電磁兼容性(EMC)是表示一種狀態的特征,即各種電氣設備正常工作互不干擾,它們對其它電氣設備不產生電磁干擾,并具有抗外界電磁干擾的能力,因而同時運行時,各自的功能不受到影響,同樣也不受到自然電磁現象,如閃電雷擊的影響。電磁兼容性是立法部門要求執行的狀態,也是有關產品的生產廠商必須實現的狀態。
一、概念與定義
下述依據我國國家標準GB/T 4365《電工術語 電磁兼容》對電磁兼容性的相關概念與定義給以介紹。GB/T 4365是等同采用(IDT)國際電工委員會IEC的標準IEC 60050(161)《國際電工詞匯(IEV)161章 電磁兼容》而制定的。
1、電磁兼容性
電磁兼容的全稱應為電磁兼容性(EMC,Electro Magnetic Compatibility),其定義是:設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。關于電磁環境的定義詳見下表1-2中。
從該定義可知,電磁兼容性(EMC)有兩方面的含義,一方面任何設備不應騷擾別的設備正常工作;另一方面對外來的騷擾應有抵御能力。即電磁兼容性包含電磁騷擾和對電磁騷擾的抗擾度兩個方面。
2、電磁騷擾與抗擾度
電磁騷擾(EMD,Electromagnetic Disturbance)的定義為:任何可能引起裝置、設備、系統性能降低或者對生物或非生物產生損害作用的電磁現象(注:電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化)。關于電磁噪聲、無用信號的定義詳見下表1-2中。
表1-2:電磁環境、電磁噪聲、無用信號的定義
這種電磁現象對外界形成干擾,可能造成通信質量降低甚至通信失效等不良后果,因此電磁騷擾的產生必須受到限制,使通信設備與系統以及其他電子電氣設備能夠正常運行。電磁現象包括所有的頻率,除無線電頻率(從10kHz開始向上)之外,還包括所有的低頻(含直流),即0Hz到400GHz的全頻范圍。
對電磁騷擾的抗擾度(Immunity to a Disturbance),可簡稱抗擾度(Immunity),也有將抗擾度稱為抗擾性。其定義為:裝置、設備或系統面臨電磁騷擾不降低性能的能力。
任何電子電氣設備都要有適當的抗擾度,才能在愈來愈復雜的電磁環境中正常工作。對于通信設備的電磁抗擾度必須滿足其限值要求,才能確保其正常運行。
3、電磁騷擾與電磁干擾
在電磁兼容性文獻中還常見另外一個術語,即電磁干擾(EMI,Electromagnetic Interference),其定義詳見下表1-3中。過去術語“電磁騷擾”和“電磁干擾”常混用,直到1990年國際電工委員會(IEC)發布IEC 60050(161)之后,才將二者的概念區分開來,兩者是因果關系,騷擾(Disturbance)是起因,干擾(Interference)是后果。電磁騷擾僅僅是電磁現象,它可能引起降級或損害,但不一定已經形成后果。系統或設備的降級有時不一定會被使用者察覺,但也應視為降低。
表1-3:電磁干擾與電磁敏感度的定義
4、抗擾度與敏感度
還有一個名詞叫電磁敏感度(EMS,Electromagnetic Susceptibility),電磁敏感度又稱電磁敏感性。其定義見表1-3中。由定義可知,抗擾度(Immunity)與敏感度(Susceptibility)是相反的關系:敏感度愈高,則抗擾度愈低;反之,敏感度愈低,則抗擾度愈高。因此,對于特定新設備或裝置欲提高其抗擾度,必須要降低其敏感度。
二、電磁騷擾的傳播方式
電磁騷擾根據能量傳輸方式的不同,分為傳導騷擾(Conducted Disturbance)和輻射騷擾(Radiated Disturbance)。前者是通過端子和導線向外傳遞能量的電磁騷擾;后者是以電磁波的形式通過空間傳播能量的電磁騷擾。傳導騷擾和輻射騷擾的定義詳見下表2-0中。
表2-0:傳導騷擾和輻射騷擾的定義
1、傳導騷擾
依據傳導騷擾(Conducted Disturbance)的定義,可以看出,傳導騷擾的傳輸途徑為電路形式。對于通信設備或裝置,通過導體傳遞應該包括:信號線、控制線、電源線、地線等。
2、輻射騷擾
