电磁兼容测试技术

冯德胜何荣成

东莞标检产品检测有限公司523000

摘要；空间人为电磁能量急剧增长,电磁环境日益恶化,电磁兼容问题已引起世界各国及有关组织的普遍关注。概述了电磁兼容技术的发展历程和研究内容,叙述了电磁兼容测试仪器和测试方法,介绍了开阔试验场、屏蔽室、电波暗室、横电磁波室、吉赫横电磁波传输室、混波室等各种电磁兼容测试场地,阐述了各自的特点和适用范围。预测技术及自动测试技术将成为电磁兼容性工程研究的方向。

关键词:电磁兼容;电磁兼容测试;测试技术

电磁兼容(ElectromagneticCompatibility,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。

1.ＥＭＣ测试技术

电磁兼容是指某电子电气产品能在指定的工作环境中按设计要求工作，且不对它所处环境中其他设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。电磁兼容性测试包括电磁敏感度（ＥＭＳ）测量和电磁干扰发射（ＥＭＩ）测量两部分内容。电磁敏感度试验是测量电子或电气设备抵抗外界电磁干扰的能力，电磁发射试验是测量电子、电气设备工作过程中向外辐射的电磁能量。试验原理如图１和图２所示。ＥＭＣ测试既要有精确的测量仪器，又要有规定严格的测量方法和符合要求的测试场地。测试场地是进行ＥＭＣ测试的先决条件，也是衡量ＥＭＣ工作水平的重要因素。

2.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。

（2）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(EMCSociety)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[6](MOM)、体积分方程方法[7](VIEM)。常见的微分方程方法有时域有限差分法[8][9][10][11](FDFD)、有限元法[12](FEM)、区域分解法[13](DDM)等。

（3）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[14]。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。

（4）电磁兼容测试技术

为了确保电磁兼容设计的正确性和可靠性，科学地评价设备的电磁兼容性能，就必须在研制的整个过程中，对各种干扰源的干扰量、传输特性和敏感器的敏感度进行定量测量，验证设备是否符合电磁兼容标准和规范；找出设备设计及生产过程中在电磁兼容方面的薄弱环节，为用户安装和使用设备提供有效的数据，因此电磁兼容测试是电磁兼容设计所必不可少的重要内容。由于电磁兼容分析与设计的复杂性，以及各种杂散发射千差万别，很难控制。因此，对于电磁兼容技术来说，其理论计算结果更加需要实际测量来检验，至今在电磁兼容领域对大多数情况仍主要依靠测试来分析、判断、解决问题。美国肯塔基大学Dr.Paul曾说过“对于最后的成功验证，也许没有任何其他领域像电磁兼容领域那样强烈地依赖于测量。”并且随着电磁兼容理论研究的不断发展，测试技术、测试项目也在不断地拓展。

对于任一个电子设备既可能是一个干扰源，也可能是敏感设备，因此电磁兼容测试分为电磁干扰发射(EMI)和电磁干扰敏感度(EMS)测量两大类，通常再细分为4类:辐射发射测试、传导发射测试、辐射敏感度(抗扰度)测试和传导敏感度(抗扰度)测试。

辐射发射测试考察被测设备经空间发射的信号，这类测试的典型频率范围为10kHz-1GHz，但对于磁场测量要求低至25Hz，而对于工作在微波频段的设备，要测到40GHz。

④传导发射测试考察在交、直流电源线上存在由被测设备产生的干扰信号，这类测试的频率范围通常为25Hz-30MHz。

⑤辐射敏感度(抗扰度)考察设备防范辐射电磁场的能力。

⑥传导敏感度(抗扰度)考察设备防范来自电源线或数据线上的电磁干扰的能力。

⑦电磁兼容技术是和测试场地的不断发展和改进息息相关的。开阔试验场地是精确测定受试设备辐射发射值的理想场地;但现在城市里电磁环境复杂，已经很难找到合适的场地了，因此模拟开阔试验场的电波暗室便应运而生;但电波暗室的造价仍然很高，于是GTEM小室出现了。为了适应尺寸很大的设备高频高场强的要求，混响室技术逐渐成熟并走向实用。

结语；电磁兼容测试技术根据标准版本的逐步更新，对产品的测试要求越来越高。本文从测试标准、测试项目角度讨论了EMC测试项目，着重围绕了辐射骚扰、传导骚扰、骚扰功率等EMI方面的测试参数，以及静放电、快速脉冲群、浪涌、辐射抗扰度、传导抗扰度等EMS方面的测试参数，对其中涉及的测试方法进行了一些概括介绍，为实际测试环节提供一些测试启示。

参考文献:

（1）电磁兼容测试技术_甘文刚

（2）电磁兼容测试技术的分析_韩彬

（3）电磁兼容测试技术选析_邓重一

（4）电磁兼容测试技术在我厂的应用_黄锋

（5）电磁兼容及其测试技术_陈炜峰

（6）浅谈EMC测试技术_王皓