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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 國(guó)內(nèi)外電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)概況與測(cè)試手段簡(jiǎn)介 [打印本頁(yè)]

作者: Wellqi 時(shí)間: 2006-11-14 11:49
標(biāo)題: 國(guó)內(nèi)外電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)概況與測(cè)試手段簡(jiǎn)介
[摘要]本文介紹了電磁兼容性的定義，國(guó)內(nèi)外電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展概況和電磁兼容測(cè)量所需的環(huán)境要求以及騷擾、抗干擾測(cè)量設(shè)備的有關(guān)情況。目的是使廣大工程技術(shù)人員對(duì)電磁兼容有個(gè)初步了解。
[關(guān)鍵詞]標(biāo)準(zhǔn)、電磁兼容、測(cè)量環(huán)境、測(cè)量設(shè)備。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)品的電磁兼容性越來(lái)越重視。我國(guó)已將產(chǎn)品的電磁兼容性要求納入了國(guó)家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證范圍，國(guó)家規(guī)定從2003年5月1日起凡列入國(guó)家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證目錄的產(chǎn)品未經(jīng)認(rèn)證不得出廠、進(jìn)口和銷售。
那么什么是產(chǎn)品的電磁兼容性？國(guó)內(nèi)外電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況又如何？產(chǎn)品的電磁兼容性測(cè)量又需要那些環(huán)境條件和測(cè)量設(shè)備。本文就上述內(nèi)容作出簡(jiǎn)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(shí)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)量最重要的指標(biāo)之一。安全性涉及人身和財(cái)產(chǎn)，而電磁兼容性則涉及人身和環(huán)境保護(hù)。在我們的日常生活中經(jīng)常會(huì)遇到這樣一些情況，在我們正常收聽(tīng)廣播或收看電視節(jié)目的時(shí)候如果戶外有汽車駛過(guò)，很容易造成收聽(tīng)或收看質(zhì)量下降，還有當(dāng)我們?cè)诩彝骐娮佑螒驒C(jī)時(shí)，常常造成鄰居家電視機(jī)的某些頻道無(wú)法正常收看；同樣鄰居家在玩游戲機(jī)時(shí)也會(huì)影響自家電視機(jī)的接收效果。這樣的例子足以說(shuō)明，在我們?nèi)粘Ｉ畹目臻g確實(shí)存在著另外一種環(huán)境污染——電磁污染?？梢赃@樣說(shuō)，凡有電、有開(kāi)關(guān)的設(shè)備均會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。早在一九三四年國(guó)際電工委員會(huì)就成立了無(wú)線電干擾特別委員會(huì)簡(jiǎn)稱CISPR，專門研究無(wú)線電干擾問(wèn)題，制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，旨在保護(hù)廣播接收效果。當(dāng)初只有少數(shù)國(guó)家參加該委員會(huì)，如比利時(shí)、法國(guó)、荷蘭和英國(guó)等。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展人們對(duì)電磁兼容的認(rèn)識(shí)發(fā)生了深刻的變化，1989年歐洲共同體委員會(huì)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(guò)EMC性能的認(rèn)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已成為影響國(guó)際貿(mào)易的一項(xiàng)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(hù)廣播接收業(yè)務(wù)擴(kuò)展到涉及保護(hù)無(wú)線電接收的所有業(yè)務(wù)。國(guó)際電工委員會(huì)IEC有兩個(gè)專們從事電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化工作的技術(shù)委員會(huì)：一個(gè)就是CISPR成立于1934年；另一個(gè)是電磁兼容委員會(huì)TC77，成立于1981年。CISPR最初關(guān)心的主要是廣播接收頻段的無(wú)線電騷擾問(wèn)題，之后在EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作方面進(jìn)行了不懈的努力，CISPR共有七個(gè)分技術(shù)委員會(huì)其中
A分會(huì)涉及無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備及測(cè)量方法；
B分會(huì)涉及工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療射頻設(shè)備的EMC；
C分會(huì)涉及架空電力線路和高壓設(shè)備的EMC；
D分會(huì)涉及車輛、機(jī)動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的EMC；
E分會(huì)涉及收音機(jī)和電視接收機(jī)及有關(guān)設(shè)備的EMC；
F分會(huì)涉及家用電器、電動(dòng)工具及熒光燈和照明裝置的EMC；
