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關(guān)鍵詞電磁輻射;污染;環(huán)境
中圖分類號(hào)X9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2010)041-0204-01
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,電磁技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。它的應(yīng)用不僅給人類創(chuàng)造了巨大的物質(zhì)文明,同時(shí)也把人們帶進(jìn)一個(gè)充滿人造電磁輻射的環(huán)境里。電磁輻射就像太陽(yáng)和紫外線的關(guān)系一樣,人類要享受陽(yáng)光,就不可避免的接受紫外線的輻射。伴隨著電子產(chǎn)業(yè)及通信業(yè)的迅猛發(fā)展,電磁輻射所造成的環(huán)境污染問題越來越突出。存在于空間的電磁場(chǎng)和其它污染物一樣,對(duì)人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生各種不良影響。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn),小至空調(diào)、電腦、電視、微波爐、電熱毯、手機(jī)、電動(dòng)剃須刀等家用電器,大到雷達(dá)、中繼通信、衛(wèi)星通信、遙測(cè)遙感等電器設(shè)備,在正常工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生電磁波。這種電磁波是一種高速傳播的光子流,也是一種被科學(xué)家稱之為“電子垃圾”的微粒物質(zhì),又叫電磁煙霧或電磁輻射,有人將電磁煙霧污染稱作繼大氣污染、水污染和噪聲污染之后,威脅人類健康的第四大污染。
1何謂電磁輻射污染
電磁輻射是指能量以電磁波的形式通過空間傳播的現(xiàn)象。它是指各種天然的和人為的電磁波干擾和有害的電磁輻射。天然電磁輻射是某些自然現(xiàn)象引起的,包括雷電、火山噴發(fā)、地震、太陽(yáng)黑子活動(dòng)引起的磁暴、新星爆發(fā)、宇宙射線等。人為電磁輻射源是指人工制造的各種系統(tǒng)、電氣和電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射,包括脈沖放電、工頻漸變電磁場(chǎng)、射頻電磁輻射等。從理論上來講,電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交互變化產(chǎn)生電磁波,電磁波向空中發(fā)射的現(xiàn)象,叫電磁輻射,過量的電磁輻射造成了電磁污染。在這個(gè)電子產(chǎn)品充斥的時(shí)代,環(huán)境中的電磁輻射幾乎無處不在,尤其是擺滿各種家電產(chǎn)品的房間,電磁輻射源更多。通常情況下,電磁輻射能干擾電視的收看,使圖像不清或變形,并發(fā)出噪聲;會(huì)干擾收音機(jī)和通信系統(tǒng)工作,使自動(dòng)控制裝置發(fā)生故障,使飛機(jī)導(dǎo)航儀表發(fā)生錯(cuò)誤和偏差,影響地面站對(duì)人造衛(wèi)星、宇宙飛船的控制。專家指出,并非所有的電磁輻射都會(huì)傷害人體,電磁輻射和電磁污染其實(shí)是兩個(gè)概念。電磁污染是電磁輻射超過一定強(qiáng)度(即安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值)后的結(jié)果,電磁污染會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng),如頭疼、失眠、記憶衰退、血壓升高或下降、心臟出現(xiàn)間歇性異常等。
2大環(huán)境中的電磁輻射與污染
在人們工作和生活的環(huán)境里,許多大、中型發(fā)射系統(tǒng)在工作著,為人類的精神、文化生活與通信事業(yè)提供服務(wù),促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步。然而,一旦這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善、安裝不合理、架設(shè)不妥當(dāng),特別是距離居民生活區(qū)過近,則會(huì)帶來意想不到的影響與危害。在這類系統(tǒng)中,以廣播電視發(fā)射系統(tǒng)、微波發(fā)射系統(tǒng)最為突出。
2.1廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的電磁輻射與污染
所謂廣播,是指以公眾直接接收信號(hào)為目標(biāo)的電波輻射。廣播所發(fā)射的電波,可以把各種大量的信息準(zhǔn)確、及時(shí)地傳送給眾多的接收對(duì)象。廣播不同于無線電通信與導(dǎo)航,無線電通信與導(dǎo)航是以特定的對(duì)象為目標(biāo)的電波發(fā)射。廣播發(fā)射主要是通過特定天線將電磁能量以電磁波形式傳播。
2.2微波發(fā)射系統(tǒng)電磁輻射污染與危害
微波輻射是強(qiáng)大的電磁輻射源。其主要污染場(chǎng)源包括雷達(dá)天線、工作電路、磁控管、速調(diào)管、敞開的波導(dǎo)管及加熱器的開口等。由于天線系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn),會(huì)使周圍環(huán)境受到比較嚴(yán)重的污染,其強(qiáng)度由幾十微瓦/平方厘米到幾十毫米/平方厘米,甚至更大些。在工廠車間內(nèi)調(diào)試時(shí),由于波反射的結(jié)果,有可能造成更強(qiáng)大的輻射。
3電磁輻射污染七大危害
電磁輻射污染又稱電子霧污染,高壓線、變電站、電臺(tái)、電視臺(tái)、雷達(dá)站、電磁波發(fā)射塔和電子儀器、醫(yī)療設(shè)備、辦公自動(dòng)化設(shè)備和微波爐、收音機(jī)、電視機(jī)以及手機(jī)等家用電器工作時(shí),會(huì)產(chǎn)生各種不同頻率的電磁波,對(duì)人體造成污染;長(zhǎng)期暴露在超過國(guó)家規(guī)定的安全的輻射劑量下的人體,體內(nèi)細(xì)胞會(huì)被大面積殺傷或殺死,導(dǎo)致病變。專家指出,電磁輻射污染有可能導(dǎo)致以下疾病:
1)兒童易患白血病,長(zhǎng)期處于高電磁輻射的環(huán)境中,會(huì)使血液、淋巴液和細(xì)胞原生質(zhì)發(fā)生改變。
2)誘發(fā)癌癥并加速人體的癌細(xì)胞增殖。電磁輻射污染會(huì)影響人體的循環(huán)系統(tǒng)、免疫、生殖和代謝功能,嚴(yán)重的會(huì)誘發(fā)癌癥,并會(huì)加速人體癌細(xì)胞增殖。
3)影響人的生育功能,男性質(zhì)量降低,孕婦發(fā)生自然流產(chǎn)和胎兒畸形。現(xiàn)在不孕不育高發(fā)很大程度上與電磁輻射有關(guān)。
4)導(dǎo)致兒童智力殘缺,變成所謂的弱智兒童。
5)影響人們的心血管系統(tǒng)。造成人們心悸、失眠,部分女性經(jīng)期紊亂、心動(dòng)過緩、心搏血量減少、竇性心率不齊、白細(xì)胞減少、免疫功能下降。
4防范電磁污染的五種方法
專家建議,如果經(jīng)常要接觸和操作能產(chǎn)生電磁波輻射的產(chǎn)品的人,應(yīng)當(dāng)穿好防輻射服、配備防輻射屏等,以減少電磁輻射的傷害。市場(chǎng)上防輻射產(chǎn)品可分為兩大類:普通屏蔽材料和吸波材料。普通屏蔽材料是由金屬網(wǎng)、金屬膜及摻金屬纖維紡織品及其他材料組成,它使電磁波改變方向,但電磁波輻射依然客觀存在,還可能給我們的生活、工作環(huán)境空間造成嚴(yán)重二次污染。吸波材料則利用電磁能量轉(zhuǎn)換的原理,吸收電磁波轉(zhuǎn)化為對(duì)人體及工作、生活的自然環(huán)境無任何危害的熱能散發(fā),從根源上徹底地削弱電磁波輻射,不會(huì)發(fā)生反射造成二次污染。而如今風(fēng)靡一時(shí)的孕婦穿的防輻射服在一定程度上能降低輻射污染。在上海這樣的大城市,幾乎80%的孕婦會(huì)有1至2件防輻射服。防范電磁污染可以從以下幾個(gè)方面著手:
1)購(gòu)買家用電器和辦公自動(dòng)化設(shè)備時(shí),一定要買正規(guī)企業(yè)生產(chǎn)的合格產(chǎn)品,必須通過3C認(rèn)證。因?yàn)楹细癞a(chǎn)品的電磁輻射值在國(guó)家規(guī)定的安全范圍以內(nèi)。
2)在使用電器的時(shí)候,要保持一定的距離。彩電的距離應(yīng)在4-5米,日光燈距離應(yīng)在2-3米,微波爐開啟之后離開至少1米遠(yuǎn)。
3)注意室內(nèi)辦公設(shè)備和家用電器的安排,不要集中擺放。特別是一些易產(chǎn)生電磁波的家用電器,如收音機(jī)、電視機(jī)、電腦、電冰箱等,不宜集中擺放在臥室里。而且還要注意自己的臥床頭部是否對(duì)著鄰居的電視機(jī),以免直接遭受電磁輻射。
參考文獻(xiàn)
[1]薄琳.電磁輻射污染危害與預(yù)防[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2009.
近日長(zhǎng)城推出了一款個(gè)性時(shí)尚的Mini小機(jī)箱產(chǎn)品靈龍G-01系列,這款機(jī)箱的外觀設(shè)計(jì)頗有新意,面板采用酷黑加中國(guó)紅,亞克力材質(zhì)的面板采用黑紅兩種純色,并以拼圖紋理為設(shè)計(jì)主題,給機(jī)箱整體增加了不少時(shí)尚色彩。機(jī)箱尺寸相比普通ATX機(jī)箱要小不少,但是在用料方面也并不含糊,采用了08mm厚度的鍍鋅鋼板,箱體周圍設(shè)計(jì)了EMI彈片,有效控制了電磁輻射泄漏,并且支持2個(gè)12cm機(jī)箱風(fēng)扇的位置,加強(qiáng)了小機(jī)箱的散熱性能。電源下置的設(shè)計(jì)讓機(jī)箱有更好的散熱性能,整個(gè)機(jī)箱配有兩個(gè)光驅(qū)位、一個(gè)軟驅(qū)位和一個(gè)硬盤位,針對(duì)普通玩家還是足夠了。
防輻射潮流金河田颶風(fēng)8208B機(jī)箱
隨著綠色環(huán)保概念的深八,不少用戶對(duì)機(jī)箱防輻射越來越重視金河田在今年3月推出了防輻射機(jī)架設(shè)計(jì)的概念,優(yōu)化機(jī)架整體設(shè)計(jì),即機(jī)箱本身的密合度主要表現(xiàn)在機(jī)箱面板、前后側(cè)擋板間的密臺(tái)度上,目前這款8208B健康機(jī)箱已經(jīng)上市,這款機(jī)箱外觀設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔大方,以銀黑為主色調(diào),無論是辦公還是家用都很適合,金河田颶風(fēng)8208B機(jī)箱采用熱解鍍鋅鋼板設(shè)計(jì),鍍鋅鋼板對(duì)電磁波尤其是對(duì)低頻電磁波具有很強(qiáng)的吸附性,同時(shí)具有較好的散熱性和導(dǎo)電性。金河田颶風(fēng)8208B機(jī)箱內(nèi)部比較寬敞,預(yù)留有四個(gè)光驅(qū)位、一個(gè)軟驅(qū)位和六個(gè)硬盤位,完全滿足用戶的一般擴(kuò)展需求,全卷邊工藝設(shè)計(jì)也非常人性化。8208B機(jī)箱無論是前置uSB接口位還是光驅(qū)位、后側(cè)擋板接口位等,都有較高的無縫密臺(tái)度設(shè)計(jì),以防止電磁輻射泄漏,并且機(jī)箱側(cè)板設(shè)計(jì)了EMI彈片,和箱體連成一體,增加防輻射的效果。
眾所周知,手機(jī)與發(fā)射基站之間無線傳輸,而無線電波或多或少地會(huì)被人體吸收,形成電磁輻射傷害.因此在使用手機(jī)時(shí),手機(jī)離頭別太近,手機(jī)信號(hào)會(huì)對(duì)人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成機(jī)能,從而引起頭痛、頭昏、失眠、多夢(mèng)和脫發(fā)等癥狀,有的人面部還會(huì)有刺激感.長(zhǎng)期使用手機(jī)的人患腦瘤的機(jī)會(huì)比不用的人高出30%.接電話時(shí)最好先把手機(jī)遠(yuǎn)離身體接通,然后再放到耳邊通話.此外,盡量不要用手機(jī)聊天,睡覺時(shí)也注意不要把手機(jī)放在枕頭邊.不要把手機(jī)掛胸前,否則會(huì)對(duì)心臟和內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響.心臟功能不全、心律不齊的人尤其要注意不能把手機(jī)掛在胸前.電磁輻射還會(huì)影響內(nèi)分泌功能.另外,電磁波輻射還會(huì)影響正常的細(xì)胞代謝,造成體內(nèi)鉀、鈣、鈉等金屬離子紊亂.
