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國內(nèi)外電磁兼容標(biāo)準概況與測試手段簡介

[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初步了解。

[關(guān)鍵詞]標(biāo)準、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)境保護意識的增強，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制性產(chǎn)品認證范圍，國家規(guī)定從2003年5月1日起凡列入國家強制性產(chǎn)品認證目錄的產(chǎn)品未經(jīng)認證不得出廠、進口和銷售。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zui重要的指標(biāo)之一。安全性涉及人身和財產(chǎn)，而電磁兼容性則涉及人身和環(huán)境保護。在我們的日常生活中經(jīng)常會遇到這樣一些情況，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時，常常造成鄰居家電視機的某些頻道無法正常收看；同樣鄰居家在玩游戲機時也會影響自家電視機的接收效果。這樣的例子足以說明，在我們?nèi)粘Ｉ畹目臻g確實存在著另外一種環(huán)境污染——電磁污染?？梢赃@樣說，凡有電、有開關(guān)的設(shè)備均會產(chǎn)生電磁干擾。

早在一九三四年電工委員會就成立了無線電干擾特別委員會簡稱CISPR，專門研究無線電干擾問題，制定有關(guān)標(biāo)準，旨在保護廣播接收效果。當(dāng)初只有少數(shù)國家參加該委員會，如比利時、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識發(fā)生了深刻的變化，1989年歐洲共同體委員會頒發(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已成為影響貿(mào)易的一項重要指標(biāo)。隨著技術(shù)的發(fā)展CISPR工作范圍也由當(dāng)初保護廣播接收業(yè)務(wù)擴展到涉及保護無線電接收的所有業(yè)務(wù)。電工委員會IEC有兩個專們從事電磁兼容標(biāo)準化工作的技術(shù)委員會：一個就是CISPR成立于1934年；另一個是電磁兼容委員會TC77，成立于1981年。CISPRzui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)準化工作方面進行了不懈的努力，CISPR共有七個分技術(shù)委員會其中A分會涉及無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備及測量方法；B分會涉及工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療射頻設(shè)備的EMC；C分會涉及架空電力線路和高壓設(shè)備的EMC；D分會涉及車輛、機動船和火花點火發(fā)動機驅(qū)動裝置的EMC；E分會涉及收音機和電視接收機及有關(guān)設(shè)備的EMC；F分會涉及家用電器、電動工具及熒光燈和照明裝置的EMC；G分會涉及信息技術(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)準中。CISPR還起草了通用射頻騷擾限額值標(biāo)準草案，這樣，對那些新開發(fā)的以及暫時還不能與現(xiàn)有CISPR產(chǎn)品標(biāo)準相對應(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展為DC-400GHz，目前實際工作范圍為9KHz—18GHz，以前的CISPR標(biāo)準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了研究，并已制定了一些標(biāo)準。TC77zui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大到整個EMC所涉及的頻率范圍及產(chǎn)品。目前CISPR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個標(biāo)準；TC77也已制定了25個IEC標(biāo)準，其中IEC61000-4系列標(biāo)準是目前上比較完整和系統(tǒng)的抗擾度基礎(chǔ)標(biāo)準。

我國的EMC測試及標(biāo)準化工作始于六十年代，當(dāng)時國內(nèi)的一些院所建立了相對簡陋的試驗室，開展無線電干擾（騷擾）測試研究，同時參考前蘇聯(lián)和歐美國家標(biāo)準制定我們國家自已的EMC標(biāo)準和技術(shù)條件，自從1986年成立了全國無線電干擾標(biāo)準化委員會后，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)準化工作。目前全國無線電干擾標(biāo)準化委員會已成立了八個分技術(shù)委員會，其中七個分會與CISPR/A.B.C…F.G分會相對應(yīng)，S分會是根據(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EMC國家標(biāo)準，其中基礎(chǔ)標(biāo)準為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焦點上。兩個焦點的距離即是我們所要求的測量距離，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準可分為3米、10米和30米。我國現(xiàn)有標(biāo)準大多數(shù)規(guī)定3米法測量，美國的FCC標(biāo)準、英國的VDE標(biāo)準有10米法測量的要求。

