國內(nèi)外電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)概況與測試手段

1、國內(nèi)外電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)概況與測試手段摘要本文介紹了電磁兼容性的定義，國內(nèi)外電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展概況和電磁兼容測量所需的環(huán)境要求以及騷擾、抗干擾測量設(shè)備的有關(guān)情況。目的是使廣大工程技術(shù)人員對電磁兼容有個(gè)初步了解。關(guān)鍵詞標(biāo)準(zhǔn)、電磁兼容、測量環(huán)境、測量設(shè)備。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，對產(chǎn)品的電磁兼容性越來越重視。我國已將產(chǎn)品的電磁兼容性要求納入了國家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證范圍，國家規(guī)定從2003年5月1日起凡列入國家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證目錄的產(chǎn)品未經(jīng)認(rèn)證不得出廠、進(jìn)口和銷售。那么什么是產(chǎn)品的電磁兼容性？國內(nèi)外電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況又如何？產(chǎn)品的電磁兼容性測量又需要那些環(huán)境條件和測量設(shè)備。本文就上述內(nèi)容

2、作出簡單介紹。電磁兼容性（electromagnetic compatibility） 縮寫EMC就是指某電子設(shè)備既不干擾其它設(shè)備，同時(shí)也不受其它設(shè)備的影響。電磁兼容性和我們所熟悉的安全性一樣，是產(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一。安全性涉及人身和財(cái)產(chǎn)，而電磁兼容性則涉及人身和環(huán)境保護(hù)。在我們的日常生活中經(jīng)常會(huì)遇到這樣一些情況，在我們正常收聽廣播或收看電視節(jié)目的時(shí)候如果戶外有汽車駛過，很容易造成收聽或收看質(zhì)量下降，還有當(dāng)我們在家玩電子游戲機(jī)時(shí)，常常造成鄰居家電視機(jī)的某些頻道無法正常收看；同樣鄰居家在玩游戲機(jī)時(shí)也會(huì)影響自家電視機(jī)的接收效果。這樣的例子足以說明，在我們?nèi)粘Ｉ畹目臻g確實(shí)存在著另外一種環(huán)境污染

3、電磁污染?？梢赃@樣說，凡有電、有開關(guān)的設(shè)備均會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。早在一九三四年國際電工委員會(huì)就成立了無線電干擾特別委員會(huì)簡稱CISPR，專門研究無線電干擾問題，制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，旨在保護(hù)廣播接收效果。當(dāng)初只有少數(shù)國家參加該委員會(huì)，如比利時(shí)、法國、荷蘭和英國等。經(jīng)過多年的發(fā)展人們對電磁兼容的認(rèn)識(shí)發(fā)生了深刻的變化，1989年歐洲共同體委員會(huì)頒發(fā)了89/336/EEC指令，明確規(guī)定，自1996年1月1日起，所有電子、電器產(chǎn)品須經(jīng)過EMC性能的認(rèn)證，否則將禁止其在歐共體市埸銷售。此舉在世界范圍內(nèi)引起較大反響，EMC已成為影響國際貿(mào)易的一項(xiàng)重要指標(biāo)。隨著技術(shù)的發(fā)展CISPR工作范圍也由當(dāng)初保護(hù)廣播接收業(yè)務(wù)擴(kuò)展到

4、涉及保護(hù)無線電接收的所有業(yè)務(wù)。國際電工委員會(huì)IEC有兩個(gè)專們從事電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化工作的技術(shù)委員會(huì)：一個(gè)就是CISPR成立于1934年；另一個(gè)是電磁兼容委員會(huì)TC77，成立于1981年。CISPR最初關(guān)心的主要是廣播接收頻段的無線電騷擾問題，之后在EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作方面進(jìn)行了不懈的努力，CISPR共有七個(gè)分技術(shù)委員會(huì)其中A分會(huì)涉及無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備及測量方法；B分會(huì)涉及工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療射頻設(shè)備的EMC；C分會(huì)涉及架空電力線路和高壓設(shè)備的EMC；D分會(huì)涉及車輛、機(jī)動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的EMC；E分會(huì)涉及收音機(jī)和電視接收機(jī)及有關(guān)設(shè)備的EMC；F分會(huì)涉及家用電器、電動(dòng)工具及熒光燈和照明裝置

