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浅谈电磁干扰的危害
发表日期:2010-04-02 13:29:00 来源:《无线电》杂志 作者: 【 】 浏览:2247次 评论:0

李凯华

  在一百多年以前,人类一直生活在没有人造电磁辐射的自然环境中。那时,自然界产生的电磁辐射主要是太阳的光辐射、宇宙射线、地球磁场辐射和地球热辐射等。人类已经适应了这种天然的电磁环境。今天,多种多样的电气和电子设备已广泛应用于国民经济的各个方面,而且还在继续迅速地扩大和发展。与此同时,电磁干扰现象也随之增大并日趋严重,它不仅在通信领域中对信号的产生、传播和接收造成了极大的影响,而且给人类社会的生产与生活带来了不容忽视的危害。本文将浅显地向广大电子爱好者谈谈电磁干扰的危害,使读者重视电磁干扰造成的环境污染,自觉地维护电磁环境文明。
  一、 电磁干扰对人类社会的危害
  1?电磁干扰是无线电的大敌
  在50年代,一部50W的短波电台通信距离可达1000km;到了80年代,一部250W的短波电台通信距离一般小于500km。其根本原因是80年代电磁干扰比50年代增强了许多倍。现代社会日益增多的电磁干扰正在侵入地球空间的各个角落,像毒雾般污染无线电频谱资源。无线电通信首当其冲地受到电磁干扰的危害,受害规模越来越大。例如1998年2月12日晚,CCTV-1“焦点访谈”节目专门报导了电磁干扰妨碍民航春运事件:该年元月20日,由于大功率寻呼发射机干扰广州机场与飞行在航线上的飞机间的无线电通信联络指挥调度,危及飞行安全,不得不关闭一个繁忙扇面,使90多个航班不能正常运行,大批旅客滞留机场,给繁忙的春运造成损失。以上两例说明电磁干扰是无线电通信的大敌。
  2?电磁干扰刺激功率竞赛,加剧电磁污染
  无线电通信需要一定的信号噪声比,电磁干扰大,信噪比就会下降,使无线电通信距离变短。为保证一定的通信距离,只好增大发射机功率,以保证接收机所需要的信噪比。这就是80年代250W短波电台勉强完成50年代50W短波电台工作的原因。从表1可以看出,1980年电磁干扰场强比1950年大了700倍,难怪发射功率增大5倍还不行。地球上同时工作的发射机有数百万台,最大功率可达兆瓦级。发射机数目逐年增多,功率随之加大,电磁干扰场强也不断增大。面对这种状况,人类会不会陷入“发射机功率增大和数量增多→电磁干扰场强增大→信噪比下降→再次增大和增多发射机功率和数目”的恶性循环?这确实是一个值得注意的问题。电磁干扰危害的加剧,可能会刺激发射机功率和数目竞赛,复又导致更严重的电磁污染。
  3?电磁干扰日益社会化
  电磁干扰社会化趋势,给人民生活带来许多不便。例如,武汉天河机场未启用前,从南湖机场起飞或降落的飞机会对下面的电视机产生严重干扰。飞机起降时地处飞机下面的武昌城区电视图像抖动,几万户居民长期遭受电磁干扰之苦;又如新建居民小区或花园楼房安装了电子防盗报警系统,该系统开关电源产生的电磁干扰使附近休闲在家的人无法收听收音机。使用大功率无绳电话、手机、家用游戏机等能发射电磁波的电子装置时,电视屏幕上会出现讨厌的明暗条纹、雪花、闪烁和抖动;病房内使用手机很容易引起电子心脏起搏器停搏、输液泵电子开关误动作,中断病人输液等,直接危及病人的安全;根据国外文献报导,冬天使用电热毯的孕妇因受到电热毯的电磁辐射容易造成流产。电磁干扰日趋社会化,给人们的和平生活带来不安和危险。
  4?电磁干扰对人的制约与限制