G分會(huì)涉及信息技術(shù)設(shè)備的EMC問(wèn)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(zhǔn)中。CISPR還起草了通用射頻騷擾限額值國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案，這樣，對(duì)那些新開(kāi)發(fā)的以及暫時(shí)還不能與現(xiàn)有CISPR產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品，可以用射頻騷擾限額值來(lái)加以限制。幾年前CISPR將其工作頻率范圍擴(kuò)展為DC-400GHz，目前實(shí)際工作范圍為9KHz—18GHz，以前的CISPR標(biāo)準(zhǔn)主要涉及無(wú)線電干擾限額值及其測(cè)量方法，近年來(lái)在抗擾度方面加強(qiáng)了研究，并已制定了一些標(biāo)準(zhǔn)。TC77最初主要關(guān)心低壓電網(wǎng)系統(tǒng)的EMC間題（9KHz以下頻段），后來(lái)將其工作范圍擴(kuò)大到整個(gè)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(wú)線電騷擾特性的測(cè)量方法及限值》等14個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；TC77也已制定了25個(gè)IEC標(biāo)準(zhǔn)，其中IEC61000-4系列標(biāo)準(zhǔn)是目前國(guó)際上比較完整和系統(tǒng)的抗擾度基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的EMC測(cè)試及標(biāo)準(zhǔn)化工作始于六十年代，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的一些院所建立了相對(duì)簡(jiǎn)陋的試驗(yàn)室，開(kāi)展無(wú)線電干擾（騷擾）測(cè)試研究，同時(shí)參考前蘇聯(lián)和歐美國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定我們國(guó)家自已的EMC標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件，自從1986年成立了全國(guó)無(wú)線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)后，我國(guó)才開(kāi)始有組織有系統(tǒng)地對(duì)應(yīng)CISPR/IEC開(kāi)展國(guó)內(nèi)EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前全國(guó)無(wú)線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)已成立了八個(gè)分技術(shù)委員會(huì)，其中七個(gè)分會(huì)與CISPR/A.B.C…F.G分會(huì)相對(duì)應(yīng)，S分會(huì)是根據(jù)我國(guó)國(guó)情而成立的，它主要涉及無(wú)線電系統(tǒng)與非無(wú)線電系統(tǒng)之間的電磁兼容問(wèn)題。目前我國(guó)已制定了六十多項(xiàng)EMC國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為GB4365-1995電磁兼容術(shù)語(yǔ)；GB/T6113-1995無(wú)線電干擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備規(guī)范。電磁兼容性的測(cè)量手段主要由測(cè)試場(chǎng)地和測(cè)試儀器組成。EMC測(cè)試所需埸地主要包括開(kāi)闊埸、電波暗室（anechoic chamber）、屏蔽室等。開(kāi)闊埸：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求通常測(cè)試埸成橢園形，長(zhǎng)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(gè)焦點(diǎn)上。兩個(gè)焦點(diǎn)的距離即是我們所要求的測(cè)量距離，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)可分為3米、10米和30米。我國(guó)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)大多數(shù)規(guī)定3米法測(cè)量，美國(guó)的FCC標(biāo)準(zhǔn)、英國(guó)的VDE標(biāo)準(zhǔn)有10米法測(cè)量的要求。開(kāi)闊埸一般應(yīng)選擇遠(yuǎn)離市區(qū)、電磁環(huán)境較好的地方建造，但這給建造、試驗(yàn)、生活管理等帶來(lái)了諸多不便，目前國(guó)內(nèi)大都利用樓頂平臺(tái)，因地制宜進(jìn)行建造。試驗(yàn)埸地應(yīng)設(shè)有轉(zhuǎn)臺(tái)和天線升降塔，便于全方位的輻射發(fā)射及天線升降測(cè)試，關(guān)于開(kāi)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(wú)金屬反射物等等。

作者: Wellqi 時(shí)間: 2006-11-14 11:50
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屏蔽室(screen room)：在EMC測(cè)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(cè)量精度的提高，測(cè)量的可靠性和重復(fù)性的改善帶來(lái)了較大的益處。但是由于被測(cè)設(shè)備在屏蔽室中產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)屏蔽室的六個(gè)面產(chǎn)生無(wú)規(guī)則的漫反射，特別是在輻射發(fā)射測(cè)量和輻射敏感度測(cè)量中表現(xiàn)更嚴(yán)重，導(dǎo)致在屏蔽室內(nèi)形成駐波而產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。