〖=D(〗二、電腦輻射〖=〗
對(duì)電腦顯示器正面輻射測(cè)試發(fā)現(xiàn),正面輻射在163V/m~465V/m之間,后面的輻射數(shù)值在249V/m~379V/m之間.電腦音箱多半都距電腦很近,專家建議使用時(shí)至少和人體保持半米的距離;臺(tái)式電腦主機(jī)的輻射主要集中在后面及側(cè)面,因此千萬不要為了散熱方便而敞開機(jī)箱使用;筆記本電腦的輻射雖小,但輻射主要集中在鍵盤上方,使用時(shí)應(yīng)與電源適配器保持一定的距離.
電腦熒光屏表面存在著大量靜電,其聚集的灰塵可轉(zhuǎn)射到臉部和手部皮膚處,時(shí)間久了,易發(fā)生斑疹、色素沉著.除此之外,長(zhǎng)期受電腦電磁波輻射,還可導(dǎo)致眼睛疲勞、肩酸腰痛、頭痛和食欲不振等.
因此,不要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)操作電腦,每隔一小時(shí)休息一會(huì);眼睛與屏幕的距離應(yīng)保持在40cm~50cm,雙眼應(yīng)處于平視或輕度向下注視熒光屏;安裝防護(hù)裝置,削弱電磁輻射強(qiáng)度;多吃富含維生素A和蛋白質(zhì)的食物;多飲茶(茶葉中的茶多酚等活性物質(zhì)有利于吸收與抵抗放射性物質(zhì)).
〖=D(〗三、電視機(jī)輻射〖=〗
電視機(jī)的電磁輻射是電腦的10倍!電視屏幕會(huì)釋放出陰離子,長(zhǎng)時(shí)間觀看電視不休息極易得一種名為“電視眼病”的疾病,主要表現(xiàn)為眼球充血、視神經(jīng)疲勞、眼球干燥、視力暫時(shí)減退等.電視電滋波對(duì)人體主要有三方面?zhèn)Γ阂皇菑?qiáng)光與反射光造成眼睛疲勞、近視、散光、白內(nèi)障等;二是正電離子影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)、破壞紅細(xì)胞、損傷造血功能等;三是低頻輻射,這是最嚴(yán)重也最不為人察覺的一種傷害,它是電視機(jī)屏幕內(nèi)的顯像管發(fā)射的微量紫外線,導(dǎo)致人類癌變和嬰兒畸形.
因此每次看電視不要超過2個(gè)小時(shí);看電視要平視可稍俯視;不要關(guān)燈看電視;看電視的距離要適中(安全距離=熒光屏對(duì)角線尺寸乘以6);看完電視要洗臉.
〖=D(〗四、微波爐輻射〖=〗
家電輻射成為損害人體各種系統(tǒng)的元兇,尤以微波爐輻射強(qiáng)度最大.微波爐所產(chǎn)生的微波輻射有40%被人體吸收,傷及器官而不被感覺.微波爐的輻射平均數(shù)值在356V/m,超出安全數(shù)值73倍.微波爐是當(dāng)之無愧的“輻射大王”,門縫處輻射最大,啟動(dòng)時(shí)輻射最大,因此烹飪時(shí)不要過于靠近,使用時(shí)至少離爐0.5m以上,眼睛不要看著爐門,不可在爐前久站,食物從爐中取出后,最好先放幾分鐘再吃;使用時(shí)間不要太長(zhǎng),使用時(shí)也要保持一定距離!
微波爐運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),不論成人還是小孩,尤其是孕婦,均不要站在旁邊,人離微波爐至少1m以上;最好在微波爐停止工作一段時(shí)間后再開啟微波爐;建議正確使用微波爐防護(hù)罩.
〖=D(〗五、冰箱輻射〖=〗
在冰箱正常運(yùn)行時(shí),其輻射值最高可達(dá)到685V/m.當(dāng)冰箱電源切斷的瞬間,其輻射值高達(dá)1603V/m,而保鮮層的輻射值也在120V/m左右.
冰箱在運(yùn)作時(shí),輻射強(qiáng)度很大,后側(cè)方或下方的散熱管線釋放的磁場(chǎng)高出前方幾十甚至幾百倍.此外,冰箱的散熱管灰塵太多也會(huì)對(duì)電磁輻射有影響,灰塵越多電磁輻射就越大.不同波長(zhǎng)和頻率的電磁波釋放出來會(huì)形成一種電子霧,影響人的神經(jīng)系統(tǒng)和生理功能.
所以,冰箱要放在廚房等不經(jīng)常逗留的場(chǎng)所;盡量避免在冰箱工作時(shí),靠近它或者存放食物;經(jīng)常用吸塵器把散熱管上的灰塵吸掉
〖=D(〗六、電吹風(fēng)輻射〖=〗
當(dāng)電吹風(fēng)開到最大功率時(shí),輻射值在105V/m~170V/m之間.
電吹風(fēng)是高輻射的家用電器,特別是在開啟和關(guān)閉時(shí)輻射最大,且功率越大輻射也越大.當(dāng)人體受到電吹風(fēng)電磁輻射時(shí),會(huì)引起中樞神經(jīng)和精神系統(tǒng)的功能障礙,主要表現(xiàn)為頭暈、疲乏無力、記憶力衰退、食欲減退、失眠、健忘等神經(jīng)衰弱、亞健康癥狀.
關(guān)鍵詞: 電磁干擾; 電環(huán)控系統(tǒng); 電磁輻射; 多電飛機(jī); CST
中圖分類號(hào): TN03?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1004?373X(2016)03?0138?05
Study on emission characteristics of electromagnetic radiation for
MEA electric environmental control system
JIANG Dan, CAO Qunsheng
(College of Electronic and Information Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)
Abstract: The three?phase PWM inverter as the main electromagnetic interference source generated from more electric aircraft (MEA) electric environmental control system is analyzed. According to the working principle of the three?phase PWM inverter circuit and its simplified circuit, the common mode current causing the electromagnetic interference is obtained by analysis. The common mode current is taken as the excitation source of the electromagnetic radiation model for the electric environmental control system to establish the electromagnetic radiation emission model of the MEA electric environmental control system. The electric environmental control system influencing on the electromagnetic environment in the cabin and electromagnetic coupling effect of the cabin cable is studied with 3D electromagnetic simulation software CST. The research results show that the electromagnetic interference generated by electric environmental control system makes the electromagnetic environment deterioration within the aircraft, increase the electric field strength of the interference in the cabin and other system crates and induced current of the cabin cable.
Keywords: electromagnetic interference; electric environmental control system; electromagnetic radiation; more electric aircraft; CST
0 引 言
在20世紀(jì)70年代已經(jīng)提出了多電飛機(jī)(More Electric Aircraft,MEA)的概念,當(dāng)時(shí)稱為全電飛機(jī)。對(duì)于傳統(tǒng)飛機(jī),二次能源是液壓能、氣壓能和電能三種混合能源模式[1]。飛機(jī)液壓系統(tǒng)由油壓驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成特定操縱動(dòng)作,主要用于起落架、襟翼和減速板的收放,前輪轉(zhuǎn)彎操縱,驅(qū)動(dòng)風(fēng)擋雨刷和燃油泵的液壓馬達(dá),驅(qū)動(dòng)副翼、升降舵和方向舵的助力器等;氣壓能主要來自于發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)壓縮后的高壓高溫空氣,主要用于防冰、除冰和作為飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的原動(dòng)力。飛機(jī)上的多種二次能源使飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜、性能降低、重量大、價(jià)格高,并且能源的使用效率降低,可靠性和生命力降低。而電能與液壓能、氣壓能相比,具有容易輸送、分配和變換以及減少設(shè)備元件重量和尺寸的優(yōu)點(diǎn),可以提高設(shè)備可靠性。多電飛機(jī)就是用電能代替集中式的液壓能源和氣壓能源,使各種二次能源統(tǒng)一為電能,二次功率均以電的形式傳輸、分配。
在多電飛機(jī)上大量的高功率密度電動(dòng)機(jī)、電力作動(dòng)器(EMA)、多種電能變換器和其他多種用電設(shè)備給多電飛機(jī)的電磁安全帶來了隱患[2]。多電系統(tǒng)的使用帶來了更強(qiáng)的電磁傳導(dǎo)和輻射,對(duì)機(jī)上電磁環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的不良影響。由機(jī)各系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間,各系統(tǒng)之間各類互連電纜多達(dá)上千條,數(shù)據(jù)表明,一架波音747大型客機(jī)的電纜總長(zhǎng)度[3]達(dá)到274 km。導(dǎo)線可以認(rèn)為是高效率的電磁波接收天線和電磁波輻射天線。在各種多電系統(tǒng)中,電環(huán)控系統(tǒng)的功率最高,對(duì)電能的需求最高,對(duì)其他系統(tǒng)的電磁影響也最顯著;因此有必要重點(diǎn)對(duì)多電飛機(jī)中的電環(huán)控系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾源、發(fā)射和輻射對(duì)相鄰線纜的影響等進(jìn)行深入研究。類似方法可以用于多電系統(tǒng)的其他系統(tǒng),如電作動(dòng)系統(tǒng)、電防除冰系統(tǒng)等。
1 電環(huán)控系統(tǒng)中三相脈寬調(diào)制逆變器
交直流變換器(Pulse Width Modulation,PWM),即DC/AC逆變器,是電環(huán)控系統(tǒng)的重要組成器件,圖1為DC/AC逆變器的主電路示意圖。DC/AC逆變器的主要功能是完成DC 180 V至AC 115 Vrms/400 Hz交流電壓的變換功能。在三相DC/AC逆變器中,各個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷過程中,導(dǎo)致A,B和C相的端口電壓[Va,][Vb,][Vc]不斷發(fā)生跳變,而在電路中,電路?地間會(huì)形成寄生電容[Cp1,Cp2,Cp3,]電壓[Va,Vb,Vc]通過寄生電容[Cp1,Cp2,Cp3]不斷進(jìn)行充?放電,因此產(chǎn)生了共模電流[icm1,icm2,icm3,]通過線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)注入到逆變器的直流母線,如圖1中虛線所示,對(duì)電網(wǎng)或其他設(shè)備產(chǎn)生共模傳導(dǎo)電磁干擾(EMI)[4]。LISN也稱為人工電源網(wǎng)絡(luò),它的作用就是為相線與地線之間和中線與地線之間提供50 Ω的恒定阻抗,為待測(cè)設(shè)備的傳導(dǎo)干擾提供通道,并與電源上的高頻干擾隔離開,還可以將干擾電壓通過耦合方式輸出[4]。
PWM逆變器輸出端的差模干擾主要是由于輸出電壓中含有諧波引起的。在開關(guān)管開通、關(guān)斷的瞬間,便有電流流過負(fù)載,該電流會(huì)耦合到直流端,因此導(dǎo)致了差模干擾的產(chǎn)生。
