电磁干扰及兼容技术的研究现状及发展趋势

1、电磁干扰与兼容技术的研究现状与发展趋势 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长，汽车、电子通信、计算机与电气设备大量进人家庭，空间人为电磁能量每年都再增长，21世纪电磁环境恶化已成定局严重恶化的电磁环境对人类生活日益依赖的通信，计算机与各种电子系统都将造成灾难性的危害。电磁干扰除了可能对系统的效能有着重大的影响，其影响如图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广泛的影响，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

2、扰”一文可算得上最重要的早期文献，此后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益重视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，颁布了一系列电磁兼容方面的军用标准和设计规范，并不断加以充实和完善，使得EMC技术进入新的阶段。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，高可靠性方向发展，其应用范围越来越广，渗透到了整个社会的每个角落。因而发达国家

3、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发展相对较晚，70年代以来，国内对电磁兼容性问题也引起了重视。特别是我国海军舰船，由于对电子设备几及舰船总体设计没有提出电磁兼容性要求，造成舰船设备的相互干扰，使其通信、探测、导航能力等下降，从而引起了广泛的重视，筹建了国内第一个电磁兼容性实验研究室。其后，一些军种、部门及大学陆续建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规范，并正在切实地贯彻执行。20世纪80年代后，电磁兼容技术的发展进入了全新

4、的阶段，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，大大推动了全球的电磁兼容标准的强制执行和电磁兼容认证工作，使其向更加规范化和法制化方法发展。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之后第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。这必将进一步促进我国电磁兼容认证制度的发展。紧跟国际潮流，我国也建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管理规定，英文名称为China Co

5、mpulsory Certification，英文缩写为CCC，简称为3C认证，3C认证对这些产品的安全性能、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，包括涉及安全、电磁兼容、环境保护要求的19大类、132种产品。对列入目录的产品，凡未获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、进口和销售。以美国NIST、英国NPL以及德国PTB等为代表的国立研究机构，他们主要从事各类测量天线、磁场探头、电场探头和EMC测试场地的校准研究，并对外提供服务。另一类则是专门从事校准服务的公司以及EMC检测设备制

6、造商的校准实验室，他们均取得了国际上一些著名认证机构的授权。我国最早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主要有北京邮电大学、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，这就要求必须设置边界条件。积分方程方法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

7、程方法往往比积分方程方法更容易实现求解任意复杂媒体环境下的电磁问题。对于均匀背景介质中的开放域问题，常常采用积分方程方法进行求解。对于单独利用微分方程方法积分方程方法均难以求解的问题，往往采用混合方法分析。常见的积分方程方法有矩量法6(MOM)、体积分方程方法(VIEM)。常见的微分方程方法有时域有限差分法(FDFD)、有限元法(FEM)、区域分解法(DDM)等。 随着现代电子技术在汽车上的大量应用，现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理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，其发展先后经历了整流器

8、时代、逆变器时代和变频器时代，并促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发展起来的、以功率MOSFET和IGBT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，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源，传统的电路非常庞大而笨重，如果采用高顿开关电源技术，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、降低成本。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控制。高频开关电源技术，更是各种大功率

9、开关电源（逆变焊机、通讯电源、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不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过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。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，可按不同的方法进行分类。对测量环境中直接影响测量及测量

10、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种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使用的电子产品中有许多导线、线圈和带有触点的电器，都具有不同的电容和电感，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要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。其次，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

11、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，其频率一般在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，而辐射干扰电磁波则是在空间传播，通过天线输入无线电设备内部。车外干扰源由自然现象、社会环境等引起的外部电磁干扰对汽车电子系统的影响也较为严重，外部电磁干扰是指人为的各种电器设备，如：高压输电线、电车轨道附近、广播电视设备及无线电通讯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起的电磁干扰。国外汽车电磁兼容研究现状目

12、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就，形成了一套汽车电磁兼容体系。这主要表现在：具有较为完善的汽车电磁兼容测试标准和规范；具有有效的对汽车整车和零部件进行电磁兼容检测、管理和认证的机构；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标准规范。国际标准化组织（ISO）、国际电工委员（IEC）、国际无线电干扰特别委员会（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等级。2. 众多大型的EMC实验室。德国大众从1965年起

13、，开始建立了露天的汽车防无线电干扰试验台，到7O年代不断改进和完善，1978年引进了较先进的测试设备，1985年大力推进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竣工。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15.5 m*10 m* 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基本局限在试验上，但是随着电动汽车和混合驱动汽车的出现，以及汽车电气系统的迅速增加，信号频率的不断提高，汽车电磁兼容问题越

14、来越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试验。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%，相当部分不合格的车辆属于严重超标。从2O世纪9O年代，我国开始控制汽车无线电干扰，国内各汽车检测机构、生产企业纷纷购置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，并加以控制。包括天津汽车检测中心、重庆国家客车质量监督检验中心在内的国家级汽车检测机构均具备电磁干扰检

15、测能力。此后，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检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试验技术工作有了新的发展。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、放大器室和测量控制系统。电波暗室作为电磁兼容实验室的主体，可以实现室内的电磁场具有均匀性和衰减性，可以模拟室外开阔场地的电磁分布，完成与电磁场相关的各种试验。从国内情况来看，由于我国汽车工业整体水平落后，对汽车电磁兼容性的重要性认识不足，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年我国颁布了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法及允许值强制性国家标准，对汽车向环境辐射的电磁波干扰作了限制。1998年颁布了GB1761998机动车电子电器组件的电磁辐射特性限值和测量方法。2001年发布了GBT 18387-2001电动车辆的电磁场辐射强度的限值和测量方法宽带9 kHz30 MHz。发展趋势：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。人们关心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快，新的