微波炉EMC整改(一切准备就绪，排除任何干扰)

Posted 2023-05-26

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微波炉EMC整改(一切准备就绪，排除任何干扰)

无线电产品的数量早已超过地球上人口数量的许多倍，并还在持续快速的增长。大量电子产品的无干扰共存是人类面临的重要问题，只有采取针对性的电磁兼容 (EMC) 措施，才能保证心脏起搏器不会受到干扰，确保飞机将乘客平安送达目的地。

先让我们了解一下能量强大的电磁场力

目前已知的最严重的一次 EMC 事件发生在1859年，本来会引发全球性灾难，但却风静浪平，没有造成严重后果。这是因为会受到影响的电气设备在当时还未出现。但是，当时电报系统的反应却是一种警告，预示在高场强下电磁现象将迸发出强大的威力。电线杆火花四射，电报员触电而猛然从设备上弹开，电报纸燃烧，电报机打出无人发出的奇怪讯息。

据测算，这种超强电磁风暴大约每 500 年才会出现一次。专家确信，如果再出现一次和 1859 年一样强烈的太阳磁暴，人类社会所有高科技基础设施都将会受到灾难性影响。因为无法抵御自然灾害，过去100年来，人类普遍采取的做法是保护电气设备免受其他设备的干扰。鉴于无线网络无处不在，因此满足所有无线RF共存测试与测量，在未来将变得更加重要。

问题变得有声可循

人类社会在1900 年发现无线电，并迅速将其用于通信之前，没有任何感测系统可以使人类能够感知到电磁频谱的低频部分。在长达数十年的时间里，人们并不清楚电气设备（尤其是电机）产生多少电子烟雾，或其他问题。直到 20 世纪 20 年代出现无线电广播，并持续“监测”部分无线电频段，问题才逐渐显露。强烈的噪声严重影响了原本愉悦的收听乐趣。由此社会产生了对于多人共用一个电磁频谱，需要加以妥善管理的讨论和各种行动。

图1：20世纪20年代出现无线电广播，在对部分无线电频段持续监测时，问题才逐渐显露

1937 年，罗德与施瓦茨（以下简称“R&S公司”）推出第一台射频场强计。如此一来，电子制造商便能够提前在设备受到干扰的无线电频段中测量设备，并采取抗干扰对策。R&S公司不断研发并丰富着EMC 测试与测量产品组合。目前，这些产品组合可以满足工业和测试机构从天线到交钥匙测试系统的所有电磁兼容测量需求。无线服务持续繁荣，让 EMC 测试与测量设备也变得更加重要。

电磁波不分国界

让国际机构来负责制定技术保护建议，是一个必然而有远见的决策。国际无线电干扰特别委员会 (CISPR) 成立于 1934 年，是国际电工委员会 (IEC) 的下属委员会，也是发布电磁兼容标准的权威机构。欧洲电工标准化委员会 (CENELEC)、欧洲电信标准协会 (ETSI)、美国联邦通信委员会 (FCC) 和美国国家标准学会 (ANSI) 等其他委员会与 CISPR 相辅相成，确保不得销售未经监管部门批准的含电气元件的产品。这些非营利性公共服务组织的委员会吸引了所有市场参与者和国家指定机构委派的代表，所发布的建议通过法定决议而具有法律效力。作为领先的测试与测量设备制造商，R&S公司同样投身于标准化工作，因为如果不能以合理的成本通过测量来检查合规性，那么即使是最佳规则也将百无一用。

图 2 电子设备都有特点适用的EMC标准，含显示器。测试接收机在测量传导干扰，即设备通过电源线发出的干扰信号

在欧盟地区，产品上的 CE 标志表示其符合所有相关标准（包括 EMC 标准）的要求。这和美国的 FCC 合规性标签作用相当。但是，由于产品数量众多且相关成本高昂，无法正式批准每个产品，因此确保产品合规成为制造商的责任。制造商必须确保产品符合标准，违者严惩，一经发现，产品将被禁止销售。例如，几年前德国知名消费者组织商品检验基金会对电动自行车进行了一项测试并得到媒体的高度关注，因为测试证实一些自行车是干扰源。即使是现在，许多产品的 EMC 特性仍有不足之处。2019 年，德国联邦网络管理局的一项研究发现，21.5% 的被调查产品并不符合规定。

图 3: CISPR 11 标准定义为工业、科学、医疗和家庭产生高频能量的设备（如微波炉）的无线电干扰限值和测量程序

从麻烦问题到危险事故

EMC 标准旨在确保不应发出干扰信号的产品（例如电机或微波炉）符合要求，或者批准用于无线电或广播操作的产品（例如 WLAN 设备）符合应用标准的要求，并且不会中断服务或干扰其他无线服务。此外，所有产品必须不受规定限值范围内外部电磁干扰的影响。如果不符合这些条件，可能会产生麻烦问题，甚至造成重大事故。

