《电磁场与电磁波理论与仿真》-第11章

１１.１电磁兼容基本概念11.1.1电磁兼容的定义国家标准ＧＢ/Ｔ４３６５—２００３«电磁兼容术语»对电磁兼容的定义: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.国家军用标准ＧＪＢ７２—２００２«电磁干扰与电磁兼容性名词术语»对电磁兼容的定义:设备、分系统、系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态.包括以下两个方面:(１)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.切不因电磁干扰而受损或产生不可接受的降级.下一页返回１１.１电磁兼容基本概念(２)设备、分系统、系统在预定的电磁环境中正常地工作绝不会给环境(或其他设备)带来不可接受的电磁干扰.以下定义在阐明电磁兼容方面有特色: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.广义还包括生物体)可以共存并不致引起降级的一门科学.在以上的各定义中.都涉及电磁环境这一概念.电磁环境有空间、时间、频谱３个要素.在频谱方面.国际电联(ＩＴＵ)已经规划的可用无线电频谱在１０ｋＨｚ~４００ＧＨｚ.频率再低则进入声频.若再高则进入光波.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念上述的电磁兼容定义.无论文字如何表述.都提出了这样一个基本要求:在共同的电磁环境中.任何设备、分系统、系统都应该不受干扰并且不干扰其他设备.事实上.电磁兼容性的内涵远不止上述定义中的射频干扰和电磁效应范畴.也不仅仅局限于设备、系统、分系统.还包括系统之间、系统与环境之间、系统与人体以及其他生物体之间的电磁兼容性.为此.作者提出了军事电磁兼容概念.军事电磁兼容.就是无论战场内外.都要保障己方设备内部、设备之间、设备与系统间、平台间、设备与环境和人员的电磁相容性.不受复杂电磁环境及其效应的影响而充分发上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念挥其效能.同时不因自身的电磁效应而成为敌方侦测和打击的目标.引入军事电磁兼容性概念的目的.一是全面覆盖电磁兼容的内涵.二是强调其战略性地位.电磁兼容性已经不仅仅是一门普通的学科.而是在当今复杂电磁环境下具有重要战略和战术意义的军事对抗手段.现代社会电子化导致电磁干扰和污染社会化.日益复杂的电磁环境构成极为复杂的电磁丛林.电磁污染已经形成人类第四大公害.也称为电子烟雾.电磁干扰源增多、能量增强、频谱加宽、有效作用时间长.军事上.大量电子信息系统嵌入各种军事装备.使战场电磁信号出现爆炸性增长.作战平台狭小而平台密集.使得设备间、系统间和设备及系统与环境间的电磁兼容问题日益突出.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念战场上.各种电磁干扰和电磁进攻手段无所不用其极.并且制电磁权的争夺贯穿于战争始终.上述电磁现象的总和及其交互作用.在战场上构成了多层次、全方位、多样性、突然性的电磁威胁.形成复杂电磁环境.主要表现在以下６个方面.(１)异构性:类型众多.影响各异.(２)多维性:空间上无形无影.无处不在.(３)连续性:时间上变幻莫测.密集交叠.(４)宽带性:频谱无限宽广.重叠交错.(５)参差性:能量密度不均.跌宕起伏.(６)多样性:信号形式繁多.波形复杂.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念在这样的复杂电磁环境中.期望再像当年那样用１５Ｗ电台就能够从上海发送情报到延安.已经是天方夜谭了.要实现同样目标.必须加大功率.并且还需要中继.诸如此类事例逐步增加.这样又反过来造成电磁环境恶化.形成恶性循环.在现代战争环境下.更加突出的矛盾.一方面是电磁空间劣化.另一方面则随着超大规模集成电路的广泛应用.电子设备和系统抗毁能力下降.因此电子设施面临日益严重的各种电磁效应及其危害问题.电磁兼容性问题造成的重大危害事件不胜枚举.典型的如１９８２年英阿马岛之战中谢菲尔德被廉价的飞鱼导弹击沉.因静电放电干扰卫星电子系统.导致发射失败等.在一体化信息社会有气质战场环境和态势中.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念制电磁权成为制信息权的基础.然而复杂电磁环境带来信息网络安全、设施物理安全极大的挑战.制约了指挥控制的效率.增加了作战保障的难度.影响了作战效能的发挥.为实现电磁兼容性.美军在１９９７年制定ＭＩＬ－ＳＴＤ－４６４标准时正式提出了电磁环境效应(Ｅ３)概念.它强调从系统的角度考察电子设备与环境的关系.考察在特定的电磁环境下各种电子设备或系统之间、系统与环境和生命体之间如何协调共存而不至于引起设备性能显著降低、电磁环境恶化、人员健康危害或者生命危险.其本质就是我们所说的军事电磁兼容.是对传统电磁兼容概念的扩展.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念11.1.2电磁兼容学科电磁兼容作为一门学科.是新兴的边缘学科.它以电磁场理论为核心.与多学科互相渗透、结合.涉及电磁理论、电路理论、电子技术、材料科学、计算机科学、控制理论、生物医学、机械结构等知识.其示意图如图１１.２所示.１.电磁兼容学科发展的必要性(１)主客观需求.人类社会生活质量不断提高.对生活环境要求也越来越高.追求绿色、环保、健康、安全的生活环境.我们希望将空气污染、噪声污染、水污染、电磁污染等.尽可能降到最低.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念(２)高科技技术的推动.高科技的日益进步对电磁兼容提出了严峻的要求.尤其是信息安全、军事斗争等领域.如在反侦察反盗取机密信息时.就要谨防不法分子利用比较高端的技术.读取保密、工商业、金融业、政府、军事等核心、要害部门电脑的信息.要做到这一点.就不得不研究电磁兼容技术.(３)国际市场竞争的驱动.电子设备出售国外.也需要满足发达国家严格的电磁兼容技术条例.为了突破国外技术壁垒.必须大力研究电磁兼容技术.(４)科学研究的需要.各种电磁现象和效应.需要电磁兼容本这门新兴边缘学科来研究、解释和处理.特别是环境电磁学、生物医学电磁兼容等.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念(５)标准制定的需要.各项电磁兼容性标准的制定.需要大量电磁兼容性测量数据、试验、实验作为支撑.(６)安规和可靠性、完整性等的要求.电磁兼容还涉及安规、可靠性、热设计等.需要大力研究.完整性要求包括信号完整性、电源(地)完整性、(信息)安全完整性、热完整性等.２.电磁兼容学科的特点(１)理论基础是电磁场与电磁波.核心是麦克斯韦方程组.(２)它是由点及面.横向和纵向全面覆盖.