电磁干扰的危害与电磁兼容技术

电磁干扰的危害与电磁兼容技术

张浩

（公安部第三研究所上海200031）

摘要：目前在我们的日常生活中电子设备已是无处不在，说到电子设备就不得不提起电磁，虽然生活中的电子设备所产生的电磁干扰并不强，但还是可能会对人的健康产生一定的影响，所以本文就电磁这一主题展开讨论。

关键词：电磁干扰；电磁兼容技术；电磁兼容标准；电磁屏蔽

引言

上世纪70年代，电子技术开始飞速发展，电子设备被广泛运用到各行各业以及我们的日常生活中。随着无线通讯技术与互联网时代的迈进，更是加快了电子技术发展的步伐。值得关注的是，电子产品的蓬勃发展给人类带来进步与便利的背后，也存在着电磁干扰的问题，杂乱无章的电磁传播不仅使得电磁环境更加混乱不堪，同时也会对人类的健康产生影响。本文简单介绍电磁干扰的危害与电磁兼容技术。

一、.电磁干扰的危害

1.电磁干扰对电子设备的危害

现在令人眼花缭乱的电子设备已然成为日常生活中无可替代的必需品，提高了我们生活的水平与质量，为我们的生活带来了诸多便利。但是过于密集的电子产品也带来各种电磁干扰的问题，轻则影响一些电磁设备的正常运行，重则甚至会危害人类的身心健康。电磁干扰包括人为干扰和自然干扰，如同字面意思一样，所谓人为干扰就是指人们建立的人工设备设施所产生的干扰；自然干扰就是指由于大气内部电荷产生的噪声以及宇宙空间的各种噪声等。人为干扰中也分不同类型的干扰，比如像卫星、手机、电脑等，这些设备在工作运行的时候会不断地主动收发电磁波，产生电磁干扰；而像开关、点灯或者机动车的启动点火，虽然这本身不会产生电磁干扰，但是它们在启动时某些副作用会产生电磁干扰。以上例子中的电磁干扰会以不同的形式传导，会对大多数的电子产品和设备产生影响，更有甚者会引起设备的失灵，从而发生严重的后果。比如在日常生活中，当你在联网的电脑旁使用手机打电话的时候，是否会听见电脑发出脉冲的噪音，会看见屏幕偶尔出现波动呢？这就是生活中电磁干扰的现象。再举大一点的例子，当乘坐飞机准备起飞的时候，机组人员为什么会要求乘客关闭手机和手提电脑？那是因为手机和手提电脑在上网的时候会对飞机的导航设备产生电磁干扰，严重的甚至可能会导致设备失灵，从而发生不可想象的后果。

2.电磁干扰对人体健康的危害

二十一世纪是一个信息大爆炸的互联网时代，手机、电脑等电子设备随处可见，人们无时无刻不处在这些电子设备的辐射包围中，如果人所处的环境电磁辐射强度过大，容易诱发疾病，影响人体健康。由于工作需要，长时间处在辐射环境下的人群，比如公司白领、程序员、电气工程师等等，特别需要注意身心健康。众所周知，电磁具有热效应，人如果长期暴露在高强度的电磁场中，人体细胞会被辐射加热，血液循环被加快，人会容易焦虑和急躁，从而引发心脏疾病等一系列问题。据研究表明，人长时间处于强烈的电磁干扰中，染色体会有一定几率发生变异，神经系统也有可能在一定程度上受到损伤，这些危害都是非常可怕的。

二、电磁兼容技术

1.电磁兼容技术的发展

十八世纪西方工业革命时，西方科学家法拉第发现了电磁感应定律，这是电磁第一次被联系到了一起，不久后麦克斯韦又以自己的理论与实践猜想了电磁波的存在。世界上公认的首次电磁干扰现象，是在西方十九世纪电报机的使用时发现的。最早讨论电磁干扰现象的论文是十九世纪的一位英国科学家发表的，后来英美等邮电部门相继刊登了研究电磁干扰的文章。上世纪中期大规模集成电路技术的发明引领着人类进入信息时代。人类不断发展繁荣的背后，电磁干扰的问题也逐渐呈现在眼前，为了解决这个日益严重的问题，电磁兼容技术需要迫切得到发展。上世纪八十年代，由英美领衔的一些西方国家相继开展了电磁兼容技术的研究，并且取得了一系列成果，目前电磁兼容技术的达标与否已经是衡量电子信息设备的重要标准。

2.电磁兼容技术的内容

国家军用标准《电磁干扰和电磁兼容性术语》中对电磁兼容的定义是：设备、分系统、系统在共同的电磁环境中能够一起执行各自功能的共存状态。包括两方面的内容：设备、分系统等在预定电磁环境中运行时，不因电磁干扰而受损或产生不可接受的降级；且不会给环境带来不可接受的电磁干扰。电磁兼容技术的研究紧密围绕着电磁干扰三要素——干扰源、耦合途径和敏感设备。电磁兼容技术的内容可概括为：研究电磁干扰的产生机理和电磁干扰源的特性；研究电磁干扰是通过什么途径传播的，以及如何切断这些传播通道；研究敏感设备对干扰产生什么响应，以及如何增强其抗干扰能力。

