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有哪几种电磁干扰不同的电磁干扰有什么特点?

归档日期:07-01       文本归类:防止干扰      文章编辑:爱尚语录

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  电磁干扰是电子电器行业及含有电子电器元件的设备所在行业都面临的一个重要研究课题。本文由板朗科技工程师就电磁干扰的类型、因素、特性做详细分析,欢迎大家阅读斧正。

  电磁骚扰是“任何可能引起装置、设备或系统性能降级或对有生命或无生命物质产生作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化”。

  电磁干扰是“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降”。电磁骚扰仅仅是电磁现象,即客观存在的一种物理现象,它可能引起设备性能的降级或损害,但不一定已经形成后果。而电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。过去在术语上并未将物理现象与其造成的后果明确划分,统称为干扰。但是为了方便,通常人们在分析电磁干扰问题时常常是与电磁骚扰联系在一起讨论,或统称为电磁干扰。

  电磁干扰的分类可以有许多种分法,例如,按传播途径分,有传导干扰和辐射干扰,其中传导干扰的传输性质有电耦合、磁耦合及电磁耦合;按辐射干扰的传输性质分,有近区场感应耦合和远区场辐射耦合;按频带分,有窄带干扰和宽带干扰;按干扰频率范围分,可细分为5种;按实施干扰者的主观意向分,可分为有意干扰源和无意干扰源;按干扰源性质分,有自然干扰和人为干扰,等等。后面我们将详细说明自然干扰和人为干扰。

  所有的电磁干扰都是由3个基本要素组合而产生的,它们是:电磁干扰源;对该干扰能量敏感的设备;将电磁干扰源传输到敏感设备的媒介,即传输通道或耦合途径。相应地对抑制所有电磁干扰的方法也应由这三要素着手解决。

  (1)电磁干扰源:指产生电磁干扰的任何元件、器件、设备、系统或自然现象。

  (2)耦合途经(或称传输通道):指将电磁干扰能量传输到受干扰设备的通道或媒介。

  自然电磁干扰源存在于地球和宇宙,自然电磁现象会产生电磁噪声。自然干扰主要分为宇宙干扰、大气干扰、雷电干扰和热噪声。

  宇宙干扰是来自太阳系、银河系及河外星系的电磁骚扰,主要包括太空背景噪声和太阳、月亮、木星等发射的无线电噪声。太阳无线电噪声则随着太阳的活动性明显变化,太阳活动高年无线电噪声显著增加。太阳的干扰频率从10MHz到几十GHz。银河系的干扰峰值出现在频段100~200MHz。宇宙干扰影响最大的频段是20~500MHz。

  雷电干扰主要是由夏季本地雷电和冬季热带地区雷电放电所产生。地球上平均每秒钟发生100次左右的雷击放电。雷电是一连串的干扰脉冲,其电磁发射借助电离层的传输可传播到几千公里以外的地方。雷电干扰的频谱在50MHz以下都有分布,主要能量分布在100ⅸHz左右,对地球上20MHz以下的无线电通信影响较大。大气层中的其他自然现象(例如沙暴、雨雾等)也会形成较强烈的电磁噪声源。

  大气干扰是指除雷电放电外大气中的尘埃、雨点、雪花、冰雹等微粒在高速通过飞机、飞船表面时,由于相对摩擦运动而产生电荷迁移从而沉积静电,当电势升高到1MV时,就发生火花放电、电晕放电。这种放电产生的宽带射频噪声频谱分布在几赫兹到几十兆赫兹的范围内,会严重影响高频、甚高频频段的无线)热噪声

  热噪声是指处于一定热力学状态下的导体中所出现的无规则电起伏,它是由导体中自由电子的无规则运动引起的,例如电阻热噪声、气体放电噪声、有源器件的散弹噪声。

  有意发射干扰源是专用于辐射电磁能的设备,例如广播、电视、通信、雷达、导航等发射设备,是通过向空间发射有用信号的电磁能量来工作的,它们对不需要这些信号的电子系统或设备将构成功能性干扰,而且是电磁环境的重要污染源。经过分析不难看出,这类干扰源有以下特点:

  ①为了保证一定的作用距离,这些设备具有高功率的发射机,向空间发射大量的电磁能量。例如中波广播输出功率可达兆瓦,短波广播输出功率可达几百千瓦,目前我国电视广播1~12频道的输出功率一般为10ⅸW,13频道以上的发射功率为30ⅸW。远程雷达的脉冲发射功率可达10MW以上。

  ②这些无线电发射设备,均按无线电管理的有关规定,工作在指定的频段上,以抑制各无线系统间的相互干扰,这些设备的发射功率及工作频率可人为地予以规定及限制,而且辐射能量的空间分布是由发射天线的方向性决定的。

  ③广播(包括调频广播)和电视发射台的数量多,发射功率大而且发射天线高,发射的电磁能量覆盖很广的区域,广播与电视发射对环境所造成的电磁污染比同功率的其他工业干扰源要大得多。因为前者发射的是有用信号不能施加电磁屏蔽,而后者产生的是无用干扰信号,可用屏蔽等技术措施予以抑制,而广播电视发射塔多建在城市附近,因此广播与电视发射是污染城市电磁环境的主要干扰源。