德国 Tornado 飞机曾发生的坠毁事故，真实原因就在于当飞机从一台短波发射机上方低空飞过的时候，机载航空电子设备对发射机发出的强无线电信号做出了响应。据日本媒体报道，某工厂工业机器人曾受到工厂辐射发射的影响，突然在工人面前无规则移动，导致数人死亡。而我们生活中，各种小型事故也层出不穷，例如遥控无钥匙进入系统由于信号被同频电磁干扰掩盖而突然停止运作，导致驾驶员被锁在车外。

图 4: Tornado飞机曾发生坠毁事故，原因就在于当飞机从一台短波发射机上方低空飞过的时候，机载航空电子设备对发射机发出的强无线电信号做出了响应。

以车辆为试金石

受到干扰的无钥匙进入系统是个麻烦问题，但通常并不会带来危险。然而随着汽车产业的快速发展，汽车内部集成大量的电气和电子元件，并支持越来越多安全相关功能，这就要求所有车载系统的电磁兼容必须符合标准。一些 EMC 标准专门针对汽车电子行业（例如规定对电线相关干扰的抗扰度），旨在确保车辆的电磁兼容。其他法规同样适用于车辆中日渐增多的无线电设备。除了常规的 EMC 标准，各种无线通信服务的平和共存也变得日益重要，而这不仅限于车辆。Wi-Fi 和 Bluetooth® 等移动通信和短程技术，以及车辆中的 GPS、无线电、遥控功能和雷达，通常会集成在一个产品中，协同工作而不相互干扰是必须的。如果无线技术实施不当，有用信号很容易成为干扰信号。即使只是为了履行责任，供应商和车辆制造商也需要重视这个问题，并操作复杂的测试设施。

图 5: 车辆、飞机和直升机暴露在强磁场中，以测试对磁场的抗干扰能力

生命危在旦夕

在过去的几年中，对无线医疗应用的需求显著增长，例如远程患者监护、实时诊断分析、智能手术系统和植入式传感器。虽然无线产品给最终用户带来了许多益处，但也给设计者带来了诸多挑战。而EMC 是其中最严重的挑战之一，因为设备或植入物需要可靠运行，才能保障人员生命和健康。

医疗行业曾发生过许多事故。当时医疗行业尚未要求必须审慎考虑无线电信号，因此早期的心脏起搏器对外部干扰就非常敏感，有时会漏拍。任天堂在 DS 游戏机的安全使用说明中明确指出：在启用无线功能时，游戏机与装有心脏起搏器的人应保持至少 9 英寸的距离。无论早前，还是现在，都有类似的对移动电话与医疗器械必须保持安全距离的建议。虽然现代植入物被视为可抵抗此类干扰，特别是考虑到目前的制造商已具有危险意识，但在产品开发中仍须相当谨慎。正是出于这一充分理由，美国食品药品管理局保留批准含无线接口的医疗器械的权利，而这通常由 FCC 负责。医疗器械制造商必须详细展示如何应对潜在危害，以及已使用哪些测试方法来证明设备的电磁兼容。如果创新设备尚无任何适用标准，制造商必须主动确保设备可以在预期应用领域内不受干扰地运行，必要时必须制定合适的测试方法。今天，R&S公司的 EMC 专家正在与全球权威测试机构合作，联手为众多医疗设备制造商开发面向下一代医疗产品的EMC测试与测量方法和程序。

医院（尤其是重症监护室）必须能够依赖患者护理和监护设备的抗干扰性。出于安全原因，医院通常会彻底禁止在手术室使用移动通信设备。此外，由于数据传输方式正由有线连接转向 Bluetooth® 等无线连接，越来越多的医疗器械也会发出无线电信号。远程医疗依赖于R&S公司的各种集成式测试解决方案，不仅重视被测设备的 EMC 和共存能力，还关注设备的功能性参数（无线电和数据性能）。这些方案可以快速地测试日益复杂的技术，并降低了成本。

图 6: 远程医疗越来越依赖于低延迟 5G 移动网络来实现实时应用

保护我们的数字生活方式

自世纪之交以来，无线电产品的数量呈爆炸式增长，远远超过了地球上的人口数量。智能的云服务和无线服务正渗透到生活的各个方面。在可预见的未来，无线家庭网络成为主流趋势，车路协同需要在限制的条件下利用有限的频谱资源。标准定义了技术可以运行的频率范围，但只有使用特殊的测试与测量设备，才能验证设备是否正常。

图 7: R&S公司的产品和解决方案满足工业和测试机构从天线到交钥匙测试系统的所有电磁兼容测量需求