电磁干扰及兼容技术的研究现状及进展趋势

电磁干扰与兼容技术的研究现状与进展趋势当前人类的生存环境也已具有浓厚的电磁环境内涵。随着城市人日的迅速增 加，汽车、电子通信、运算机与电气设备大量进人家庭，空间人为电磁能量每一 年都再增加，21世纪电磁环境恶化已成定局严峻恶化的电磁环境对人类生活日 趋依托的通信，运算机与各类电子系统都将造成灾难性的危害。电磁干扰除可能 对系统的效能有着重大的阻碍，其阻碍如图1所示。为此世界各国均十分重视愈 来愈复杂的电磁环境及其普遍的阻碍，电磁兼容技术是由过去的。电磁干扰。 (Electromagnetic Interference)演变而来的。而人们对电磁干优的研究工作可 追溯到19世纪，希维赛德于1881年写的“论干扰” 一文可算得上最重要的初期 文献，尔后188年柏林电气协会成立了干扰问题委员会，紧接着在1889年英国 邮电部门开始研究其通信干扰问题。到本世纪20年代以后，各先进工业国家都 日趋重视EMC的研究，成立了许多相关的国际组织。本世纪40年代，为了解决 由于飞机通信系统受到电磁干扰造成飞行事故的问题，开始较为系统地进行EMC 技术的研究。美国自1945年开始，公布了一系列电磁兼容方面的军用标准和设 计标准，并非断加以充实和完善，使得EMC技术进入新的时期。60年代以来， 现代电子科学技术向高频、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度，高靠得住 性方向进展，其应用范围愈来愈广，渗透到了整个社会的每一个角落。因此发达 国家在EMc研究方面投入了大量的人力物力形成了 EMC热。电磁兼容性问题在国 内进展相对较晚，70年代以来，国内对电磁兼容性问题也引发了重视。专门是 我国海军舰船，由于对电子设备几及舰船整体设计没有提出电磁兼容性要求，造 成舰船设备的彼此干扰，使其通信、探测、导航能力等下降，从而引发了普遍的 重视，筹建了国内第一个电磁兼容性实验研究室。其后，一些军种、部门及大学 陆续成立了电磁兼容性实验研究室，电子及电气设备研究、设计及制作单位也都 纷纷配备了电磁兼容性设计人员。目前，参照国外相应标准，我国已系统的制定 了一整套军用及民用电磁兼容性标准及标准，并正在切实地贯彻执行。20世纪80年代后，电磁兼容技术的进展进入了全新的时期，开始实行强制 认证制度了。国际上，欧盟89/336/EEC电磁兼容指令从1996年1月1日开始强 制执行，大大推动了全世界的电磁兼容标准的强制执行和电磁兼容认证工作，使 其向加倍标准化和法制化方式进展。需要注意的是2004年12月15日欧洲议会、 欧共体理事会通过了一个新的电磁兼容指令：2004/108/EC4，该指令自发布于 欧盟官方公报以后第20天开始生效，并将于2007年7月20日起强制执行，并 同时废除89/336/EEC指令。这必将进一步增进我国电磁兼容认证制度的进展。 紧跟国际潮流，我国也成立了强制性产品认证制度。2001年12月，国家发布强 制性产品认证治理规定，英文名称为China Compulsory Certification，英 文缩写为CCC，简称为3C认证，3C认证对这些产品的平安性能、电磁兼容性、 防电磁辐射等方面都做了详细规定。2002年5月1日起，国家相关部门开始受理第一批列入强制性产品目录的认 证申请，包括涉及平安、电磁兼容、环境爱惜要求的19大类、132种产品。对 列入目录的产品，凡未取得强制性产品认证证书和未加施CCC 强制性认证标志 的产品，不得出厂、入口和销售。以美国NIST、英国NPL和德国PTB等为代表 的国立研究机构，他们要紧从事各类测量天线、磁场探头、电场探头和EMC测试 场地的校准研究，并对外提供效劳。另一类那么是专门从事校准效劳的公司和 EMC检测设备制造商的校准实验室，他们均取得了国际上一些闻名认证机构的授 权。我国最先从事电磁兼容技术研究的是上海电器科学研究所，早在1962年就 开始进行无线电干扰的测量和船用电机电器无线电干扰标准的制定工作。从事电 磁兼容学科研究的大学要紧有北京邮电大学、北京交通大学和东南大学等。从事 电磁兼容检测的研究所有上海电器科学研究所、信息产业部电子三所、四所、五 所和广州电器科学研究所、武汉高压研究所等。但求解区域远大于散射体本身， 且场的传播在空间离散描述，造成空间色散误差。