电磁兼容分析研究
12112006/06/14电子技术 IP:四川

电磁兼容分析研究

(重庆通信学院 电磁频谱管理教研室 张洪顺 400035)

0、引言
随着科学技术进步,无线电设备不断采用新技术、新业务和新产品,各类台站数量高速增长,电磁环境日益复杂,对频谱资源实施有效管理的难度愈来愈大,电磁频谱管理工作的要求和标准越来越高,利用传统的手工方式管理台站,凭借传统的经验审批频率以及被动式查找干扰等管理行为,已不能适应新形势、新任务的要求。因此将电磁兼容分析技术应用到频谱管理中,是提高电磁频谱管理科学化、自动化水平的重要技术手段,也是适应无线电事业发展的必然趋势。
电磁兼容:一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态,即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干扰,达到相互“兼容”状态。现在电磁兼容科技工作者又进一步探讨电磁环境对人类及生物的危害影响。也就是说“电磁兼容”学科的范围已不仅限定设备与设备的问题,而进一步涉及到人类本身,因此一些国内外学者也把电磁兼容学科称作“环境电磁学”。
当前,在有限的时间、空间及有限的频谱资源条件下,各种电气及电子设备的数量迅速增加,而家用电器的运用,也使这些设备遍及千家万户,用电设备密集程度越来越大,空间电磁环境恶化已成定局。因此研究开发电磁兼容分析新技术,采取行之有效的防护措施,以便使国人在高度享受物质文明及精神文明的同时,仍能确保社会生产、生活能够得到良性的持续发展。
1、电磁兼容学科发展简史
1.1 电磁兼容
“电磁兼容”来源于Electromagnetic Compatibility(简称EMC)一词。国际电工委员会(IEC)、美国国防部《国防及有关名词字典》及《IEEE电工与电子名词标准字典》都对EMC作了类似的定义。比较常见的有以下两种:
(1)IEC60050(161)《电磁兼容术语》对电磁兼容新下的定义为:“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。”
(2)“电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下,各种用电设备(分系统、系统,广义的还包括生物体)可以共存并不致引起降级的一门科学”。
根据以上定义,国内不少学者多将EMC直译为电磁兼容。随着EMC学科领域范围日益扩大,现已不只限于电子设备本身,还涉及到电磁污染、电磁饥饿等一系列生态效应问题以及其他多方面的问题。“EMC是一门独立的学科,随着电磁能量利用的发展,它将研究:预测并控制变化着的地球和天体周围的电磁环境、为了协调电磁环境新采取的控制方法、各项电气规程的制定以及电磁环境的协调和电磁能量的合理应用等。”
1.2 电磁兼容学科发展简史
最早出现的电子干扰现象是单线电极间的串扰。英国著名科学家希维赛德于1881年撰写了“论干扰”的文章,这是研究电子干扰的最重要的早期文献。然而这类干扰现象在当时并未引起干扰者和被干扰者的重视。
1883年法拉第发现电磁感应定律,并指出变化的磁场在导线中将产生感应电动势。1884年麦克斯韦引入位移电流的概念,指出变化的电场将激发变化的磁场,并由此预言电磁波的存在,从此成为电磁场理论研究的基础。同时,这种电磁场的相互激发并在空间传播,奠定了电磁干扰存在的理论基础。
随着电气传播的出现,在一根通信线与不对称的强电线之间有较长的平行运行时,则强电对通信的干扰也随之出现且日益严重。就此,1887年柏林电气协会成立了“全部干扰问题委员会”,成员有赫霍尔兹和西门子。
