為什么EMC測(cè)試與測(cè)量設(shè)備變得更加重要

無線電產(chǎn)品的數(shù)量早已超過地球上人口數(shù)量的許多倍，并還在持續(xù)快速的增長。大量電子產(chǎn)品的無干擾共存是人類面臨的重要問題，只有采取針對(duì)性的電磁兼容 (EMC) 措施，才能保證心臟起搏器不會(huì)受到干擾，確保飛機(jī)將乘客平安送達(dá)目的地。

先讓我們了解一下能量強(qiáng)大的電磁場力

目前已知的最嚴(yán)重的一次 EMC 事件發(fā)生在1859年，本來會(huì)引發(fā)全球性災(zāi)難，但卻風(fēng)靜浪平，沒有造成嚴(yán)重后果。這是因?yàn)闀?huì)受到影響的電氣設(shè)備在當(dāng)時(shí)還未出現(xiàn)。但是，當(dāng)時(shí)電報(bào)系統(tǒng)的反應(yīng)卻是一種警告，預(yù)示在高場強(qiáng)下電磁現(xiàn)象將迸發(fā)出強(qiáng)大的威力。電線桿火花四射，電報(bào)員觸電而猛然從設(shè)備上彈開，電報(bào)紙燃燒，電報(bào)機(jī)打出無人發(fā)出的奇怪訊息。

據(jù)測(cè)算，這種超強(qiáng)電磁風(fēng)暴大約每 500 年才會(huì)出現(xiàn)一次。專家確信，如果再出現(xiàn)一次和 1859 年一樣強(qiáng)烈的太陽磁暴，人類社會(huì)所有高科技基礎(chǔ)設(shè)施都將會(huì)受到災(zāi)難性影響。因?yàn)闊o法抵御自然災(zāi)害，過去100年來，人類普遍采取的做法是保護(hù)電氣設(shè)備免受其他設(shè)備的干擾。鑒于無線網(wǎng)絡(luò)無處不在，因此滿足所有無線RF共存測(cè)試與測(cè)量，在未來將變得更加重要。

問題變得有聲可循

人類社會(huì)在1900 年發(fā)現(xiàn)無線電，并迅速將其用于通信之前，沒有任何感測(cè)系統(tǒng)可以使人類能夠感知到電磁頻譜的低頻部分。在長達(dá)數(shù)十年的時(shí)間里，人們并不清楚電氣設(shè)備（尤其是電機(jī)）產(chǎn)生多少電子煙霧，或其他問題。直到 20 世紀(jì) 20 年代出現(xiàn)無線電廣播，并持續(xù)“監(jiān)測(cè)”部分無線電頻段，問題才逐漸顯露。強(qiáng)烈的噪聲嚴(yán)重影響了原本愉悅的收聽樂趣。由此社會(huì)產(chǎn)生了對(duì)于多人共用一個(gè)電磁頻譜，需要加以妥善管理的討論和各種行動(dòng)。

1937 年，羅德與施瓦茨（以下簡稱“R&S公司”）推出第一臺(tái)射頻場強(qiáng)計(jì)。如此一來，電子制造商便能夠提前在設(shè)備受到干擾的無線電頻段中測(cè)量設(shè)備，并采取抗干擾對(duì)策。R&S公司不斷研發(fā)并豐富著EMC 測(cè)試與測(cè)量產(chǎn)品組合。目前，這些產(chǎn)品組合可以滿足工業(yè)和測(cè)試機(jī)構(gòu)從天線到交鑰匙測(cè)試系統(tǒng)的所有電磁兼容測(cè)量需求。無線服務(wù)持續(xù)繁榮，讓 EMC 測(cè)試與測(cè)量設(shè)備也變得更加重要。

電磁波不分國界

讓國際機(jī)構(gòu)來負(fù)責(zé)制定技術(shù)保護(hù)建議，是一個(gè)必然而有遠(yuǎn)見的決策。國際無線電干擾特別委員會(huì) (CISPR) 成立于 1934 年，是國際電工委員會(huì) (IEC) 的下屬委員會(huì)，也是發(fā)布電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威機(jī)構(gòu)。歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì) (CENELEC)、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) (ETSI)、美國聯(lián)邦通信委員會(huì) (FCC) 和美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì) (ANSI) 等其他委員會(huì)與 CISPR 相輔相成，確保不得銷售未經(jīng)監(jiān)管部門批準(zhǔn)的含電氣元件的產(chǎn)品。這些非營利性公共服務(wù)組織的委員會(huì)吸引了所有市場參與者和國家指定機(jī)構(gòu)委派的代表，所發(fā)布的建議通過法定決議而具有法律效力。作為領(lǐng)先的測(cè)試與測(cè)量設(shè)備制造商，R&S公司同樣投身于標(biāo)準(zhǔn)化工作，因?yàn)槿绻荒芤院侠淼某杀就ㄟ^測(cè)量來檢查合規(guī)性，那么即使是最佳規(guī)則也將百無一用。