另外，由于只能在有限区域内计算，这就要求必需设置边界条件。积分方程 方式通过求解散射体表面或体积内的感应电流来分析散射问题，不存在空间色散 误差。微分方程方式往往比积分方程方式更易实现求解任意复杂媒体环境下的电 磁问题。关于均匀背景介质中的开放域问题，常常采纳积分方程方式进行求解。 关于单独利用微分方程方式积分方程方式均难以求解的问题，往往采纳混合方式 分析。常见的积分方程方式有矩量法6(MOM)、体积分方程方式(VIEM)。常见的 微分方程方式有时域有限差分法(FDFD)、有限元法(FEM)、区域分解法(DDM)等。随着现代技术在汽车上的大量应用，现代电力电子技术的进展方向，是从 以低频技术处置问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处置问题为主的现代 电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器 件，其进展前后经历了整流器时期、逆变器时期和器时期，并增进了电力电子技 术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期进展起来的、以功率和为 代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，说明传统电力电 子技术已经进入现代电力电子时期。在电力电子技术的应用及各类电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。 关于大型电解电镀电源，传统的电路超级庞大而笨重，若是采纳高顿开关电源技 术，其体积和重量都会大幅度下降，而且可极大提高电源利用效率、节省材料、 降低本钱。在电动汽车和变频传动中，更是离不开开关电源技术，通过开关电源 改变用电频率，从而达到近于理想的负载匹配和驱动操纵。高频开关电源技术， 更是各类大功率开关电源(逆变焊机、通信电源、高频加热电源、激光器电源、 电力操作电源等)的核心技术。电磁兼容性EMC (Electro Magnetic Compatibility)，是指设备或系统在 其电磁环境中符合要求运行并非对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干 扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行进程中 对所在环境产生的电磁干扰不能超过必然的限值；另一方面是指器具对所在环境 中存在的电磁干扰具有必然程度的抗扰度，即电磁灵敏性。系统或设备在所处的 电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。车内干扰源电磁干扰源种类繁多，可按不同的方式进行分类。对测量环境中直接阻碍测 量及测量设备的干扰来源可分为自然干扰源和人为干扰源。车内干扰源是指车上各类电子电气系统产生的电磁干扰。电子电器设备产生 的电磁干扰是由于汽车上利用的电子产品中有许多导线、和带有的电器，都具有 不同的和电感，而任何一个具有电感和电容的闭合回路都会形成振荡回路。当电 器设备工作产生火花时，就会产生高频振荡并以电磁波形式发射到空中，对汽车 上及周围数百米范围内的收音机、电视机和其它无线电装置的正常工作，产生不 同程度的干扰。汽车的无线电干扰源主若是发动机的点火系统，其干扰波来自点火系统次级 电压的高频振荡。第二，在发电机负载电流突变和整流时也会产生电磁波。起动 机、发电机、闪光器、触点式电磁振动电喇叭、雨刮器、仪表系统等也都会产生 较小的传导干扰和辐射干扰的电磁波。汽车电器产生的干扰电磁波具有脉冲特性且频带较宽，其频率一样在0.151 000 MHz之间。汽车电器产生的干扰电磁波，分传导干扰和辐射干扰两 种。传导干扰电磁波，是通过汽车导线直接输入无线电设备和电子设备内部的， 而辐射干扰电磁波那么是在空间传播，通过输入无线电设备内部。车外干扰源由自然现象、社会环境等引发的外部电磁干扰对汽车电子系统的阻碍也较为 严峻，外部电磁干扰是指人为的各类电器设备，如：高压输电线、电车轨道周围、 广播电视设备及无线电通信设备等所辐射出来的对汽车起干扰的电磁辐射及由 雷电等自然现象引发的电磁干扰。