(jī)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(zhǔn)研究，并對外提供服務(wù)。另一類則是專門從事校準(zhǔn)服務(wù)公司以及EMC檢測設(shè)備制造商校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，她們均獲得了國際上某些知名認(rèn)證機(jī)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(jìn)行無線電干擾測量和船用電機(jī)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(yuǎn)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(jì)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(shí)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(jìn)行求解。對于單獨(dú)運(yùn)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(dāng)代電子技術(shù)在汽車上大量應(yīng)用，當(dāng)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(dāng)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(jìn)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(jìn)入當(dāng)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(yùn)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(dá)到近于抱負(fù)負(fù)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(jī)、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(yùn)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(yùn)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(jìn)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(diǎn)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(dāng)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(jī)、電視機(jī)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(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)，其干擾波來自點(diǎn)火系統(tǒng)次級電壓高頻振蕩。另一方面，在發(fā)電機(jī)負(fù)載電流突變和整流時也會產(chǎn)生電磁波。起動機(jī)、發(fā)電機(jī)、閃光器、觸點(diǎn)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(yán)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(dāng)前，世界上汽車發(fā)達(dá)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(dāng)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(jìn)行電磁兼容檢測、管理和認(rèn)證機(jī)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(jì)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(xiàn)中規(guī)定了抗干擾檢測干擾類型及嚴(yán)格級別。2.眾多大型EMC實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)臺，到7O年代不斷改進(jìn)和完善，1978年引進(jìn)了較先進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(shí)驗(yàn)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(dān)。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(jì)8O年代初，開始對汽車電磁干擾特性進(jìn)行摸底測量實(shí)驗(yàn)。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(jìn)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(yán)重超標(biāo)。從2O世紀(jì)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(jī)構(gòu)、生產(chǎn)公司紛紛購買了電磁干擾接受機(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室通過了中華人民共和國實(shí)驗(yàn)室承認(rèn)委員會承認(rèn)，標(biāo)志著國內(nèi)汽車電磁兼容實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室主體，可以實(shí)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(shí)驗(yàn)。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(yán)格。1992年國內(nèi)頒布了GB14O23—92《車輛、機(jī)動船和火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)驅(qū)動裝置無線電干擾特性測試辦法及容許值》強(qiáng)制性國標(biāo)，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(jī)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(qiáng)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(jìn)