DC/AC逆換器產(chǎn)生的電磁干擾既有共模干擾又有差模干擾,但是在相同激勵(lì)的情況下,共模干擾的幅度比差模干擾幅度大,頻率比差模干擾的高,并且產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于差模干擾產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強(qiáng)[5];此處僅對(duì)共模干擾電流產(chǎn)生的電磁輻射特性進(jìn)行分析。
1.1 共模干擾電流分析
1.1.1 Buck電路的共模電流等效電路
如圖2(a)所示為新型的交?交變頻電源――Buck變換器電路[4]。
Buck變換器是一種輸出電壓小于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。當(dāng)開關(guān)管T通斷時(shí),變換器的[P]點(diǎn)對(duì)參考地的電位不停的發(fā)生變化,而開關(guān)管對(duì)地之間存在寄生電容,因此變化的電位會(huì)對(duì)該寄生電容進(jìn)行充放電,形成共模電流[Icm。]共模電流[Icm]流過寄生電容[Cp,]然后經(jīng)過散熱器到達(dá)參考地,再通過LISN的50 Ω和0.25 μF的電容回到直流側(cè),分成了兩路電流[I1]和[I2,]如圖2(a)中帶箭頭虛線所示。[I1]直接通過直流母線正極的連接線回到開關(guān)管的集電極,而[I2]則通過直流母線的負(fù)極經(jīng)電解電容后回到開關(guān)管的集電極,這兩條電流[I1]和[I2]的不同在于[I2]通過了直流母線上的電解電容。電解電容有一定的等效串聯(lián)電感和等效串聯(lián)電阻。假設(shè)它的等效串聯(lián)電感為[Le、]等效串聯(lián)電阻為[Re,]并且[Le]的數(shù)量級(jí)一般為nH級(jí);[Re]一般為0.1 Ω左右;假設(shè)共模電流回路中導(dǎo)線的寄生電感為[Lp,Lp]的數(shù)量級(jí)一般為μH級(jí);顯然,電感[Le]遠(yuǎn)小于電感[Lp,]電阻[4][Re]遠(yuǎn)小于50 Ω。因此電解電容的等效串聯(lián)電阻和等效串聯(lián)電感的影響通??梢院雎裕琜I1]和[I2]流過的通路就是一樣的,并且[I1]和[I2]為共模電流[Icm]的[12。]
圖2(b)為Buck電路的共模電流等效電路。圖中電壓源[V]表示開關(guān)管T兩端的電壓,直流電源被認(rèn)為是短路;[Lcm]代表散熱器與參考地的連接線的等效電感;[Lcab]代表從LISN到直流電容的等效電感;[Rin]代表從LISN到直流電容的等效電阻;[Cp]是開關(guān)管發(fā)射極對(duì)參考地的等效寄生電容;[Cn]是電解電容之后的直流母線正負(fù)極對(duì)參考地的等效寄生電容[4]。當(dāng)圖2(a)中開關(guān)管T與二極管D的位置調(diào)換后,此時(shí)Buck電路的共模等效電路模型與圖2(b)中電路完全一樣。
1.1.2 共模電流的等效電路
考慮圖1中三相PWM逆變器的共模電流時(shí),可以把A,B,C三相橋臂分開來分析。以A相橋臂為例,它產(chǎn)生的共模電流可以采用Buck變換器等效分析的方法,A相橋臂中的開關(guān)管T1兩端電壓用電壓源[V1]等效。B相橋臂、C相橋臂也類似,開關(guān)管T3和T5兩端電壓分別可用電壓源[V2]和[V3]代替。三個(gè)橋臂產(chǎn)生的共模電流的和,即為三相PWM逆變器的共模電流。對(duì)于每個(gè)橋臂,它們的物理特性是一樣的,都只是由絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)組成的,也就是說,每個(gè)橋臂中點(diǎn)對(duì)地的寄生電容[Cp]的大小是一樣的。三相PWM逆變器中的其他無源器件的等效電路變換,與Buck電路中的一樣。由以上分析可得,PWM逆變器共模電流的等效電路如圖3所示 [6]。
在建立三相PWM逆變器的共模電流等效電路時(shí)雖然采用了與Buck變換器等效電路一樣的分析方法,但是與Buck變換器也存在差異,PWM逆變器橋臂中點(diǎn)對(duì)地的寄生電容是上下管疊加以后合成的,所以在開關(guān)管完全一樣的條件下,逆變器的寄生電容[Cp]要比Buck電路的寄生電容[Cp]大;同樣,三相PWM逆變器中直流母線正負(fù)極對(duì)地的寄生電容[Cn]也是由三個(gè)橋臂合成的,它也比Buck電路的寄生電容大一些。
利用戴維南等效原理,再對(duì)圖3的電路進(jìn)行簡(jiǎn)化,電壓[V1+V2+V3]簡(jiǎn)化為電壓源[V,]同時(shí),[Lcab2+Lcm]簡(jiǎn)化為電感[L,]25 Ω和[Rin]的等效電阻簡(jiǎn)化為電阻[R,]因此得到的簡(jiǎn)化電路如圖4所示[6],簡(jiǎn)化后的等效電路是一個(gè)二階RLC電路。與圖3相比,可以看出圖4中并沒有考慮0.5 μF的電容,原因是[Cp]和[Cn]都是pF級(jí)的,它與0.5 μF的電容串聯(lián)后幾乎還是等于
由于共模電流是由[dvdt]引起的,求解共模電流的實(shí)際波形可以等同為求二階電路的零狀態(tài)響應(yīng)。逆變器每個(gè)橋臂在進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的過程中都會(huì)引起共模電流,因此對(duì)于三相逆變器,只需要得出一個(gè)橋臂的時(shí)域波形,另外兩個(gè)橋臂的時(shí)域波形也可以用類似的方法求解。當(dāng)[dvdt]非常大時(shí),電壓源可以近似用階躍函數(shù)表示。
根據(jù)圖4以及基爾霍夫定理,可得到階躍響應(yīng)的電流表達(dá)式為:
式中:[ω0=1LC]是諧振電路的諧振角頻率;[ζ=][R2CL]是諧振電路的衰減系數(shù);[Z0=LC]是諧振電路的特征阻抗。
當(dāng)[ζ2?1]時(shí),諧振電路的電流可表示如下:
文獻(xiàn)[6]中采用LCR電橋測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法,直流母線電壓為180 V,測(cè)得等效電路中無源器件參數(shù)[R,][Lcab,][Lcm,][Cp]和[Cn]分別為25 Ω,4.8 μH,2.8 μH,300 pF和1 200 pF,所以該三相逆變器的共模電流的表達(dá)式為:
1.2 三相PWM逆變器的電磁輻射模型
三相PWM逆變器的共模輻射可以用一個(gè)接地平面上長(zhǎng)度[λ4]的短單極天線進(jìn)行等效[5],如圖5所示。
圖5中DC/AC變換器電源線上的共模電流可以采用式(3)的形式作為天線等效模型的激勵(lì)源,天線本身視為電源線,所產(chǎn)生的電磁能量以電磁波的形式向周圍空間傳播,形成電磁輻射干擾。
2 多電飛機(jī)電環(huán)控系統(tǒng)電磁效應(yīng)的仿真模型
在三維電磁仿真軟件CST中建立B737?300整機(jī)電磁模型,該型號(hào)客機(jī)[7]總長(zhǎng)為33.4 m,翼展28.9 m,最大高度4.01 m。由機(jī)的機(jī)翼、尾翼等結(jié)構(gòu)對(duì)電環(huán)控系統(tǒng)電磁輻射覆蓋和線纜的耦合幾乎沒有影響,綜合考慮仿真系統(tǒng)和和計(jì)算時(shí)間的限制,在實(shí)際仿真中將機(jī)翼、尾翼外部結(jié)構(gòu)不在計(jì)算范圍之內(nèi)。在仿真過程中,設(shè)置飛機(jī)外殼、前后門、安全門材料為導(dǎo)體材料;舷窗、駕駛舷窗為相對(duì)介電常數(shù)為4.4,損耗角正切為0.03的介質(zhì)材料;客機(jī)中椅子、行李架以及地板為相對(duì)介電常數(shù)為3.14,損耗角正切為0.035的介質(zhì)材料。
一般電環(huán)控系統(tǒng)采取雙環(huán)控調(diào)節(jié)器,分別安裝在機(jī)翼下方的電子設(shè)備艙中,根據(jù)電環(huán)控系統(tǒng)在客機(jī)中的位置以及1.2節(jié)中分析得到的電環(huán)控系統(tǒng)電磁干擾源DC/AC逆變器的電磁輻射模型,在簡(jiǎn)化的機(jī)身仿真模型中建立該系統(tǒng)的電磁輻射模型作為電磁干擾源。
在客艙地板下方與貨艙上隔板之間創(chuàng)建兩根穿艙線纜,分別從客艙前部直至后設(shè)備艙尾部,總長(zhǎng)為21 m,線與線之間的間隔為40 cm,該線距遠(yuǎn)大于HB 6524?91《飛機(jī)電線、電纜電磁兼容性分類及布線要求》中規(guī)定的各類電線布線的間距[8]。線纜類型分別采用單線和同軸線。單線的內(nèi)半徑為1 mm,兩端接有50 Ω的負(fù)載,同軸線采用RG58型,兩端同樣接有50 Ω的負(fù)載。線纜兩端分別連接兩個(gè)鋁制機(jī)箱,兩機(jī)箱的外尺寸分別為:800 mm×400 mm×500 mm,厚度為1.3 mm,兩機(jī)箱側(cè)面分別開有通風(fēng)孔。
圖6所示的為飛機(jī)內(nèi)部模型,顯示了飛機(jī)內(nèi)部地板、座椅、前后門、安全門、舷窗、駕駛舷窗等部件以及飛機(jī)內(nèi)電環(huán)控系統(tǒng)輻射模型、穿艙線纜、機(jī)箱。
以及穿艙線纜、機(jī)箱的位置
在整個(gè)客機(jī)中,設(shè)置4個(gè)電場(chǎng)探針,如圖7所示,圖中[p1,p2,p3]分別為客艙內(nèi)不同位置電場(chǎng)強(qiáng)度的探針,[p4]為穿艙線纜一端機(jī)箱內(nèi)中心點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的探針位置,該探針位于地板的下方。
3 多電飛機(jī)電環(huán)控系統(tǒng)電磁效應(yīng)的仿真結(jié)果分析
在CST中采用傳輸線矩陣法(TLM)進(jìn)行時(shí)域仿真[9]。仿真頻率范圍設(shè)置為0~150 MHz,仿真時(shí)間設(shè)置為10 μs。進(jìn)行電磁仿真時(shí),將該共模干擾電流信號(hào)作為激勵(lì)源。仿真結(jié)果如圖8~圖10所示。
圖8為客艙內(nèi)不同位置探針的電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線。探針[p1,p2]和[p3]處的電場(chǎng)強(qiáng)度峰值分別為0.94 V/m,15 V/m和0.14 V/m。從圖8中可以明顯看出,探針[p2,][p1]和[p3]處電場(chǎng)強(qiáng)度依次減小,說明客艙內(nèi)不同位置處受到的電環(huán)控系統(tǒng)對(duì)外輻射的電場(chǎng)強(qiáng)度不同,并且客艙內(nèi)離電環(huán)控系統(tǒng)的位置越近,受到的電磁干擾的電場(chǎng)越強(qiáng)。
圖9為穿艙線纜一端機(jī)箱內(nèi)中心點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度隨頻率的變化曲線,反映出系統(tǒng)間的電磁輻射干擾。此處,電環(huán)控系統(tǒng)作為干擾源,對(duì)設(shè)備艙內(nèi)其他機(jī)箱內(nèi)的系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一定的電磁干擾。機(jī)箱內(nèi)中心點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度還與機(jī)箱的諧振頻率(機(jī)箱的尺寸)、機(jī)箱通風(fēng)孔的形狀及大小等因素有關(guān)。
圖10為穿艙線纜單線和同軸線內(nèi)導(dǎo)體上的感應(yīng)電流隨頻率的變化曲線,單線上的感應(yīng)電流的峰值約為6.18×10?7 mA(-180 dBA),出現(xiàn)在頻率為1.8 MHz時(shí)。圖10中表明,單線上的感應(yīng)電流要遠(yuǎn)高于同軸線內(nèi)導(dǎo)體上的感應(yīng)電流值,表明同軸線對(duì)電磁輻射具有一定的屏蔽作用,屏蔽效果明顯優(yōu)于單線。按照RTCA/DO?160G中對(duì)射頻敏感性的規(guī)定[10],此類連接敏感設(shè)備的穿艙線纜所處電磁環(huán)境屬于S類,S類所對(duì)應(yīng)的傳導(dǎo)敏感性測(cè)試水平電流最高為1.5 mA(-56.48 dBA)。顯然,電環(huán)控系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁輻射場(chǎng)通過穿艙線纜耦合從而對(duì)敏感設(shè)備造成的干擾較小,但是當(dāng)多電系統(tǒng)的數(shù)目增多會(huì)使得線纜上的感應(yīng)電流明顯增大。
4 結(jié) 語