三、电磁兼容技术的应用

1、电磁屏蔽

电磁干扰虽然频繁出现，但是并非没有解决办法，电磁屏蔽就是一种比较有效能解决电磁干扰的方法。电磁屏蔽能与干扰源的其中一面耦合，这样就解决了干扰源方面的问题，然后屏蔽的另一个面可以有效隔离外来干扰进入内部空间。工程中常用的电磁屏蔽有以下几种：（1）静电屏蔽：根据电磁场理论，采用内部存在空腔的导体，使其内部任一点的电场为零，导体内部没有电荷，电荷只分布在其表面。（2）磁场屏蔽：磁场屏蔽包括低频磁场屏蔽和高频磁场屏蔽。对于低频情况，可使用铁、硅钢片等磁导率高、磁阻小的铁磁材料制成屏蔽罩，实现磁场屏蔽。而对于高频磁场，屏蔽材料应使用低电阻率的铜、铝等金属，利用在屏蔽体上形成的涡流反磁场，实现磁场屏蔽。

2.电磁吸收

对于射频，特别是微波辐射，也常利用吸收材料进行微波吸收。它是根据匹配谐振原理研制而成，将微波能转化为热能。微波吸收的方案有两个：一是仅用吸收材料贴附在罩体上将辐射电磁波能吸收；二是把吸收材料贴附在屏蔽材料罩体上，进一步消减射频电磁波的透射。吸波材料主要有以下几种：（1）铁氧体系列吸波材料。吸收强，频带宽，如镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、钡铁氧体等。（2）微粉吸波材料。反射小，吸收高，如纳米碳化硅纤维。（3）多晶铁磁性金属纤维。重量轻、频带宽、斜入射性能好，还可以通过调节纤维长度、直径及排列方式调节吸收体的电磁参数。

3.滤波

电磁兼容设计中的滤波器主要有电源EMI滤波器和信号滤波器。电源EMI滤波器放置在电子设备供电线路上，通常设计为低通滤波器。既可以保证设备中开关器件产生的高频噪声传导至供电网络，也可以将电网中的干扰噪声滤波，起到保护设备的作用[8]。信号滤波器的目的是确保信号的不失真传输，根据应用情况可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。比如带通滤波器可以用于在通信接收端，针对通信频率设计，滤波除其他频段的干扰。在一些敏感的高频信号线路上，可以采用高能滤波器，滤除电源50Hz或400Hz的低频噪声。而在数字电路设计时，为防止高频噪声的干扰，可以使用低通滤波器。

4.系统接地

系统接地是系统电磁兼容设计的重要手段，也是设备或整个系统稳定工作的基本要求。系统接地包括安全接地和信号接地。安全接地是将电气电子设备的外壳通过低阻抗的导体与大地连接，保证人员及设备的安全。人体与机壳接触时，等效于机壳与大地之间连接了人体电阻，且人体的电阻变化范围很大。流经人体的完全电流为50mA，而在系统安全接地的情况下，人体电阻与接地电阻并联，流经人体的电流会大大降低，满足安全要求。人工接地体常用形式有竖直埋入地下的钢管、角铁和平放的圆钢、扁钢，还有环形、圆板型和方形的金属导体。为减小接地电阻，常将几个接地体连接起来构成组合接地体。信号接地也可称为系统基准接地，为信号电压提供一个0电位的参考点。地线是信号的回流路径，因而地线的两端由于电流流过而产生电压，导致地线的电位不等，这就是地线干扰的根本原因。在系统内部，可以采用阻抗低的金属板作为信号地平面，接地线也使用铜线等导线，满足接地要求。设备的接地方式主要有单点接地、多点接地、混合接地和悬浮接地四种。

结语

二十一世纪是一个电子信息大爆炸的时代，电子技术是目前应用行业与涉及面最广泛的技术之一，由于电子设备和技术的多元化，电磁干扰的种类是非常繁多的，彻底消除电磁干扰是不可能实现的目标。虽然不可能完全消除电磁干扰，但我们还是可以尽最大努力将它化解到最小限度，这个途径就是发展和完善电磁兼容技术。可以根据各种设备的电磁兼容性能的高低来采用相应的技术措施来将电磁干扰控制在一个可以接受的最小范围之内，从而实现电磁兼容。电磁兼容技术的发展会最大限度的保证设备之间正常工作，实现对电磁干扰的控制，同时也能最大化消除电磁干扰对人类健康的威胁和损伤，电磁兼容性已经成为评判一个电子产品是否合格的有效标准之一。

参考文献：

[1]刘文魁，庞东.电磁辐射的污染及防护与治理[M].科学出版社，2003.

[2]刘尚合，刘卫东.电磁兼容与电磁防护相关研究进展[J].高电压技术，2014，40（6）：1605-1613.

[3]曲敏，毕卓悦，唐雨萌等.生物电磁技术应用及其相关健康风险评估对策[J].高电压技术，2015，41（8）：2625-2634.