电磁兼容与电磁防护相关研究进展邵汉卿

电磁兼容与电磁防护相关研究进展邵汉卿

邵汉卿罗燕潘建华赵琪辉张剑明梁梦颖

绍兴市质量技术监督检测院浙江省绍兴市312366

摘要：在新时期发展背景下，无论是电磁兼容还是电磁防护研究工作均取得了突破性进展，但相应地也对电磁环境及新技术、新设备提出了更高标准。鉴于此，本文对电磁兼容与电磁防护相关进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：电磁兼容；防护；分析

一、电磁干扰

随着科学技术水平的提高，科学研究人员开始借助计算机系统进行ESD仿真建模研究，如三维全波仿真软件可实现对电路模型的综合分析评价。现今电子设备或系统主要构成单元包括电路功能模块、电子器件及PCB板等，相应的所需开展的电磁干扰仿真建模研究内容也较多。随着建模应用技术手段的愈发成熟，电子系统集成度和复杂化程度也在不断提高，面临的电磁干扰问题相继暴露，相关研究人员需切实提高自身对该方面内容的重视程度。除此之外，要想实现电磁干扰研究的最佳状态，需将该工作建立在信号处理分析和电磁干扰测试内容研究基础上，当前应用频率最高的便是自适应对消技术和阵列测试技术。随着电磁兼容问题的不断暴露，电磁兼容试验需求也呈现出持续上升局面，对电磁干扰源精准度和智能化提出了更高标准，成为日后发展的必然趋势。

现阶段，仿真建模可以说是电磁兼容分析的基础途径，相关人员针对电磁干扰源设备级、系统级等分别展开了相关研究。据调查，电路板的等效建模已逐渐成为当前电磁兼容测试的有效手段之一，不仅包括人为电磁干扰源，雷电等自然环境形式的电磁干扰源也受到一定重视。如在进行ESD仿真建模时，一般研究人员最先关注的便是ESD电流的数学特征，并采用函数等数学描述方法，确保所用电流波形充分满足标准规范。

二、电磁兼容性工作的时机

实践证明，如果在电气产品开发阶段电磁兼容性问题未着手解决，那么等到定型后再想办法解决，费用将增加10倍；若到批量生产后再解决，费用将增加100倍；若到用户发现问题后才解决，费用可能到达1000倍。这就是说如果在产品的开发阶段，同时进行电磁兼容性设计，就可以把80％到90％的电磁兼容性问题解决在产品定型之前。如果不考虑电磁兼容性，只按常规进行原理性设计，产品生产装配成试验件后再进行电磁兼容性测试，发现问题再进行补救，不但整改难度大，而且还会造成人力、物力的极大浪费，影响交付周期，增加研制风险。因此，对于任何一种电气产品来说，尽早进行电磁兼容性设计都是十分必要的。

三、电磁能量耦合途径

一般在开展该方面内容研究时，要求研究人员能对电磁能量耦合有充分的了解认识。电磁能量耦合途径可分为传导耦合和辐射耦合，这两种电磁耦合途径的研究分析可以说是干扰研究工作开展的前提。其中，传导耦合作为电磁能量耦合中的重要组成之一，在对其进行模型构建时必须要准确掌握电磁能量耦合相关参数，借此构建较为合理的等效电路模型结构。

因电磁干扰主要分为人为因素和自然因素，所以电磁能量耦合建模也需借助隔离或屏蔽手段完成，不但能最大限度地降低人为或自然因素出现的概率，还能为电磁兼容研究的准确性和科学性提供良好参考价值。基于电磁防护角度，不断创新研发新材料、新技术对电磁干扰源和敏感对象的能量耦合能够起到一定的控制作用，在此基础上还能大大提高复杂环境下的敏感对象安全性。

然而结合当前实际情况来看，多数电磁防护新材料、新技术都尚处于开发研究阶段，与实际完成应用仍相隔较远距离，需研究人员进一步强化自身研究进程，做好电磁防护器件性能评估工作，进一步提高电磁脉冲下的电磁防护性能水平。