開闊埸一般應(yīng)選擇遠離市區(qū)、電磁環(huán)境較好的地方建造，但這給建造、試驗、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，因地制宜進行建造。試驗埸地應(yīng)設(shè)有轉(zhuǎn)臺和天線升降塔，便于的輻射發(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面產(chǎn)生無規(guī)則的漫反射，特別是在輻射發(fā)射測量和輻射敏感度測量中表現(xiàn)更嚴重，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)準天線的校準埸地，半電波暗室可作為EMC試驗場地。電波暗室的主要性能指標(biāo)有“靜區(qū)”、“工作頻率范圍”等六個指標(biāo)（靜區(qū)是指射頻吸波室內(nèi)受反射干擾zui弱的區(qū)域）。但建造電波暗室的成本、難度均相當(dāng)高，因為暗室的工作頻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zui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，總的測試誤差有時高達幾十分貝，造價需幾百萬元。

由于開闊場、電波暗室的諸多缺點，1974年美國國家標(biāo)準局（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），其外形為上下兩個對稱梯形。橫電磁波傳輸小室的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，主要缺點是可用頻率上限與可用空間存在矛盾。標(biāo)準TEM小室的測量尺寸大約限定在設(shè)計的zui小工作波長的四分之一范圍。如果要進行1GHz（波長30cm）的測試，測試腔尺寸要限定在7.5cm。如果對PC機進行測試，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超過300MHz。我們所引進的德國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)準之中。為了克服TEM小室的缺點，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，克服了各種方法的局限性，便于進行幾乎全部輻射敏感度及發(fā)射試驗。其頻率范圍可覆蓋0-18GHz，模擬入射平面波，可以產(chǎn)生強的場強、對周圍的人員和設(shè)備沒有危害和干擾。

但GTEM小室的使用目前上尚有爭論，還沒有列入標(biāo)準的測試方法之中，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。

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)準中都有描述，電磁兼容性的測量分干擾（騷擾）和抗干擾：

電磁干擾（electromagnetic interference）簡稱EMI，測量一般為兩個參數(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。３．人工電源網(wǎng)絡(luò)（artificial mains network串接在被測設(shè)備電源進線處的網(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)臺及部分適配器。５．吸收鉗（absorbing clamp）。６．計算機、接口板、軟件等。價格不算太高根據(jù)不同的頻率范圍，價格在二十——五十萬馬克之間。我們所使用的EMI接收機為德國RS公司研制的ESCS30，它的頻率范圍為9KHz-2.75GHz。

關(guān)于EMI測量儀器的生產(chǎn)廠，目前國內(nèi)尚沒有這方面的生產(chǎn)能力，上也只集中在少數(shù)幾家公司如德國的羅德與施瓦茨公司（RS公司）是生產(chǎn)EMI儀器的公司，一直緊跟標(biāo)準的變化，美國的惠普公司（HP公司，現(xiàn)為安捷倫公司）也以其自身的優(yōu)勢大量生產(chǎn)著EMI測量儀器，目前兩家公司在技術(shù)、產(chǎn)品可靠性、售后服務(wù)、價格上各有千秋。還有美國的依頓公司、泰克公司、日本的目黑公司等也生產(chǎn)EMI測量儀器。有的可用于認證測試，有的可用于企業(yè)預(yù)測試。

對抗干擾（electromagnetic susceptibility）簡稱EMS，這方面的測量參數(shù)一般有10項：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、振蕩波抗擾度試驗。其中無線電頻率電磁輻射場和由射頻場引起的傳導(dǎo)兩項試驗所需的儀器多一些如需高頻信號源、高頻功率放大器、功率計、場監(jiān)系統(tǒng)、計算機及相應(yīng)的測試軟件和接口等，價格較高，另外一些大都是儀器或幾合一的儀器如浪涌儀、靜電發(fā)生器、電快速瞬變模擬器等。如不考慮廣播電視及相關(guān)產(chǎn)品的EMS測試，那么儀器價格一般在二百萬人民幣左右。EMS儀器國內(nèi)也有生產(chǎn)，上較的有瑞士夏弗納公司、哈弗萊公司，國內(nèi)較的是日本與上海電科所合資的上海三基電子工業(yè)有限公司。我們實驗室所使用的是瑞士哈弗萊公司生產(chǎn)的整套儀器。

廣播電視及相關(guān)設(shè)備的抗擾度是EMS測量中zui復(fù)雜的，他要求在有用信號上疊加干擾信號，目前上只承認德國RS公司生產(chǎn)的TS9980系統(tǒng)，該系統(tǒng)*CISPR標(biāo)準和EN標(biāo)準要求，且價格也zui貴約為六十萬德國馬克。目前國內(nèi)檢驗機構(gòu)中只有我們實驗室擁有這套系統(tǒng)。