深入发展的边缘学科.(３)实用性和实践性强.(４)极其依赖于测量、测试和试验.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念３.电磁兼容的发展已经呈现的特点(１)ＥＭＣ标准国际化、ＥＭＣ要求规范化.(２)ＥＭＣ设计智能化.(３)ＥＭＣ测试自动化.(４)ＥＭＣ评价综合化.11.1.3电磁兼容的三字经电磁兼容的内涵和外延范畴极为广泛.以下是作者归纳的电磁兼容三字经.(１)三要素:干扰源、耦合途径、敏感设施(接收器).上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念(２)三规律.①规律一:ＥＭＣ费效比关系规律.ＥＭＣ问题越早考虑、越早解决.费用越少、效果越好.在新产品研发阶段就进行ＥＭＣ设计.比等到产品ＥＭＣ测试不合格时才进行改进.费用可以大大节省.效率可以大大提高.反之.效率就会大大降低.费用就会大大增加.①规律二:高频电流环路面积Ｓ越大.ＥＭＩ辐射越严重.要求高频信号电流流经电感最小路径.减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要任务之一.就是想方设法减小高频电流环路面积Ｓ.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念③规律三:环路电流频率ｆ越高.引起的ＥＭＩ辐射越严重.电磁辐射场强随电流频率ｆ的平方成正比增大.减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要途径之二.就是想方设法减小骚扰源高频电流频率ｆ.即减小骚扰电磁波的频率ｆ.(３)电磁兼容三主题:安全、健康、环保.(４)电磁兼容三主要概念:电磁骚扰、电磁干扰、电磁兼容.(５)电磁兼容问题三措施:组织措施、技术措施、标准约束措施.(６)电磁兼容问题三大领域:生物医学效应、射频微波干扰、电磁脉冲防护.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念(７)电磁兼容三重要环节:设计、测试整改、认证.(８)电磁兼容三原则:设计原则、费效比原则、最小开发周期原则.设计原则是指电磁兼容性是设计出来的.而不是测试整改出来的.(９)电磁兼容三主要技术:接地、屏蔽、滤波.(１０)电磁兼容三重要材料:屏蔽材料、ＥＭＩ元器件、电磁密封材料.(１１)电磁兼容三状态:相容状态、临界状态、超标状态.(１２)电磁兼容三主体(源和受体):设备、环境、人.(１３)电磁兼容三制约要素:设计、生产(制造)、标准.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念(１４)电磁兼容三效应:生物医学效应、电磁干扰效应、物理毁坏效应.(１５)电磁兼容三思路:设计、防护、测试整改.(１６)电磁兼容控制三不准:设计方案无完善电磁兼容技术措施的不准实施、生产过程无电磁兼容组织及技术措施的不准验收、测试整改没有形成闭环的不准投产.(１７)电磁兼容三对策:减少干扰源、干扰信号幅度、能量.缩短作用时间.切断耦合途径.降低接收灵敏度.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念(１８)电磁兼容三外延:电磁环境效应及防护、红信号等信息泄露及防护、电磁武器攻击与防护.(１９)电磁兼容设计三层次:顶层设计、过程设计、详细设计.(２０)电磁兼容三境界:测试整改方法、规范法(标准法)、现代系统方法.测试整改方法又称为问题解决法、传统法:出现什么问题.解决什么问题.实质就是头痛医头脚痛医脚的经验方法.在设备或系统设计研制过程中不进行电磁兼容性设计.规范法以设备或系统遵循的标准和规范所规定的极限值为基础.上一页下一页返回１１.１电磁兼容基本概念由于各种标准和规范中的极限值是以同类设备或系统中最严重情况制定的.因而可能导致具体设备或系统设计的过分保守.现代系统从电子设备或系统设计开始就进行电磁兼容性设计.它在设备或系统设计的全过程中贯彻始终.全面综合电磁耦合因素.不断进行电磁兼容性分析、预测.对各阶段设计进行评估.提出修改措施.它结合顶层设计思想和理念.综合仿真设计方法、预测分析法等进行.上一页返回１１.２电磁兼容标准和规范体系11.2.1电磁兼容标准简介电磁兼容标准规定了相关名词术语、电磁发射和敏感性限值、测试方法、电磁兼容性控制方法或设计方法等.标准规定一般性准则.而规范则是包含详细数据和方法的.必须按标准要求实施按照合同执行的文件.规范服从于标准的各项规定.由标准可导出各种规范.我国的电磁兼容标准和国际上类似.可以分为四类.(１)基础标准:涉及ＥＭＣ术语、电磁环境、ＥＭＣ测量设备规范和ＥＭＣ测量方法.基础标准不涉及具体的产品.仅给出电磁现象和效应、环境、试验方法、试验仪器和基本试验配置等的定义及详细描述.这类标准不给出指令性的限值.下一页返回１１.２电磁兼容标准和规范体系

以及对产品性能的直接判据.但它是编制其他各级电磁兼容标准的基础.基础标准有:ＧＢ４３６５«电磁兼容术语».ＧＢ/Ｔ６１１３«无线电骚扰和抗扰度测量设备规范».ＧＢ/Ｔ６１１３.２«无线电骚扰和抗扰度测量设备规范和测量方法第二部分:骚扰和抗扰度测量方法».以及ＧＢ/Ｔ１７６２６有关产品抗扰度测量的系列准等.(２)通用标准:给通用环境下的所有产品提出一系列最低的电磁兼容性要求.包括必须进行的测试项目和必须达到的测试要求.通用标准中要求的测试项目及其试验方法可以在相应的基础标准中找到.而无须在通用标准中做任何介绍.上一页下一页返回１１.２电磁兼容标准和规范体系

通用标准给出的试验环境、试验要求可以成为产品族标准和专用产品标准的编制导则.与此同时.对暂时尚未建立电磁兼容性测试标准的产品.可以参照通用标准来进行其电磁兼容性能的摸底.最典型的通用标准有ＧＢ８７０２.主要涉及在强磁场环境下对人体的保护要求.ＧＢ/Ｔ１４４３１.主要涉及无线电业务要求的信号/干扰保护比.(３)产品标准:如ＧＢ９２５４、ＧＢ４３４３、ＧＢ４８２４和ＧＢ１３８３７等.这类标准根据特定产品类别而制定.是被测试对象电磁兼容性能的测试标准.它们包含产品的电磁骚扰发射和产品的抗扰度要求两方面的内容.产品族标准中所规定的试验内容及限值应与通用标准相一致.但它们根据产品的特殊性.上一页下一页返回１１.２电磁兼容标准和规范体系

在试验内容的选择、限值及性能的判据等方面有一定特殊性(如增加试验的项目和提高试验的限值).产品族标准在电磁兼容性标准中占据份额最多.如ＧＢ４３４３、ＧＢ１７７４３、ＧＢ９２５４、ＧＢ４８２４和ＧＢ１３８３６分别是关于家用电器和电动工具、照明灯具、信息技术设备、工科医射频设备、声音和广播电视接收设备的无线电骚扰特性测量及限值的标准.这些标准分别代表了一个大类产品对电磁骚扰发射限度的要求.专用产品标准:专用产品标准通常不单独形成电磁兼容标准.而以专门条款包含在产品的通用技术条件中.专用产品标准对电磁兼容的要求与相应的产品标准相一致.在考虑了产品的特殊性之后.上一页下一页返回１１.２电磁兼容标准和规范体系