本文提出了一種多電飛機(jī)電環(huán)控系統(tǒng)的電磁輻射簡(jiǎn)化模型,通過理論分析確定了電磁建模的結(jié)構(gòu),并利用了三維電磁仿真軟件CST對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的電磁仿真。同時(shí),仿真得出客艙內(nèi)不同位置處、電子設(shè)備機(jī)箱內(nèi)部受到的干擾電磁輻射的電場(chǎng)強(qiáng)度和穿艙線纜上的感應(yīng)電流。仿真結(jié)果表明,電環(huán)控系統(tǒng)的引入會(huì)導(dǎo)致客艙內(nèi)的干擾電場(chǎng)的增加,對(duì)人員和設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的危害,而且該系統(tǒng)的電磁輻射對(duì)其他系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)的電子設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生一定的電磁干擾。隨著多電系統(tǒng)的增加,穿艙線纜上的感應(yīng)電流增加,都會(huì)影響到電纜本身以及外接的電子設(shè)備,因此有必要對(duì)多電飛機(jī)中電環(huán)控系統(tǒng)的輻射發(fā)射特性進(jìn)行研究,這對(duì)多電飛機(jī)的概念設(shè)計(jì)階段具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。
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作為本報(bào)今年啟動(dòng)的“2008年中國(guó)綠色I(xiàn)T行動(dòng)”的一部分,本期我們特別推出了“綠色I(xiàn)T消費(fèi)產(chǎn)品專題”,其主要目的是幫助用戶了解IT消費(fèi)產(chǎn)品,包括筆記本電腦、多功能一體機(jī)、PC機(jī)、手機(jī)等IT消費(fèi)產(chǎn)品的最新節(jié)能產(chǎn)品和技術(shù),并推進(jìn)IT消費(fèi)產(chǎn)品相關(guān)的節(jié)能行動(dòng),同時(shí)也鼓勵(lì)廠商們?cè)诠?jié)能技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新,最終提升整個(gè)行業(yè)的綠色水平。
近年來,IT消費(fèi)產(chǎn)品的普及率迅速升高,在極大地豐富了人們?nèi)粘I畹耐瑫r(shí),也帶來了很多新的問題,產(chǎn)生了大量的電子垃圾、工業(yè)垃圾、能源浪費(fèi),并由此而引發(fā)很大的環(huán)保壓力。綠色環(huán)保已經(jīng)成為IT業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)之一,也是IT業(yè)界共同的目標(biāo)。目前,綠色環(huán)保和節(jié)能概念正被越來越多地使用在IT消費(fèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過程中,消費(fèi)者在購(gòu)買IT消費(fèi)產(chǎn)品時(shí),也開始更多地考慮產(chǎn)品能耗、可回收利用性以及耐用性、散熱性能、防輻射、包裝、標(biāo)準(zhǔn)等方面的參數(shù)指標(biāo)。
充斥于我們四周的IT消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)該如何變綠,需要達(dá)到哪些標(biāo)準(zhǔn),采用哪些環(huán)保技術(shù)?IT消費(fèi)產(chǎn)品企業(yè)又該如何改進(jìn)產(chǎn)品制造流程,將綠色環(huán)保的概念從產(chǎn)品設(shè)計(jì)源頭就納入整個(gè)產(chǎn)品的制造周期?以下我們將與讀者共同探討。
節(jié)能降耗是第一步
說到IT消費(fèi)產(chǎn)品的環(huán)保,首先要提到的自然是節(jié)能降耗。能耗問題是種類繁多的IT消費(fèi)產(chǎn)品的共同問題,消費(fèi)者日常使用的筆記本電腦、多功能一體機(jī)、PC機(jī)、手機(jī)等IT消費(fèi)產(chǎn)品,雖然獨(dú)立看來各自的耗電量都不是很大,但是由于這些IT消費(fèi)產(chǎn)品擁有相當(dāng)大的用戶群體,并且基本上開機(jī)后都將保持不間斷地長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn),對(duì)能源的消耗非常大。
現(xiàn)在,越來越多的人都在關(guān)注產(chǎn)品的使用過程中所消耗的資源及其給環(huán)境帶來的負(fù)擔(dān)。美國(guó)能源部估計(jì),美國(guó)每年要為待機(jī)的電視機(jī)和錄像機(jī)支付約10億美元的電費(fèi)。歐盟預(yù)計(jì)不久后將向家庭及辦公室電子產(chǎn)品生產(chǎn)商強(qiáng)制推行旨在降低待機(jī)及休眠模式能耗的新規(guī)則,預(yù)計(jì)2020年達(dá)到減少歐盟境內(nèi)約75%的待機(jī)用電量。有資料顯示,我國(guó)計(jì)算機(jī)目前的睡眠方式和關(guān)閉方式消耗的能耗僅有10.5%能夠達(dá)到歐盟標(biāo)準(zhǔn)的要求。
為了更好地節(jié)約能源,諾基亞就曾過在充電完畢后會(huì)發(fā)出警報(bào),提醒用戶拔下充電器電源以節(jié)約用電的節(jié)能手機(jī)。戴爾公司也宣布將于2010年左右推出一系列節(jié)能筆記本電腦及PC機(jī),耗電量將比現(xiàn)有機(jī)型少25%。此舉一方面是為了滿足客戶的需要,另一方面也是出于公司環(huán)境保護(hù)計(jì)劃的考慮。為了達(dá)成節(jié)能25%的目標(biāo),戴爾公司將繼續(xù)目前在硬件方面的研發(fā),包括電源管理、高效率風(fēng)扇,以及更好的供電方式。
隨著社會(huì)各界對(duì)綠色I(xiàn)T的重視,目前環(huán)境和能源問題已經(jīng)成為各大IT消費(fèi)產(chǎn)品公司關(guān)心的主要問題,節(jié)能環(huán)保越來越成為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)新的重要部分,它所代表的不僅是技術(shù)所能達(dá)到的新高度,更是企業(yè)整體實(shí)力的表現(xiàn)。許多公司都圍繞節(jié)能環(huán)保推出了相應(yīng)的產(chǎn)品計(jì)劃,而要讓節(jié)能成為無處不在的理念,并以制度的形式貫徹到產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)管理等過程中,還需要更多廠商和技術(shù)人員的不斷努力。“很多人沒有意識(shí)到半導(dǎo)體在為電視、移動(dòng)電話和電腦的使用提供能源方面所扮演的重要角色,很久以前我們就注意到降低功耗的重要性,并開始推出節(jié)能芯片?!?恩智浦首席科技官René Penning de Vries說。作為一種高效節(jié)能的、用于IT消費(fèi)產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)電源的集成電路系列產(chǎn)品,恩智浦GreenChip芯片在過去十年里幫助降低個(gè)人電腦、筆記本電腦和電視機(jī)的功耗,所節(jié)省的能源可以點(diǎn)亮1650萬顆普通的60瓦燈泡。René Penning de Vries表示,將通過繼續(xù)提升GreenChip在電子設(shè)備中的節(jié)能作用,將節(jié)能行動(dòng)往前推進(jìn)?!袄硐氲墓?jié)能降耗產(chǎn)品要做到‘將節(jié)能融入產(chǎn)品由設(shè)計(jì)到制造的各個(gè)環(huán)節(jié)’,這樣才能將節(jié)能環(huán)保的技術(shù)和理念轉(zhuǎn)化為實(shí)實(shí)在在的產(chǎn)品。”
建立良好回收機(jī)制
從生產(chǎn)企業(yè)的角度來講,節(jié)能僅僅是綠色I(xiàn)T消費(fèi)產(chǎn)品的努力方向之一,但僅僅節(jié)約能源是不夠的,IT消費(fèi)產(chǎn)品的使用年限及回收機(jī)制也是綠色環(huán)保中的重要指標(biāo)。時(shí)至今日,IT消費(fèi)產(chǎn)品帶來的電子垃圾問題已經(jīng)引起世界各國(guó)的高度重視,并紛紛制定相應(yīng)的法律法規(guī),以期減少其對(duì)環(huán)境的危害。而要想真正緩解電子垃圾為環(huán)保帶來的壓力,只有通過技術(shù)手段延長(zhǎng)IT消費(fèi)產(chǎn)品的使用年限,并建立起良好的回收及循環(huán)再利用體系。
“在延長(zhǎng)IT產(chǎn)品壽命及產(chǎn)品回收方面,IT消費(fèi)產(chǎn)品企業(yè)具有不可推卸的責(zé)任。”環(huán)保工作者朱先生在接受記者采訪時(shí)指出:“許多IT消費(fèi)產(chǎn)品的使用年限其實(shí)可以比它們的使用年限更長(zhǎng),技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致IT消費(fèi)產(chǎn)品的壽命越來越短,許多完好的商品迅速被更新、更流行的產(chǎn)品所取代,大量的廢棄產(chǎn)品導(dǎo)致了危及地球環(huán)境的許多問題?!?/p>
雖然遏制新技術(shù)的發(fā)展并不現(xiàn)實(shí),IT消費(fèi)產(chǎn)品企業(yè)卻可以通過其他方面的改進(jìn)來減少產(chǎn)品更新?lián)Q代對(duì)環(huán)境帶來的危害?!霸诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)初期,就應(yīng)該考慮到對(duì)資源和環(huán)境的影響,即在產(chǎn)品及其生命周期全過程的設(shè)計(jì)中,著重考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性(可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性、可重復(fù)利用性等),并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo),在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時(shí),優(yōu)化各有關(guān)設(shè)計(jì)因素,使得產(chǎn)品及其制造過程對(duì)環(huán)境的總體影響和資源消耗減到最小。在滿足環(huán)境要求的同時(shí),保證應(yīng)有的功能、使用壽命和質(zhì)量等?!眹?guó)際經(jīng)濟(jì)專家指出,所有的IT消費(fèi)產(chǎn)品企業(yè)都應(yīng)該建立良好的回收機(jī)制,未來所有的IT消費(fèi)產(chǎn)品都應(yīng)該可回收、易拆卸,部件或整機(jī)可翻新和循環(huán)利用。這等于在無形中延長(zhǎng)了IT產(chǎn)品的使用壽命,也將大幅度減少電子垃圾對(duì)環(huán)境帶來的壓力。
許多國(guó)際化的公司已經(jīng)將這一內(nèi)容納入了日常的設(shè)計(jì)工作中。“我們銷售了幾億部手機(jī),如何能更好地回收就是非常重要的問題。我們要讓手機(jī)能夠回收、重新再使用、使它能夠升級(jí),我們要把產(chǎn)品用不同的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)?!?諾基亞首席設(shè)計(jì)師AlastairCurtis曾在采訪中指出,除了回收問題,還要讓人們的手機(jī)能夠長(zhǎng)久使用,不僅能使用兩年、三年,還要能使用五年、六年。
提升散熱性能
而要節(jié)約IT消費(fèi)產(chǎn)品能耗,保證回收機(jī)制的順利運(yùn)行,延長(zhǎng)IT產(chǎn)品的使用壽命,就必須改進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品的性能指標(biāo),提升IT消費(fèi)產(chǎn)品散熱性能就是非常重要的一個(gè)方面。
系統(tǒng)的散熱會(huì)直接影響IT消費(fèi)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和性能,縮短系統(tǒng)使用壽命、帶來能源浪費(fèi)、為環(huán)境帶來不必要的負(fù)擔(dān)。有數(shù)據(jù)顯示,至少有8%的電腦故障是由散熱不足引起的。尤其是筆記本電腦等高度集成的IT產(chǎn)品,很多部件發(fā)熱量都相當(dāng)高,許多不明原因的死機(jī)其實(shí)都是因?yàn)樯釂栴}無法解決而產(chǎn)生的,假如散熱狀況不理想,會(huì)使處理器產(chǎn)生的高溫留在機(jī)器里,不僅影響用戶的使用體驗(yàn),也很容易損壞筆記本電腦。曾經(jīng)有一段時(shí)間,聯(lián)想ThinkPad工程師們一直在討論如何降低筆記本電腦的發(fā)熱量?!敖?jīng)常有客戶向我們反映,筆記本電腦使用不了多久表面就變得很熱,散熱口附近更是熱得燙手,用起來很不舒服。”最終聯(lián)想ThinkPad工程師從貓頭鷹身上汲取靈感,參照其獨(dú)特的翅膀形狀改進(jìn)了ThinkPad的散熱系統(tǒng)。聯(lián)想ThinkPad部門相關(guān)人員告訴記者:“更新后的新型高效散熱裝置,利用雙向散熱片設(shè)計(jì),能將機(jī)器表面溫度降低達(dá)10%,噪音水平降低3個(gè)分貝?!?/p>