在歐盟地區(qū)，產(chǎn)品上的 CE 標(biāo)志表示其符合所有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（包括 EMC 標(biāo)準(zhǔn)）的要求。這和美國的 FCC 合規(guī)性標(biāo)簽作用相當(dāng)。但是，由于產(chǎn)品數(shù)量眾多且相關(guān)成本高昂，無法正式批準(zhǔn)每個(gè)產(chǎn)品，因此確保產(chǎn)品合規(guī)成為制造商的責(zé)任。制造商必須確保產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)，違者嚴(yán)懲，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品將被禁止銷售。例如，幾年前德國知名消費(fèi)者組織商品檢驗(yàn)基金會(huì)對(duì)電動(dòng)自行車進(jìn)行了一項(xiàng)測(cè)試并得到媒體的高度關(guān)注，因?yàn)闇y(cè)試證實(shí)一些自行車是干擾源。即使是現(xiàn)在，許多產(chǎn)品的 EMC 特性仍有不足之處。2019 年，德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)管理局的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，21.5% 的被調(diào)查產(chǎn)品并不符合規(guī)定。

從麻煩問題到危險(xiǎn)事故

EMC 標(biāo)準(zhǔn)旨在確保不應(yīng)發(fā)出干擾信號(hào)的產(chǎn)品（例如電機(jī)或微波爐）符合要求，或者批準(zhǔn)用于無線電或廣播操作的產(chǎn)品（例如 WLAN 設(shè)備）符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且不會(huì)中斷服務(wù)或干擾其他無線服務(wù)。此外，所有產(chǎn)品必須不受規(guī)定限值范圍內(nèi)外部電磁干擾的影響。如果不符合這些條件，可能會(huì)產(chǎn)生麻煩問題，甚至造成重大事故。

德國 Tornado 飛機(jī)曾發(fā)生的墜毀事故，真實(shí)原因就在于當(dāng)飛機(jī)從一臺(tái)短波發(fā)射機(jī)上方低空飛過的時(shí)候，機(jī)載航空電子設(shè)備對(duì)發(fā)射機(jī)發(fā)出的強(qiáng)無線電信號(hào)做出了響應(yīng)。據(jù)日本媒體報(bào)道，某工廠工業(yè)機(jī)器人曾受到工廠輻射發(fā)射的影響，突然在工人面前無規(guī)則移動(dòng)，導(dǎo)致數(shù)人死亡。而我們生活中，各種小型事故也層出不窮，例如遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)由于信號(hào)被同頻電磁干擾掩蓋而突然停止運(yùn)作，導(dǎo)致駕駛員被鎖在車外。

以車輛為試金石

受到干擾的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)是個(gè)麻煩問題，但通常并不會(huì)帶來危險(xiǎn)。然而隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，汽車內(nèi)部集成大量的電氣和電子元件，并支持越來越多安全相關(guān)功能，這就要求所有車載系統(tǒng)的電磁兼容必須符合標(biāo)準(zhǔn)。一些 EMC 標(biāo)準(zhǔn)專門針對(duì)汽車電子行業(yè)（例如規(guī)定對(duì)電線相關(guān)干擾的抗擾度），旨在確保車輛的電磁兼容。其他法規(guī)同樣適用于車輛中日漸增多的無線電設(shè)備。除了常規(guī)的 EMC 標(biāo)準(zhǔn)，各種無線通信服務(wù)的平和共存也變得日益重要，而這不僅限于車輛。Wi-Fi 和 Bluetooth 等移動(dòng)通信和短程技術(shù)，以及車輛中的 GPS、無線電、遙控功能和雷達(dá)，通常會(huì)集成在一個(gè)產(chǎn)品中，協(xié)同工作而不相互干擾是必須的。如果無線技術(shù)實(shí)施不當(dāng)，有用信號(hào)很容易成為干擾信號(hào)。即使只是為了履行責(zé)任，供應(yīng)商和車輛制造商也需要重視這個(gè)問題，并操作復(fù)雜的測(cè)試設(shè)施。