也可增加或裁减试验项目以及对电磁兼容性能要求做某些改变.与产品标准相比.专用产品标准对电磁兼容性的要求更加明确.而且增加了对产品性能试验的判据.对试验方法.可以由试验人员参照相应基础标准进行.如ＧＪＢ３９４７Ａ«军用电子测试设备通用规范»等.(４)系统间电磁兼容标准:主要规定了经过协调的不同系统之间的ＥＭＣ要求.如ＧＢ１３６１３~１３６２２系列都属于此类标准.其中.ＧＢ１３６１６是微波接力站电磁环境保护要求.上一页下一页返回１１.２电磁兼容标准和规范体系

11.2.2电磁兼容标准和规范的特点(１)电磁兼容标准和规范表示的基本观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.(２)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.例如发射机的非预期发射、接收机的非预期响应、天线在非预期方向的辐射以及非指定的传播路径等.显然.电磁兼容标准和规范仍主要是强调设备和系统的非预期特性方面.并采用相应的术语和词条来描述.上一页下一页返回１１.２电磁兼容标准和规范体系

(３)在使用标准和规范时.需注意的一个重要参数是电磁干扰安全裕度.此外.考虑到不同的测试方法会得到不同的电磁发射和敏感度极限值.因此在制定标准和规范时.必须对测试方法和极限值同时做出规定.电磁兼容相关标准和规范是电磁兼容测量、测试和试验的依据.由于ＥＭＣ测量结果可能决定一种产品是否可以推向市场.它起着类似执照的作用.人们称之具有法律效力.可见.确保测量结果的公正性是非常重要的.ＥＭＣ测量标准正是据这种需要制定的.也正因为ＥＭＣ测量标准是进行ＥＭＣ测量的技术依据.所以必须认真学习和研究标准.理解其各项规定的物理意义.严格按照标准规定的限值进行设计.才能够保证产品的合规性.严格按照规定的方法和步骤进行测量和试验操作.才能够保证测量结果的正确性.这就要求人们必须解决测量过程中许多人为因素影响的技术问题.上一页下一页返回１１.２电磁兼容标准和规范体系

使用电磁兼容标准应注意以下几点:(１)ＥＭＣ测量标准很多.实验室现有测试设备的测试能力很强.如目前按军标配备的实验室.也能完成某些民用产品的某些ＥＭＣ指标测量.同样按民标配备的ＥＭＣ实验室也能执行某些军标的测试.(２)作为测试技术人员要弄清被测产品(ＥＵＴ)类别.测试应执行哪个(些)标准.测试前应该了解这个(些)测量标准的技术内涵.(３)作为产品设计师应该了解自己开发的产品应该按着哪个(些)标准进行检测.上一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验11.3.1电磁兼容测量、测试和试验的重要性电磁兼容涉及数学、电磁场理论、电路基础、信号分析、故障诊断、专家系统、分析软件、自动测试系统等专业领域.其应用范围涉及所有电磁领域.电磁兼容的研究对象无论时域还是频域都十分复杂.频谱范围也很宽.电路集中参数与分布参数并存.近场与远场交互.传导与辐射共在.所以电磁兼容技术理论基础宽、工程实践综合性强、物理现象复杂.下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验所以在观测与解决实际问题时.实验与测量具有重要的意义.ＥＭＣ强烈地依赖于测量.电磁兼容测量的内容包括测量设备、测量方法、数据处理方法以及测量结果的评价等.由于上述电磁兼容问题的复杂性.理论上的结果往往与实际相距较远.因而使得电磁兼容测量显得更为重要.美国肯塔基大学的帕尔博士曾说过:在判定最后结果方面.可能没有任何其他学科像电磁兼容那样更依赖于测量.而且.由于电磁骚扰源在频域与时域特性的复杂性.为了各个国家、各个实验室测量结果之间的可比性.必须详细规定测量仪器的各种技术指标和性能参数.当前标准中采用的表征电磁噪声电平的参数有峰值、准峰值、有效值、平均值等.这些参数有各自不同的定义和测量方法.用来描述电磁噪声的不同方面的时域或频域特性.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验电磁兼容测量、测试和试验贯穿于产品的设计、开发生产、使用和维护的整个周期.对设备达到电磁兼容起到至关重要的作用.电磁兼容测试与试验是优化电磁环境、改善电磁兼容性的必要手段.由于电磁兼容问题的复杂性.因而在理论研究的同时.测量占有突出的重要位置.而贯彻执行有关标准.进行产品的电磁兼容认证.唯一的衡量标准就是测试数据.由于相关标准和规范要求的测量项目及内容越来越多.测量仪表及其配套的软件自动化是其方向.自动化测量不仅可以大大提高测量速度.而且可以避免人为差错.比如天线是电磁兼容测量的重要部件.所以对其特性.无论是理论研究还是产品设计都有许多工作要做.在测量工作中.对于测量场地(或者提供被测设备放置的试验环境)应给以足够的重视.比对场地问题注意不够.测量数据的准确性将无从谈起.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验ＥＭＣ试验包容所有的ＥＭＣ测试、测量活动.由于被测系统受复杂工作状态等多种因素影响.一般很难得到准确的量值关系.或者说测试目的不追求严格的定量关系.注重的是兼容与否的技术状态.在一般意义下.本书的测量、测试.其更准确的含义是试验.11.3.2电磁兼容测量、测试和试验的内容按照ＭＩＬ－ＳＴＤ—４６１Ｅ/Ｆ标准(我国对应标准是ＧＪＢ１５１Ｂ—２０１３).ＥＭＣ测试可分为四大类.对应于ＥＭＣ系统模型的四个主体部分.如图１１.５所示.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验图中.ＥＭＩ:电磁干扰.ＥＭＳ:电磁敏感度.ＣＥ:传导发射.ＲＥ:辐射发射.ＣＳ:传导敏感度.ＲＳ:辐射敏感度.敏感度也称为耐受性、抗扰度或抗扰性.电磁发射与电磁抗扰性测量常常带有较大的不确定性.主要原因在于:(１)用少数的测量方法不能适应各种使用情况.(２)产品本身的离散性.(３)在某一电磁环境下其他骚扰的影响.应在最后的测量结果中叠加.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验(４)往往数据不够充分.一般而言.不确定因素(１)~(３)项可以用合理的测量方案与严格的操作过程加以控制.但由于产品本身的离散性和抽样性.所以测试、测量的数量往往是不充分的.电磁兼容(ＥＭＣ)测试按其目的可分为诊断测试、达标测试和预测试三类.诊断测试定性和定量确定产生电磁兼容问题的原因.定位产生噪声的源干扰设备、模块等.从而为采取电磁兼容措施提供依据.达标测试是根据有关电磁兼容标准规定的方法对设备进行测试.评估被测对象是否达到标准规定的要求.产品在定型和量产之前必须进行达标测试.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验11.3.3电磁兼容分析、预测解决电磁兼容性问题.应该从产品的开发阶段开始.