詳解電磁環(huán)境與電磁兼容區(qū)別與特性

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類生活質(zhì)量日益提高。信息化、自動(dòng)化快速地進(jìn)入普通家庭、家庭使用的電子、電氣設(shè)備愈來愈多，導(dǎo)致電磁環(huán)境日益惡化。所謂電磁環(huán)境(Electromagnetic Environment)，就是指在傳輸媒質(zhì)是泛指種類傳輸線、纜和空間傳輸媒質(zhì)。電磁場(chǎng)或電信號(hào)包括各種類型的電信號(hào)、電磁波。頻率從接近直流、低頻直到微波、毫米波、亞毫米波；信號(hào)的形式各種各樣，有脈沖式的，也有連結(jié)波。有的還被各種調(diào)制方式所調(diào)制。這些電磁波和電信號(hào)是由成千上萬(wàn)，甚至幾百萬(wàn)信號(hào)源所產(chǎn)生的。輻射源的類型多，而且復(fù)雜多變。信號(hào)密度可以超過每秒百萬(wàn)脈沖。這些電磁信號(hào)，可以對(duì)人類的身體直接產(chǎn)生影響，產(chǎn)生所謂電磁波生物效應(yīng)。也可以對(duì)各種電器、電子設(shè)備的工作產(chǎn)生影響，使其工作性能降低，甚至破壞其正常工作。

二、電磁干擾的頻譜分布

信息化社會(huì)的電磁環(huán)境異常復(fù)雜，而且愈來愈復(fù)雜。電磁干擾分布在整個(gè)電磁波頻譜。如果按最常見的干擾的頻譜來劃分，則可粗略分為以下幾個(gè)頻段：

1. 工頻干擾：頻率50～60Hz左右，主要是輸、配電系統(tǒng)以及電力牽引系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)輻射;

2. 甚低頻干擾：30KHz以下的干擾輻射、雷電、核爆炸以及地震所產(chǎn)生的電磁脈沖，其能量主要分布在這一頻段;

3. 長(zhǎng)波信號(hào)干擾：頻率范圍10KHz～300KHz。包括高壓直流輸電諧波干擾、交流輸電諧波干擾及交流電氣鐵道的諧波干擾等;

4. 射頻、視頻干擾：頻譜在300KHz～300MHz。工業(yè)醫(yī)療設(shè)備(ISM)、輸電線電暈放電、高壓設(shè)備和電力牽引系統(tǒng)的火花放電以及內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)、家用電器、照明電器等都在此范圍;

5. 微波干擾：頻率從300MHz~300KHz，包括高頻、超高頻、極高頻干擾;

6. 核電磁脈沖干擾：頻率由KHz直到接近直流，范圍很寬。

三、有意電磁干擾(Intentional Electromagnetic Interference, IEMI)

近年來，出現(xiàn)有意電磁干擾(IEMI)這個(gè)名詞。它指的是恐怖分子、犯罪分子，以及黑客為破壞電子和電器設(shè)備的正常運(yùn)行而釋放的各類電磁干擾。黑客的活動(dòng)和可能有些不同，但是造成的后果是一樣的。最近，科技界非常重視研究和評(píng)估有意電磁干擾對(duì)人類生活的威脅。

1999年2月，在蘇黎世電磁兼容會(huì)議上，舉行了一次關(guān)于IEMI的專題研討會(huì)。大家同意將IEMI定義為：為了恐怖和犯罪的目的，惡意的制造電磁能量，對(duì)電器和電子系統(tǒng)和設(shè)備產(chǎn)生噪聲和信號(hào)，因而擾亂、中斷、或者破壞這些系統(tǒng)和設(shè)備。在這個(gè)定義中沒有明確提及黑客，但在在大多數(shù)國(guó)家，為了商業(yè)利益而對(duì)“娛樂”系統(tǒng)的攻擊，都是非法的。

IEMI的威脅是確實(shí)存在的?？植阑顒?dòng)對(duì)世界的威脅正在增加，IEMI是一種新的恐怖手段。可以隱蔽的、穿過許多物理障礙(如墻壁、國(guó)界等)實(shí)施攻擊。我國(guó)的衛(wèi)星電視廣播幾次受到干擾、插播，就是屬于IEMI。

四、IEMI的一般特性

從信號(hào)類型來看，電磁環(huán)境的電磁干擾可以分為有兩大類，一是寬頻帶的，一是窄頻帶的。從能量傳輸?shù)姆绞絹砜矗灿袃煞N方式，一是輻射式的，另外一種是傳導(dǎo)型的。窄頻帶攻擊信號(hào)波形差不多是單一頻率(一般相對(duì)于中心頻率的頻帶寬度小于1%)，在一定的時(shí)間(一般是微秒的量級(jí))間隔內(nèi)輻射。最有可能受到影響的設(shè)備頻率大致在0.3~3GHz之間。當(dāng)然，在這個(gè)頻率范圍之外的設(shè)備工作性能也可以遭到影響，特別是有諧振的系統(tǒng)。這類電磁輻射也可能有調(diào)制。一般稱這種輻射為大功率微波輻射(HPM)。這個(gè)名詞也包括微波以外的輻射。

寬頻帶發(fā)射一般是時(shí)域上的脈沖，并且是重復(fù)式的。寬帶輻射的能量分布在一個(gè)很寬廣的頻帶上。例如，超帶寬脈沖(UWB)，一般上升時(shí)間為0.1納秒，下降時(shí)間在1納秒左右。因此能量分布在一個(gè)非常寬廣的頻譜上。

窄頻帶干擾信號(hào)的能量集中在單一的頻率，很容易產(chǎn)生出每米幾百千伏的場(chǎng)強(qiáng)?？梢詫?duì)設(shè)備造成永久性的破壞。相反，寬帶電磁干擾的能量分布在各個(gè)頻率，所以場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)較弱。正是因?yàn)樗哪芰糠植荚谠S多頻率上，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來說，許多頻率都可能受到影響，而且這種干擾多半是重復(fù)式的，持續(xù)幾秒鐘，甚至上幾分鐘，增加了設(shè)備受害的可能性。

以上的干擾，和電磁兼容所處理的其他干擾一樣，可以通過輻射方式進(jìn)入電子設(shè)備，也可以通過導(dǎo)線和電纜進(jìn)入設(shè)備。對(duì)于輻射干擾，似乎是高于100MHz的頻率的輻射最受到人們的關(guān)注。這種輻射很容易穿透沒有設(shè)防的墻壁，進(jìn)入建筑物內(nèi)部，耦合到機(jī)器設(shè)備。而且這個(gè)頻段的天線可以做的很校按照IEC標(biāo)準(zhǔn)61000-4-3所做的測(cè)試表明，一般的商用設(shè)備，在場(chǎng)強(qiáng)3~10V/m(80MHz~2.5GHz)時(shí)，就很容易受到影響。當(dāng)然，設(shè)備的程式不同，受干擾的程度也不一樣。