国外汽车电磁兼容研究现状目前，世界上汽车发达国家对汽车电磁兼容研究已经取得了一些成绩，形成 了一套汽车电磁兼容体系。这要紧表此刻：具有较为完善的汽车电磁兼容测试标 准和标准；具有有效的对汽车整车和零部件进行电磁兼容检测、治理和认证的机 构；具有高精度的汽车电磁兼容测试系统；研制出了大型的汽车电磁兼容预测、 分析和设计软件。1. 较完善的汽车EMC标准标准。国际标准化组织（ISO）、国际电工委员 （IEC）、国际无线电干扰专门委员会（CISPR）、美国汽车工业协会（SAE）、德国标准（DIN）、德国电气工程师协会（VDE）等组织均在其文件中规定了抗干 扰检测的干扰类型及严格品级。2. 众多大型的EMC实验室。德国公共从1965年起，开始成立了露天的汽车 防无线电干扰实验台，到7O年代不断改良和完善，1978年引进了较先进的测试 设备，1985年大力推动汽车电磁兼容中心体系的筹建工作，1987年全新的汽车 电磁兼容中心完工。法国PSA公司电磁兼容实验室共有三个暗室:一个用于整车，一个用于零部件和车用接收机调整，另外一个专门用于零部件测试。测试整车的 暗室尺寸为15.5m*10m*6 113，转台直径8.4113，轴距调整范围为2 0003 700 mm。3. 开展汽车EMC预测研究。汽车电磁兼容研究以前大体局限在实验上，可 是随着电动汽车和混合驱动汽车的显现，和汽车电气系统的迅速增加，信号频率 的不断提高，汽车电磁兼容问题愈来愈成为汽车制造商很重的一个负担。国内汽车电磁兼容研究概况我国汽车电磁兼容技术研究工作起始于汽车电磁干扰特性测量的研究。2O 世纪8O年代初，开始对汽车电磁干扰特性进行摸底测量实验。1994年，中国汽 车技术研究中心在国内率先开展了对汽车无线电干扰特性测量，并对全国各型汽 车（新车）进行了摸底普查。普查结果统计，合格率仅为24%，相当部份不合格 的车辆属于严峻超标。从2O世纪9O年代，我国开始操纵汽车无线电干扰，国内 各汽车检测机构、生产企业纷纷购买了电磁干扰接收机系统，用于研究测试汽车 无线电干扰水平，并加以操纵。包括天津汽车检测中心、重庆国家客车质量监督 查验中心在内的国家级汽车检测机构均具有电磁干扰检测能力。尔后，国内开展 了汽车及其部件的电磁兼容技术研究，开始研究并建设大型电磁兼容实验设施。 2001年3月中国汽车技术研究中心电磁兼容查验实验室通过了中国实验室认可 委员会认可，标志着我国汽车电磁兼容实验技术工作有了新的进展。中国汽车技 术研究中心电磁兼容实验设施包括野外开阔场、电磁波暗室、传导屏蔽室、放大 器室和测量操纵系统。电波暗室作为电磁兼容实验室的主体，能够实现室内的电 磁场具有均匀性和衰减性，能够模拟室外开阔场地的电磁散布，完成与电磁场相 关的各类实验。从国内情形来看，由于我国汽车工业整体水平掉队，对汽车电磁兼容性的重 要性熟悉不足，因此，对电磁兼容的研究还很少。汽车电磁兼容法规不健全，而 且执行也不够严格。1992年我国公布了 GB14O2392车辆、机动船和火花点火 发动机驱动装置无线电干扰特性的测试方式及许诺值强制性国家标准，对汽车 向环境辐射的电磁波干扰作了限制。1998年公布了 GB 98机动车电子电器 组件的电磁辐射特性限值和测量方式。2001年发布了 GB/T 18387-2001电 动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方式宽带9 kHz30 MHz。进展趋势：随着汽车电子化程度的提高，汽车电磁兼容技术作为汽车技术的一个重要分 支正在确立。人们关切和重视汽车电磁兼容性的程度正在提高。我国汽车电磁兼 容技术标准化进程将会加速，新的国家标准会不断地制定，旧标准也会不断地被 修订。以后2年内将要制定的国家标准有：GB道路车辆一由传导和耦合引发的 电骚扰限值和测量方式；GB道路车辆一由静电放电引发的电磁骚扰限值和测 量方式；尔后一段时期，将重点开展汽车零部件的电磁兼容性研究与测试，以 推动国内汽车电子电器部件技术的加速进展，提高国内企业汽车电子电器部件的 生产水平，加速我国汽车生产的国产化进程在汽车电子电器部件的电磁兼容技术 取得时期性功效的基础上，咱们将增强汽车整车的电磁抗扰性研究与测试，赶上 国际汽车技术进展水平，提高国产汽车的整体水平。