并贯穿于产品(或系统)的生产、的整个过程和全寿命周期.电磁兼容分析与预测是电磁兼容设计的依据.不论对于系统内或系统间的电磁兼容性都是如此.分析与预测的关键在于数学模型的建立和对系统内、系统间电磁干扰的计算、分析程序的编制.(１)数学模型包括根据实际电路、布线和参数建立起来的所有骚扰源、传播途径与干扰接收器模型.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验(２)分析程序应能计算所有干扰源通过各种可能传播途径对每个干扰接收器的影响.并判断这些综合影响的危害是否符合相应的标准与设计要求.(３)程序的优劣.不仅仅取决于能够处理多少个骚扰源与多少个干扰接收器.还在于其预测的精确性.(４)近年来提出将建立于分析基础之上的电磁兼容设计改变为建立在综合的基础之上.也就是说.不再是根据骚扰源与干扰接收器的参数去确定整体的电磁兼容性.而是根据整体的电磁兼容性指标.去分配给各个骚扰源与干扰接收器.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验从而提出源的发射要求与接收器的抗扰度要求.这样.电磁兼容分析预测就更为重要.此处强调一点.就是对结构、连接线缆线束、连接器、ＰＣＢ布线等构成的无意天线的预测和分析十分重要和突出.电磁兼容测试的研究目标与发展趋势主要有:(１)电磁兼容测试的基本模型.包括数学、物理、仿真和实物模型等.如干扰源模型、耦合途径模型和敏感设备模型等.(２)电磁兼容测试的基本试验设备和仪器以及配件.如高性能测量接收机、测试探头等.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验(３)电磁兼容测试的基本方法和手段以及支撑环境与条件.如测试系统的校准、测试误差分析与不确定度评定.微波暗室、开阔试验场地ＯＴＡＳ等.(４)电磁兼容测试相关标准的研究、制定和试验.如根据需求增加新的测试和试验项目、提出新的方法等.(５)设备、分析、系统预测试的理论技术和工程方法.(６)电磁兼容自动化、智能化、网络化测试平台、环境和软件.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验11.3.4电磁兼容预测试１.电磁兼容预测的定义和意义１)定义电磁兼容预测是指在设计阶段通过计算的方法对电气、电子元件、设备乃至整个系统的电磁兼容特性进行分析.预测的发展伴随着计算机技术、电磁场计算方法、电路分析方法的发展而发展.主要手段除了物理设备和仪器.还包括计算机和电磁仿真软件.电磁兼测已经受到电磁兼容科研、工程技术人员越来越多的重视.一个产品ＥＭＣ的评价最终要根据测试结果来判定是否满足相应ＥＭＣ标准.这就是ＥＭＣ鉴定测试(ＣｏｍｐｌｉａｎｃｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ).上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验它是在一个产品投放市场前的最后阶段完成的.相比于一个产品研发、生产全过程中所需要的ＥＭＣ测试量.鉴定测试工作量只占了不到１０％.其余９０％的测试工作量是在鉴定前完成的.包括元器件、电路模块、板卡、原理样机、初样到正样研制过程中的各种ＥＭＣ测试.总称为ＥＭＣ预测试.设计过程正是通过预测试逐步实现产品良好的电磁兼容性.预测试可以比鉴定测试精确度低些、粗略些.以便迅速找出问题且不使测试设施费用过高.预测试仪表在保证必需的精度的同时.缩短测量时间是一个不可忽视的因素.如采用频谱分析仪既可以保证与ＥＭＩ接收机有相似的精度.又可显著提高测量速度.而且价格不足ＥＭＩ接收机的一半.因此.预测试常采用频谱分析仪代替ＥＭＩ接收机.预测试系统可以使组织具有全程的ＥＭＣ检测手段.并全面提高产品的ＥＭＣ特性.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验２)电磁兼容预测的意义改变传统测试整改法主要采用解析法或经验公式进行粗略的估计.进而判断电磁兼析的局限性.提高电磁兼容分析的合理性、设计的可靠性和生产的可行性.缩短产品研制时间、降低研发费用.电磁兼容的基本问题之一是各个电子电气设备在同一空间中同时时.总会在它周围产生一定强度的电磁场.这些电磁场通过各种可能的途径(辐射、传导)把能量耦合给其他的设备.使其他设备不能正常工作.反之.这些设备也会从其他电子设备产生的电磁场中吸收能量.造成自己不能正常工作.事实上.这种相互影响不仅存在于设备之间.同时也存上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验在集成电路内部、元件、模块、分系统、系统之间乃至平台之间.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.改进不合理的设计并且进行优化.远比把设备生产出来之后发现了问题再加以改进经济得多.可靠得多.因此.一个复杂设备、系统的研制必须进行电磁兼容预测.３)电磁兼容预测的分类按预测对象.可分为印制板级预测、部件级预测、分系统级预测及系统级预测、平台级预测.从预测所用方法上可分为经验法、解析法、数值法.或分为场的方法、路的方法、场路结合的方法等.电磁兼容预测一般在三个级别上进行:上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验(１)芯片的电磁兼容设计预测.传统的芯片设计一般不考虑电磁兼容问题.因为芯片工作在低速或低频时一般不会出现显著的电磁兼容问题.但当芯片工作在高频时.电磁兼容问题十分突出.它直接影响到芯片的质量.因此必须在设计芯片时就考虑电磁兼容问题.(２)部件的电磁兼容预测.例如印制电路板、多芯线缆以及连接器、驱动器等部件本身的电磁兼容预测.以及部件与部件之间的电磁兼容预测.(３)系统乃至平台的电磁兼容预测.这是对一个例如飞机、舰船、导弹、飞船等载有多种复杂电子电气设备的系统进行的电磁兼容预测.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验２.电磁兼容预测流程电磁兼容预测的流程主要包括预测要素建模、建立预测方程、分级预测、系统预测.预测模型和方程的建立是预测的基础.而分级预测则是按先粗后细、由表及里、层层深入的原则进行.３.如何建立ＥＭＣ预测试系统所谓预测试系统.实际上也是严格按照国家各种ＥＭＣ标准进行的.包括设备、方法等.上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验４.预测试系统的基本组成预测试系统主要分为硬件和软件两部分.(１)硬件部分.包括三个分系统:前端子系统(主要有传感器.如电流探头、环形天线、杆天线、双锥天线、双脊喇叭天线、电源阻抗稳定网络、衰减器等)、接收机子系统(主要有频谱仪、射频预选器和ＥＭＩ分辨带宽选件等)和主控计算机子系统(主要有计算机、接口卡如ＰＣ－ＧＰＩＢ卡、ＧＰＩＢ线缆)等.