  有许多装置都无意地发射电磁能量,例如汽车的点火系统,各种不同的用电装置和带电动机的装置,照明装置、霓红灯广告、高压电力线、工业、科学和医用设备以及接收机的本机振荡辐射等都在无意地发射电磁能量。这种发射可能是向空间的辐射,也可能是沿导线的传导发射,所发射的电磁能是随机的或是有规则的,一般占有非常宽的频带或离散频谱,所发射的功率可从微微瓦到兆瓦量级。无意发射干扰源主要有如下几种:

  ①用于工业、科学、医疗及生活中的高功率设备这类设备包括工业加热设备(感应加热器和介质加热器等),射频电弧焊、医疗加热设备(微波理疗机)微波外科手术设备、超声波发生器及微波炉等。这类设备的特点是功率高、数量多,一般输出功率可达千瓦甚至兆瓦,而且其数量在逐年迅速递增。他们工作时的电磁泄漏会造成很强的干扰。国际无线电干扰特别委员会(CISPR)对这类设备规定了干扰极限值。

  ②汽车等机动车辆汽车等机动车辆的点火系统、发电机、风扇、风挡刮水器马达等,由于向外辐射电磁能量而造成干扰。通常,点火系统是最强的宽带干扰源,当点火时产生波形前沿很陡的电弧,其频谱是一个低频基波分量再加上许多谐波,以及占有很宽一段频谱的暂态(瞬态过程),这样的噪声在10~100MHz范围内具有很大的场强。一般观测表明,小汽车比卡车的噪声约小103B,而摩托车的噪声与卡车的噪声差不多,这是因为虽然摩托车比小汽车、卡车的功率小得多,但很少采取或根本没有采取屏蔽措施的缘故。例如,小汽车的金属外壳就可以提供约153B的屏蔽作用。汽车干扰一般为垂直极化(特别是在100MHz频率以内的范围),汽车产生干扰的幅度一般为正态分布,而且干扰脉冲的峰值幅度与汽车点火系统的类型、汽车的速度、正常工作的机械负载以及汽车的老化和磨损程度等因素有关。随着经济的发展,个人占有汽车等机动车辆的数量每年以12%以上的速度增长。统计表明,当交通量增加一倍时,其干扰功率频谱强度就会增加3~63B,因此汽车等机动车辆是重要的干扰源之一。

  电动机、照明设备(荧光灯、日光灯等)、电力输电线、电气化铁路、公共电源。

  静电放电也是一种有害的电磁骚扰源。当两种介电常数不同的材料发生接触,特别是相互摩擦时,两者之间会发生电荷的转移,而使各自成为带有不同电荷的物体。当电荷积累到一定程度时,就会产生高电压。此时,带电物体与其他物体接近就会产生电晕放电或火花放电,形成静电骚扰。静电骚扰最为危险的后果是可能引起火灾,导致易燃、易爆物引爆;其次,可能导致测量、控制系统失灵或发生故障,也可能导致计算机程序出错、集成电路芯片损坏。

  核爆炸时会产生极强的电磁脉冲,其强度可达1000kV/垃以上,分布的范围极广。高空核爆炸的影响半径可达数千公里。核电磁脉冲对于武器、航天飞行器、舰船、地面无线电指挥系统、工业控制系统、电力电子设备等都会造成严重的干扰和破坏。

  对于有意辐射干扰源,其辐射干扰的空间分布是比较容易计算的,主要取决于发射天线的方向性及传输路径损耗。

  对于无意辐射源,无法从理论上严格计算,经统计测量可得到一些无意辐射源干扰场分布的有关数学模型及经验数据。

  对于随机干扰,由于不能确定未来值,其干扰电平不能用确定的值来表示,需用其指定值出现的概率来表示。

  干扰能量随时间的分布与干扰源的工作时间和干扰的出现概率有关,按照干扰的时间出现概率可分为周期性干扰、非周期性干扰和随机干扰3种类型。周期性干扰是指在确定的时间间隔上能重复出现的干扰。非周期干扰虽然不能在确定的周期重复出现,但其出现时间是确定的,而且是可以预测的;随机干扰则以不能预测的方式变化,其变化特性也是没有规律的,因此随机干扰不能用时间分布函数来分析,而应用幅度的频谱率特性来分析。

  按照干扰能量的频率分布特性可以确定干扰的频谱宽度,按其干扰的频谱宽度,可分为窄带干扰与宽带干扰。一般而言,窄带干扰的带宽只有几十赫,最宽只有几百千赫。而宽带

  干扰的能量分布在几十至几百兆赫,甚至更宽的范围内。在电磁兼容学科领域内,带宽是相对接收机的带宽而言,根据国家军用标准GJB72-85的定义,窄带干扰指主要能量频谱落在测量接收机通带之内,而宽带干扰指能量频谱相当宽,当测量接收机在士2个脉冲宽内调谐时,它对接收机输出响应的影响不大于3dB。

  有意发射源干扰能量的频率分布,可根据发射机的工作频带及带外发射等特性得出,而对无意发射源,则用统计规律来得出经验公式和数学模型。

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