電磁兼容原理小綜述

1、電磁兼容技術(shù)的發(fā)展電磁兼容( Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC)一般指電氣及電子設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即要求在同一電磁環(huán)境中的上述各種設(shè)備都能正常工作，又互不干擾，達到兼容狀態(tài)。這個概念有兩層含義，第一是電氣及電子設(shè)備要具有抵抗外界電磁干擾的能力；第二是電氣及電子設(shè)備對外發(fā)射的電磁干擾不能超過一定的限值，要盡可能少。電磁兼容技術(shù)是一門迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，其理論基礎(chǔ)涉及數(shù)學(xué)、電磁場理論、電路基礎(chǔ)、信號分析等學(xué)科與技術(shù)，其應(yīng)用范圍幾乎涉及到所有用電領(lǐng)域。在當今信息社會中，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，一個系統(tǒng)中采用的電氣及電子設(shè)備數(shù)

2、量大幅度增加，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬，功率逐漸增大，信息傳輸速率提高，靈敏度提高，連接各種設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)也越來越復(fù)雜，因此，電磁兼容問題日漸重要。我國每年都招收大量的電氣工程類本科生和研究。其中本科生通過專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，他們會具有一定的電路理論和電磁場理論知識，在他們中開展電磁兼容性人才的培養(yǎng)，無疑是獲得大量從事電磁兼容性研究人員，普及電磁兼容性知識和技術(shù)的一個有效的途徑。但是，電磁兼容性這個新興學(xué)科，具有很強的學(xué)科綜合性，涉及的知識面廣，特別是大量引用和借鑒無線電技術(shù)的概念和術(shù)語，這使得電氣工程類學(xué)生成為電磁兼容性研究人才具有一定的難度。這在電磁兼容學(xué)科的人才培養(yǎng)上必須給與足夠的重視，給

3、出有效的方法和對策。1.從電氣工程類學(xué)生中培養(yǎng)電磁兼容性人才電磁兼容學(xué)科的基礎(chǔ)是電路理論及電磁場和電磁波理論。而電路原理、電磁場理論與電磁波等課程是電氣工程類學(xué)生必修的課程，加上其他數(shù)理課程的學(xué)習(xí)，他們有學(xué)好電磁兼容學(xué)科知識的基礎(chǔ)。但是，由于電磁兼容學(xué)科是從無線電干擾及抗干擾基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，借用了大量無線電學(xué)科中的概念、術(shù)語，僅有電路理論和電磁場和電磁波知識，只能說具備了進行電磁兼容性研究的先決條件?，F(xiàn)在的電磁兼容學(xué)科所研究的問題，涵蓋的領(lǐng)域變得十分廣，包括環(huán)境電磁學(xué)，電磁場對人體的作用等方面，因此，還要有相關(guān)學(xué)科的知識。另外，還必須掌握電磁兼容性研究中所獨有的研究、計算和分析方法。電磁兼容

4、學(xué)科中包含的研究領(lǐng)域十分廣泛，如電磁干擾機理及傳播耦合理論、電磁兼容預(yù)測和分析、信息設(shè)備電磁泄露與防護技術(shù)研究等。電磁兼容課程的開設(shè)過去多集中在電子、通訊類學(xué)科。隨著電子電氣技術(shù)的發(fā)展，廣大電氣工程類學(xué)生也認識到電磁兼容性的重要性，學(xué)習(xí)電磁兼容課程的人數(shù)逐年增加。由于電磁兼容問題是從實際中產(chǎn)生出來的，因此我們在學(xué)習(xí)中，除了講授新的概念和知識及其物理意義，還結(jié)合原來學(xué)過的知識用我們能接觸到的一些事例來增加對電磁兼容性的認識。并用電磁兼容性知識在科研工作中的一些具體范例來表明其重要性。如在科研工作中，我們往往會應(yīng)用電磁兼容知識，如接地、濾波、屏蔽等。但在某些工作中，如一些復(fù)雜電子電路及系統(tǒng)的設(shè)計、