上一页下一页返回１１.３电磁兼容测量、测试和试验(２)软件部分.从功能上预测试软件系统一般应该包括６个概念模块:系统管理模块、扫描控制模块、数据采集和信号提取模块、数据分析和处理模块、测试结果输出模块、网络控制及其接口模块.电磁兼容预测试系统不仅涉及射频微波领域.还涉及电子信息工计算机、软件工程等领域.为我们今后的职业规划提供了广阔的前景上一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介11.4.1结构电磁兼容设计优先１.结构ＥＭＣ及其设计的重要性所有的电子电气和电器设备与系统.一般最终总是要安装在一个金属或者涂敷了金属材料的机壳、机箱、机架或者机柜里面(上).而这些机壳、机箱、机架、机柜对于射频微波而言.本身就是一个带有挡板的矩形(或者其他形状)的波导、谐振器、谐振腔.因此对其内外电波的传播、耦合特性必须仔细分析.确切掌握.下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介进一步.在这些机壳、机箱、机架和机柜中.电路元器件、模块、板卡的布局.严格受到外部结构和尺寸的限制.形状和尺寸的变化必将影响结构以及结构中电路的电磁特性.因此.结构ＥＭＣ设计的本质是:在给定的形状和有限的空间中实现电磁兼容.如果先设计好电路板、模块.再考虑结构.这种本末倒置的办法.极有可能造成很多恶果:(１)安装不进去.(２)安装进去了.但是完全不满足电磁兼容性以及其他要求.如可靠性试验要求、安规等.工程实际中此类例子很多.最终以失败告终.不得不推倒重来.所以.结构电磁兼容设计师必须要进行顶层设计.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介从项目立项、方案论证就要做起.明确技术指标和性能参数.并且掌握相关标准的规定和要求矩阵.在产品全寿命周期逐环节、逐过程落实分析和预测.评审方案及途径.合理分配和规定结构中所有电磁单元的电磁兼容指标.重点是干扰源(辐射源)、耦合途径和敏感器件及电路、模块、板卡、组件等.虽然结构设计得好.但不一定能够解决好电磁兼容问题.但是结构设计得不好.一定会造成电磁兼容性隐患、威胁和危害.２.结构ＥＭＣ设计考虑的主要问题(１)形状和尺寸:二者影响结构的电磁特性.如其中导波传播特性.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介(２)孔、窗、槽和缝隙:直接影响屏蔽效能和密封特性.影响散热特性.从而间接影响电磁兼容性.因为热会使结构内部电路元件等参数变化导致电磁兼容以及其他性能下降.(３)安规要求.如爬电距离等.(４)防护电路.如浪涌保护电路等的安装位置.３.结构ＥＭＣ设计的主要技术方法１)接地地是指信号电流流回信号源的低阻抗路径.而不再是传统概念中的等电位(０Ｖ)点.接地在电磁兼容性设计中是一个极其重要的问题.正确的接地方法可减少或避免电路、模块、板卡、设备间的互相干扰.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介根据不同的电路可用不同的接地方法.接地.单纯从电路结构形式来分.有单点接地、多点接地、串联接地和并联接地以及其组合.从功能分.有电源地、信号地、功率地、保护地等.从信号性质分.有数字地和模拟地等.必须根据设计目标和结构布局合理设计接地方式.２)屏蔽利用金属板、网、盖、罩、盒等屏蔽体阻止或减小电磁能量传播的一种结构措施.具体有静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽等.电子设备结构设计人员在着手电磁兼容性设计时.必须根据产品所提出的辐射限值以及抗干扰要求进行有针对性的电磁屏蔽设计.其中磁屏蔽主要是针对一些低阻抗源进行设计.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介如变压器、线圈及一些示波器、显示器.可考虑用磁屏蔽.良好的低频屏蔽基本方法是用高磁导率材料.如铁镍合金、镍铅合金、纯铁、铜作屏蔽材料.做成屏蔽罩.电磁屏蔽是对高频电磁辐射的屏蔽.其主要方法是用金属材料做成屏蔽壳体.金属材料可以是铁磁性材料和非铁磁性材料.通过对电磁场的反射和吸收损耗起到屏蔽作用.选取材料的依据是工作频率(ｆ).其临界值计算公式为:上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介式中.ｔ为材料厚度(ｍｍ).当ｆ>ｆ０时.铁磁性材料比非铁磁性材料屏蔽效果好.当ｆ<ｆ０时.非铁磁材料比铁磁性材料屏蔽效果好.然后.根据相应的公式计算屏蔽效能.如远场屏蔽效能的计算公式为:其中.ＳＥ为屏蔽效果(ｄＢ).ｒ为屏蔽体到干扰源的距离(ｍ).远场

上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介ｆ为干扰频率(Ｈｚ).σｒ为相对电导率.μｒ为相对磁导率.ｔ为材料厚度.３)滤波外部干扰信号常常通过电源线、信号线、控制线等进入结构中的电路造成干扰.所以对公用电源线及通过干扰环境的导线一般均要设置滤波电路.滤波方式可以分为有源滤波和无源滤波.滤波特性可根据需要设计成带通、高通、低通滤波器.但是.由于有些标准对滤波电容或其他滤波措施有特别要求.比如ＧＪＢ１５１Ｂ明确规定(适用于海军装备)尽量少用线－地之间的滤波器.因为这类滤波器通过接地平面为结构(共模)电流提供低阻抗通路.使这种电流可能耦合到同一接地平面的其他设备中.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介因而可能成为系统、平台间电磁干扰的一个主要原因.如果必须使用这类滤波器.应对各相电源线对地的电容量进行限制:对于５０Ｈｚ的设备.应小于０.１μＦ.对于４００Ｈｚ的设备.应小于０.０２μＦ.对于潜艇和飞机上直流电源供电的设备.在用户接口处.各极性电源线对地的电容应不超过所连接负载的０.０７５μＦ/ｋＷ.对于小于０.５ｋＷ的直流负载.滤波器电容量应不超过0.03.

