详解电磁环境与电磁兼容区别与特性

一、引言

随着科学技术的发展，人类生活质量日益提高。信息化、自动化快速地进入普通家庭、家庭使用的电子、电气设备愈来愈多，导致电磁环境日益恶化。所谓电磁环境(Electromagnetic Environment)，就是指在传输媒质是泛指种类传输线、缆和空间传输媒质。电磁场或电信号包括各种类型的电信号、电磁波。频率从接近直流、低频直到微波、毫米波、亚毫米波；信号的形式各种各样，有脉冲式的，也有连结波。有的还被各种调制方式所调制。这些电磁波和电信号是由成千上万，甚至几百万信号源所产生的。辐射源的类型多，而且复杂多变。信号密度可以超过每秒百万脉冲。这些电磁信号，可以对人类的身体直接产生影响，产生所谓电磁波生物效应。也可以对各种电器、电子设备的工作产生影响，使其工作性能降低，甚至破坏其正常工作。

二、电磁干扰的频谱分布

信息化社会的电磁环境异常复杂，而且愈来愈复杂。电磁干扰分布在整个电磁波频谱。如果按最常见的干扰的频谱来划分，则可粗略分为以下几个频段：

1. 工频干扰：频率50～60Hz左右，主要是输、配电系统以及电力牵引系统所产生的电磁场辐射;

2. 甚低频干扰：30KHz以下的干扰辐射、雷电、核爆炸以及地震所产生的电磁脉冲，其能量主要分布在这一频段;

3. 长波信号干扰：频率范围10KHz～300KHz。包括高压直流输电谐波干扰、交流输电谐波干扰及交流电气铁道的谐波干扰等;

4. 射频、视频干扰：频谱在300KHz～300MHz。工业医疗设备(ISM)、输电线电晕放电、高压设备和电力牵引系统的火花放电以及内燃机、电动机、家用电器、照明电器等都在此范围;

5. 微波干扰：频率从300MHz~300KHz，包括高频、超高频、极高频干扰;

6. 核电磁脉冲干扰：频率由KHz直到接近直流，范围很宽。

三、有意电磁干扰(Intentional Electromagnetic Interference, IEMI)

近年来，出现有意电磁干扰(IEMI)这个名词。它指的是恐怖分子、犯罪分子，以及黑客为破坏电子和电器设备的正常运行而释放的各类电磁干扰。黑客的活动和可能有些不同，但是造成的后果是一样的。最近，科技界非常重视研究和评估有意电磁干扰对人类生活的威胁。

1999年2月，在苏黎世电磁兼容会议上，举行了一次关于IEMI的专题研讨会。大家同意将IEMI定义为：为了恐怖和犯罪的目的，恶意的制造电磁能量，对电器和电子系统和设备产生噪声和信号，因而扰乱、中断、或者破坏这些系统和设备。在这个定义中没有明确提及黑客，但在在大多数国家，为了商业利益而对“娱乐”系统的攻击，都是非法的。

IEMI的威胁是确实存在的。恐怖活动对世界的威胁正在增加，IEMI是一种新的恐怖手段。可以隐蔽的、穿过许多物理障碍(如墙壁、国界等)实施攻击。我国的卫星电视广播几次受到干扰、插播，就是属于IEMI。

四、IEMI的一般特性

从信号类型来看，电磁环境的电磁干扰可以分为有两大类，一是宽频带的，一是窄频带的。从能量传输的方式来看，也有两种方式，一是辐射式的，另外一种是传导型的。窄频带攻击信号波形差不多是单一频率(一般相对于中心频率的频带宽度小于1%)，在一定的时间(一般是微秒的量级)间隔内辐射。最有可能受到影响的设备频率大致在0.3~3GHz之间。当然，在这个频率范围之外的设备工作性能也可以遭到影响，特别是有谐振的系统。这类电磁辐射也可能有调制。一般称这种辐射为大功率微波辐射(HPM)。这个名词也包括微波以外的辐射。

宽频带发射一般是时域上的脉冲，并且是重复式的。宽带辐射的能量分布在一个很宽广的频带上。例如，超带宽脉冲(UWB)，一般上升时间为0.1纳秒，下降时间在1纳秒左右。因此能量分布在一个非常宽广的频谱上。

窄频带干扰信号的能量集中在单一的频率，很容易产生出每米几百千伏的场强。可以对设备造成永久性的破坏。相反，宽带电磁干扰的能量分布在各个频率，所以场强相对较弱。正是因为它的能量分布在许多频率上，对一个系统来说，许多频率都可能受到影响，而且这种干扰多半是重复式的，持续几秒钟，甚至上几分钟，增加了设备受害的可能性。

以上的干扰，和电磁兼容所处理的其他干扰一样，可以通过辐射方式进入电子设备，也可以通过导线和电缆进入设备。对于辐射干扰，似乎是高于100MHz的频率的辐射最受到人们的关注。这种辐射很容易穿透没有设防的墙壁，进入建筑物内部，耦合到机器设备。而且这个频段的天线可以做的很校按照IEC标准61000-4-3所做的测试表明，一般的商用设备，在场强3~10V/m(80MHz~2.5GHz)时，就很容易受到影响。当然，设备的程式不同，受干扰的程度也不一样。

对于宽频带辐射，