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电磁兼容技术的发展状况及应用
* 滤波设计:对于任何设备而言,滤波都是解决电磁干扰的关键技术之一.因为设备中的导线是效率很高的接收和辐射天线,因此,设备产生的大部分辐射发射都是通过各种导线实现的,而外界干扰往往也是首先被导线接收到,然后串入设备的.滤波的目的就是消除导线上的这些干扰信号,防止电路中的干扰信号传到导线上,借助导线辐射,也防止导线接收到的干扰信号传入电路.
3)电子信息系统的TEMPEST技术发展
信息系统的TEMPEST技术是电磁兼容领域发展起来的一个新的研究方向。其具体内容是针对信息设备的电磁干扰与信息泄漏问题,从信息接收和防护两个方面展开一系列研究和开发工作,包括信息接收,破译水平、防泄漏能力与技术、相关规范标准及管理手段等。
由于计算机系统是各种信息处理设备中最为关键和重要的组成部分,因而也使得利用信息设备的电磁泄漏来获取信息情报更为及时、准确、广泛、连续,而且安全、可靠、隐蔽。正是这样,TEMPEST防护研究一般都是针对计算机系统及其外设配置而开展的,也包括接收系统,电传机、数字电话等。
2)在军事方面,美俄等国正在研制中的第三代核武器之一就是核电磁脉冲弹。一般的核武器有三大效应:冲击波、热辐射(光辐射)和放射性污染。实际上核武器还有第四效应——电磁脉冲(Electromagnetic Pulse简称EMP),普通核武器以电磁脉冲形式释放的能量仅占核弹总释放量的3/1010--3/105,而核电磁脉冲弹则可将此值提高到40%。核爆炸瞬间,弹体释放出大量γ射线、χ射线和高能中子。由于这些射线能量很大,使周围空气分子电离,产生大量带电粒子,这些粒子的运动形成电流,激励电磁场,使爆心周围产生一个很强的瞬时电磁场,它以波的形式以光速向外传播。电场强度可达50—100KV/m;频谱很宽,作用范围大,能在电子设备的导体中感应出很大的瞬时电压和电流,使电子设备、电路和元器件受到不同程度的干扰和破坏。EMP可使敌方指挥、控制、通讯和情报、监视、侦察(Command、Control、Communication、Computer&Intelligence、Surveillance、Reconnaissance简写为C4ISR)系统遭到毁灭性打击,并导致系统瘫痪、电力网断路、金属管线及地下电缆通讯网等受到影响而陷入无电源、无通讯、无计算机的三无世界。它的后果是破坏电子设备而不伤害人(这与中子弹的效果恰好相反),这就是把核武器常规化了。这个新的发展,直接促成现在研究核电磁脉冲的热潮。
1 什么是电磁兼容标准
为了规范电子产品的电磁兼容性,所有的发达国家和部分发展中国家都制定了电磁兼容标准.电磁兼容标准是使产品在实际电磁环境中能够正常工作的基本要求.之所以称为基本要求,也就是说,产品即使满足了电磁兼容标准,在实际使用中也可能会发生干扰问题.大部分国家的标准都是基于国际电工委员会(IEC)所制定的标准.
IEC有两个平行的组织负责制定EMC标准,分别是CISPR(国际无线电干扰特别委员会)和TC77(第77技术委员会).CISPR制定的标准编号为:CISPR Pub. XX ,TC77制定的标准编号为IEC XXXXX .
关于CISPR:1934年成立.目前有七个分会:A分会(无线电干扰测量方法与统计方法)、B分会(工、科、医射频设备的无线电干扰)、C分会(电力线、高压设备和电牵引系统的无线电干扰)、D分会(机动车和内燃机的无线电干扰)、E分会(无线接收设备干扰特性)、F分会(家电、电动工具、照明设备及类似电器的无线电干扰)、G分会(信息设备的无线电干扰)
现代军用装备中大量电子设备密集狭小的空间相互间的电磁干扰非常严重,造成失灵、瘫痪、事故、甚至由于不能同时兼容工作遭受攻击的情况屡见不鲜。
美国在电磁兼容方面已搞了五十年,在电磁兼容各个方面都处于领先位置。发射电磁干扰已作为特殊进攻方式应用于战场。目前美国已拥有电磁干扰飞机和电磁炸弹等。
特别值得提出的是,美国科研部门为保护通信网和某些军事装备不受强电磁(包括高空核磁爆)影响,正在全力研究新的抗电磁干扰技术。为此,仅在1982年开始时,美国国防部就投入了200亿美元,用以专门对付“电磁脉冲(EMP)的科学研究与设施开发。
电磁兼容技术的发展状况及应用
摘要: 电磁兼容技术是解决电磁干扰相关问题的一门技术.电磁兼容设计的目的是解决电路之间的相互干扰,防止电子设备产生过强的电磁发射,防止电子设备对外界干扰过度敏感.近年来,电磁兼容设计技术的重要性日益增加。
电磁兼容技术是解决电磁干扰相关问题的一门技术.电磁兼容设计的目的是解决电路之间的相互干扰,防止电子设备产生过强的电磁发射,防止电子设备对外界干扰过度敏感.近年来,电磁兼容设计技术的重要性日益增加,这有两个方面的原因:第一,电子设备日益复杂,特别是模拟电路和数字电路混合的情况越来越多、电路的工作频率越来越高,这导致了电路之间的干扰更加严重,设计人员如果不了解有关的设计技术,会导致产品开发周期过长,甚至开发失败.第二,为了保证电子设备稳定可靠的工作,减小电磁污染,越来越多的国家开始强制执行电磁兼容标准,特别是在美国和欧洲国家,电磁兼容指标已经成为法制性的指标,是电子产品厂商必须通过的指标之一,设计人员如果在设计中不考虑有关的问题,产品最终将不能通过电磁兼容试验,无法走上市场.