事實(shí)上,筆記本電腦廠商為解決筆記本電腦的散熱問題提出了許多解決方案,如采用自動(dòng)控制原理,利用溫控風(fēng)扇或降低CPU處理速度來保持機(jī)內(nèi)的溫度;使用分段散熱,將互相聯(lián)系和集成功能的程度降低到最低限度等方法提高系統(tǒng)的可靠性。而省電技術(shù)的應(yīng)用也能在很大程度上使筆記本電腦發(fā)出更少熱能,目前常見的省電技術(shù)有Intel的SpeedStep變頻省電技術(shù)、Deeper Sleep及QuickStart技術(shù)、AMD 的PowerNow技術(shù)以及Crusoe的LongRun能源管理技術(shù)。
降低輻射
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和物質(zhì)文化生活水平的不斷提高,電腦、手機(jī)等幾乎人手一臺(tái)的IT消費(fèi)產(chǎn)品,在給人們的生活帶來諸多方便和樂趣的同時(shí),使用過程中也會(huì)產(chǎn)生多種不同波長(zhǎng)和頻率的電磁波。電磁波向空中發(fā)射或匯聚的現(xiàn)象,叫電磁輻射,過量的電磁輻射就造成了電磁污染。而IT消費(fèi)產(chǎn)品產(chǎn)生的輻射不但會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響,同時(shí)也會(huì)對(duì)使用者的健康造成影響。
一位不愿透露姓名的家電行業(yè)從業(yè)人士告訴記者,從理論上來說,一般電子產(chǎn)品,包括電腦、手機(jī)、多功能一體機(jī)等都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。從事防輻射產(chǎn)品研究的深圳先聲科技發(fā)展有限公司相關(guān)技術(shù)人員在接受采訪時(shí)也指出,電磁輻射是心血管疾病、糖尿病、癌病變的主要誘因,過量的電磁輻射直接影響大腦組織發(fā)育、骨髓發(fā)育、視力下降;肝病,造血功能下降,嚴(yán)重者可導(dǎo)致視網(wǎng)膜脫落;電腦顯示器所發(fā)出的輻射長(zhǎng)期作用會(huì)對(duì)女性的內(nèi)分泌和生殖機(jī)能產(chǎn)生劣性影響,危害生殖細(xì)胞或殃及早期胚胎發(fā)育。歐洲7國(guó)科學(xué)家2004年也發(fā)表研究報(bào)告稱,經(jīng)過長(zhǎng)期反復(fù)的實(shí)驗(yàn)證明,手機(jī)電磁輻射會(huì)破壞實(shí)驗(yàn)室中人體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)――脫氧核糖核酸(DNA)。研究人員指出,這種DNA損害可能會(huì)導(dǎo)致癌癥?,F(xiàn)有手機(jī)的輻射強(qiáng)度為每公斤0.5到1瓦特之間,與上述這個(gè)區(qū)域有很大的重疊。
為了減少IT產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)環(huán)境及消費(fèi)者健康帶來的危害,近年來國(guó)家頒布了一系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),如:《電磁輻射環(huán)境保護(hù)管理辦法》,國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局的《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),都對(duì)電磁輻射強(qiáng)度及環(huán)境要求進(jìn)行了規(guī)范與限制,目前許多IT消費(fèi)產(chǎn)品也都遵從了電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)的限制,將產(chǎn)品輻射可能帶來的危害降到最低。
使用環(huán)保包裝材料
除了通過相關(guān)技術(shù)手段減少對(duì)環(huán)境的污染,通過產(chǎn)品包裝這最后一個(gè)環(huán)節(jié)的重新設(shè)計(jì),也能夠達(dá)到綠色環(huán)保的目的。IT消費(fèi)產(chǎn)品多數(shù)都使用獨(dú)立包裝,包裝材料所使用的不可降解原料會(huì)對(duì)環(huán)境造成不可逆的影響,同時(shí)包裝材料使用的紙張、木材等材料也會(huì)間接對(duì)環(huán)境造成影響。目前部分廠商已經(jīng)采取相關(guān)措施,簡(jiǎn)化或縮小產(chǎn)品包裝,并盡可能使用可回收或可降解材料。
如何從環(huán)境保護(hù)的角度優(yōu)化產(chǎn)品包裝方案,使得資源消耗和廢棄物產(chǎn)生最少?目前應(yīng)對(duì)包裝污染的研究大致可以分為包裝材料、包裝結(jié)構(gòu)和包裝廢棄物回收處理3個(gè)方面。當(dāng)今世界主要工業(yè)國(guó)要求包裝應(yīng)做到“4R1D”(Reduce減量化、Reuse回收重用、Recycle循環(huán)再生、Recover能量再生和Degrad-able可降解)原則。“無論是材料、工藝、結(jié)構(gòu)還是包裝設(shè)計(jì),都可以選擇環(huán)保材料,也可以通過在設(shè)計(jì)過程中盡量不浪費(fèi)材料并使材料能保證被回收而達(dá)到綠色環(huán)保的目的,小的改進(jìn)也可能帶來大的改變?!睎|道設(shè)計(jì)公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)中心總監(jiān)廖捷曾在接受記者采訪時(shí)指出:“譬如我們可以少用一個(gè)盒子,少用一條不易回收的尼龍繩或是金屬邊,都能減少設(shè)計(jì)帶來的環(huán)境問題。甚至在產(chǎn)品包裝上不使用過多的裝飾和說明,節(jié)約消費(fèi)者閱讀的時(shí)間,這也是一種環(huán)保,而節(jié)約了消費(fèi)者的購(gòu)買時(shí)間,從某種意義上來說,對(duì)企業(yè)本身也是一種環(huán)保?!?/p>
業(yè)內(nèi)人士指出,隨著綠色環(huán)保概念的深入人心,人們?cè)谫?gòu)買IT消費(fèi)產(chǎn)品時(shí),開始更加關(guān)心產(chǎn)品的功能、壽命、環(huán)保性能等方面的因素,在生活中也盡量地節(jié)約能源和資源。在這種綠色消費(fèi)浪潮的沖擊和推動(dòng)下,IT消費(fèi)產(chǎn)品將面臨更多挑戰(zhàn),同時(shí)也將會(huì)獲得更多的發(fā)展機(jī)會(huì),一場(chǎng)IT綠色消費(fèi)產(chǎn)品的革命已經(jīng)呼之欲出。
鏈接
IT消費(fèi)產(chǎn)品綠色從身邊做起
在節(jié)能環(huán)保逐漸深入人心的今天,作為普通消費(fèi)者,我們能做些什么?專家指出,如果我們?cè)谌粘5腎T消費(fèi)產(chǎn)品使用中能注意以下幾點(diǎn),將有效減少能源消耗,為節(jié)能環(huán)保作出貢獻(xiàn)。
1.手機(jī)不超時(shí)充電。有資料顯示,手機(jī)消耗的能源中有三分之二是被充電完畢之后仍留在電源插座上的充電器白白浪費(fèi)掉的。如果手機(jī)充電完畢后及時(shí)拔除充電器,能減少這樣的浪費(fèi),并將充電器消耗的能源減小到最低程度。
電子設(shè)備的電磁兼容性決定了其在電磁環(huán)境下工作的穩(wěn)定性和安全性。為提高電磁兼容性,應(yīng)對(duì)電子設(shè)備實(shí)施電磁兼容性檢測(cè)與分析,對(duì)電磁兼容性薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。文章介紹了電磁兼容的概念,對(duì)電子設(shè)備電磁兼容的重要性進(jìn)行了分析,給出了電磁兼容性檢測(cè)技術(shù)方法,以提高電子設(shè)備電磁兼容性并最終實(shí)現(xiàn)其可靠性、安全性目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】電磁兼容性 電磁干擾 浪涌(沖擊)抗擾度 輻射騷擾 輻射抗擾
1 電磁兼容的概念
所謂電磁兼容,是研究在有限的空間、時(shí)間和頻譜資源的功能條件下,各種電子設(shè)備共同工作,并不發(fā)生降級(jí)的科學(xué)。另外一種解釋為,電磁兼容是一種技術(shù),其目的在于使電子設(shè)備或系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境條件下,既不受電磁環(huán)境的影響,也不會(huì)給環(huán)境以這種影響。電磁兼容包括兩方面要求:一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指設(shè)備對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度。
2 電磁兼容的重要作用
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電磁兼容所涉及的領(lǐng)域日益擴(kuò)大。而今電磁兼容所產(chǎn)生的影響已不僅僅是電子設(shè)備本身,由于電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得愈加精密與復(fù)雜,電磁兼容問題也愈加突出。例如受電磁干擾,收音機(jī)無法收聽廣播、數(shù)據(jù)在傳輸過程中發(fā)生丟失、電子設(shè)備工作失常等,電磁干擾或其產(chǎn)生的輻射還可以使生物體自身發(fā)生某些微妙的變化而產(chǎn)生一定的影響。因?yàn)檫@些干擾與擾的電磁問題,對(duì)電磁兼容進(jìn)行研究就顯得格外重要。
3 電磁兼容檢測(cè)的必要性
3.1 使電子設(shè)備更加可靠
電磁干擾是電子設(shè)備在進(jìn)行工作時(shí)產(chǎn)生的有害電磁變化,這種變化不僅會(huì)破壞電子設(shè)備的正常運(yùn)行,甚至還會(huì)對(duì)設(shè)備自身產(chǎn)生一定的損害,而這種帶有損傷性質(zhì)的干擾同樣也會(huì)影響其所處工作環(huán)境中的其他電子設(shè)備,并給其造成損傷或損壞。因此,電磁兼容技術(shù)受到了高度重視,它要求電子設(shè)備不僅要預(yù)防并阻止或盡量減小其受周圍其他電子設(shè)備電磁干擾的可能性,而且自身能夠進(jìn)行正常的工作,同時(shí)也要求電子設(shè)備自身不會(huì)或者盡可能小地對(duì)周圍其他電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾,即便有干擾,其干擾程度也不得使其他電子設(shè)備無法進(jìn)行正常工作或損壞。
3.2 與國(guó)際接軌,不懼貿(mào)易壁壘
目前對(duì)于電子設(shè)備電磁兼容性檢測(cè)的達(dá)標(biāo)認(rèn)證已經(jīng)發(fā)展成國(guó)際性的認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn),并成為發(fā)達(dá)國(guó)家限制進(jìn)口產(chǎn)品的一道堅(jiān)固的技術(shù)壁壘。入世后,這種技術(shù)壁壘對(duì)我們的阻礙更是明顯,提高電子設(shè)備電磁兼容性,對(duì)其進(jìn)行電磁兼容檢測(cè),是實(shí)現(xiàn)與國(guó)際市場(chǎng)接軌的必要條件,也有利于我國(guó)電子設(shè)備迅速走向國(guó)際市場(chǎng)。
3.3 保護(hù)人身和特殊設(shè)備安全
電磁干擾如果與其他電路發(fā)生感應(yīng)耦合,尤其是電爆裝置,這種干擾就會(huì)變得十分可怕,它可以干擾到電爆裝置的控制電路,在與之發(fā)生電路的感應(yīng)耦合之后,會(huì)形成干擾電流,引起電爆裝置引爆從而發(fā)生爆炸。例如GJB786中就規(guī)定,電引爆器自身導(dǎo)線上的電磁干擾感應(yīng)電流和電壓必須小于自身的最大不發(fā)火電流和電壓的15%;電子設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾輻射量,其連續(xù)波的平均功率密度不允許超過4MW/cm2,而其脈沖波的規(guī)定要求是平均功率密度不允許超過2MW/cm2。
3.4 現(xiàn)在與未來戰(zhàn)爭(zhēng)的需要
電磁不僅僅可以是干擾源,同樣還可以受到其他干擾而被破壞和摧毀。以核武器的爆炸為例,當(dāng)發(fā)生核爆炸時(shí),其產(chǎn)生的電磁脈沖的威力是巨大的,其會(huì)以光速向外進(jìn)行輻射形式的傳播,而當(dāng)這種電磁脈沖作用于電子設(shè)備時(shí),輕則可以造成電子設(shè)備自身功能的惡化,重則可以造成其自身電路元器件損壞,甚至是報(bào)廢。利用類似核爆炸產(chǎn)生的電磁脈沖而制成的電磁脈沖彈武器,同樣可以對(duì)所攻擊的電子設(shè)備構(gòu)成致命威脅。在當(dāng)下,國(guó)際形勢(shì)的現(xiàn)狀無法回避外層空間的軍事化以及空間與地面聯(lián)合作戰(zhàn)大型軍事活動(dòng)的發(fā)生。這就要求軍用系統(tǒng)、武器裝備滿足更加苛刻的電磁兼容指標(biāo)。軍事電子設(shè)備的電磁兼容測(cè)試需求同樣迫切。
