电磁兼容原理小综述

电磁兼容技术的发展

电磁兼容( Electromagnetic Compatibility，简称EMC)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，达到兼容状态。这个概念有两层含义，第一是电气及电子设备要具有抵抗外界电磁干扰的能力；第二是电气及电子设备对外发射的电磁干扰不能超过一定的限值，要尽可能少。

电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科，其理论基础涉及数学、电磁场理论、电路基础、信号分析等学科与技术，其应用范围几乎涉及到所有用电领域。在当今信息社会中，随着电子技术、计算机技术的发展，一个系统中采用的电气及电子设备数量大幅度增加，而且电子设备的频带日益加宽，功率逐渐增大，信息传输速率提高，灵敏度提高，连接各种设备的网络也越来越复杂，因此，电磁兼容问题日渐重要。

我国每年都招收大量的电气工程类本科生和研究。其中本科生通过专业基础课程的学习，他们会具有一定的电路理论和电磁场理论知识，在他们中开展电磁兼容性人才的培养，无疑是获得大量从事电磁兼容性研究人员，普及电磁兼容性知识和技术的一个有效的途径。但是，电磁兼容性这个新兴学科，具有很强的学科综合性，涉及的知识面广，特别是大量引用和借鉴无线电技术的概念和术语，这使得电气工程类学生成为电磁兼容性研究人才具有一定的难度。这在电磁兼容学科的人才培养上必须给与足够的重视，给出有效的方法和对策。

1.从电气工程类学生中培养电磁兼容性人才

电磁兼容学科的基础是电路理论及电磁场和电磁波理论。而电路原理、电磁场理论与电磁波等课程是电气工程类学生必修的课程，加上其他数理课程的学习，他们有学好电磁兼容学科知识的基础。但是，由于电磁兼容学科是从无线电干扰及抗干扰基础上发展起来的，借用了大量无线电学科中的概念、术语，仅有电路理论和电磁场和电磁波知识，只能说具备了进行电磁兼容性研究的先决条件。现在的电磁兼容学科所研究的问题，涵盖的领域变得十分广，包括环境电磁学，电磁场对人体的作用等方面，因此，还要有相关学科的知识。另外，还必须掌握电磁兼容性研究中所独有的研究、计算和分析方法。电磁兼容学科中包含的研究领域十分广泛，如电磁干扰机理及传播耦合理论、电磁兼容预测和分析、信息设备电磁泄露与防护技术研究等。电磁兼容课程的开设过去多集中在电子、通讯类学科。随着电子电气技术的发展，广大电气工程类学生也认识到电磁兼容性的重要性，学习电磁兼容课程的人数逐年增加。

由于电磁兼容问题是从实际中产生出来的，因此我们在学习中，除了讲授新的概念和知识及其物理意义，还结合原来学过的知识用我们能接触到的一些事例来增加对电磁兼容性的认识。并用电磁兼容性知识在科研工作中的一些具体范例来表明其重要性。如在科研工作中，我们往往会应用电磁兼容知识，如接地、滤波、屏蔽等。但在某些工作中，如一些复杂电子电路及系统的设计、调试，必须专门地、充分地考虑系统的电磁兼容性。我们生活在电磁环境之中，如今，随着电视、手机、微波炉等家用电子电气的广泛使用，使电磁兼容间题日益突出。加油站为什么明示不能使用手机?家用电器相互之间是否能很好的兼容工作?它们的外辐射对我们的健康是否有害?手机在接通的初始时刻，它的辐射相对较强，这时它能使离的近电脑屏幕发生抖动，这时对我们的大脑是否有伤害等等问题，都需要我们认真考虑。还有，由于人们对电磁辐射污染的负面影响谈论的较多，因此如何正确看待电磁辐射及其污染，是电磁兼容知识普及所面临的问题。我们知道，超过一定限值的电磁辐射作用于人体是有危害的，但当环境中的电磁辐射水平低于国家规定的限值标准时，则是安全的。当然，按照辐射照射尽可能低的防护原则，应尽量降低环境中的电磁辐射。

