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1、电子产品电磁兼容和安规设计电子产品电磁兼容和安规设计电子产品电磁兼容和安规设计一、 电磁干扰对人类社会的危害 1 电磁干扰是无线电的大敌 在50年代，一部50W的短波电台通信距离可达1000km； 到了80年代，一部250W的短波电台通信距离一般小于500km 。其根本原因是80年代电磁干扰比50年代增强了许多倍。现代 社会日益增多的电磁干扰正在侵入地球空间的各个角落，像毒 雾般污染无线电频谱资源。无线电通信首当其冲地受到电磁干 扰的危害，受害规模越来越大。例如1998年2月12日晚， CCTV1“焦点访谈”节目专门报导了电磁干扰妨碍民航春运事 件：该年元月20日，由于大功率寻呼发射机干扰广州
2、机场与飞 行在航线上的飞机间的无线电通信联络指挥调度，危及飞行安 全，不得不关闭一个繁忙扇面，使90多个航班不能正常运行， 大批旅客滞留机场，给繁忙的春运造成损失。以上两例说明电 磁干扰是无线电通信的大敌。一、 电磁干扰对人类社会的危害 2 电磁干扰刺激功率竞赛，加剧电磁污染无线电通信需要一定的信号噪声比，电磁干扰大，信噪比就 会下降，使无线电通信距离变短。为保证一定的通信距离，只 好增大发射机功率，以保证接收机所需要的信噪比。这就是80 年代250W短波电台勉强完成50年代50W短波电台工作的原因 。从表1可以看出，1980年电磁干扰场强比1950年大了700倍 ，难怪发射功率增大5倍还不行
3、。地球上同时工作的发射机有 数百万台，最大功率可达兆瓦级。发射机数目逐年增多，功率 随之加大，电磁干扰场强也不断增大。面对这种状况，人类会 不会陷入“发射机功率增大和数量增多电磁干扰场强增大信 噪比下降再次增大和增多发射机功率和数目”的恶性循环?这 确实是一个值得注意的问题。电磁干扰危害的加剧，可能会刺 激发射机功率和数目竞赛，复又导致更严重的电磁污染。一、 电磁干扰对人类社会的危害 3 电磁干扰日益社会化电磁干扰社会化趋势，给人民生活带来许多不便。例如，武 汉天河机场未启用前，从南湖机场起飞或降落的飞机会对下面 的电视机产生严重干扰。飞机起降时地处飞机下面的武昌城区 电视图像抖动，几万户居民
4、长期遭受电磁干扰之苦；又如新建 居民小区或花园楼房安装了电子防盗报警系统，该系统开关电 源产生的电磁干扰使附近休闲在家的人无法收听收音机。使用 大功率无绳电话、手机、家用游戏机等能发射电磁波的电子装 置时，电视屏幕上会出现讨厌的明暗条纹、雪花、闪烁和抖动 ；病房内使用手机很容易引起电子心脏起搏器停搏、输液泵电 子开关误动作，中断病人输液等，直接危及病人的安全；根据 国外文献报导，冬天使用电热毯的孕妇因受到电热毯的电磁辐 射容易造成流产。电磁干扰日趋社会化，给人们的和平生活带 来不安和危险。一、 电磁干扰对人类社会的危害 4 电磁干扰对人的制约与限制电磁干扰对人的制约与限制是在人类重大活动中显露
5、出来的。例如，我 国某海滨疗养地新建了一个电视转播台，由于该台对附近飞机场有严重干扰 ，尚未正式启用，就被责令拆毁；沿海某地新建海岸电台因对国际安全遇险 系统有严重电磁干扰，不得不重新改建他处。这两个例子说明，重大工程项 目建设前应考虑到电磁干扰问题。又如瑞典、美国曾出现过电磁干扰导致误 关闭核电站事故。瑞典奥斯卡斯哈门的一座核电站，1998年曾因移动电话 电磁辐射引起监视仪表混乱，误认为放射物质增多而自行停止运行。电磁干 扰对军事行动的制约与限制早在60年代就已十分突出了。例如越战期间， 美舰艇导弹处于战备状态或舰载飞机起飞着舰时，必须关闭某些搜索雷达和 通信发射机，以避免电磁干扰危害导弹和