5、的EMC；G分會(huì)涉及信息技術(shù)設(shè)備的EMC問題。CISPR已基本上將通常的工業(yè)和民用產(chǎn)品的EMC考慮在其標(biāo)準(zhǔn)中。CISPR還起草了通用射頻騷擾限額值國際標(biāo)準(zhǔn)草案，這樣，對那些新開發(fā)的以及暫時(shí)還不能與現(xiàn)有CISPR產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的產(chǎn)品，可以用射頻騷擾限額值來加以限制。幾年前CISPR將其工作頻率范圍擴(kuò)展為DC-400GHz，目前實(shí)際工作范圍為9KHz18GHz，以前的CISPR標(biāo)準(zhǔn)主要涉及無線電干擾限額值及其測量方法，近年來在抗擾度方面加強(qiáng)了研究，并已制定了一些標(biāo)準(zhǔn)。TC77最初主要關(guān)心低壓電網(wǎng)系統(tǒng)的EMC間題（9KHz以下頻段），后來將其工作范圍擴(kuò)大到整個(gè)EMC所涉及的頻率范圍及產(chǎn)品。目前CIS

6、PR已制定有CISPR22（1997）信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾特性的測量方法及限值等14個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；TC77也已制定了25個(gè)IEC標(biāo)準(zhǔn)，其中IEC61000-4系列標(biāo)準(zhǔn)是目前國際上比較完整和系統(tǒng)的抗擾度基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。我國的EMC測試及標(biāo)準(zhǔn)化工作始于六十年代，當(dāng)時(shí)國內(nèi)的一些院所建立了相對簡陋的試驗(yàn)室，開展無線電干擾（騷擾）測試研究，同時(shí)參考前蘇聯(lián)和歐美國家標(biāo)準(zhǔn)制定我們國家自已的EMC標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件，自從1986年成立了全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)后，我國才開始有組織有系統(tǒng)地對應(yīng)CISPR/IEC開展國內(nèi)EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)已成立了八個(gè)分技術(shù)委員會(huì)，其中七個(gè)分會(huì)與CISPR/A.

7、B.CF.G分會(huì)相對應(yīng)，S分會(huì)是根據(jù)我國國情而成立的，它主要涉及無線電系統(tǒng)與非無線電系統(tǒng)之間的電磁兼容問題。目前我國已制定了六十多項(xiàng)EMC國家標(biāo)準(zhǔn)，其中基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為GB4365-1995電磁兼容術(shù)語；GB/T6113-1995無線電干擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范。電磁兼容性的測量手段主要由測試場地和測試儀器組成。EMC測試所需埸地主要包括開闊埸、電波暗室（anechoic chamber）、屏蔽室等。開闊埸：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求通常測試埸成橢園形，長軸是焦距的兩倍，短軸是焦距的3倍，發(fā)射與接收天線分別置橢園的兩個(gè)焦點(diǎn)上。兩個(gè)焦點(diǎn)的距離即是我們所要求的測量距離，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)可分為3米、10米和30米。我國現(xiàn)有標(biāo)

8、準(zhǔn)大多數(shù)規(guī)定3米法測量，美國的FCC標(biāo)準(zhǔn)、英國的VDE標(biāo)準(zhǔn)有10米法測量的要求。開闊埸一般應(yīng)選擇遠(yuǎn)離市區(qū)、電磁環(huán)境較好的地方建造，但這給建造、試驗(yàn)、生活管理等帶來了諸多不便，目前國內(nèi)大都利用樓頂平臺(tái)，因地制宜進(jìn)行建造。試驗(yàn)埸地應(yīng)設(shè)有轉(zhuǎn)臺(tái)和天線升降塔，便于全方位的輻射發(fā)射及天線升降測試，關(guān)于開闊埸還有一些具體要求，如要符合埸地衰減要求，埸地周圍無金屬反射物等等。屏蔽室（screen room）：在EMC測試中，屏蔽室能提供環(huán)境電平低而恒定的電磁環(huán)境，它為測量精度的提高，測量的可靠性和重復(fù)性的改善帶來了較大的益處。但是由于被測設(shè)備在屏蔽室中產(chǎn)生的干擾信號通過屏蔽室的六個(gè)面產(chǎn)生無規(guī)則的漫反射，特別是

9、在輻射發(fā)射測量和輻射敏感度測量中表現(xiàn)更嚴(yán)重，導(dǎo)致在屏蔽室內(nèi)形成駐波而產(chǎn)生較大的測量誤差。目前國內(nèi)生產(chǎn)的屏蔽室的屏蔽效能在10Kz-10GHz頻率范圍內(nèi)一般能大于100dB。電波暗室（anechoic chamber）： 通常所說的電波暗室在結(jié)構(gòu)上大都由屏蔽室和吸波材料兩部分組成。在工程應(yīng)用中又分全電波暗室（fully anechoic chamber）（ 六面裝有吸波材料）和半電波暗室（semi anechoic chamber）（ 地面為金屬反射面）。全電波暗室可充當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)天線的校準(zhǔn)埸地，半電波暗室可作為EMC試驗(yàn)場地。電波暗室的主要性能指標(biāo)有“靜區(qū)”、“工作頻率范圍”等六個(gè)指標(biāo)（靜區(qū)是指射頻