除此之外.滤波用电容器还有一些致命缺陷:漏电流.可能造成接触电流等安规限值超标.占空间.滤波电容器及其安装固件(如板等)体积很大.很容易迫使结构设计成畸形或异形.给结构设计带来极大不便.而且给加工工艺造成负担.增加成本和工期.因此.本书作者不提倡结构设计中使用滤波技术.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介４.结构ＥＭＣ设计原则结构ＥＭＣ设计总原则:系统设计人员在进行产品总体设计时首先必须根据产品的工作频率、电路特点确认接地系统.结构设计人员根据产品特点确认重点屏蔽部位(机架或插箱).需重点解决和处理接地系统处理、结构材料选择、缝隙处理、穿孔处理和搭接处理等问题.以保证实现所要求的屏蔽性能.对于没有屏蔽性能要求的部位也必须注重搭接处理以提高产品的静电抗扰性.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介11.4.2信号和电源(地)完整性设计电磁兼容和信号完整性、电源完整性、地完整性通常是几位一体的.必须同时考虑.综合兼顾.电磁兼容与信号完整性(包括电源、地完整性)的关系如图１１.８所示.由图１１.８可知.电磁兼容与信号完整性是同一个事物的两个不同方面.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介１.信号完整性设计信号完整性指的是在高速产品中由互连线引起的所有问题.它主要研究互连线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品的性能.随着电子、通信技术的飞速发展.高速系统设计(ＨＳＳＤ)在以下几个主要方面的挑战越来越突出:(１)集成规模越来越大.Ｉ/Ｏ数越来越多.单板互连密度不断加大.(２)时钟速率越来越高.信号边缘速率越来越快.导致系统和单板信号完整性(ＳＩ)问题更加突出.(３)产品研发以及推向市场的时间不断减少.一次性设计的成功显得非常重要.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介２.电源完整性概念及其重要性电源完整性(ＰＩ):当大量芯片内的电路输出级同时动作时.会产生较大的瞬态电流.这时由于供电线路上的电阻、电感的影响.电源线上和地线上的电压就会波动和变化.良好的电源分配网络设计是电源完整性的保证.电源完整性的核心是指为各信号线提供一个最短的最小阻抗回流路径.与电源完整性对应的是信号完整性、地完整性.一般统一称为信号完整性.信号完整性、电磁兼容性问题同时存在.相互影响.有信号完整性问题一定有电磁兼容性问题.反之亦然.解决了电磁兼容性问题.一定就同时解决好了信号完整性问题.但是解决好了信号完整性问题不一定解决好了电磁兼容性问题.因为电磁兼容关注的对象除了有用信号外.还有更多内涵.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介３.电源完整性研究的内容电源完整性研究的内容很多.但主要有以下几个方面:(１)板级电源通道阻抗分析.(２)板级直流压降分析.(３)板级谐振分析.避免板级谐振对电源质量及ＥＭＩ的致命影响等.(４)板级完整性仿真.在充分利用平面电容的基础上.通过仿真分析确定旁路电容的数量、种类、位置等.以确保板级电源通道阻抗满足器件稳定工作要求.确保板级电源通道满足器件的压降限制要求.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介电源完整性的作用是为系统所有的信号线提供完整的回流路径.破坏电源完整性的主要因素有以下几种:地弹噪声太大.去耦电容设计不合理.回流影响严重.多电源、地平面的分割不当.地层设计不合理.电流分配不均匀.高频的趋肤效应导致系统阻抗变化等.电源完整性设计就是通过合理的平面电容、分立电容、平面分割应用确保板级电源通道阻抗满足要求.确保板级电源质量符合器件及产品要求.确保信号质量及器件、产品稳定工作.４.电源完整性仿真分析当今的高速ＰＣＢ设计领域.由于芯片的高集成度使ＰＣＢ的布局布线密度变大.同时信号的工作频率不断提高.信号边沿(Ｔｒ)的不断变陡.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介由此而引发的信号完整性和电源完整性问题给ＥＤＡ设计人员和硬件开发人员带来前所未有的挑战.而且信号/电源完整性问题处理不当还会带来一系列的ＥＭＣ问题.给产品的可靠性造成危害.电源完整性仿真是极为重要的电磁兼容设计、分析和预测手段.随着系统主频的提高、布线密度的增加以及大量数模混合电路的应用.对ＰＣＢ设计的要求越来越高.高速数字和模拟电路的设计需要特别重视信号失真.各种噪声的存在使产品原理设计往往与实际测试结果有着不同程度的差异.带来信号完整性、电磁兼容性等冲突.典型的噪声有:串扰、振铃、过冲、辐射、反射、传输时延、地/电层噪声等.只有在设计仿真阶段尽可能全面地考虑这些因素.才可以保证设计的正确性和产品概念的实现.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介Ａｐｓｉｍ软件针对上述ＰＣＢ及系统设计特点.推出了全套的ＳＩ(信号完整性)、ＥＭＣ/ＥＭＩ(电磁兼容性)、ＰＩ(电源完整性)仿真工具.并与常用ＣＡＤ系统紧密结合.适用于数字、模拟、数模混合电路的仿真.它可以在ＰＣＢ板布局布线完成后.ＰＣＢ板被加工前对ＰＣＢ板进行信号完整性、电源完整性及电磁兼容性分析.发现问题可以及时修改.避免重复制板所造成的时间和费用的浪费.从而可以缩短产品研制周期.节省研制经费.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介电源完整性、地完整性是连接在一起的.因为有电源.必有地.电源线和地线.电源平面和地平面.总是成对出现.因此.电源完整性、地完整性是连接在一起的.必须同时考虑.二者兼顾.缺一不可.电源、地平面相当于一个极好的高频电容.对噪声的高频成分滤波非常有效.同时也有其独特的谐振、串扰特性.对电源、地平面的仿真分析.其中有一种有效的手段是采用目标阻抗控制来实现对电源分配系统电源噪声的控制.也即将每个芯片的电源、地管脚附近作为观测端口.控制端口的输入阻抗在一定的频率范围内.达到芯片可以接受的容限值.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介从而控制Δｉ噪声.但是对电源、地平面的分析.涉及物理结构、物理位置、叠板、滤波、各个器件的动态工作特性等.非常复杂.详细准确的分析需要采用２.５维电磁场法进行有限元计算.并结合电路仿真的手段.将二者融合.具体融合的方法有:(１)将电路仿真融入电磁场分析环境.(２)通过电磁场分析得出电路仿真模型.再融入电路仿真环境.第一种方法的优点是直观.第二种方法的优点是精确.两种方法应根据实际问题合理选择.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介11.4.3电磁兼容仿真电磁兼容仿真的意义和重要性不言而喻.它可以借助射频微波以及电子ＥＤＡ平台和软件进行电磁兼容早期设计.缩短开发周期.降低研发和测试成本.预测和分析可能出现的电磁兼容性问题.并且提出有针对性的解决方案.而要进行电磁兼容仿真.仿真平台和软件则是必需的.电磁兼容仿真软件能够提供一个非常高效的应用工具.用仿真代替实验.可以快速地帮助工程师完成电磁兼容设计应用.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介目前.国际上商业的ＥＭＣ仿真软件有许多种.