目前國(guó)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(shuō)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(zhǔn)天線的校準(zhǔn)埸地，半電波暗室可作為EMC試驗(yàn)場(chǎng)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(gè)指標(biāo)（靜區(qū)是指射頻吸波室內(nèi)受反射干擾最弱的區(qū)域）。但建造電波暗室的成本、難度均相當(dāng)高，因?yàn)榘凳业墓ぷ黝l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(zhǎng)度和所充許的靜區(qū)的最小截面積，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(cè)試誤差有時(shí)高達(dá)幾十分貝，造價(jià)需幾百萬(wàn)元。由于開(kāi)闊場(chǎng)、電波暗室的諸多缺點(diǎn)，1974年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)的專家首先系統(tǒng)地論述了橫電磁波傳輸小室（簡(jiǎn)稱ＴＥＭ小室Transverse Electromagnetic Transmission Cell），其外形為上下兩個(gè)對(duì)稱梯形。橫電磁波傳輸小室的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要缺點(diǎn)是可用頻率上限與可用空間存在矛盾。標(biāo)準(zhǔn)TEM小室的測(cè)量尺寸大約限定在設(shè)計(jì)的最小工作波長(zhǎng)的四分之一范圍。如果要進(jìn)行1GHz（波長(zhǎng)30cm）的測(cè)試，測(cè)試腔尺寸要限定在7.5cm。如果對(duì)PC機(jī)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)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(huì)超過(guò)300MHz。用TEM小室的方法測(cè)量已列入CISPR標(biāo)準(zhǔn)之中。為了克服TEM小室的缺點(diǎn)，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(kāi)闊場(chǎng)、屏蔽室、TEM小室的優(yōu)點(diǎn)，克服了各種方法的局限性，便于進(jìn)行幾乎全部輻射敏感度及發(fā)射試驗(yàn)。其頻率范圍可覆蓋0-18GHz，模擬入射平面波，可以產(chǎn)生強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)、對(duì)周圍的人員和設(shè)備沒(méi)有危害和干擾。但GTEM小室的使用目前國(guó)際上尚有爭(zhēng)論，還沒(méi)有列入標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法之中，一般用于預(yù)測(cè)試。在電磁輻射敏感度測(cè)量方面還有一種非對(duì)稱橫電波傳輸室簡(jiǎn)稱ATEM小室（Asymmetric Transverse Electromagnetic Transmission Cell）。通常TEM小室呈對(duì)稱形，ATEM小室為非對(duì)稱形，其外形為中間是方形的兩頭為非對(duì)稱的棱錐形。ATEM小室目前還處在研究階段，主要用于預(yù)測(cè)試，尚未正式列入標(biāo)準(zhǔn)。電磁兼容性測(cè)量所需的儀器設(shè)備的技術(shù)參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)中都有描述，電磁兼容性的測(cè)量分干擾（騷擾）和抗干擾：電磁干擾（electromagnetic interference）簡(jiǎn)稱EMI，測(cè)量一般為兩個(gè)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(guò)空間傳播的干擾，所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)電源端而產(chǎn)生的干擾。
測(cè)量所需的主要設(shè)備有：
１．接收天線（根據(jù)測(cè)量頻率不同可以選則偶極子天線、雙錐天線、對(duì)數(shù)周期天線等）。
２．測(cè)量接收機(jī)。
３．人工電源網(wǎng)絡(luò)(artificial mains network串接在被測(cè)設(shè)備電源進(jìn)線處的網(wǎng)絡(luò)。它在給定頻率范圍內(nèi)，為騷擾電壓的測(cè)量提供規(guī)定的負(fù)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(tái)及部分適配器。
５．吸收鉗（absorbing clamp）。
６．計(jì)算機(jī)、接口板、軟件等。關(guān)于EMI測(cè)量?jī)x器的生產(chǎn)廠，目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有這方面的生產(chǎn)能力，國(guó)際上也只集中在少數(shù)幾家公司如德國(guó)的羅德與施瓦茨公司（RS公司）是生產(chǎn)EMI儀器的著名公司，一直緊跟標(biāo)準(zhǔn)的變化，美國(guó)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(shì)大量生產(chǎn)著EMI測(cè)量?jī)x器，還有美國(guó)的依頓公司、泰克公司、日本的目黑公司等也生產(chǎn)EMI測(cè)量?jī)x器。有的可用于認(rèn)證測(cè)試，有的可用于企業(yè)預(yù)測(cè)試。
對(duì)抗干擾(electromagnetic susceptibility)簡(jiǎn)稱EMS，這方面的測(cè)量參數(shù)一般有10項(xiàng)：靜電放電、無(wú)線電頻率電磁輻射場(chǎng)、電快速瞬變脈沖、浪涌、由射頻場(chǎng)引起的傳導(dǎo)、電源頻率磁場(chǎng)、脈沖磁場(chǎng)、阻尼振蕩磁場(chǎng)、電壓跌落短期中斷和電壓變化、振蕩波抗擾度試驗(yàn)。其中無(wú)線電頻率電磁輻射場(chǎng)和由射頻場(chǎng)引起的傳導(dǎo)兩項(xiàng)試驗(yàn)所需的儀器多一些如需高頻信號(hào)源、高頻功率放大器、功率計(jì)、場(chǎng)監(jiān)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的專用測(cè)試軟件和接口等..

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