1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在。同时该实验也指出了各种打火系统向空间发射电磁干扰,从此开始了对电磁干扰的实验研究。
1889年,英国邮电部门研究了通信干扰问题。同期美国《电子世界》杂志也登载了电磁感应新文章。
20世纪初期索末菲在这方面进行了卓越的研究。从此以后,人们对电磁感应影响的研究日益深入。其中波拉比克、卡尔生等学者的研究都很突出。直到现今,这类干扰仍是国际电信联盟(ITU)第五研究组和第六研究组在各研究期的主要研究课题。
除了感性、容性及阻性等耦合方式引起的干扰研究外,人们还把目光转向对物体干扰进行大量深入的研究。根据研究成果,1945年,美国开始颁布了一系列EMC方面的军用标准和设计规范;1948年,苏联率先制定了“工业无线电干扰的极限容许值标准”并颁布施行;随即,其他国家也相继加强了对射频干扰的研究。1964年,美国为更深入进行EMC研究,将早已出版的射频干扰专刊“Radio Frequency Interference”随着专利范围的不断扩大而更名为“EMC”专刊,使得EMC的研究进入新的历史阶段。
目前,国际上除EMC专业学会外,还有国际无线电干扰特别委员会(CISPR)等组织从事EMC有关的高频干扰课题研究。我国开展EMC研究工作较晚,虽然陆续颁布了一些EMC设计要求、测试方法等国家标准和国家军用标准,但具体的设计规范仍很缺乏。由于EMC工作渗透到每一个电气电子系统及设备中,只有通过总体设计部门的管理和协调,才能解决EMC问题。
2、 电磁干扰及其危害
2.1 电磁骚扰与电磁干扰
◆ 电磁骚扰(Electromagnetic Disturbance―EMD):是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低,或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。其危害程度分为:灾难性的、非常危险的、中等危险的、严重的和使人烦恼的五个等级。
◆ 电磁干扰(Electromagnetic Interference―EMI):是指电磁骚扰引起设备、传输通道或系统性能的下降的现象。
2.2 电磁干扰及其危害
(1)土星V―阿波罗12事件
1969年11月14日上午,土星V―阿波罗12火箭―载人飞船发射后,飞行正常。起飞后36.5s,飞行高度为1920m时,火箭遭到雷击。起飞52s,飞行高度为4300m时,火箭遭到第二次雷击。原因是由于火箭及其火箭发动机火焰所形成的导体在飞行中使云层至地面之间以及云层与云层之间人为诱发了雷电所致。
(2)民兵Ⅰ导弹飞行事件
民兵Ⅰ导弹的遥测试验弹多次发射成功后,1962年开始进行战斗弹状态的飞行试验。前两发弹均遭到失败,且两弹的故障现象相似,都是在Ⅰ级发动机关机前爆炸的。一个高度为7.6km,另一个为21.8km。经查,发现在爆炸前,两弹的制导计算机均受到脉冲干扰而失灵。原因是因为导弹飞行到一定高度时,在相互绝缘的弹头结构和弹体结构之间出现了静电放电,产生骚扰脉冲破坏了计算机的正常工作而造成。
(3)德尔它火箭事故
1964年在肯尼迪角发射场,德尔它运载火箭的Ⅲ级X―248发动机发生意外的点火事故,死三人。此外在塔尔萨城对德尔它火箭进行测试时,也发生过一起Ⅲ级X―248发动机意外点火事故。原因是操作罩在第三级轨道观测卫星上的聚乙烯罩衣时,造成静电荷的重新分布,结果使漏电流经过发动机的一个零件到达点火电爆管的壳体而引起误爆。而塔尔萨城发生的事故是因一个技术员戴着皮手套偶然摩擦发动机喷管的塑料隔板,使发动机点火电爆管引线上感应静电荷而引起。
(4)美国导航系统指示偏离故障