4 電磁兼容檢測(cè)技術(shù)分析
4.1 電源電磁兼容檢測(cè)
對(duì)電子設(shè)備電源端進(jìn)行電磁兼容檢測(cè)分析,可使其控制能力得到較好的性能檢測(cè)。當(dāng)電源受到電磁干擾時(shí),看其是否會(huì)出現(xiàn)被損壞或是性能降低等情況。檢測(cè)項(xiàng)目主要是浪涌(沖擊)抗擾度,這種試驗(yàn)方法是對(duì)電源線施加浪涌波形的干擾電壓,并對(duì)電源外殼(接地)也施加同等波形電壓,這樣可以看出其電源端在受干擾時(shí)是否會(huì)發(fā)生毀壞,以及設(shè)備在工作情況下是否也會(huì)受到干擾而發(fā)生工作狀態(tài)不良或是毀壞。如果發(fā)生電源瞬間被擊穿的現(xiàn)象,說明電路裝置中的濾波器、TVS管、壓敏電阻等抗干擾器件耐受能力不夠或放置不合理,甚至可能是抗擾器件沒有被加入到設(shè)備中。
4.2 輻射騷擾檢測(cè)
輻射騷擾檢測(cè)目的在于了解電子設(shè)備在正常工作時(shí)是否產(chǎn)生了電磁輻射,或者說產(chǎn)生的電磁輻射是否會(huì)對(duì)其工作環(huán)境中的人類或其他電子設(shè)備造成影響或危害。這里介紹一種比較簡(jiǎn)單、安全的方式,使用處于AM頻道的收音機(jī),通過對(duì)電磁干擾收音機(jī)發(fā)出的噪音進(jìn)行辨別。此種方法可以對(duì)手機(jī)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè),對(duì)計(jì)算機(jī)的顯示進(jìn)行檢測(cè)時(shí),不得超過國(guó)家規(guī)定的12V/m的限制。
4.3 輻射抗擾檢測(cè)
輻射抗擾檢測(cè)是為了了解電子設(shè)備是否具有一定的抗電磁干擾能力以及在一定程度的電磁干擾下是否會(huì)受到影響,甚至是損壞。通過射頻電磁場(chǎng)干擾產(chǎn)生的輻射對(duì)其進(jìn)行測(cè)試與分析,測(cè)試的一般方法是將電子設(shè)備置于電波暗室中并保持正常工作狀態(tài),隨后對(duì)其施加一定程度的干擾,并保證干擾持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間,觀察干擾期間電子設(shè)備是否處于正常工作狀態(tài)范圍。倘若期間出現(xiàn)問題,要對(duì)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母牧?,比如設(shè)備內(nèi)部重要元件或較敏感的元件應(yīng)進(jìn)行有效隔離,并采取有效的抗干擾措施。
5 結(jié)論
綜上所述,電磁兼容性無論是對(duì)電子設(shè)備工作性能的可靠性,還是產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣以及產(chǎn)品自身的安全性,都具有重要意義。而在實(shí)際檢測(cè)中,應(yīng)充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性,使得相關(guān)技術(shù)可以得到改進(jìn)與創(chuàng)新,這樣不僅可以提高電子設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)水平,更可以促進(jìn)電子設(shè)備設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與進(jìn)步。
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機(jī)箱防輻射簡(jiǎn)單地說就是對(duì)電腦主機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行屏蔽。電磁屏蔽裝置一般為金屬制成的封閉殼體,當(dāng)交變電磁場(chǎng)導(dǎo)向機(jī)箱金屬殼體時(shí),一部分被金屬殼體表面反射,一部分在殼體內(nèi)部被吸收,這樣通過箱體的電磁場(chǎng)強(qiáng)度便會(huì)大幅度衰減,從而達(dá)到保護(hù)人體健康的目的。其中很重要的兩個(gè)方面就是機(jī)箱板材的選擇和對(duì)縫隙與開口的處理。
通常來講,鍍鋅鋼板對(duì)電磁波,尤其是對(duì)低頻電磁波具有很強(qiáng)的吸附性,同時(shí)具有較好的散熱性能和導(dǎo)電性,因此被大量采用。而一些劣質(zhì)機(jī)箱通常會(huì)選擇品質(zhì)更低的熱鍍鋅鋼板和冷扎板,防輻射能力相應(yīng)降低。對(duì)縫隙與開口的處理則關(guān)系到機(jī)箱防輻射性能的高低。相關(guān)測(cè)試表明機(jī)箱開孔直徑最大不得超過7mm,否則很容易引起電磁輻射外泄。另外,前置接口的電磁屏蔽,EMI彈片的設(shè)置等也對(duì)機(jī)箱的防輻射性能有很大的影響。特別是后者,它在機(jī)箱兩側(cè)面板與機(jī)箱接觸不夠緊密時(shí)可以起到防止電磁外泄的作用。大家不妨看看新款的金河田颶風(fēng)8208B機(jī)箱在設(shè)計(jì)上是否符合上述要求。
8208B是金河田颶風(fēng)系列中的一款新品,外觀設(shè)計(jì)延續(xù)了該系列簡(jiǎn)潔、醒目的特點(diǎn),黑色的機(jī)身加上銀色的鑲邊,沉穩(wěn)大氣。整機(jī)外觀設(shè)計(jì)最大的亮點(diǎn)來自于機(jī)箱前面板下部的大圓形開機(jī)鍵。按鍵的外圈是藍(lán)色LED燈,工作時(shí)可以發(fā)出幽幽的藍(lán)光,給人一種科技時(shí)尚感。除了銀黑外觀之外,該機(jī)箱還有一種黑色搭配紅色鑲邊的機(jī)型可選,用戶在選購(gòu)時(shí)可以根據(jù)自己的喜好來選擇。
由于全面導(dǎo)人了防輻射機(jī)架設(shè)計(jì),8208B的整體做工非常扎實(shí),機(jī)架強(qiáng)度相比一般主流機(jī)箱有很大提升。由于是一款套裝產(chǎn)品,該機(jī)箱標(biāo)配電源(型號(hào)為金河田385WB最大功率為320W),對(duì)于使用整合主板的用戶來說夠用了。但如果使用高端獨(dú)立顯卡,建議最好另配電源。擴(kuò)展性方面,它為用戶提供了4個(gè)5?25英寸光驅(qū),1個(gè)軟驅(qū)和6個(gè)3?5英寸硬盤位,可以滿足用戶的一般擴(kuò)展需求??偟膩砜?,該機(jī)箱的整體做工以及擴(kuò)展性方面不錯(cuò),所有的機(jī)架都采用了卷邊設(shè)計(jì)。盡管標(biāo)配電源功率偏低不過由于整機(jī)價(jià)格控制在了300元以內(nèi),對(duì)于主流使用整合主板的用戶來說還是非常有吸引力的。但是,作為一款以防輻射為賣點(diǎn)的機(jī)箱,它在防輻射方面有哪些設(shè)計(jì)呢?通過圖釋我們可以看得更清楚一些。
電磁兼容,指的是電子設(shè)備正常運(yùn)行的一種狀態(tài),在電子設(shè)備的運(yùn)行過程中,電子線路產(chǎn)生的電磁不會(huì)影響電子設(shè)備的應(yīng)用,也就是對(duì)其不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾,準(zhǔn)確地講,良好的電磁兼容性表現(xiàn)為電子設(shè)備、電子系統(tǒng)、電子線路在特定的電磁環(huán)境中運(yùn)行,且彼此互不干涉互不影響,不會(huì)影響電子設(shè)備的整體功能,保證電子設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定,保障電子設(shè)備的正常安全運(yùn)行,不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響,破壞電子設(shè)備,即各項(xiàng)電子功能并存且互相促進(jìn)的一種狀態(tài)。只有電子設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮并擺脫了電磁的干擾,才能夠確保自身的有效運(yùn)行,提高運(yùn)行水平和生產(chǎn)效率,為電子行業(yè)及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。以飛機(jī)的電子設(shè)備為例,飛機(jī)上的電子設(shè)備包括常見的導(dǎo)航系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)等,電磁環(huán)境極為復(fù)雜,因此會(huì)產(chǎn)生極大的電磁干擾,如果處理不當(dāng)將會(huì)給飛機(jī)的正常飛行埋下安全隱患。如果能夠保證這些電子設(shè)備的電磁兼容性,就能夠使彼此正常運(yùn)行,發(fā)揮出最大效力且互不干擾,促進(jìn)各部分的平衡穩(wěn)定,這是飛機(jī)安全飛行的重要保障。因此,電磁兼容對(duì)電子設(shè)備的運(yùn)行極為重要,不容忽視。
二、電子設(shè)備結(jié)構(gòu)電磁兼容設(shè)計(jì)的目的
當(dāng)今社會(huì)中,電子設(shè)備的正常運(yùn)行,是基于電磁兼容的基礎(chǔ)上,電磁兼容能夠保證電子設(shè)備的運(yùn)行不受電磁的干擾,就能夠很大程度上避免電子設(shè)備細(xì)節(jié)部分和個(gè)別部位的不良反應(yīng),使電子設(shè)備的性能達(dá)到最大化,提高電子設(shè)備的運(yùn)行效率,提高整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)率。眾所周知,當(dāng)前社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展促進(jìn)了電子設(shè)備應(yīng)用的廣泛性,與各個(gè)行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域息息相關(guān),一旦運(yùn)行的電子設(shè)備出現(xiàn)某些一時(shí)間不可解決的故障,就會(huì)影響整個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,極大地威脅整個(gè)行業(yè)的安全穩(wěn)定。因此,電子行業(yè)在設(shè)計(jì)電子設(shè)備的時(shí)候,首先要考慮到影響電子設(shè)備電磁兼容的條件和因素,考慮到電磁不兼容的種種跡象和表現(xiàn),以盡快采用技術(shù)手段進(jìn)行調(diào)整解決,以免電子設(shè)備投入使用后出現(xiàn)電磁不兼容的情況,影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行。電磁兼容,簡(jiǎn)而言之就是控制電磁干擾,消除電磁干擾,使電子設(shè)備與其他的設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中工作運(yùn)行時(shí),保證彼此的和諧穩(wěn)定,保證電子設(shè)備各部分性能的正常。一個(gè)可以投入廣泛使用的電子設(shè)備不僅不會(huì)輻射有害能量,而且也不會(huì)受到不相關(guān)的輻射影響。因此,電磁兼容設(shè)計(jì)的目的是為了電子設(shè)備的正常運(yùn)行和廣泛應(yīng)用,是當(dāng)今社會(huì)電子行業(yè)發(fā)展的整體走向和目標(biāo)。
三、電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中保證電磁
兼容的方法和措施在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,需要通過采用特定的技術(shù)手段保證電子設(shè)備的電磁兼容性,以減少甚至消除電磁干擾,避免部件受到不良輻射反應(yīng)而損壞,降低電子設(shè)備的整體性能和運(yùn)行效率,影響整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。新型電子產(chǎn)品研究開發(fā)之初,首先要對(duì)電磁兼容有一個(gè)概念性的把握,并在后期研發(fā)的時(shí)候充分考慮到電磁兼容的影響因素,進(jìn)行相適應(yīng)的電磁兼容開發(fā)設(shè)計(jì),避免重復(fù)開發(fā)和資源浪費(fèi)。在設(shè)計(jì)之初采取措施保證電磁兼容是最最經(jīng)濟(jì)節(jié)約的方法,避免了后期維修調(diào)整的人力物力的浪費(fèi)?,F(xiàn)實(shí)生活中,很多已經(jīng)投入使用的電子設(shè)備如果出現(xiàn)電磁兼容問題維護(hù)成本極高,甚至根本沒有解決辦法,因此,電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要做到未雨綢繆,減少不必要的麻煩和損失。目前,最常見的電子設(shè)備電磁兼容的方法有濾波、屏蔽、接地三種,這是有效消除電磁干擾的重要舉措。
1電磁濾波