生命危在旦夕

在過去的幾年中，對(duì)無線醫(yī)療應(yīng)用的需求顯著增長，例如遠(yuǎn)程患者監(jiān)護(hù)、實(shí)時(shí)診斷分析、智能手術(shù)系統(tǒng)和植入式傳感器。雖然無線產(chǎn)品給最終用戶帶來了許多益處，但也給設(shè)計(jì)者帶來了諸多挑戰(zhàn)。而EMC 是其中最嚴(yán)重的挑戰(zhàn)之一，因?yàn)樵O(shè)備或植入物需要可靠運(yùn)行，才能保障人員生命和健康。

醫(yī)療行業(yè)曾發(fā)生過許多事故。當(dāng)時(shí)醫(yī)療行業(yè)尚未要求必須審慎考慮無線電信號(hào)，因此早期的心臟起搏器對(duì)外部干擾就非常敏感，有時(shí)會(huì)漏拍。任天堂在 DS 游戲機(jī)的安全使用說明中明確指出：在啟用無線功能時(shí)，游戲機(jī)與裝有心臟起搏器的人應(yīng)保持至少 9 英寸的距離。無論早前，還是現(xiàn)在，都有類似的對(duì)移動(dòng)電話與醫(yī)療器械必須保持安全距離的建議。雖然現(xiàn)代植入物被視為可抵抗此類干擾，特別是考慮到目前的制造商已具有危險(xiǎn)意識(shí)，但在產(chǎn)品開發(fā)中仍須相當(dāng)謹(jǐn)慎。正是出于這一充分理由，美國食品藥品管理局保留批準(zhǔn)含無線接口的醫(yī)療器械的權(quán)利，而這通常由 FCC 負(fù)責(zé)。醫(yī)療器械制造商必須詳細(xì)展示如何應(yīng)對(duì)潛在危害，以及已使用哪些測(cè)試方法來證明設(shè)備的電磁兼容。如果創(chuàng)新設(shè)備尚無任何適用標(biāo)準(zhǔn)，制造商必須主動(dòng)確保設(shè)備可以在預(yù)期應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)不受干擾地運(yùn)行，必要時(shí)必須制定合適的測(cè)試方法。今天，R&S公司的 EMC 專家正在與全球權(quán)威測(cè)試機(jī)構(gòu)合作，聯(lián)手為眾多醫(yī)療設(shè)備制造商開發(fā)面向下一代醫(yī)療產(chǎn)品的EMC測(cè)試與測(cè)量方法和程序。

醫(yī)院（尤其是重癥監(jiān)護(hù)室）必須能夠依賴患者護(hù)理和監(jiān)護(hù)設(shè)備的抗干擾性。出于安全原因，醫(yī)院通常會(huì)徹底禁止在手術(shù)室使用移動(dòng)通信設(shè)備。此外，由于數(shù)據(jù)傳輸方式正由有線連接轉(zhuǎn)向 Bluetooth 等無線連接，越來越多的醫(yī)療器械也會(huì)發(fā)出無線電信號(hào)。遠(yuǎn)程醫(yī)療依賴于R&S公司的各種集成式測(cè)試解決方案，不僅重視被測(cè)設(shè)備的 EMC 和共存能力，還關(guān)注設(shè)備的功能性參數(shù)（無線電和數(shù)據(jù)性能）。這些方案可以快速地測(cè)試日益復(fù)雜的技術(shù)，并降低了成本。

保護(hù)我們的數(shù)字生活方式

自世紀(jì)之交以來，無線電產(chǎn)品的數(shù)量呈爆炸式增長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了地球上的人口數(shù)量。智能的云服務(wù)和無線服務(wù)正滲透到生活的各個(gè)方面。在可預(yù)見的未來，無線家庭網(wǎng)絡(luò)成為主流趨勢(shì)，車路協(xié)同需要在限制的條件下利用有限的頻譜資源。標(biāo)準(zhǔn)定義了技術(shù)可以運(yùn)行的頻率范圍，但只有使用特殊的測(cè)試與測(cè)量設(shè)備，才能驗(yàn)證設(shè)備是否正常。

R&S的測(cè)量儀器和系統(tǒng)

一直在不斷樹立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于羅德與施瓦茨

羅德與施瓦茨是測(cè)試與測(cè)量、系統(tǒng)與方案、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的領(lǐng)先供應(yīng)商。公司成立已超過85年，總部設(shè)在德國慕尼黑，在全球70多個(gè)國家設(shè)有子公司。作為一家獨(dú)立的科技集團(tuán)，羅德與施瓦茨創(chuàng)新性的產(chǎn)品和解決方案為全球工業(yè)及政府客戶提供了一個(gè)更安全與互聯(lián)的世界。截至2021年6月30日，羅德與施瓦茨公司在全球擁有約13000名員工。

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審核編輯:湯梓紅