10、吸波室內(nèi)受反射干擾最弱的區(qū)域）。但建造電波暗室的成本、難度均相當(dāng)高，因?yàn)榘凳业墓ぷ黝l率的下限取決于暗室的寬度和吸收材料的高度、上限取決于暗室的長度和所充許的靜區(qū)的最小截面積，所以在建造上有較大的難度。且由于吸波材料的低頻特性等原因，總的測試誤差有時(shí)高達(dá)幾十分貝，造價(jià)需幾百萬元。由于開闊場、電波暗室的諸多缺點(diǎn)，1974年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的專家首先系統(tǒng)地論述了橫電磁波傳輸小室（簡稱TEM小室Transverse Electromagnetic Transmission Cell），其外形為上下兩個(gè)對稱梯形。橫電磁波傳輸小室的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，主要缺點(diǎn)是可用頻率上限與可用空間存在矛盾。標(biāo)準(zhǔn)TE

11、M小室的測量尺寸大約限定在設(shè)計(jì)的最小工作波長的四分之一范圍。如果要進(jìn)行1GHz（波長30cm）的測試，測試腔尺寸要限定在7.5cm。如果對PC機(jī)進(jìn)行測試，測試腔高度起碼要有半米，即使加入一些側(cè)壁吸收材料，可用頻率上限也不會(huì)超過300MHz。我們所引進(jìn)的德國RS公司生產(chǎn)的TEM小室腔高80cm，可用頻率上限為250MHz。用TEM小室的方法測量已列入CISPR標(biāo)準(zhǔn)之中。為了克服TEM小室的缺點(diǎn)，1987年瑞士ABB公司發(fā)明了TEM小室家族中的新成員GTEM小室，其外形為四棱錐形。GTEM小室綜合了開闊場、屏蔽室、TEM小室的優(yōu)點(diǎn)，克服了各種方法的局限性，便于進(jìn)行幾乎全部輻射敏感度及發(fā)射試驗(yàn)。其頻

12、率范圍可覆蓋0-18GHz，模擬入射平面波，可以產(chǎn)生強(qiáng)的場強(qiáng)、對周圍的人員和設(shè)備沒有危害和干擾。但GTEM小室的使用目前國際上尚有爭論，還沒有列入標(biāo)準(zhǔn)的測試方法之中，一般用于預(yù)測試。在電磁輻射敏感度測量方面還有一種非對稱橫電波傳輸室簡稱ATEM小室（Asymmetric Transverse Electromagnetic Transmission Cell）。通常TEM小室呈對稱形，ATEM小室為非對稱形，其外形為中間是方形的兩頭為非對稱的棱錐形。ATEM小室目前還處在研究階段，主要用于預(yù)測試，尚未正式列入標(biāo)準(zhǔn)。電磁兼容性測量所需的儀器設(shè)備的技術(shù)參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)中都有描述，電磁兼容性的測量分干擾（

13、騷擾）和抗干擾：電磁干擾（electromagnetic interference）簡稱EMI，測量一般為兩個(gè)參數(shù)即輻射干擾（Radiated interference）和傳導(dǎo)干擾（Conducted interference） ，所謂輻射干擾是指通過空間傳播的干擾，所謂傳導(dǎo)干擾是指通過電源端而產(chǎn)生的干擾。測量所需的主要設(shè)備有：1.接收天線（根據(jù)測量頻率不同可以選則偶極子天線、雙錐天線、對數(shù)周期天線等）。2.測量接收機(jī)。3.人工電源網(wǎng)絡(luò)（artificial mains network串接在被測設(shè)備電源進(jìn)線處的網(wǎng)絡(luò)。它在給定頻率范圍內(nèi)，為騷擾電壓的測量提供規(guī)定的負(fù)載阻抗，并使被試設(shè)備與電源相互隔離）。4.天線升降架、轉(zhuǎn)臺(tái)及部分適配器。5.吸收鉗（absorbing clamp）。6.計(jì)算機(jī)、接口板、軟件等。對抗干擾（electromagnetic susceptibility）簡稱EMS，這方面的測量參數(shù)一般有10項(xiàng)：靜電放電、無線電頻率電磁輻射場、電快速瞬變脈沖、浪涌、由射頻場引起的傳導(dǎo)、電源頻率磁場、脈沖磁場、阻尼振蕩磁場、電壓跌落短期中斷和電壓變化、振蕩波抗擾度