关于TC77:1981年成立.目前有3个分会:SC77A(低频现象)、 SC77B(高频现象)、 SC77C(对高空核电磁脉冲的抗扰性).
我国的民用产品电磁兼容标准是基于CISPR和IEC标准,目前已发布57个,编号为GBXXXX - XX,例如GB 9254-98.
欧盟使用的EN标准也是基于CISPR和IEC标准,其对应关系如下:
按照干扰特性划分:干扰信号的波形有不同的种类,电磁场也有不同的种类,干扰注入的方式也有不同的种类,按照这些不同进一步划分就得到了全部的要求项目.
静电放电试验是一类特殊的试验,它对设备的干扰途径可以是传导性的,也可以是辐射性的,取决于静电放电发生的部位和试验的方法.
3 电磁兼容设计的内容
要使产品具有良好的电磁兼容性,需要专门考虑与电磁兼容相关的设计内容.电磁兼容设计一般包含以下几个方面的内容.
2 电磁兼容标准的内容
尽管电磁兼容标准文件繁多,内容复杂,但从对设备的要求方面看,无非是从以下几个方面进行划分.
两方面的要求:电磁兼容标准对设备的要求有两个方面,一个是设备工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响,另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感.前一个方面的要求称为干扰发射(EMI)要求,后一个方面的要求称为敏感度(EMS)或抗扰度要求.
近年来国家有关部门对电磁兼容十分重视,电磁兼容学术组织纷纷成立,在许多单位建立或改造了EMC实验室,引进较先进的EMI、EMS自动测量系统和设备,在各地区及一些军工系统建立了国家级EMC测量中心,已具备各种EMC测量和试验的能力。
电磁兼容学科发展趋势
1)现代工业的快速发展,使辐射源的增长率达到每年5-8%,特别是在城市,人为的电磁辐射密度增长系数达到每年7-14%。因此,城市中电磁能量密度每5-10年增加1倍。在今后25年内,社会生产所引起的电磁干扰能量密度将增加30倍,50年内可增加700--1000倍,21世纪电磁环境恶化形势已成定局。因此,如何使电子设备能正常工作将变得越来越困难,并对释放的干扰控制得越来越严格。
我国EMC技术的发展状况
我国开展EMC工作较晚,与先进国家差距较大,尤其是管理规范和设计规范很缺乏。第一个干扰标准是1966年由原第一机械工业部制定的部级标准JB-854-66《船用电气设备工业无线电干扰端子电压测量方法与允许值》。八六年我国出台GJB151-86标准后,电磁兼容问题逐步得到重视,到九七年颁布并强制执行了GJB151A—--97既《军用设备和分系统电磁发Байду номын сангаас和敏感度要求》;GJB152A—97既《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》电磁兼容国军标及保密委标准后,电磁兼容技术水平提高很快。目前已制定国家标准及军用标准三十余个,标准要求基本等同与国际标准和美军标。为考核进出口电子、电气产品的干扰特性提供了一定条件,使我国在电磁兼容标准与规范方面有了较大进展。
从能量传播的途径划分:围绕这两个方面的要求,从电磁能量传出设备和传入设备的途径来进一步划分,又有传导干扰和辐射干扰两个方面,传导干扰是指干扰能量沿着电缆以电流的形式传播,辐射干扰是指干扰能量以电磁波的形式传播.因此,对设备的电磁兼容要求可以分为:传导发射、辐射发射、传导敏感度(抗扰度)、辐射敏感度(抗扰度).
信息处理设备的电磁辐射有两方面影响:
a、对电磁环境构成污染
b、对信息安全与信息保密构成严重威胁
海湾战争中,美国通过其间谍卫星的TEMPEST接收系统截获伊拉克及海湾地区的政治、军事、经济情报,其相当多的部分就是利用对方电子设备自身泄漏的电磁波获取的。
分析表明,数字电路组成的信息处理设备由于辐射频谱及谐波非常丰富,因而很容易被窃收和解译,其信息泄漏现象非常突出和严重。以计算机视频显示器为例,其中各种印刷电路、各部件之间的电源、信号接口与连线、数据线、接地线等都可以产生程度不同的电磁辐射。在辐射频谱中,所包含的信息也各不相同,理论上这些信息都可以被接收和解译。
* 屏蔽与搭接设计:对于大部分设备而言,屏蔽都是必要的.特别是随着电路工作的频率日益提高,单纯依靠线路板设计往往不能满足电磁兼容标准的要求.机箱的屏蔽设计与传统的结构设计有许多不同之处,一般如果在结构设计时没有考虑电磁屏蔽的要求,很难将屏蔽效果加到机箱上.所以,对于现代电子产品设计,必须从开始就考虑屏蔽的问题
EN55××× = CISPR标准, (例: EN55011 = CISPR Pub.11)
EN6×××× = IEC标准, (例: EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11)
EN50××× = 自定标准, (例: EN50801)
我国军用产品采用的标准GJB是基于美国军标,例如GJB151A = MIL-STD -461D.
因此近年来,电磁兼容教育也在迅速发展,一方面,各种有关电磁兼容设计的书籍层出不穷,各种电子设计的期刊上也不断刊登有关的文章,另一方面,电磁兼容培训越来越受到欢迎.20世纪90年代末,美国参加电磁兼容培训的费用平均为每人每天330美元,目前,已经达到450美元左右,并且企业如果需要专场培训,往往需要与提供培训的公司提前半年签订合同,由此可以看到电子设计人员对电磁兼容技术的需求日益增加.