電磁濾波,是常見的影響電磁兼容性的因素,是壓縮信號(hào)回路所致,并且會(huì)對(duì)頻譜產(chǎn)生嚴(yán)重干擾,電磁濾波的存在不僅能影響干擾源的發(fā)射,而且會(huì)有效抑制干擾源頻譜分量對(duì)其他設(shè)備元件如敏感設(shè)備、電路、元器件的影響。簡(jiǎn)單地講,電磁濾波通過某種特定方式過濾信號(hào)中的特定波段頻率,這種方式能夠有效抑制干擾,因此,在處理電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容問題時(shí)可以考慮在內(nèi)并加以應(yīng)用實(shí)施。在電子設(shè)備的運(yùn)行過程中,正在運(yùn)行的電路會(huì)產(chǎn)生一些較強(qiáng)的干擾信號(hào),這些干擾信號(hào)能夠通過電源線、信號(hào)線以及控制線等方式對(duì)整個(gè)電路產(chǎn)生巨大的干擾作用,因此,設(shè)置濾波電路已然成為當(dāng)前公用電源線的發(fā)展走向和趨勢(shì),這是保證電路安全穩(wěn)定,減少電路干擾,提高電子設(shè)備安全穩(wěn)定的重要方式。濾波電路的設(shè)置需要掌握一定的方法和技巧,鐵氧化體磁環(huán)\穿心電容、三端電容是最常見的選擇器件,是有效改善電路特征的重要元件。在濾波電路設(shè)置中,還需要保證所有的電源濾波器外殼與電子設(shè)備的接地點(diǎn)連接在一起。只有保證濾波電路設(shè)置的合理性,才能提高電磁濾波的效率和質(zhì)量,提高電磁兼容,保證電子設(shè)備正常運(yùn)行和整個(gè)電子行業(yè)的發(fā)展。
2電磁屏蔽
電磁屏蔽是目前解決電磁兼容問題的最有效方法,電磁屏蔽的優(yōu)點(diǎn)是有效地將內(nèi)部電磁輻射控制在一定范圍,即限制內(nèi)部電磁越出既定的領(lǐng)域,與此同時(shí),還能夠防止外部電磁輻射的入侵,切斷電磁波,減少不必要的損害。當(dāng)前,電子設(shè)備出現(xiàn)的大多數(shù)電磁兼容問題都能夠通過電磁屏蔽這種技術(shù)解決,這種方式還能夠保證電路的正常工作。
2.1電磁屏蔽的作用
電磁屏蔽的作用是極大的,通過對(duì)兩個(gè)不同的空間區(qū)域進(jìn)行金屬隔離,達(dá)到控制整個(gè)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁波的目的,使一個(gè)空間區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)空間區(qū)域的輻射和感應(yīng)控制在可控范圍。也就是充分發(fā)揮屏蔽物體的作用,將諸如電纜、元部件、電路、組合件甚至整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍控制,阻斷干擾電磁場(chǎng)的對(duì)外擴(kuò)散;與此同時(shí),還需要充分利用屏蔽物體將系統(tǒng)、電路、電子設(shè)備有效包圍起來,以防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。目前,電磁屏蔽技術(shù)是當(dāng)前有效解決電磁輻射的方法,能夠有效保證電磁兼容,促進(jìn)電子設(shè)備的正常運(yùn)行。
2.2電磁屏蔽的注意事項(xiàng)
2.2.1電磁屏蔽的時(shí)候,一定要注意電磁屏蔽板的放置,一定要將其盡可能地靠近被屏蔽的機(jī)械設(shè)備,同時(shí)電磁屏蔽板要盡可能地與地面相接,這是有效發(fā)揮電磁屏蔽效果的關(guān)鍵,越靠近被屏蔽的器械元件,電磁屏蔽板所分布的電容容量就會(huì)相應(yīng)地越大。
2.2.2電磁屏蔽板的時(shí)候,電磁屏蔽板的整體屏蔽效果還會(huì)相應(yīng)地受到屏蔽板本身形狀的影響,實(shí)踐證明,屏蔽效果最好的的屏蔽板形狀是全封閉狀態(tài),并且最好是金屬盒電場(chǎng)。
2.2.3電磁屏蔽的時(shí)候,電磁屏蔽板選擇材料的時(shí)候要求也很高,經(jīng)過實(shí)踐調(diào)查研究,良性導(dǎo)體材料是屏蔽效果最好的屏蔽材料,常見的有銅、鐵、鋁等,與此同時(shí),還需要注意屏蔽材料的厚度,這個(gè)需要根據(jù)實(shí)際強(qiáng)度靈活把握,只要屏蔽材料的厚度符合強(qiáng)度要求即可。
3接地技術(shù)
電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電磁兼容,還會(huì)充分運(yùn)用到接地技術(shù),接地,并不是字面上理解的與土地地面相連,而是為電源和信號(hào)提供回路和基準(zhǔn)電位。接地技術(shù)的使用有一定規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn),而不是隨意的。接地技術(shù)的使用必須保證接地的安全性,電子設(shè)備所使用的金屬質(zhì)地的外殼一定要與地面相接,這是充分保障生命財(cái)產(chǎn)安全的重要舉措,還能夠確保電子設(shè)備的有效性和穩(wěn)定性,保障電子電路的正常運(yùn)行,杜絕靜電損壞等不良情況的出現(xiàn)。接地技術(shù)的使用還包括工作接地,工作接地這種方式相信大家都不陌生,主要指的是單板,母板或系統(tǒng)之間信號(hào)的等電位參考點(diǎn)或參考平面,這些參考點(diǎn)或參考平臺(tái)相當(dāng)于信號(hào)回流的安全性通道,原則上認(rèn)為這個(gè)通道的阻抗性是極低的。在使用接地技術(shù)的時(shí)候,一定要保證工作接地的正常,因?yàn)樗暮脡闹苯佑绊懻w的信號(hào)質(zhì)量。因此電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,熟練掌握工作接地的方法極為必要,不僅能夠最大限度地減少電路間的電磁干擾,而且確保了電子設(shè)備的電磁兼容,提高了電磁兼容的可能性和穩(wěn)定性。以下將簡(jiǎn)單接受接地的主要目的。電子設(shè)備接地技術(shù)的目的很明晰,就是為了最大程度上減少甚至避免電路之間的彼此干擾。通常我們提到的接地技術(shù)的目的有以下三個(gè):
(1)接地技術(shù)的使用能夠使整個(gè)電路系統(tǒng)中的單元電路有一個(gè)公共的參考零電位,這是保證電路系統(tǒng)穩(wěn)定工作必要條件。
(2)接地技術(shù)能夠有效防止外界電磁場(chǎng)產(chǎn)生的不良干擾。為了避免電荷形成的高壓引起電子設(shè)備內(nèi)部起火放電產(chǎn)生不良干擾,可以選用機(jī)殼接地,這樣可以使大量電荷得以釋放,這些積累在機(jī)殼上的大量電荷的排放可以減少電磁干擾,保證電子設(shè)備的正常運(yùn)行。此外,要想獲得較好的屏蔽效果,還需要根據(jù)線路對(duì)屏蔽物體進(jìn)行挑選,并為其選擇合適的接地,這樣才能保證電子設(shè)備的有效運(yùn)行。
(3)接地技術(shù)能夠有效保證工作的安全性,如果發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng),可以有效保護(hù)電子設(shè)備,避免電子設(shè)備的意外毀壞;如果工頻交流電源的輸入電壓由于絕緣不良的原因與機(jī)殼直接相通的時(shí)候,可以有效保護(hù)操作人員的人身安全,以免發(fā)生觸電事故。因此,接地技術(shù)也是有效防止電磁干擾的重要方法,正確使用將會(huì)大大減少電子設(shè)備使用后的故障發(fā)生頻率,保證電子設(shè)備的正常運(yùn)行,促進(jìn)電子行業(yè)的發(fā)展。
四、結(jié)語
關(guān)鍵詞:半電波暗室 場(chǎng)均勻性校準(zhǔn) 輻射抗擾度
中圖分類號(hào):TM937 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2015)06(b)-0247-02
半電波暗室(semi-anechoic chamber)即除地面安裝反射接地平板外,其余內(nèi)表面均安裝吸波材料的屏蔽室[1-2]。目前國(guó)際上普遍采用半電波暗室替代開闊試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行電磁兼容測(cè)試,包括電磁輻射干擾測(cè)試和電磁輻射抗擾度測(cè)試[3]。
測(cè)試面場(chǎng)均勻性是衡量半電波暗室性能的非常重要的指標(biāo),也是保證EUT在電磁輻射抗擾度試驗(yàn)中測(cè)量結(jié)果的可靠性和重復(fù)性的關(guān)鍵。IEC61000-4-3:2010《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)》對(duì)半電波暗室在80MHz~6GHz范圍內(nèi)場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)的要求和方法做了詳細(xì)的規(guī)定。該文參照標(biāo)0準(zhǔn)要求,以1GHz以下場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)為例,對(duì)不同大小窗口的校準(zhǔn)結(jié)果分析驗(yàn)證,最后對(duì)射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)中場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)窗口的選擇提出建議。
1 IEC 61000-4-3:2010場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)要求與方法
1.1 試驗(yàn)設(shè)備及場(chǎng)地布置
場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)需要用到的主要設(shè)備有:半電波暗室、射頻信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、發(fā)射天線、場(chǎng)強(qiáng)監(jiān)測(cè)裝置、功率計(jì)等。在半電波暗室外信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào),將其傳送給功率放大器,信號(hào)經(jīng)放大后通過同軸電纜穿過穿墻板進(jìn)入暗室,再通過天線向空間輻射出來,最后由校準(zhǔn)平面上的場(chǎng)強(qiáng)探頭接收信號(hào),并將數(shù)據(jù)傳回暗室外進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了保證試驗(yàn)區(qū)場(chǎng)的均勻一致,在天線與校準(zhǔn)面之間需鋪設(shè)吸波材料,盡可能減少電磁波的地面反射[4-5]。場(chǎng)均勻性的校準(zhǔn)布置場(chǎng)地如圖1所示。
1.2 場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)要求
場(chǎng)校準(zhǔn)的目的是為了保證整個(gè)EUT的各處場(chǎng)強(qiáng)都足夠均勻以便確保試驗(yàn)結(jié)果的有效性。標(biāo)準(zhǔn)中使用的“均勻域”(uniform field area,簡(jiǎn)稱UFA)概念是一個(gè)假想的垂直平面,在該平面中場(chǎng)的變化足夠小,本文用到的“校準(zhǔn)窗口”也是這個(gè)概念。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)要求需從以下幾點(diǎn)來考慮。
1.2.1 頻率范圍
根據(jù)EUT工作所在的電磁環(huán)境不同,場(chǎng)校準(zhǔn)的頻率分為兩類,一是80~1GHz用于模擬普通電磁環(huán)境的輻射,二是800~960MHz和1.4~6.0GHz,主要針對(duì)來自數(shù)字無線電話和其他射頻發(fā)射裝置發(fā)出的電磁輻射?,F(xiàn)在有些寬頻帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、高性能無線局域網(wǎng)、短距離發(fā)射裝置等的最高工作頻率都已接近6GHz。
1.2.2 高度
由于靠近參考地平面不可能建立一個(gè)均勻場(chǎng),校準(zhǔn)的區(qū)域應(yīng)設(shè)在離參考地平面上方不低于0.8m處,天線中心軸線應(yīng)垂直正對(duì)窗口中心。對(duì)于某些EUT必須接近參考地平面放置,為了建立測(cè)試的試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí),此時(shí)還要記錄離參考地平面上方0.4m高處的場(chǎng)強(qiáng)。
1.2.3 距離
對(duì)于1GHz以下的場(chǎng)校準(zhǔn),發(fā)射天線的中心與均勻域之間的距離至少在1m以上,最好為3m。1GHz以上由于鐵氧體和吸波材料的吸收性能下降以及高頻天線的束寬較窄,校準(zhǔn)區(qū)域應(yīng)分割為0.5m×0.5m的小窗口進(jìn)行試驗(yàn),場(chǎng)發(fā)射天線應(yīng)距校準(zhǔn)區(qū)域1m。
1.2.4 均勻性判據(jù)