5、調(diào)試，必須專門地、充分地考慮系統(tǒng)的電磁兼容性。我們生活在電磁環(huán)境之中，如今，隨著電視、手機、微波爐等家用電子電氣的廣泛使用，使電磁兼容間題日益突出。加油站為什么明示不能使用手機?家用電器相互之間是否能很好的兼容工作?它們的外輻射對我們的健康是否有害?手機在接通的初始時刻，它的輻射相對較強，這時它能使離的近電腦屏幕發(fā)生抖動，這時對我們的大腦是否有傷害等等問題，都需要我們認真考慮。還有，由于人們對電磁輻射污染的負面影響談?wù)摰妮^多，因此如何正確看待電磁輻射及其污染，是電磁兼容知識普及所面臨的問題。我們知道，超過一定限值的電磁輻射作用于人體是有危害的，但當環(huán)境中的電磁輻射水平低于國家規(guī)定的限值標準時，

6、則是安全的。當然，按照輻射照射盡可能低的防護原則，應(yīng)盡量降低環(huán)境中的電磁輻射。2.電磁兼容技術(shù)的發(fā)展電磁兼容技術(shù)是由過去的電磁干擾研究（Electromagnetic Interference）發(fā)展起來的。電磁干擾的研究工作可追溯到19世紀。1881年，希維賽德就發(fā)表了著名的論文“論干擾”，標志著研究干擾問題的開始。到20世紀20年代后， 各工業(yè)國家都日益重視電磁干擾的研究， 成立了許多相關(guān)的國際組織。20世紀40年代后各國開始比較系統(tǒng)地進行電磁兼容技術(shù)的研究。比如美國自1945年開始，頒布了一系列電磁兼容方面的軍用標準和設(shè)計規(guī)范，并不斷加以充實和完善，使得電磁兼容技術(shù)進入了新的發(fā)展階段。20

7、世紀60年代之后，電子計算機、信息技術(shù)、測試設(shè)備、電信、半導(dǎo)體等電子和電氣技術(shù)得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，已滲透到社會生活的各個領(lǐng)域。但是廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)的設(shè)備，其安全性、可靠性和電磁兼容性卻難以得到保證?，F(xiàn)代電子設(shè)備和當今日趨復(fù)雜的電磁環(huán)境相互作用，電子設(shè)備越現(xiàn)代化，其所造成的電磁環(huán)境就越復(fù)雜；反之，復(fù)雜的電磁環(huán)境又對電子設(shè)備提出更為嚴格的要求。因此，電磁兼容技術(shù)獲得了空前的發(fā)展，為優(yōu)化電磁環(huán)境，保證電子設(shè)備的正常工作，提供科學(xué)的方法。20世紀80年代后，電磁兼容技術(shù)的發(fā)展進入了全新的階段，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，

8、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，使其更加規(guī)范化和法制化。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 /EC，該指令自發(fā)布于歐盟官方公報之后第20天開始生效，并于2007年7月20日起強制執(zhí)行，并同時廢除89/336/EEC指令。這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 Compulsory 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

9、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，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。3.電磁兼容技術(shù)研究現(xiàn)狀電磁兼容作為一門新興的學(xué)科，其理論基礎(chǔ)涉及數(shù)學(xué)、電磁場理論、電路基礎(chǔ)、信號分析等學(xué)科與技術(shù)，其理論和應(yīng)用研究始終在不斷地發(fā)展。電磁兼容領(lǐng)域的理論研究、特性測量和產(chǎn)品開發(fā)，需要投入高科技專業(yè)人才和巨大的資金，做基礎(chǔ)理論研究可能需要3至5年， 甚至10年或更長的時間才可能將成果轉(zhuǎn)化為標準，轉(zhuǎn)化為測試技術(shù)。而相當于一般性的高科技產(chǎn)品，市場需求量小很多，形成了高投入，低產(chǎn)出的不良

10、局面，因此從事研究的機構(gòu)較少。在國外，電磁兼容的理論研究主要由一些國立研究機構(gòu)、較著名的大學(xué)和研究所承擔，少數(shù)實力雄厚的大公司也進行一些基礎(chǔ)理論的研究。國外開展電磁兼容技術(shù)研究的機構(gòu)大致分為兩類。一類是以美國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(wù)。另一類則是專門從事校準服務(wù)的公司以及EMC檢測設(shè)備制造商的校準實驗室，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(xué)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。