美国航空无线电委员会RTCA曾在一份文件中提到,由于没有采取对EMD的防护措施,一个旅客在飞机上使用调频收音机,使导航系统的指示偏离100以上。因此,国际上对舰载、机载、星载及地面武器、弹药的电磁环境都有严格要求。1993年美国西北航空公司正式公告,限制乘客使用移动电话、跳频收音机等,以免骚扰导航系统。
(5)中国雷击事件
雷击引起的浪涌电压,属于高能电磁骚扰,具有很大的破坏作用。1979年至1989年,我国南京、茂名、秦皇岛等地油库以及武汉石化厂,均因遭受雷击引爆原油罐,酿成惨剧。1992年6月22日傍晚,雷电击中国家气象局,造成一定的破坏和损失。因为雷击有直接雷击和感应雷击两种。避雷针只能局部地防止直接雷击,对感应雷击则无能为力,对感应雷击则需采用EMC防护措施。
除上述事件以外,还有丘比特导弹雷击事件、大力神ⅢC运载火箭故障、欧罗巴Ⅱ火箭故障、侦察兵火箭飞行故障、宇宙神导弹爆炸事件、土星Ⅰ自毁故障、土星ⅠS-Ⅰ-3级的骚扰等灾难性的故障。
3、 电磁环境对人类的危害效应
3.1 电磁环境
电磁环境分为人为电磁环境和自然电磁环境。
◆ 人为电磁环境:是指人类使用的各种电子或电气设施的电磁辐射时所构成的电磁环境。人为电磁环境的构成十分复杂。目前,在电子通信、科学、工业、医学和其它领域的电磁发射主要有:
地对空通信 电焊机 汽车引擎
调幅广播发射机 计算机 传导加热设备
多普勒导航雷达 电热疗仪 自动电梯
固定通信 马达 家用电器
电子开关 升降机(含电梯) 有故障的白帜光灯
跳频广播接收机 荧光灯 变压线
业余无线电爱好者的发射机 电动手工工具 工业机械
科学仪器 感应加热设备 漏电绝缘体
无线电系统和测距装备 医疗设备 无线电报
微波通信系统(设备) 无线电话 继电器和螺旋管
扫描控制、寄存装备控制 卫星通信系统(设备) 雷达
无线电广播 遥测装备 电传打印机
电视广播发射机 移动通信系统(设备)
甚高频全向无线电信号与空中导航气象雷达
◆自然电磁环境:主要由大气噪声、宇宙噪声、地理因素等组成。
3.2 电磁环境对人类的危害效应
高频场作用于人的生命体造成有害影响的情况,早在第二次世界大战期间已引起人们的重视。不同频段的辐射,对人体的影响又各不相同。
⑴ 中、短波电磁波辐射的危害
高频辐射对机体的主要作用是引起中枢神经的机能障碍和以及交感神经疲乏紧张为主的植物神经紧张失调。主要表现为:头昏、头胀、失眠多梦、疲劳无力、记忆力减退、心悸等最为严重,其次是头痛、四肢酸痛、食欲不振、脱发、体重下降、多汗等症状;部分女同志发生月经周期紊乱现象、少数人指颤、易激动,心电图检查出现心动过缓及心律不齐等现象。
⑵ 微波辐射对人体的危害
微波辐射作用于生物体后,一部分被反射,一部分被吸收。被吸收的微波辐射能量使组织内分子和电介质的偶极子产生振动以及媒质的摩擦把动能变为热能,从而引起生物体的机体温升。其具体体现为:
◆ 微波对人体的影响,最突出的是造成植物神经功能紊乱。主要反映在心血管系统为多,如心动过缓、血压下降、或心跳过速、高血压等。心电图检查可见窦性心律不不齐、窦性心动过缓、T波下降等变化。
◆ 微波可引起眼睛损伤,眼睛是人体对微波辐射比较敏感且极易受伤害的器官。在微波照射下,可能眼的表层组织角膜还没有出现伤害,而晶状体已出现水肿。大强度、长时间作用下会造成晶状体混浊、严重的导致白内障,甚至视力完全丧失。
◆ 微波对男性睾丸的损害也比较大,睾丸是人体对微波辐射热效应的又一敏感器官。在微波辐射作用下,即使睾丸的温升达到100 一 200C ,皮肤还没有感到疼痛,但男性生殖机能可能在不知不觉中受到辐射损害。微波辐射只抑制精子的生长过程,并不损害睾丸的间质细胞,也不影响血液中的睾酮含量,如果辐射过大,则会引起永久性不育。