2.电磁兼容技术的发展

电磁兼容技术是由过去的电磁干扰研究（Electromagnetic Interference）发展起来的。电磁干扰的研究工作可追溯到19世纪。1881年，希维赛德就发表了著名的论文“论干扰”，标志着研究干扰问题的开始。到20世纪20年代后，各工业国家都日益重视电磁干扰的研究，成立了许多相关的国际组织。20世纪40年代后各国开始比较系统地进行电磁兼容技术的研究。比如美国自1945年开始，颁布了一系列电磁兼容方面的军用标准和设计规范，并不断加以充实和完善，使得电磁兼容技术进入了新的发展阶段。

20世纪60年代之后，电子计算机、信息技术、测试设备、电信、半导体等电子和电气技术得到了迅速发展和广泛应用，已渗透到社会生活的各个领域。但是广泛应用微电子技术的设备，其安全性、可靠性和电磁兼容性却难以得到保证。现代电子设备和当今日趋复杂的电磁环境相互作用，电子设备越现代化，其所造成的电磁环境就越复杂；反之，复杂的电磁环境又对电子设备提出更为严格的要求。因此，电磁兼容技术获得了空前的发展，为优化电磁环境，保证电子设备的正常工作，提供科学的方法。

20世纪80年代后，电磁兼容技术的发展进入了全新的阶段，开始实行强制认证制度了。国际上，欧盟89/336/EEC电磁兼容指令从1996年1月1日开始强制执行，大大推动了全球的电磁兼容标准的强制执行和电磁兼容认证工作，使其更加规范化和法制化。2004年12月15日欧洲议会、欧共体理事会通过了一个新的电磁兼容指令: 2004/ 108 /EC，该指令自发布于欧盟官方公报之后第20天开始生效，并于2007年7月20日起强制执行，并同时废除89/336/EEC指令。这进一步促进我国电磁兼容认证制度的发展。紧跟国际潮流，我国也建立了强制性产品认证制度。2001年12月，国家发布《强制性产品认证管理规定》，英文名称为"China Compulsory Certification"，英文缩写为" CCC"，简称为"3C"认证，3C认证对这些产品的安全性能、电磁兼容性、防电磁辐射等方面都做了详细规定。2002年5月1日起，国家相关部门开始受理第一批列入强制性产品目录的认证申请，对列入目录的产品，凡未获得强制性产品认证证书和未加施"CCC"强制性认证标志的产品，不得出厂、进口和销售。3.电磁兼容技术研究现状

电磁兼容作为一门新兴的学科，其理论基础涉及数学、电磁场理论、电路基础、信号分析等学科与技术，其理论和应用研究始终在不断地发展。电磁兼容领域的理论研究、特性测量和产品开发，需要投入高科技专业人才和巨大的资金，做基础理论研究可能需要3至5年，甚至10年或更长的时间才可能将成果转化为标准，转化为测试技术。而相当于一般性的高科技产品，市场需求量小很多，形成了高投入，低产出的不良局面，因此从事研究的机构较少。在国外，电磁兼容的理论研究主要由一些国立研究机构、较著名的大学和研究所承担，少数实力雄厚的大公司也进行一些基础理论的研究。

国外开展电磁兼容技术研究的机构大致分为两类。一类是以美国NIST、英国NPL以及德国PTB等为代表的国立研究机构，他们主要从事各类测量天线、磁场探头、电场探头和EMC测试场地的校准研究，并对外提供服务。另一类则是专门从事校准服务的公司以及EMC检测设备制造商的校准实验室，他们均取得了国际上一些著名认证机构的授权。

我国最早从事电磁兼容技术研究的是上海电器科学研究所，早在1962年就开始进行无线电干扰的测量和船用电机电器无线电干扰标准的制定工作。从事电磁兼容学科研究的大学主要有北京邮电大学、北京交通大学和东南大学等。从事电磁兼容检测的研究所有上海电器科学研究所、信息产业部电子三所、四所、五所和广州电器科学研究所、武汉高压研究所等。

3.1 电磁兼容理论研究

在理论研究上，IEEE很早就注意到无线电干扰问题了，1957年10月成立了射频干扰专业组，并于1959年5月出版了学报的射频干扰( RFI) 分册。1964年IEEE学报又将RFI 分册改为电磁兼容( EMC)分册，该学会( EMC Society)每年组织一次重要的学术会议。电磁