主要应用于高频率电路板电路应用、所有类别的高频滤波电路应用、高频天线和波导应用、ＬＴＣＣ应用、传输线应用(包括微带、带状线和同轴电缆等)、信号完整性(电源、地完整性)应用和电磁分析等.大多数ＥＤＡ软件都采用模块化应用.不同的模块实现不同的性能.用户可以根据必须选择的模块自己进行软件配置.前面章节介绍的电磁ＥＤＡ软件都可以用以进行电磁兼容仿真.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介最为著名的软件就有Ａｐｓｉｍ、ＨＦＳＳ、ＤＥＳＩＧＮＥＲ、３ＤＥＸＴＲＡＣＴＯＲ、ＳＩｗａｖｅ、Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ和３Ｄ、ＰＥＸＰＲＴ、ＳｉｍＬａｂＥＭＣＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｏｆｔｗａｒｅ、ＳＯＮＮＥＴＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＳｏｆｔｗａｒｅ、ＦＬＯ/ＥＭＣＤｅｓｉｇｎＣｌａｓｓＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＡｎａｌｙｓｉｓＳｏｆｔｗａｒｅｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ＥＭＣＳＴＵＤＩＯ等几十种.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介其中Ａｎ￣ｓｏｆｔ公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发.对ＰＣＢ设计的信号完整性问题进行动态仿真.Ａｎｓｏｆｔ的信号完整性工具ＳＩｗａｖｅ.尤其适于解决现在高速ＰＣＢ和复杂ＩＣ封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题.该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法.它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合.它采用一个仿真方案解决整个设计问题.缩短了设计时间.它可分析复杂的线路设计.该设计由多重、任意形状的电源和接地层.以及任何数量的过孔和信号引线条构成.仿真结果采用先进的３Ｄ图形方式显示.它还可产生等效电路模型.使商业用户能够长期采用全波技术.而不必一定使用专有仿真器.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介在电子ＥＤＡ软件自带的信号完整性分析仿真模块中.Ｃａｄｅｎｃｅ的工具ＳＰＥＣＣＴＲＡＱｕｅｓｔＰＣＢ信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速ＰＣＢ设计中更好地控制电源层分析和共模ＥＭＩ.而ＣａｄｅｎｃｅＰＣＢＰＤＮａｎａｌｙｓｉｓ电源平面分析主要可以解决以下几个问题:(１)板级电源通道阻抗仿真分析.在充分利用平面电容的基础上.通过仿真分析确定旁路电容的数量、种类、位置等.以确保板级电源通道阻抗满足器件稳定工作的要求.(２)板级直流压降仿真分析.确保板级电源通道满足器件的压降限制要求.(３)板级谐振分析.避免板级谐振对电源质量及ＥＭＩ的致命影响等.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介电源完整性问题就其根本原理而言是一个较为复杂的电路与电磁场互动的问题.电源模块自身、带分布参数的滤波电容、集成电路的输入/输出等都属于电路问题.在原理图上显示表现.电源系统相关元件的物理位置和ＰＣＢ叠层结构等则属于物理问题.也即电磁场分布问题.隐含在原理图中.孤立地分析电路或电磁场均不能解决电源完整性问题.而需要将场和路的方法结合起来.统一起来.将原理图中显现电路和隐含场问题进行统一、综合分析.电路问题由电路分析方法解决.而隐含场问题由电磁场方法求解.譬如研究什么电路激励会产生什么电磁场分布.而所产生的电磁场和电磁波又怎样传播并影响敏感电路.上一页下一页返回１１.４电磁兼容设计与仿真简介研究电源完整性问题能够解决这些问题:最佳的叠板结构与分割、最佳的滤波电容参数和放置位置、含回流及平面波动特性的信号完整性、最佳接地和最低ＥＭＩ辐射等.信号完整性和电源完整性的统一和结合是设计高速、高密度、高可靠性通信领域硬件系统的必由之路.具有很重要的实用价值.此外.还有诸多小软件.比如阻抗分析、匹配软件(ＰＯＬＡＲＳｉ９０００等)也可以应用于电磁兼容、信号完整性和电源完整性辅助仿真和分析.上一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量11.5.1电磁污染及其危害简介电磁污染对人体健康的影响己日益引起人们的重视.在国际上.把电气、电子产品或系统使用的电磁环境分为Ａ、Ｂ两类.分别规定了电磁发射的限值电平.Ａ类环境即工业环境.包括工、科、医射频设备的环境.频繁切断大感性负载、大容性负载的环境.大电流并有强磁场的环境等.而Ｂ类环境即居民区、商业区及轻工业环境.指居民群楼、商业零售网点、商业大楼、公共娱乐场所、户外场所(如加油站、停车场、游乐场、公园、体育场).电磁辐射对人体健康方面的危害分为躯体效应和种群效应.而躯体效应又分为热效应和非热效应.下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量非热效应指吸收的辐射能不足以引起体温升高.却使人出现生理方面的变化或反应.如神经衰弱症等疾病.种群效应不是短时间可以观察到的.也许会使人类变得更加聪明.相反也许会使人类的发展受到影响.电磁场对人体的影响与频率有关.长期以来关于工频电磁场对中枢神经系统有无影响的问题.各国学者一直有不同看法.国内外许多关于高压、超高压输电线和变电站的调查报告指出.神经衰弱和记忆力减退是工频电磁场作业人员最常见的症状.工频电磁场对中枢神经的作用主要由电场引起.这一观点在动物实验中得到了验证.研究发现.电磁场的职业暴露虽然可能增加肿瘤的发生风险.尤其是白血病、淋系统肿瘤和神经系统肿瘤.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量但这种风险程度并不高.没有统计学意义.如果在生产环境中同时存在着其他较强的致癌因素时.工频电磁场的这个作用就不容忽视了.它可能成为导火索.射频电磁场对人体的影响包括:(１)对神经系统的影响.接触高频电磁场辐射后.开始会出现嗅阈值增高及暗适应时间延长的情况.据报道长时间接触较高强度的射频电磁辐射后.可能引起脑电图的某些改变.(２)对心血管系统的影响.在长期接触高频电磁场后.人的低血压或血压偏低的发生率会增高.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量(３)对内分泌系统的影响.上海市对某塑料厂１６０名常接触较高场强的(从事高频介质加热作业)女工进行了卫生学调查.发现这些女工非哺乳性泌乳症状显著增加.月经周期异常现象明显增多.主要是由于神经－体液的混乱引起的.微波电磁场对人体会产生急性微波辐射损伤.当受到过量微波辐射后.可能造成人体的若干种组织和器官的急性损伤.急性微波损伤大致有头痛、恶心、目眩、彻夜失眠、辐射局部烧灼感等.但一般经过一段时间休息后.人的这些症状均会消失.较长时间接触低强度的微波辐射.可引发人的某些生理功能混乱.也会引起人的生化指标波动.