◆ 微波辐射对人体还有非热效应,主要表现在:①某些长时间在微波辐射强度较高的环境下工作人员,出现过度疲劳、头痛、手发抖、心电图和脑电图变化、甲状腺活动性增强、血清蛋白增加、脱发、嗅觉迟钝、性功能衰退等。②可引起血液内白细胞和红细胞减少,血凝时间缩短。
◆ 微波辐射的另一特点是它的累计效应。一次低功率照射后受到某些不明显伤害,但多次累计后就会形成明显的伤害。
由于电磁骚扰的频谱很宽,可以覆盖0Hz一40GHz范围,因此电磁污染已和水与空气污染一样,正在引起人们极大的关注。目前我国参与射频场电磁污染进行调查研究的有:北京航天医学研究所、广州中山医学院、北京劳保研究所、浙江医科大学、第四军医大学、电子部十一院、上海华山医院、 山西医学院等研究院所,限于人力及设备条件,我国与国外研究水平相比仍存在一定差距。
3.3 辐射容许值标准:
我国电子工业部曾根据对部分动物的实验及对微波工作人员的健康检查,于1989年颁布了作业场微波辐射卫生标准(GBIO436—89),规定了卫生标准限量值。连续波:1天8h暴露的平均功率密度为50μw/cm2,小于或大于8h暴露的平均功率密度按下式计算:
Pd=400/t (1)
式中:Pd—容许辐射平均功率密度(μw/cm2);t—受辐射的时间(h)。
4、电磁兼容研究的对象
4.1按辐射距离划分研究对象
⑴感应近区场: R<0.15915λ;
⑵辐射场:◆ 辐射近区场: 0.15915λ<R<15.915λ;
◆ 辐射远区场: 15.915λ<R;
4.2按频谱划分研究对象
工频干扰(50HZ):包括输配电及电力牵引系统,波长为6000KM(传导干扰)。
甚低频干扰(30KHZ以下):波长大于10KM。
载频干扰:包括高压直流输电谐波干扰、交流输电谐波干扰及交流电气铁道的谐波干扰等,频率在10~300Khz之间,波长大于1Km。
射频、视频干扰(300KHZ~300MHZ):工、科、医疗设备(ISM)、输电线电晕放电、高压设备和电力牵引系统的火花放电以及内燃机、电动机、家用电器、照明电器等都在此范围,波长在1~1000m之间。
微波干扰(300MHZ~300GHZ):包括特高频、超高频、极高频干扰,波长为1mm~1m;
雷电及核电磁脉冲干扰:由GHZ直至接近直流,范围很宽。
研究的对象除传统设施外,还涉及芯片级、直到各舰船、航天飞机、洲际导弹,甚至整个地球的电磁环境。目前各种测试方法和测试标准已经展开了全方位的研究。
4.3 电磁兼容研究内容
(1)人为杂波
经调查研究,造成电磁干扰的人为杂波有:输电线电晕杂波、汽车杂波、接触杂波、
电气机车杂波、工业科学医疗用射频设备(ISM)杂波、城市杂波和其他杂波。
(2)共用走廊内各种公用事业设备间的相互影响
为了充分利用有限的土地资源,使石油、电力、铁路、交通、邮电等部门的线网占地面积最小,常将这些线网共用同一走廊。
(3)重影问题
对大型建筑物(超高层建筑、输电线、铁塔等)的散射问题在理论上和实验上进行研究。
(4)核电磁脉冲:
核爆炸三大效应:冲击波、热辐射(光辐射)和放射性污染。实际上还有第四效应——电磁脉冲(EMP)。
(5)空间飞行器的电磁兼容
空间飞行器是一个具有复杂的机械结构和复杂的电气、电子结构的混合系统,对它们进行EMC分析预测几乎是不可能的。但可以借助各种较为复杂的、准确度较高的EMC分析方法,有效分析各个相对独立的基本组成或子系统是可行的。
(6)EMC预测:
各个电子电气设备在同一空间中同时工作时,总会在它周围产生一定强度的电磁场,这些电磁场通过一定途径(辐射、传导)把能量耦合给其它设备,使其它设备不能正常工作;同时这些设备也会从其它电子设备产生的电磁场中吸收能量,使自己不能正常工作。事实上,这种相互影响不仅存在于设备与设备之间,同时也存在于元件与元件之间、部件与部件之间、系统与系统之间,甚至存在于集成电路内部。如果一个设备或系统在制造之前就能对它的工作状态进行预测,改进不合理的设计,进行优化设计,远比把设备制造出来之后发现问题再加以改造经济得多。因此,一个复杂的设备、系统的研制必须进行EMC预测,把电磁干扰的危害降低到最低限度。整个EMC预测分为三个阶段:问题解决阶段、规范设计阶段和EMC分析预测阶段。
