电磁兼容与电磁防护相关研究进展（一）
2022-12-02 09:00阅读：
内涵和外延上看,电磁兼容与电磁防护是一个有机的整体,其研究重点都是电磁环境对设备或系统的作用机理能量耦合途径等,目的都是为了保障设备或系统在预定电磁环境中的生存能力和运行能力围绕电磁干扰源电磁能量耦合途径和敏感对象这3个基本要素,重点从仿真建模实验测试防护措施等角度对国内外开展的相关研究工作进行了概述和分析,指出日益复杂的电磁环境高度集成的电子设备及系统对电磁兼容与电磁防护研究提出了更高要求,即发展快速准确智能化的电磁干扰溯源技术,建立更大规模更复杂系统在宽带范围内的电磁兼容预测模型,研究电磁能量主要耦合途径的分析确定方法和电磁环境效应的多物理场联合建模技术,推进电磁防护新技术新材料新器件的开发和工程化应用等已成为该领域的研究热点
电磁兼容(electromagnetic
compatibility,EMC)与电磁防护和电磁环境及电磁环境效应(electromagnetic
environment
effect,E3)密切相关电磁环境是指存在于给定空间所有电磁现象的总和构成电磁环境的因素十分复杂,既有自然因素也有人为因素其中,自然因素包括雷电电磁辐射静电放电(electrostatic
discharge,ESD)电磁辐射太阳系和星际电磁辐射
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人为因素包括无线电台等各种系统产生的电磁发射;高电压送变电系统等产生的工频电磁辐射;各种家用电器电动工具等产生的电磁辐射以及用于军事目的的各类强电磁脉冲源,如雷达电磁脉冲武器等产生的电磁辐射等
电磁环境效应是指构成电磁环境的总体或某因素对设备或生物体的作用效果,它几乎包罗所有的电磁学科,如电磁兼容与电磁骚扰电磁易损性电磁防护电磁辐射危害以及雷电和沉积静电等自然现象效应
电磁兼容是指设备分系统系统在共同的电磁环境中能同时执行各自功能的共存状态它主要包括2个方面的内容:一是设备分系统系统在预定的电磁环境中运行时,可按规定的安全裕度实现设计的工作性能且不因电磁干扰而受损或产生不可接受的降级;二是设备分系统系统在预定的电磁环境中正常工作且不会给环境(或其他设备)带来不可接受的电磁干扰
电磁防护是指为在设计研制和生产过程中使设备具有抗电磁干扰或电磁毁伤能力而采取的技术措施,也包括为消除电磁环境对电爆装置燃油及人员影响而采取的技术措施和对策
综上所述,电磁兼容与电磁防护在内涵和外延上是一个有机的整体,它们研究的重点都是电磁环境对设备或系统的作用机理能量耦合途径等,即电磁环境效应;目的都是为了保障设备或系统在预定电磁环境中的生存能力和运行能力
电磁兼容研究经历了“问题解决法”“标准控制法”和“分析预测法(或称系统设计法)”3个阶段系统级和系统间的电磁兼容预测是目前电磁兼容技术研究的最高阶段,其涵盖的范围非常广泛,但限于篇幅,无法一一涉及,本文将重点围绕形成电磁干扰或电磁危害的3个基本要素:电磁干扰源电磁能量耦合途径和电磁敏感对象,对国内外开展的相关研究工作进行归纳概述
（一）电磁干扰源的研究
（1）电磁干扰源测试分析
从电磁环境的构成要素可见,电磁干扰源具有多种表现形式,为分析电磁干扰(electromagnetic
inference,EMI)的形成机理及其抑制措施,一般要对电磁干扰信号的时域频域能量信号形式等特性进行测试分析根据电磁干扰的传播途径,通常可以利用传导发射测试或辐射发射测试的方式来提取电磁干扰的特征参数依据现行的电磁兼容测试标准,对电磁干扰的传导发射测试主要采用的是线阻抗稳定网络(Line
impedance stabilization
network,LISN),但LISN测试得到的是共模和差模干扰信号的混合,而无法直接检测共模和差模干扰信号的具体分量为此,国内外学者在传导电磁干扰分离网络方面进行了大量研究,先后提出了Mardiguian网络SEE网络Paul网络Lo网络等分离网络,传导电磁干扰的分离精度也得以不断提高对于分离精度的提高,还可以尝试在工作状态下利用双电流探头对共模和差模噪声源阻抗进行精确提取的方法
电磁干扰的辐射发射测试主要利用开阔场电波暗室等开展,此类测试方法得到的往往是多个辐射电磁干扰在测试点处的矢量叠加,即辐射总干扰那么在对大型复杂系统进行辐射电磁干扰测试时,多个子系统辐射产生的电磁干扰就会混叠在一起,无法准确获得某子系统单独辐射产生的电磁干扰频谱特征针对该问题,可以采用一种基于自适应对消原理的辐射电磁干扰测量方法,通过对周围电磁干扰的自适应滤除可以实现对任一子系统的电磁干扰测试此外,为准确描述电磁干扰源特征及其辐射干扰机理,具有高测量精度和可靠性的近场扫描技术也被广泛应用,比如基于盲源分离算法和近场波阻抗测试,实现了对辐射电磁干扰源个数和特性的分析;还可以利用反向传播神经网络实现了对电磁干扰源的分类识别
通过电磁干扰测试还可以实现对电磁干扰源的实时定位,从而有利于对干扰源的快速排查利用电磁干扰检测器和无线网络组建了2种类型的ESD事件定位系统(ESD
event locator
system,EELS),如下图所示,用于对硬盘制造车间内存在的ESD事件进行监测
测试结果显示:基于电磁干扰强度的EELS可用于小范围内ESD事件的监测,其在1.5m×1.5m范围内的定位误差约为10.3cm;基于接收信号强度指示的EELS可用于较大范围内ESD事件的监测,其在10m×10m范围内的定位误差约为24cm