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量11.5.2两种标准从对人体健康潜在影响的角度来看.国际上对电磁辐射的测量标准有两种.分别是功率密度标准和比吸收率标准.前者属电磁学领域.后者仍与电磁学相关.但已扩展到生物学领域了.１.功率密度标准功率密度指的是单位面积所接收到的辐射功率.它所测量的是信号强度.可以用电场强度和磁场强度来表示.但更普遍采用的是功率密度.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量２.比吸收率标准比吸收率(ＳＡＲ)的定义是:给定密度的体积微元内质量微元所吸收的能量微元对时间的微分值.也就是指单位时间和单位生物体质量所吸收的电磁能量.单位是Ｗ/ｋｇ.相对前面功率密度标准.比吸收率标准更多地考虑了人体情况.应该是更值得参考的标准.但测量却难以操作.功率密度标准的检验很简单.用场强仪或频谱分析仪就可以测量.但比吸收率标准的检验却需要人体模型的配合.而且后续的数据算法也非常复杂.美国辐射保护与测量委员会(ＮＣＲＰ)和美国电气电子工程师协会(ＩＥＥＥ)所制定的美标为ＳＡＲ≤１.６Ｗ/ｋｇ.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量国际非电离辐射防护委员会(ＩＣＮＩＲＰ)制定的欧标为ＳＡＲ≤２.０Ｗ/ｋｇ.其中欧标是世界卫生组织(ＷＨＯ)推荐的标准.我国的«移动电话电磁辐射局部暴露限值»(ＧＢ２１２８８—２００７).遵从世界卫生组织推荐的欧标２.０Ｗ/ｋｇ标准.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量11.5.3相关基本概念(ＧＢ８７０２—2014)(１)基本限值:直接依据设定的健康效应而制定的暴露于时变的电场、磁场和电磁场的限值.通常难于直接测量.根据场的频率.基本限值的物理量分为电流密度(Ｊ)、比吸收率(ＳＡＲ)、功率密度(Ｓ).其中功率密度能在空气中测量.(２)导出限值:用以决定在实际暴露条件下基本限值是否被超出.导出限值是便于直接测量的量.它由基本限值经测量和计算得出.或按一定比例和暴露时间危害作用导出.其物理量为:电场强度(Ｅ)、磁场强度(Ｈ)、磁通量密度(Ｂ)、功率密度(Ｓ)和肢体电流(ＩＬ).按比例和暴露时间危害作用导出的物理量为接触电流(ＩＣ).脉冲场为比吸收能(ＳＡ).上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量(３)职业暴露:对处于控制条件下的成人和受过训练能意识到潜在危险并采取了相应措施的人的暴露.职业暴露的持续时间限定为工作时间(８小时/天).并延续至整个工作阶段.(４)公众暴露:对处于非控制条件下的各种年龄阶段及不同健康状况.并且不会意识到暴露的发生和对其身体造成的危害.不能有效地采取防护措施的个人的暴露.公众暴露的持续时间为全天２４ｈ.(５)全身暴露:人体整体暴露于电磁场的暴露.(６)局部暴露:人体表面的局部暴露于电磁场的暴露.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量(７)接触(感觉)电流:人体在电磁场中接触导电物体时产生的通过人体到地的电流.(８)电磁辐射:①能量以电磁波的形式由源发射到空间的现象.②能量以电磁波形式在空间传播.注:“电磁辐射”一词的含义有时也可引申.将电磁感应现象也包括在内.(９)功率密度:穿过与电磁波的能量传播方向垂直的面元的功率除以该面元的面积.单位为Ｗ/ｍ２.(１０)比吸收能(ＳＡ):生物体单位质量所吸收的电磁辐射能量.单位为Ｊ/ｋｇ.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量(１１)比吸收率(ＳＡＲ):比吸收率为生物体单位时间、单位质量所吸收的电磁辐射能量.其单位是Ｗ/ｋｇ.11.5.4暴露限值ＧＢ８７０２—２０１４规定了公众暴露控制限值.如表１１.２所示.注:(１)ｆ的单位为各行中第一栏的单位.公众暴露电场强度限值与频率的关系见图１１.１０.公众暴露磁感应强度限值与频率的关系见图１１.１１.(２)０.１ＭＨｚ~３００ＧＨｚ频率.场量参数是连续６ｍｉｎ内的均方根值.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量(３)１００ｋＨｚ以下频率.需同时限制电场强度和磁感应强度.１００ｋＨｚ以上频率.在远区场.可以限制电场强度或磁场强度.或等效平面波功率密度.在近区场.需同时限制电场强度和磁场强度.(４)架空输电线路线下的耕地、园地、牧草地、畜禽饲养地、养殖水面、道路等场所.其频率５０Ｈｚ的电场强度限值为１０ｋＶ/ｍ.且应给出警示和防护指示标志.11.5.5测量方法(参考)１.电磁辐射测量的一般要求(１)测量时的环境条件应符合仪器的使用环境条件.测量记录应注明环境条件.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量(２)测量点位置的选取应考虑使测量结果具有代表性.不同的测量目的应采取不同的测量方案.(３)测量前应估计最大场强值.以便选择测量设备.测量设备应与所测对象在频率、量程、响应时间等方面相符合.以保证测量的准确.(４)测量时必须获得足够的数据量.以保证测量结果准确可靠.(５)测量中异常数据的取舍以及测量结果的数据处理应按统计学原则处理.(６)电磁辐射测量应建立完整的文件资料以备复查.文件资料包括测量设备的校准证书、测量方案、测量布点图、原始测量数据、统计处理方法等.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量(７)场参数测量时.若用宽带测量设备进行测量.测量值没有超出限值的.则不需用其他设备进行测量.否则应使用窄带测量设备进行测量.找出影响测量结果的主要辐射源.(８)对固定辐射源(如电视发射塔)进行场参数测量时.应设法避免或尽量减少周边偶发的其他辐射源的干扰.对不可避免的干扰估计其对测量结果可能产生的最大误差.(９)测量设备应定期校准.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量２.ＳＡＲ测量方法(１)测试系统.ＳＡＲ测试系统包括电场探头、导线、导线包绕物、指示器、控制装置、人体模型和吸波室.它们应具备以下特性:①电场探头应能满足全向测量的要求.不受电场极化方向的影响.探头的几何尺寸应足够小.以减少对测量结果的影响.②导线应为屏蔽的高阻抗电缆或光纤.③导线包绕物应具有较低的介电常数.并且不与模拟物发生化学反应.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量④控制装置可为机械的或电子的.其作用是移动探头.⑤人体模型可为全部人体模型或部分人体模型.模型中填充物的物理特性应与人体组织的物理特性等效.⑥吸波室应六面挂吸波材料.所用吸波材料的频率特性应与所测频率相适应.(２)测量方法.①被测试设备、人体模型和探头应放置于吸波室中.其余设备或操作者应在吸波室以外.②将被测设备放置在人体模型的适当位置.并开始对模型进行暴露.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量③控制探头.使探头在人体模型的纵截面和横截面上以一定的距离步长移动.每移动一次位置.读取一次数值.④应用以下公式计算ＳＡＲ值:式中ＳＡＲ———比吸收率.σ———组织电导率.ρ———组织密度.Ｅ———测量组织中的电场强度.上一页下一页返回１１.５电磁辐射暴露控制及其测量⑤测量结果取单位质量的ＳＡＲ