(7)地震电磁学
(8)无线电通信技术中的EMC问题
宽带无线电通信系统与窄带无线通信系统的EMC问题。例900MHZ频段:AMPS、TACS、ETACS、GSM900、CDMA800等;1800MHZ频段:DCS1800、CDMA、PHS等;
移动通信系统、无线接入系统、无绳和寻呼系统之间EMC问题。
地面无线电系统、同温层系统和卫星系统之间EMC问题。
宽带、超高速移动通信与其它系统之间的EMC问题。
无线电系统与其它系统之间的EMC问题。其它系统很多,包括家用电器、军事通信、医疗设备、广播等。虽然已经制定了一些相关的法规(如医院、机场、飞机、军事重地等,不得使用移动电话),但干扰的问题从来就没有停止过。
(9)蔽测量技术问题
屏蔽测量技术的根本点在于准确、灵敏,其基本点就是被测信号与外界信号之间的有效隔离。最具代表性的屏蔽测量室是“微波暗室”,到目前为止,它是研究得最多,应用也最广泛的屏蔽测量室,是检测非标准电磁辐射的主要手段和方法。
(10)EMC系统模型
电磁环境模型:可定量描述每个发射源的不必要电磁场产生的机构模型、不必要电磁能传播的模型、具有一定空间和时间分布的发射源以及由此产生的电磁环境的形成过程的统计分析模型,它是研究EMC的基础。
EMC系统模型:建立反映电磁环境对社会系统的各要素的干扰影响的EMC系统模型,是开展EMC研究的必要手段。
电子设备的EMC实验:目前的电子设备越来越复杂,随着设备和系统规模的扩大,组成系统的子系统间的EMC的实现就越发显得重要,它是研究EMC的依据。
(11)自然界影响
(12)频谱分配管理
(13)电磁环境对人类的危害效应。
(14)计算机中的EMC
计算机作为一种数据处理和存储系统,外界电磁场干扰可能对其正常的运行和信息安全造成危害。而作为一种电子设备,它的寄生辐射和电磁泄露 [PCB(印刷电路板)的带状线、电线、线缆间的串音是PCB线路中最难克服的问题之一]也可能污染外界电磁环境或造成自身信息失密。因此,计算机系统的EMC已成为迫切需要解决的问题。
5、EMC分析技术
频谱管理中的电磁兼容分析是以频谱资源数据库和台站数据库为基础,以三维地理信息系统为依托,通过选择合理的电波传播模型,利用计算机系统来完成大量复杂而繁琐的无线电场强预测与分析、覆盖区分析、干扰分析、频率指配、频率与台站协调以及边界协调等频谱共用的分析计算工作,达到合理指配无线电频率,减少台站间的干扰,提高无线电频谱使用效率的目的。
◆ EMI效应:由电磁干扰源发出的电磁能,经某种传播途径传输至敏感设备,敏感设备又对此表现出某种形式的“响应”,并产生干扰的“效果”,这个作用的过程及其结果,称为电磁干扰(EMI)效应。
◆ EMC分析技术:是指对同处一个公共电磁环境中的无线电设备或系统的电磁兼容性进行分析计算的技术。
◆ EMC分析:是指无线电设备或系统在一个公共电磁环境中完成其本身的设计功能的同时,对于同一个环境中的其它设备既不会产生也不会遭受到因电磁干扰而引起的不可接受的无线电信号质量恶化。为使之共存和评价其共存能力而进行的技术分析计算。
5.1 EMC分析的内容与过程
(1) EMC分析
是根据无线电波传播特性、设备的参数等,对可能产生的干扰进行预测,并估算干扰对有效信号的危害程度,再根据有关技术标准进行判断。
(2) EMC分析过程
◆ 剔选一定范围内有关台站;
◆ 干扰的初步计算;
◆ 初步判定;
◆ 详细计算;
◆ 严格判定;