6、飞机的安全。卫星通信安装到舰船 上使用时往往必须关闭某些雷达，以避免雷达干扰卫星通信。http:/ 电磁干扰对人类社会的危害 5 一个值得编入中学课本的科普知识电磁干扰是无线电的孪生兄弟，人类发明了无线电它便诞生了。起初发 现无线电频谱线上每一个频率只能供一个客户使用，如果在有限的空间内， 两个以上客户同时使用一个频率，就会产生干扰。由于收信、发信均占有一 定的带宽，这就增大了干扰机会并增添了谐波等干扰。电磁理论指出，一切 用电设备在运转的过程中均会伴随着电磁现象发生，并以电磁场形式向四周 传播。例如，日光灯开启瞬间，收音机会传出“喀，喀喀”声音。这是由于电 灯开关和荧光灯起辉闪烁瞬间有电磁干
7、扰辐射场产生，被收音机接收而发出 声响。当今社会的生产与生活已经实现电子化、电气化和自动化，伴随产生 的无用的电磁场就像烟雾一样笼罩着地球，无所不在，无处不有。因此，环 保科学把电磁辐射列为继水污染、空气污染、噪声污染、环境污染之后的第 五公害，称之为电磁污染。面对电磁干扰的挑战，每个公民都应熟习电磁干扰的产生、危害和预防 ，自觉维护电磁环境文明。电磁干扰不仅出现在大学讲台上，还应编入中学 课本中，作为科普知识在社会上广泛开展宣传教育。二、 电磁干扰对电子装置造成的危害电磁干扰造成的各种损失是通过电子装置有效性能或技术指标下降来体 现的。1 降低技术性能指标(1) 话音系统无线和有线电话，受到
8、电磁干扰会使信号发生畸变失真，严重时可完全 被电磁干扰淹没。电磁干扰使语言清晰度变坏。表2给出了语言清晰度与干 扰噪声电平的关系。显然，电磁干扰越强，信噪比越小，语言清晰度越差。(2) 图像显示系统雷达显示器、传真、电视、图示和字母数字读出器等图像显示系统，在 电磁干扰作用下会变得模糊并出现差错。轻微干扰也会使图像质量变差、清 晰度变低和误差变大。而出现严重干扰时则根本无法判读和观看。例如，一 名技术熟练的雷达员，在显示器上进行目标测定时，轻微干扰可使该雷达员 能够发现目标的最大距离缩短10，严重电磁干扰将缩短25。如果目标 以超音速飞行，轻微干扰可使雷达员发现目标的最大距离缩短20，严重 干
9、扰会缩短50，这就意味着雷达作用的距离减半。 http:/ 电磁干扰对电子装置造成的危害(3) 数字系统电磁干扰使数字系统误码率增大，降低了信息的可靠性，严重时会发生 错误和信息丢失。由于电磁干扰的存在，无线电通信误码率只能维持在10 5水平(一般数据传输误码率在107水平，电子计算机内总数据传输误码 率在1012水平)。例如，一个典型的相干检测二进制系统，载波噪声比和 载波干扰比都是15dB时，误码率约为1012。若载波噪声比下降3dB，误 码率将会下降到108。(4) 指针式仪表系统传统电子设备和仪器仪表中有许多是指针式的。电磁干扰会使指针指示 错误、抖动和乱摆，降低系统使用功能。例如，歼
10、六飞机的无线电罗盘，由 于电磁干扰使罗盘接收机输出噪声增加一倍时，不仅罗盘指针指示超差，而 且罗盘作用距离也将缩短三分之一，直接危及飞机航行的安全。(5) 控制系统自动控制系统受到电磁干扰时，可能出现失控、误控或误动作，使控制 系统的可靠性和有效性降低，并危及安全。控制系统中除灵敏电子设备、装 置和电路对电磁干扰敏感外，灵敏电机、电器(如低压电磁开关、继电器、 微型电机等)也对电磁干扰十分敏感而成为电磁干扰接受器。二、 电磁干扰对电子装置造成的危害汽车电磁干扰 http:/ http:/ http:/ %B4%C5%B8%C9%C8%C5 电磁兼容 EMC(electromagnetic co