四、电磁兼容与电磁防护研究展望

1、电磁能量耦合分析

当前，研究人员对孔缝耦合和场线耦合等较为简单形式的研究投入较大，并且处理技术和建模分析逐渐趋于成熟。但对于一些大型复杂类系统来说，因其空间极其有限所以集成电子设备也愈发增多，致使电磁能量耦合途径呈现出复杂趋势。在此情况下，需研究人员能够提出系统级电磁能量耦合下的建模分析，确保电磁兼容问题得到顺利解决，在此基础上采取相应防护加固措施，进一步增强电磁兼容的有效性和针对性优势。

根据形成电磁干扰的3要素，通过屏蔽、滤波、接地、隔离等措施来抑制电磁干扰源和敏感对象之间的电磁能量耦合，可以有效削弱电磁干扰对敏感对象的影响，从而有利于被研究对象满足相关的电磁兼容标准要求。而依据现行的电磁兼容标准，对设备或系统的抗电磁干扰能力进行实验考核时，所施加的电磁干扰强度通常是按等级划分的，且有上限值，比如进行ESD抗扰度测试时，标准规定的最高接触式放电实验电压为8kV，最高空气式放电实验电压为15kV。但对于一个通过了ESD抗扰度最高等级测试的设备或系统而言，其在实际应用中所面临的电磁环境可能更加复杂、恶劣，这也给设备或系统的电磁安全性带来了隐患。为应对更加严酷的电磁环境，进一步提升设备或系统的电磁安全性，在研究屏蔽、滤波、接地和隔离等传统技术措施的基础上，国内外学者对应用于电磁防护领域的新技术、新材料和新器件也开展了大量研究，并取得了丰硕成果。

在电磁防护新技术方面，比如采用干扰对消原理解决系统电磁干扰问题的自适应对消技术；具有2维周期阵列结构，可以使电磁波在谐振频率处发生全反射或全透射的频率选择表面(frequencyselectivesurface，FSS)技术；通过场致导电材料或压控导电结构设计，具有电磁环境自适应特性的能量选择表面(energyselectivesurface,ESS)技术；借鉴电磁环境下动物电生理信号传递机制，基于多学科交叉融合产生的电磁防护仿生原理和技术等。在电磁防护新材料方面，具有感知功能、信号处理功能和自我指令的智能材料以及具有超常物理性质的超材料等在电磁屏蔽、电磁吸波中的应用前景受到广泛关注，比如金属合金、碳纳米管等智能材料以及手性材料、光子晶体、超磁性材料等超材料。在电磁防护新器件方面，设计研制具有高通流、快响应复合功能的电磁防护器件是一个研究热点，这对于提高设备或系统对瞬态过电压或过电流的承受能力具有重要意义。比如针对ESD的电磁防护需要，文献[56]通过研究非PN结触发的新型ESD防护器件设计原理，设计研制了基于双向纳米交叉阵列结构，具有超低泄漏电流(<2pA)、快速响应时间(约100ps)以及稳健防护性能的ESD防护器件，解决了传统PN结型ESD防护器件存在的漏电流和触发失效等现象。

2、电磁干扰源控制

基于电子系统角度，研究人员若想准确得到其电磁干扰发射水平，必须参考借鉴当前的电磁兼容标准，并在最初设计环节对电磁发射水平展开系统建模测试。因不同子系统来源较不相同，所以无论是数据还是模型均需由相应供应商提供。由此可以了解到，如何获得完整电磁干扰发射模型是构建系统级电磁干扰发射模型首先需要考虑的问题。除此之外，研究人员还要做好电磁兼容问题检查改进工作。尤其是对一些大型复杂电磁系统来说，一旦电磁干扰源出现在多处环境中，必须立即对电磁干扰信号进行隔离、定位操作，确保信号处理分析和电磁干扰测试落实到位，推动电磁领域朝更好的方向前进。

结束语

综上所述，研究人员加大电磁环境研究投入力度，进一步提高系统级兼容水平和电磁防护能力，不断创新开发各种复杂型电磁仿真软件，促使电磁领域朝更好的方向前进。

参考文献：

[1]曹亮杰.关于电磁兼容与电磁防护相关研究探讨[J].中国新通信,2016,18(08):133.

[2]宁寰宇,吴惠.计算机联锁系统电磁兼容防护研究[J].电子技术,2016,45(07):9-10.

[3].2016年国际电磁兼容会议及展览[J].坦克装甲车辆,2016(06):71.

[4]刘志礼.合金化石墨片填充新型复合材料的制备及其电磁防护性能的研究[D].天津大学,2016.