◆ 其它因素分析。
⑶ EMI三要素:电磁干扰源、干扰敏感接收器、传输通道。
5.2 EMC分析中的干扰预测
EMC分析中的干扰预测,即从频率、空间、时间三维角度考查各无线电系统或设备间的电磁隔离度,分析产生干扰的大小及影响范围,评价干扰的危害程度,为频谱管理人员提供可靠的技术依据。
(1) 频率干扰预测:频率干扰包括同频道干扰、邻频道干扰和插入干扰。
(2) 互调干扰预测:互调干扰又分为发射机互调干扰和接收机互调干扰。
互调干扰发生的条件:● 干扰台频率同接收台频率之间满足一定数值关系;
● 干扰信号具有足够的能量;
● 有关的干扰台与接收台同时工作。
(3) 接收机减敏和发射机带外N干扰:当接收机接收低电平信号时、有强干扰信号进入接收机,可能导致接收机灵敏度下降甚至使接收机完全阻塞,造成信号中断的现象,称接收机减敏或灵敏度抑制干扰。
(4) 同址干扰:设置在同一地点的多部电台和设备,由于电台之间相距很近,一副天线可处于另一副天线辐射的菲涅尔区域感应场区内,产生较强的互调干扰、带外N干扰及谐波干扰。
5.3 EMC分析技术
◆EMC分析技术:是对客观存在的无线电设备或系统的EMC性能进行分析计算的技术。
◆EMC技术:为保证系统和设备在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中其它系统和设备构成有害干扰的技术。其技术措施有:
①系统和设备本身尽可能选用互相干扰最小的设备、电路和部件,并进行合理布 局。
②通过接地、屏蔽及滤波等技术将干扰予以隔离和抑制。
5.3.1频谱工程模型
频谱管理技术中为进行EMC分析计算,模拟一个实际系统所用的一组数学表达式,它
又分为单元模型和系统模型。
发射频谱模型:其常用参数有发射机功率密度、随频率变化的相对功率电平、指配频率和输出功率。
接收机模型:接收机对于有用信号处理过程模型。常用的参数有:S/I、干扰功率 等;
发射和接收天线模型:又分为发射天线模型和接收天线模型;
传播模型:又分为自由空间传播损耗模型、长中波传播模型、短波传播模型、地波传播模型、VHF和UHF频段传播模型、微波传播模型等。
5.3.2 电磁兼容性预测技术
(1) EMC预测:通过理论计算对电子设备或系统的电磁兼容程度进行分析评估的方法。EMC预测技术通常在系统或设备研制的方案设计阶段和工程预测阶段。
电磁耦合仿真计算;
干扰度计算;
电磁敏感度计算;
(2)EMC预测分析技术:
EMC分析预测模型如图1所示。

(图略)
图(1)

R(f)=E(f)×T(f) (2)
I(f)=R(f)-S(f) (3)
式中,E(f):发射特性 ;R(f):耦合敏感设备的信号;T(f):耦合系数;I(f):敏感设备和电缆的受干扰状态;S(f):敏感特性。
5.3.3 EMC测试技术
EMC测试贯穿在产品的设计、开发、生产、使用和维护的整个周期。按测试目的分为:诊断测试和达标测试。EMC测试内容如图2所示:

(图略)

图(2)

5.3.4电磁兼容性标准与规范
◆ EMC民用标准:国际无线电干扰特别委员会(CISPR)推荐的标准和规范;
◆ EMC军用标准:美国军用标准 MIL—STD—460标准。
电磁兼容性标准和规范是进行电磁兼容性设计的指导性文件。执行标准和规范是实现EMC、提高系统效能的重要保证。因而,在工程设计中常将电磁兼容性标准和规范以技术文件和合同形式确定下来,并强制性的贯彻执行。其主要内容有:
①规定名词术语;
②规定电磁发射和敏感度的极限值;
③规定统一的测试方法;
④规定电磁兼容性控制方法或设计规范。
(1)标准和规范的特点
