4.20.2  美国和世界其他国家应对辐射EMI的措施和标准

4.20.2 美国和世界其他国家应对辐射EMI的措施和标准

最大发射级别由民间机构和军队组织共同制定。民用是用于保障广播,而军用是用于保证重要无线电通信、导航系统信号的良好接收。特殊的一类问题,如机密数据可能被非授权接收窃听的问题,这不仅是军方/政府所关心的国家安全问题,而且也是商业/工业敏感和机密数据的保护问题。

1.世界民用标准

一般来说,最大发射电平是由国际委员会制定的。很多时候,像美国、德国或荷兰等国家在某些限制分类上是发起者和主要制定者。但为了避免在国家之间出现各种不同的规定,仍然需要一个国际委员会发布各国一致能接受的限制标准,并建立EMI发射的测试方案。一旦限制标准生效,都会转变为各国的国家标准,也可能成为强制性的国家法律规定。美国在1980年以后以及欧盟已经发布欧洲的限制标准。不同国家的规定可能略有出入,每个国家都有相应的特殊政策来确保制造商或销售商的产品符合发射限制。

一般来说,标准主要考虑两种类别的潜在的干扰信号:

①有意高频源发出的射频信号。如高频工业设备、烤箱、焊接、振荡器、数字计算设备以及任何有意产生高频信号,但未获批准的发射机设备。通常,这些设备发出的频谱包含了一系列离散、稳定的谱线(窄带频谱)。

②无意高频源,如电动机、荧光灯、调光器、汽车点火系统以及其他可能偶尔产生射频能量的设备。这些设备的频谱通常是密集的、一系列的随机或相关的频率(宽带频谱)。

伴随技术的不断进步,大量细化的国际电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)标准不断涌现。这些标准日新月异。

2.FCC发射标准

美国,国会授权给联邦通信委员会FCC(Federal Communication Commission)来管理民用无线和有线通信。包括发布和执行EMI规则。分类如下:

1)FCC15部分:限制射频设备。这是应用最广泛的FCC EMI标准。它涵盖了数字计算机设备加上车库门的启闭、无线电控制玩具、无绳电话和其他低功率发射机。对于计算机,FCC15部分下B类考虑了两种潜在的干扰。

①A类数字设备只能在工业和商业区使用。对于这类设备,认可制造商自己的质量认证。

②B类数字设备能够在住宅区使用。由于可能与收音机或电视机距离较近。因此B类限制比A类要严格10dB左右,必须通过正式的测试程序。制造商的产品必须在有质检资质(FCC)的实验室进行测试。

制造商可以有以下两种选择:

合格声明,根据FCC要求,测试报告必须以电子文档形式保存,可供随时调用;

FCC认证,制造商发送测试报告,申请FCC认证标签和协议号,以此证明其产品符合标准。

2)FCC18部分:工业、科学和医疗设备。这部分规范,除无线电和电信外,其他有意产生射频能量的设备和器件的发射:包括加热、电离、超声处理、医疗处理和诊断设备等。这些设备在分配的工作频率上没有发射限制,但在其余的频谱上要严格限制其发射。

3.相互认可协议MRA(Mutual Recoghition Agreement)

为了消除贸易壁垒并遵守世界贸易组织(WTO)章程,FCC和欧洲CENELEC在1997年签署了一项协议,规定在美国由FCC批准的实验室所做出的EMC质量测试结果,将被欧洲国家认可,反之亦然,因此,美国制造商和EMC实验室可以在美国测试和批准,设备即可出口到欧洲。

4.美国政府标准(非军方)

很多工业和专业团体都没有被FCC规则覆盖到,所以他们在需要较为严格限制的领域发布了发射标准。

(1)医疗设备的FDA标准

由美国食品及药物管理局(MDS-201-0004号)文件发布。所设限制用于控制医疗电子中的发射和敏感度。这种限制特别重要,因为在医院的干扰可能直接威胁到一个人的生命。发射级别限定在MIL-STD-461标准范围内。1995年,由于该标准发射限制过于苛刻难于达到,而且要求增加昂贵的硬件,已经逐渐被IEC601-1-2国际标准所取代,该标准的发射限制就是工业、科学和医疗设备中的发射限制。

(2)NACIM5100

更为被大众所熟知的名称是TEMPEST。这是一项机密标准,应用于政府机构电子处理、操作和发射,确保机密信息不被非授权接收机截获。为了确保在低发射级别上,清晰、未被加密的数据不被探测到,需要特殊的测量技术和限制。这些技术和限制对外是保密的。

(3)SAE标准

汽车工程师协会,针对很多工程行为发布了几个EMI发射标准。如SAEJ551:汽车及其相关设备的辐射EMI标准。SAEJ181:发射级别和测量方法标准。

(4)RTCA标准

航空无线电技术委员会发布了一系列针对民用航空器的严格标准。环境效应在DO160中规定,EMI发射在21部分规定。发射限制与MIL-STD-461/RE01,02,03中的规定相当,尽管通常没有那么严格,C和D修订板与MIL-STD-461的标准体系一样,对于窄带/宽带都使用同一种限制。

5.军方发射标准

军方的EMI控制方法结构完善、执行严厉、测试严密的典范。应用最为普遍的EMC军方标准是MIL-STD-461以及它用于描述测试方案的上级标准MIL-STD-462。大体树形组织结构如图4-16所示。

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图4-16 MIL-STD-461树形结构图,框内表示辐射发射

该文件可应用于三军(海、陆、空),具有很高的通用性,还可以进行裁剪后应用于任何设备、部件或部分系统中。需要注意的是它并不能应用于一个完整的复杂系统,如防火系统、雷达警戒系统、车辆等。这些系统受限于其现场和运载的条件,由MIL-STD-464标准来规范。

由于MIL-STD-461广泛的适用性,已被美国以外的很多军事组织和一些非军事组织所认可。这些实体或多或少都移植了MIL461/462的体系构造。这些情况包括:英国(Def-Stan)、德国(VGxxx)、法国(GAM EG13)和很多其他国家。如北约EMC标准(STAN-AG)也应用了MIL461/462方法。

发射部分由图4-16树状图的左支表示,又被分成了两个小的分支:

①传导发射测试系列(CE);

②辐射发射测试系列(RE)。

STD-461被看作是所有可以进行的EMC测试时全部清单。但并不意味每一个军方可交付使用的产品都必须通过所有27项测试。

对于每个设备,必须写明测试方案,作为EMI控制方案的一部分。在产品使用方的监督下,要完成依据MIL-STD-461标准制订的测试方案大纲。根据设备自身的特性和安装区域的不同,标准中某些测试可以跳过不做。在标准要求的27项测试中,经常会出现只需要进行10或12项的情况。因此,对于声称“符合MIL-461标准”设备的可能的使用者,确切地确定产品实际上做了哪些测试是非常重要的。

在1993年,MIL-STD-461和462进行了重大修正,版本号也变成461-D和462-D。主要变化有:对于发射测试,取消了窄带和宽带的区别,代以在指定带宽中的单一限制标准。传导测试最多只到10MHz,而不是以前的50MHz,而且传导限制(CE102)规定为50μHLISN端口处电压,而不是“C”版本中的电流。尽管从一致性、清晰度和测试实践等许多方面讲,修正版“D”的制定中是一次进步,但在EMC保护的程度上,特别是模拟无线电接收机,某些改变却被抱怨为一种退步。同样地,某些规范和测试方案仍引用461C(1986年)。