11、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。3.1 電磁兼容理論研究在理論研究上，IEEE很早就注意到無線電干擾問題了，1957年10月成立了射頻干擾專業(yè)組，并于1959年5月出版了學(xué)報的射頻干擾( RFI) 分冊。1964年IEEE學(xué)報又將RFI分冊改為電磁兼容( EMC)分冊，該學(xué)會( EMC Society)每年組織一次重要的學(xué)術(shù)會議。電磁兼容理論研究內(nèi)容主要包括設(shè)備抗干擾措施的研究、設(shè)備的電磁兼容測試技術(shù)的研究、設(shè)備電磁發(fā)射控制措施的研究、電磁

12、兼容防護元器件特性的研究、電磁兼容測試場地的研究以及電磁干擾機理分析研究等。解決電磁兼容等電磁問題的主要方法有基于傳播空間離散化的微分方程方法和基于散射體表面或內(nèi)部離散化的積分方程方法以及各種混合方法。微分方程方法能夠得到稀疏陣，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(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)電流來分析散射問題，不存在空間色散誤差。微分方程方法往往比積分方程方法更容易實現(xiàn)求解任意復(fù)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

13、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(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(F DFD)、有限元法(FEM)、區(qū)域分解法(DDM)等。3.2 電磁兼容標準IEC有兩個專門從事EMC標準化工作的技術(shù)委員會：一個是國際無線電干擾特別委員會(CISPR)，成立于1934年；另一個是電磁兼容技術(shù)委員會(TC77)，成立于1981年。CISPR基本上將通常的工業(yè)和民用產(chǎn)品的EMC考慮在其標準中，還起草了通用射頻騷擾限值國際標準草案，對那些新開發(fā)的以及暫時還不能與現(xiàn)有CISPR產(chǎn)品標準相對應(yīng)的產(chǎn)品，可以用射頻騷擾限制來加以限

14、制，實際工作頻率范圍從9kHz-18GHz已擴展到DC-40GHz。TC77最初主要關(guān)心低壓電網(wǎng)系統(tǒng)的EMC問題(9kHz以下頻段)，后來將其工作范圍擴大到整個EMC所涉及的頻率范圍及產(chǎn)品。目前CISPR已制定14個標準，TC77也已制定14個IEC標準。其中IEC61000-4系列標準是目前國際上比較完整和系統(tǒng)的抗擾度標準。無論是CISPR還是TC77制定的標準，除了對測試方法作出嚴格規(guī)定之外，均對測試場地和測試設(shè)備提出了明確要求。EMC計量測試研究的內(nèi)容主要就是針對那些用于EMC測試的場地和設(shè)備，定期對它們進行計量和校準。一方面驗證他們的各項性能指標是否仍在標準規(guī)定的范圍之內(nèi)，另一方面也起

15、到量值溯源的作用，保證測試結(jié)果的準確性和可追溯性。電磁干擾和克服電磁干擾的問題很早就引起人們的高度重視，國際電工委員會( IEC)先后制定了一系列國際標準，各國緊跟其后制定本國的電磁兼容標準，我國則全面推行IEC標準。EMC計量測試今后作為電子計量測試的一個發(fā)展方向必將不斷得到重視和加強。我國電磁兼容標準方面的工作相對落后。20世紀80年代，在當時國家標準局的領(lǐng)導(dǎo)下，在全國開展將IEC/ CISPR的電磁兼容標準轉(zhuǎn)化為我國國家標準的標準化工作。1986年8月， 我國成立了全國無線電干擾標準化技術(shù)委員會，秘書處設(shè)在上海電器科學(xué)研究所。90年代到2000年初，又將IEC/ TC77系列基礎(chǔ)標準IEC61000( 主要是抗擾度標準)轉(zhuǎn)化為國家標準。2000年7月，成立了全國電磁兼容標準化技術(shù)委員會(相當于中國的TC77)，秘書處設(shè)在武漢高壓研究所。目前為止， 我國制、修定的電磁兼容標準已有一百多個。隨著電氣和電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和技術(shù)的進步，電磁兼容