电磁兼容性标准和规范表示的概念是:如果每个部件或设备符合标准和规范的要求,则设备或系统的电磁兼容性就能得到保证。由于电磁兼容性问题主要研究与处理设备或系统的非设计性能和非工作性能,如发射机的非预期发射、接收机的非预期响应、天线在非预期方向上的辐射及非指定的传播路径等。显然电磁兼容性标准和规范主要是强调设备和系统的非预期特性方面并采用相应的词句描述。在使用标准和规范时,需注意的一个参数是电磁干扰裕度。另外测试不同的方法会得到不财的电磁发射和敏感度极限,故在制订标准和规范时,必须对测试方法和极限值同时作出规定。
(2)标准和规范的发展趋向
标准和规范的发展是把设备、系统分为不同的类别,然后按类制订相应的标准等级,以体现它们的差异等 。从目前国外对标准的修改趋向来看,不是将电磁发射极限值放宽而是将敏感极限值变严的趋势,这是出于对敏感设备易受发射机的基波、谐波产生高场强干扰的缘故。辐射发射极限值和辐射敏感度极限值的相关性尚在探讨之中。
(3)电磁发射和敏感度极限值单位
在标准和规范中,宽带测量是以每单位带宽表示,窄带测量是在单个频率上进行的,辐射发射与敏感度测量一般用场强表示,而传导发射与敏感度测量是用电压或电流表示的。
5.4 EMC预测分析的应用
国外发达国家早在60、70年代就已将电磁兼容分析技术应用于无线电频谱管理工作中,取得了很好的成效,并积累了大量可借鉴的成功经验和资料。进入90年代,随着无线电技术和计算机技术的飞速发展,计算机仿真技术已经成为电磁兼容分析必不可少的手段之一,出现了不少专业化的制作公司以及成熟的电磁兼容分析软件产品,如法国ATDI公司的ICS软件、CRIL公司的ELLIPSE软件、德国LS另公司的通用EMC软件、瑞典AerotechTelub公司的WRAP软件等,为频谱管理和网络规划提供了较为全面的解决方案。根据无线电管理的需要,电磁兼容分析主要应用在以下两个方面:
一是为频率的规划、指配以及频率协调提供科学依据,有效提高频率管理的效率。
二是解决无线电系统之间或台站之间潜在的干扰问题,对可能受到或产生的干扰进行预测、分析并评估干扰的影响和危害程度,对已形成的干扰分析原因,提供解决干扰的有效办法。
5.5 EMC分析系统的功能
对于电磁频谱管理部门而言,为使各类电子电器系统、无线电电台以及雷达台站等能够正常工作,应尽力避免有害干扰的产生。为此,必须在频率规划、分配、指配和协调过程中综合考虑时间、空间、地理、频率和设备特性等各种因素,分析产生干扰的大小及影响范围,评价干扰的危害程度,为频谱管理提供可靠的技术依据。因此,电磁兼容分析系统必需能够完成以下工作:
⑴ 同、邻频干扰分析。
主要依据发射机功率谱密度特性、接收机选择性特性、地形和地理气候条件、台站位置以及发射机和接收机的各项电气参数等,然后使用合理的传播模型与算法等,从而模拟出实际在接收端收到的干扰信号功率或场强以及载波干扰比C/I。
⑵ 互调分析——同站址、邻站址台站的互调干扰分析。
互调分析应包括两个信号和三个信号的二阶与三阶互调分析;互调分析既包括发射机互调也包含接收机互调分析。
⑶ 场强覆盖预测。
根据已设台站或拟设台站提供的技术资料,采用相关的传播模型算法进行场强覆盖预测,包括区域覆盖和覆盖等值线计算等。分析计算结果应能在地图上进行显示,并以不同的颜色表示场强大小。
⑷ 微波与卫星地球站系统设计和干扰协调分析。
能够对点对点、一点对多点微波系统分析和频率分配以及微波站与地球站之间的干扰与协调计算。微波通信系统的设计与分析功能应包括地形剖面分析,通路分析与设计,天线高度和EIRP的优化设计,接收电平的模拟仿真,大气吸收损耗计算、雨衰减预测、多径衰落预测、衰落储备计算等。
⑸ 无线链路性能分析。
基于数字地图和相应的传播模型,可进行路径剖面、链路空间场强分布。在微波链路设计中,可以对微波链路的通路情况进行分析,包括微波站址选择是否合理、台站技术参数的审核以及微波站接收电平的计算等;在短波通信中,可确定电离层反射链路的最佳工作频率FOT(OWF),最高可用频率MUF以及最低工作频率LUF等关键参数。