依據輻射騷擾(Radiated Disturbance)的定義,可以看出,輻射騷擾的傳輸途徑為磁路形式。對于輻射騷擾最直接的一種形式稱為無線電(頻率)騷擾(Radio(Frequency)Disturbance),其定義也見表2-0中。我國國家標準將信息技術設備的無線電頻率騷擾的頻率范圍規定在0kHz~400GHz整個無線電頻段范圍。
三、騷擾或干擾控制
從上分析不難看出,電磁兼容(EMC)的三要素為騷擾源、傳播途徑和受擾體。只要消除騷擾源或切斷傳播途徑或提高受擾體的抗擾能力,都能避免電磁騷擾現象的發生,從而減少電磁干擾的程度,達到電磁兼容性。因此,下述介紹其騷擾或干擾控制的相關概念。
1、關于電磁騷擾的度量
電磁騷擾用電平來度量,以分貝(dB)及其參量的單位來表示。傳導騷擾一般用電壓(以μV為單位)作參量,輻射騷擾用離騷擾源一定距離(如10m或3m)的電場強度(以μV/m為單位)或磁場強度(以μA/m為單位)作參量,通常以1μV或1μV/m為0dB,表達為0dB(μV)或0dB(μV/m)。傳導騷擾電平D = 201g U,單位為dB(μV),如傳導騷擾電壓U=5mV,就是傳導騷擾電平74dB(μV)。輻射騷擾用電場強度(E)作參量時,其騷擾電平D = 20lg E,單位為dB(μV/m)。
2、關于電磁騷擾的端口
為了騷擾或干擾的控制,在電磁兼容技術中提出了端口(port)的概念,即將指定設備與同外界電磁環境的特殊界面。在GB 19286《電信網絡設備的電磁兼容性要求及測量方法》中,將電信網絡設備與外部電磁環境的特定物理界面進行了界定,如下圖3-2-1所示,稱為外殼端口(也稱之為機箱端口),它是設備的物理界面,電磁場通過該邊界發射或照射。它又包括有多個端口(port),如AC電源端口、DC電源端口、接地端口、信號/控制端口和電信/網絡端口共5種。電源端口與接地端口從字面即可理解,對于信號/控制端口和電信/網絡端口的定義詳見下表3-2中。
圖3-2-1:電信網絡設備的端口示例
表3-2:信號/控制端口、電信/網絡端口的含義
在GB/T 19287《電信設備的抗擾度通用要求》中,給出了電信建筑中心的端口,它界定的界面更大,其中包括了外殼端口,它是室內信號線端口、室外信號線端口、外殼端口、直流電源端口、交流電源端口的總稱,如下圖3-2-2所示。電信建筑中心的端口是一個范圍界面,特別適用于抗擾度限值的規定。
圖3-2-2:電信建筑中心的端口的示意圖
3、關于電磁環境條件的分類
ITU建議K.34《電信設備的電磁環境條件分類》將電信設備定義了電磁環境的類別,分為1類為大電信中心、2類為小電信中心、3類為室外、4類為用戶級四類環境類別。我國的國家標準將其進行了簡化,在分析設備的電磁環境時分為電信中心和非電信中心兩類
欲詳細了解電磁環境的類別含義的請進入:四類環境類別;電信中心和非電信中心
4、關于控制措施
其騷擾或干擾控制的控制措施往往從上述這些各個端口采取相應的具體措施,包括具體的物理措施和限值要求等。具體的物理措施即使用抑制器、屏蔽等。在騷擾源端削弱或消除電磁騷擾的措施稱為騷擾抑制;在受擾體端削弱或消除電磁干擾的措施稱為干擾抑制。限值要求即對設備或裝置的騷擾限值和抗擾度限值提出要求,令騷擾及干擾限制在一定安全范圍內。對于通信類設備我國對各通信專業設備都制定了各自的限值要求。
5、限值要求
結合圖3-2-1,通常對各端口提出下列限值要求:
對于電源端口、信號/控制端口和電信/網絡端口,直接提出騷擾限值和抗擾度限值要求,尤其是無線電騷擾的要求。
欲具體了解相關設備電磁騷擾限值要求的請進入:ITE之騷擾限值;ITE之抗擾度限值;TNE;TPE。
對于AC電源端口的電磁兼容限值要求,又特別提出了諧波電流限值要求(分為單相額定電流≤16A和>16A);和對電壓變化、電壓波動與閃爍限值要求的(分為單相額定電流≤16A和>16A)。
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對于通信設備或系統,在日益復雜的電磁環境下,努力保持其良好的電磁兼容性,使通信設備或系統運行質量的必要保證。
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