對(duì)0.5m×0.5m的最小校準(zhǔn)區(qū)域,柵格4個(gè)頂點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)幅值在標(biāo)稱值的-0dB~+6dB范圍內(nèi),即認(rèn)為該場(chǎng)是均勻的;對(duì)于大于0.5m×0.5m的校準(zhǔn)區(qū)域,柵格75%的校準(zhǔn)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)幅值在標(biāo)稱值得-0dB~+6dB范圍內(nèi),認(rèn)為該場(chǎng)是均勻的。若在試驗(yàn)頻率的最大3%范圍內(nèi)不滿足6dB判據(jù),但至少在-0dB~+10dB容差內(nèi)即可認(rèn)為已滿足校準(zhǔn)要求,有爭(zhēng)議時(shí)優(yōu)先考慮-0dB~+6dB。
1.3 場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)方法
場(chǎng)強(qiáng)校準(zhǔn)必須用未調(diào)制的信號(hào)分別對(duì)水平和垂直極化進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)Ec應(yīng)至少是給EUT施加的試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)Et的1.8倍,以檢驗(yàn)并確保試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)被調(diào)制擴(kuò)大了1.8倍后,放大器仍能正常工作。場(chǎng)校準(zhǔn)有恒定場(chǎng)強(qiáng)法和恒定功率法,下面以1.5m×1.5m校準(zhǔn)平面(如圖2)為例對(duì)這兩種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹和對(duì)比。
它們都是用校準(zhǔn)過的場(chǎng)強(qiáng)探頭置于16個(gè)柵格點(diǎn)的任一點(diǎn)從下限頻率開始,調(diào)節(jié)天線正向功率,使場(chǎng)強(qiáng)等于所需校準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)Ec,記錄正向功率及場(chǎng)強(qiáng)。以當(dāng)前頻率的1%為最大增量來增加頻率。
不同之處在于恒定場(chǎng)強(qiáng)法對(duì)每個(gè)點(diǎn)施加相同的場(chǎng)強(qiáng)Ec,記錄正向功率讀數(shù),最后在每一頻率點(diǎn)將16個(gè)點(diǎn)正向功率按升序排列,至少有12個(gè)點(diǎn)的讀數(shù)在6dB范圍內(nèi),則記錄這些讀數(shù)的最大正向功率值。而恒定功率法是對(duì)其余各點(diǎn)施加初始位置記錄的正向功率,記錄場(chǎng)強(qiáng)值,最后在每個(gè)頻率點(diǎn)將16個(gè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)讀數(shù)按升序排列。如果至少有12個(gè)點(diǎn)的讀數(shù)在6dB范圍內(nèi),則從這些讀數(shù)中選擇最小場(chǎng)強(qiáng)的點(diǎn)作為參考點(diǎn),計(jì)算出該參考點(diǎn)達(dá)到校準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)Ec所需的正向功率值。
2 場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)窗口的選擇及驗(yàn)證
2.1 IEC 61000-4-3:2010校準(zhǔn)窗口說明
IEC 61000-4-3:2010與GB/T17626.3-2006相比,新增了對(duì)1GHz以下和超過1GHz的場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)窗口的詳細(xì)說明,如表1所示。
2.2 不同校準(zhǔn)窗口的場(chǎng)均勻性驗(yàn)證
由于校準(zhǔn)窗口大小尺寸組合較多,限于篇幅該文不予一一驗(yàn)證,這里只選擇0.5m×0.5m和1.5m×1.5m兩個(gè)典型窗口進(jìn)行校準(zhǔn)驗(yàn)證并對(duì)比分析。為方便觀察和試驗(yàn)這里設(shè)定校準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)為Ec=10V/m,試驗(yàn)頻率為80MHz~1GHz,另外現(xiàn)有發(fā)射天線為高增益對(duì)數(shù)周期天線,1kW功率發(fā)生器,9kHz~6GHz的信號(hào)發(fā)生器。由經(jīng)驗(yàn)知天線水平極化校準(zhǔn)的場(chǎng)強(qiáng)均勻性整體上優(yōu)于垂直極化方向,所以下面不再對(duì)水平極化進(jìn)行討論,僅以垂直極化作為代表,按照2.3中的方法對(duì)不同尺寸窗口的場(chǎng)均勻性進(jìn)行校準(zhǔn)分析。
2.2.1 校準(zhǔn)0.5m×0.5m窗口
如圖2所示,以2、3、7、6為四個(gè)頂點(diǎn)的正方形區(qū)域作為0.5m×0.5m校準(zhǔn)窗口進(jìn)行校準(zhǔn),窗口中心A點(diǎn)距離參考地面高度為H4=0.8+0.5/2=1.05(m),天線中心高度也為1.05m,正對(duì)窗口中心,天線與窗口之間距離為3m。
校準(zhǔn)后得到4個(gè)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)如圖3所示,由圖中可以看出各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都在10V/m以上,根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)最大場(chǎng)強(qiáng)為18.38V/m,出現(xiàn)在點(diǎn)2位置?,F(xiàn)對(duì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,將每個(gè)頻率上4個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與標(biāo)稱值的最大差值用dB來表示,繪制場(chǎng)強(qiáng)差值分布圖,如圖4所示。根據(jù)圖4可以得出結(jié)論,在0.5m×0.5m的校準(zhǔn)區(qū)域,柵格4個(gè)頂點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)幅值均在標(biāo)稱值的-0dB~+6dB范圍內(nèi),即認(rèn)為該場(chǎng)是均勻的。
2.2.2 校準(zhǔn)1.5m×1.5m窗口
如圖2所示,以1、4、16、13為四個(gè)頂點(diǎn)的正方形區(qū)域作為1.5m×1.5m校準(zhǔn)窗口進(jìn)行校準(zhǔn),窗口中心距離參考地面高度為H4=0.8+1.5/2=1.55(m),天線中心高度也為1.55m,正對(duì)窗口中心,天線與窗口之間距離為3m。
校準(zhǔn)后得到16個(gè)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)如圖5所示,由圖中可以看出有些點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)在10V/m以下,有些點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)超過30V/m。按照該文2.3中的方法,繪制場(chǎng)強(qiáng)差值分布圖,如圖4所示,圖中下方曲線表示滿足校準(zhǔn)要求的12個(gè)點(diǎn)在各頻率點(diǎn)的最大場(chǎng)強(qiáng)差值,上方曲線表示16個(gè)點(diǎn)在各頻率點(diǎn)的最大場(chǎng)強(qiáng)差值。根據(jù)圖6可以得出結(jié)論,在1.5m×1.5m的校準(zhǔn)區(qū)域,柵格16個(gè)頂點(diǎn)中75%的校準(zhǔn)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)幅值在標(biāo)稱值得-0dB~+6dB范圍內(nèi),即認(rèn)為該場(chǎng)是均勻的。
2.2.3 不同校準(zhǔn)窗口場(chǎng)均勻性對(duì)比
由圖3和圖5可以清楚的看到0.5m×0.5m窗口和1.5m×1.5m窗口在各自的校準(zhǔn)點(diǎn)上場(chǎng)強(qiáng)有明顯的差異,小窗口的場(chǎng)強(qiáng)均在10V/m以上最大不超過19V/m,大窗口的場(chǎng)強(qiáng)差異性較大,最小的場(chǎng)強(qiáng)低至7.76V/m,最大的場(chǎng)強(qiáng)超過30V/m。這一點(diǎn)從圖4和圖6的場(chǎng)強(qiáng)差值分布中也可以看到,小窗口校準(zhǔn)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)與標(biāo)稱值差值均在6dB限值內(nèi)并有一定的裕量,大窗口校準(zhǔn)點(diǎn)中12個(gè)在6dB限值內(nèi),16點(diǎn)最大的差值接近10dB。所以單從校準(zhǔn)點(diǎn)來看,小窗口的場(chǎng)均勻性要優(yōu)于大窗口。
那么這兩個(gè)窗口在非校準(zhǔn)點(diǎn)上的場(chǎng)強(qiáng)差異到底有多大呢?這里我們?nèi)砸晕凑{(diào)制的信號(hào)對(duì)均勻域施加10V/m的場(chǎng)強(qiáng),選取小窗口的中心點(diǎn)A和大窗口的中心點(diǎn)B為代表(如圖2所示)進(jìn)行試驗(yàn)。現(xiàn)分別用場(chǎng)強(qiáng)探頭測(cè)試小窗口均勻場(chǎng)在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)和大窗口均勻場(chǎng)在A、B兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng),并繪制圖7進(jìn)行對(duì)比。
由圖7可以看到小窗口均勻場(chǎng)在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)基本上在10~14V/m范圍內(nèi),而大窗口均勻場(chǎng)在A、B兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)很多頻段上都較大地偏離了標(biāo)稱值,最大場(chǎng)強(qiáng)超過20V/m。在日常對(duì)EUT的測(cè)試中考慮到信號(hào)80%的調(diào)幅,這種偏離將會(huì)更大,必然影響到對(duì)EUT實(shí)際性能的判定。因此,總體上來說小窗口的場(chǎng)均勻性要優(yōu)于大窗口。
3 結(jié)語
IEC 61000-4-3:2010與GB/T17626.3-2006相比在校準(zhǔn)窗口的內(nèi)容上做了更詳細(xì)的說明,可見標(biāo)準(zhǔn)的制定者也考慮到選擇合適的窗口在場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)中的重要性。
根據(jù)文中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析來看,筆者建議按照EUT的尺寸來選擇校準(zhǔn)窗口的大小,在窗口覆蓋EUT的前提下盡量選擇較小的尺寸,這樣不僅更好地保證了試驗(yàn)的有效性和重復(fù)性,而且還提高了場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)的效率。例如日常試驗(yàn)中大部分EUT尺寸比較小,就可以選擇0.5m×0.5m的試驗(yàn)窗口。但如果EUT的尺寸比較大,根據(jù)天線性能窗口無法覆蓋它,則建議采用部分照射法,選擇1.5m×1.5m甚至更大的窗口進(jìn)行試驗(yàn)。另外考慮到試驗(yàn)場(chǎng)地的差異、吸波材料的性能、天線的性能、功率放大器的性能、EUT及其布線的特殊性等等因素,場(chǎng)均勻性校準(zhǔn)窗口的選擇有一定的靈活性,試驗(yàn)人員也要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。
參考文獻(xiàn)
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級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:北大期刊
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榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
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