兼容理论研究内容主要包括设备抗干扰措施的研究、设备的电磁兼容测试技术的研究、设备电磁发射控制措施的研究、电磁兼容防护元器件特性的研究、电磁兼容测试场地的研究以及电磁干扰机理分析研究等。解决电磁兼容等电磁问题的主要方法有基于传播空间离散化的微分方程方法和基于散射体表面或内部离散化的积分方程方法以及各种混合方法。微分方程方法能够得到稀疏阵，但求解区域远大于散射体本身，且场的传播在空间离散描述，造成空间色散误差。另外，由于只能在有限区域内计算，这就要求必须设置边界条件。积分方程方法通过求解散射体表面或体积内的感应电流来分析散射问题，不存在空间色散误差。微分方程方法往往比积分方程方法更容易实现求解任意复杂媒体环境下的电磁问题。对于均匀背景介质中的开放域问题，常常采用积分方程方法进行求解。对于单独利用微分方程方法积分方程方法均难以求解的问题，往往采用混合方法分析。常见的积分方程方法有矩量法(MOM)、体积分方程方法(VIEM)。常见的微分方程方法有时域有限差分法(F DFD)、有限元法(FEM)、区域分解法(DDM)等。

3.2 电磁兼容标准

IEC有两个专门从事EMC标准化工作的技术委员会：一个是国际无线电干扰特别委员会(CISPR)，成立于1934年；另一个是电磁兼容技术委员会(TC77)，成立于1981年。CISPR 基本上将通常的工业和民用产品的EMC考虑在其标准中，还起草了通用射频骚扰限值国际标准草案，对那些新开发的以及暂时还不能与现有CISPR产品标准相对应的产品，可以用射频骚扰限制来加以限制，实际工作频率范围从9kHz-18GHz已扩展到DC-40GHz。TC77最初主要关心低压电网系统的EMC问题(9kHz以下频段)，后来将其工作范围扩大到整个EMC所涉及的频率范围及产品。目前CISPR已制定14个标准，TC77也已制定14个IEC 标准。其中IEC61000-4系列标准是目前国际上比较完整和系统的抗扰度标准。

无论是CISPR还是TC77制定的标准，除了对测试方法作出严格规定之外，均对测试场地和测试设备提出了明确要求。EMC计量测试研究的内容主要就是针对那些用于EMC 测试的场地和设备，定期对它们进行计量和校准。一方面验证他们的各项性能指标是否仍在标准规定的范围之内，另一方面也起到量值溯源的作用，保证测试结果的准确性和可追溯性。电磁干扰和克服电磁干扰的问题很早就引起人们的高度重视，国际电工委员会( IEC)先后制定了一系列国际标准，各国紧跟其后制定本国的电磁兼容标准，我国则全面推行IEC标准。EMC计量测试今后作为电子计量测试的一个发展方向必将不断得到重视和加强。

我国电磁兼容标准方面的工作相对落后。20世纪80年代，在当时国家标准局的领导下，在全国开展将IEC/ CISPR的电磁兼容标准转化为我国国家标准的标准化工作。1986年8月，我国成立了全国无线电干扰标准化技术委员会，秘书处设在上海电器科学研究所。90年代到2000年初，又将IEC/ TC77系列基础标准IEC61000( 主要是抗扰度标准)转化为国家标准。2000年7月，成立了全国电磁兼容标准化技术委员会(相当于中国的TC77)，秘书处设在武汉高压研究所。目前为止，我国制、修定的电磁兼容标准已有一百多个。

随着电气和电子设备的广泛应用和技术的进步，电磁兼容问题越来越突出，加强电磁兼容理论研究，推广现有的、成熟的电磁兼容技术，建立完善的试验、测试制度和检验标准，研究电磁兼容新问题、新方向是电磁兼容应用技术的当务之急。

随着科技进步、电磁环境保护与国际经贸往来的加强，电磁兼容己成为国内外瞩目的迅速发展学科。由于EMC学科范围很宽，我们在很多方面，都还只是处于起步阶段，我们应该加快步伐，迎头赶上。

参考文献：

1李永明,俞集辉,从电气工程类学生中培养电磁兼容人才的探讨

2李明,朱中文,蔡伟勇,电磁兼容技术研究现状与趋势

3郝晓冬,电磁兼容技术指南