⑹ 频率辅助指配。
在新设台站预指配频率过程中,进行信道质量预测,分析预选频率对已存在频率、台站的影响,并为各种台站的频率指配提供技术支持。
⑺ 地球信息系统GIS功能。
嵌入实现地图的一系列操作,包括地图的缩放、漫游、图层管理、图幅管理以及应用图生成、保存和管理等功能。它不仅包括GIS工具提供的基本功能,还应根据系统的实际需要,扩展新的功能。
⑻ 报告自动生成功能。
允许用户自定义报告格式,并保存报表格式,以便多次使用,全局共享。报告可以多种格式的文件存储。
⑼ 图形制作功能。
可以在电子地图上生成以下图形:台站分布图、场强分布图、场强等值线图、业务区(覆盖区)图、通信可靠度等值线图、C/I等值线图、地形剖面图、微波链路连接图、微波电路通路图、同频站址分布图、邻频站址分布图、地球站协调区图等各种实用图形。
6、我国有关EMC的学术组织及学术活动
目前,国际上除EMC专业学会外,还有国际无线电干扰特别委员会(CISPR)等组织从事EMC有关的高频干扰课题研究。随着现代科学技术向更高频段、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度、高可靠性方向发展,特别是大规模集成电路的出现,把人类带入信息时代,信息高速公路和高速计算机技术成为人类社会生产和生活水平的主导技术,使得EMC研究获得空前大发展。
特别值得提出的是美俄等国正在加紧研究对付核电磁脉冲(EMP)影响的方法。最近十年,美国科研部门集中力量研究保护通信网和军用飞机不受高空核爆炸影响的方法,为此美国拨款近200亿美元,用以对付EMP的作用。
我国过去由于工业基础比较薄弱,对EMC的研究认识不足,致使研究工作开始较晚,工作进展较慢。但近几年来由于实际生产、科研及使用上的迫切需要,特别是欧共体宣布自1996年起所有电工、电子产品均需通过EMC检测,达不到指标要求的产品一律不得投入市场以来,我国对EMC技术已引起重视,加速了研究步伐,各高校纷纷开设“电磁兼容”课程,相关研究机构和频谱管理部门开始设立EMC分析研究室进行“EMC分析”课题研究,同时纷纷成立与EMC有关的学术组织,加强EMC学术活动。目前与EMC有关的学术组织,如“全国无线电干扰标准化技术委员会”、“中国电工技术学会EMC委员会”、“中国电机工程学术EMI专业委员会”、“中国电源学会EMC委员会”、“中国通信学会EMC委员会”、“中国电子学会EMC分会”、“中国铁道学会电气化专业委员会防干扰学组”、“中国造船学会EMC组”、“湖北省EMC学会”、“湖南省EMC学会”、“陕西省电子学会EMC委员会”等。
这些组织成立后,在EMC领域频繁开展学术活动,并先后联合组织了6次全国性EMC学术会议;中国电子学会及中国通信学会还在国内举办了5次有关EMC的国际会议。
在国际交往方面,各学会多次组织国外及国内EMC代表团、专家学者及厂商公司的代表互访,各学会还派出代表积极参加国际学术会议,宣读发表论文。同时派代表参加IEEE、CISPR、ITU及URSI等国际组织的学术活动。URSI中国委员会(CIE)已成立“电磁噪声与干扰委员会中国分会”。全国无线电干扰标准化技术委员会已成立了与CISPR各分会相对应的组织。为了加强EMC方面的工作专门成立了S分会(无线电系统与非无线电系统间EMC分委员会)。IEEE北京分部成立了EMC分会,TC77和ITU在我国都有对应组织。
所有这些都有利于我国今后在EMC技术领域的进一步发展与提高。

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