11、mpatibility) 电磁兼容指的是一个产品和其它产品共存于特定 的电磁环境中，而不会引起其它产品或者自身性能下 降或损坏的能力。电磁干扰 EMI(electromagnetic interference)电磁干扰电磁抗扰度 EMS(electromagnetic susceptibility)电磁耐受性。电磁干扰三要素干扰源、耦合通道及被干扰对象必须有干扰源、被干扰对象及耦合通道的 同时存在才能构成EMC问题。 干扰源应该说在条件合适的前提下，任何消耗 能量的仪器、设备都有可能成为干扰源。1、根据干扰的成因，可以将干扰源分为：自 然电磁干扰源和人为电磁干扰源。 电磁干扰源自然电磁干扰 源
12、人为电磁干扰 源大气干扰、雷 电干扰、宇宙 干扰、热噪音功能性干扰源非功能性干扰 源无线电广播、 电视、无线通 信、雷达导航输电线、电气化铁 路、车辆点火系统 、开关系统、工业、 科学、医疗设备、 家用电器、办公设 备2、自然电磁干扰自然电磁干扰主要指的是宇宙干扰、大气干扰、 热噪声和沉积静电干扰。 宇宙干扰是来自宇宙的背景噪声、太阳无线电噪声 以及天体、星座发射的无线电噪声。太阳的的干扰频 率从10MHz到几十GHz。宇宙干扰最为明显的频率范 围为20MHz500MHz，主要的干扰对象为航天飞行器以及通过卫星传播的通信信号和广播信号。 除宇宙干扰外，大气干扰也是常见的自然电磁干扰 。主要是雷
13、电干扰，其他的还有沙暴、雨雾等。大气 干扰的频率范围主要在30MHz以下，对地球上20 MHz以下的无线电通信影响很大。 热噪声指的是处于一定热力学状态下的导体中所出现的无 规则电起伏，是由导体中自由电子的无规则运动引起的。如 电阻热噪声、气体放电噪声等。3、人为电磁干扰 1）电气设备干扰 （1）电晕放电 高压输电线因绝缘失效时会产生间歇脉冲电 流，形成电晕放电。 电晕放电干扰对低频感测系统的影响较为严 重，对高频感测系统影响不大。（2）辉光放电及气体放电。如荧光灯、霓虹灯、等。常温 空气中，当接点距离为0.0076mm，电压加 到320V时会发生辉光放电。荧光灯的干扰电平一般为几十微伏到几千
14、微 伏，高的可达几十毫伏；频率为超高频。（3）火花放电电气设备触点处的断续电流将会引起火花放电 。对于有金属外壳的电气设备，干扰一般只能 从缝隙处和引线处泄露。火花放电干扰频率很高。汽车点火干扰的频率 范围为20MHz1000MHz，作用距离可达50 100m。（4）开关干扰 （5）工频干扰被干扰对象被干扰对象所囊括的范围也很宽。所有 的电子设备都有可能成为被干扰对象，甚至 人体。如电视机，收音机，模拟传感器，放 大器，计算机等。3. 耦合通道只有有了耦合通道，干扰信号才能为被 干扰对象所接收。耦合通道可以分为三类： 辐射、传导及感应。如：电源线，内部连接 电缆，机箱泄漏，天线到天线，导线到导
15、线 等。EMC相关的测量标准欧盟（EU）早在80年代就已作出决定， 凡是投放到欧洲经济区（EEAEuropean Economic Area）的产品必须要有CE标志。 标准基本上可以分为两类：产品电磁骚扰特 性测量标准和产品抗扰性试验标准。 产品电磁骚扰特性主要测量标准： 1）工业、科学和医疗（ISM）射频设备电磁骚扰特性的测量方法和 限值CISPR11-1990CISPR是一个国际性的电磁兼容标准化组织，它是IEC下属的一个特别的技术委员会。该组织目前制定的有关于电磁兼容的标准还有：CISPR12 ；CISPR 13 ；CISPR 14 ；CISPR 16 ；CISPR 22 ； CISPR 24等2）车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性 的测量方法和限值CISPR12-19973）声音和电视广播接收机及有关设备无线电骚扰特性限值和测量方 法CISPR13-19964）家用和类似用途的电动、电热器具，电动工具以及类似电器无线 电骚扰特性的测量方法和限值CISPR14-1997