  电磁干扰对人的制约与限制是在人类重大活动中显露出来的。例如,我国某海滨疗养地新建了一个电视转播台,由于该台对附近飞机场有严重干扰,尚未正式启用,就被责令拆毁;沿海某地新建海岸电台因对国际安全遇险系统有严重电磁干扰,不得不重新改建他处。这两个例子说明,重大工程项目建设前应考虑到电磁干扰问题。又如瑞典、美国曾出现过电磁干扰导致误关闭核电站事故。瑞典奥斯卡斯哈门的一座核电站,1998年曾因移动电话电磁辐射引起监视仪表混乱,误认为放射物质增多而自行停止运行。电磁干扰对军事行动的制约与限制早在60年代就已十分突出了。例如越战期间,美舰艇导弹处于战备状态或舰载飞机起飞着舰时,必须关闭某些搜索雷达和通信发射机,以避免电磁干扰危害导弹和飞机的安全。卫星通信安装到舰船上使用时往往必须关闭某些雷达,以避免雷达干扰卫星通信。
  5?一个值得编入中学课本的科普知识
  电磁干扰是无线电的孪生兄弟,人类发明了无线电它便诞生了。起初发现无线电频谱线上每一个频率只能供一个客户使用,如果在有限的空间内,两个以上客户同时使用一个频率,就会产生干扰。由于收信、发信均占有一定的带宽,这就增大了干扰机会并增添了谐波等干扰。电磁理论指出,一切用电设备在运转的过程中均会伴随着电磁现象发生,并以电磁场形式向四周传播。例如,日光灯开启瞬间,收音机会传出“喀,喀喀”声音。这是由于电灯开关和荧光灯起辉闪烁瞬间有电磁干扰辐射场产生,被收音机接收而发出声响。当今社会的生产与生活已经实现电子化、电气化和自动化,伴随产生的无用的电磁场就像烟雾一样笼罩着地球,无所不在,无处不有。因此,环保科学把电磁辐射列为继水污染、空气污染、噪声污染、环境污染之后的第五公害,称之为电磁污染。
  面对电磁干扰的挑战,每个公民都应熟习电磁干扰的产生、危害和预防,自觉维护电磁环境文明。电磁干扰不仅出现在大学讲台上,还应编入中学课本中,作为科普知识在社会上广泛开展宣传教育。
  二、 电磁干扰对电子装置造成的危害
  电磁干扰造成的各种损失是通过电子装置有效性能或技术指标下降来体现的。
  电子装置(设备)在电磁干扰作用下的表现是多种多样的,下面仅就常见的几种作简要介绍。
  1?降低技术性能指标
  (1) 话音系统
  无线和有线电话,受到电磁干扰会使信号发生畸变失真,严重时可完全被电磁干扰淹没。电磁干扰使语言清晰度变坏。表2给出了语言清晰度与干扰噪声电平的关系。显然,电磁干扰越强,信噪比越小,语言清晰度越差。
  (2) 图像显示系统
  雷达显示器、传真、电视、图示和字母数字读出器等图像显示系统,在电磁干扰作用下会变得模糊并出现差错。轻微干扰也会使图像质量变差、清晰度变低和误差变大。而出现严重干扰时则根本无法判读和观看。例如,一名技术熟练的雷达员,在显示器上进行目标测定时,轻微干扰可使该雷达员能够发现目标的最大距离缩短10%,严重电磁干扰将缩短25%。如果目标以超音速飞行,轻微干扰可使雷达员发现目标的最大距离缩短20%,严重干扰会缩短50%,这就意味着雷达作用的距离减半。
  (3) 数字系统
  电磁干扰使数字系统误码率增大,降低了信息的可靠性,严重时会发生错误和信息丢失。由于电磁干扰的存在,无线电通信误码率只能维持在10-5水平(一般数据传输误码率在10-7水平,电子计算机内总数据传输误码率在10-12水平)。例如,一个典型的相干检测二进制系统,载波噪声比和载波干扰比都是15dB时,误码率约为10-12。若载波噪声比下降3dB,误码率将会下降到10-8。
  (4) 指针式仪表系统
  传统电子设备和仪器仪表中有许多是指针式的。电磁干扰会使指针指示错误、抖动和乱摆,降低系统使用功能。例如,歼六飞机的无线电罗盘,由于电磁干扰使罗盘接收机输出噪声增加一倍时,不仅罗盘指针指示超差,而且罗盘作用距离也将缩短三分之一,直接危及飞机航行的安全。
  (5) 控制系统
  自动控制系统受到电磁干扰时,可能出现失控、误控或误动作,使控制系统的可靠性和有效性降低,并危及安全。控制系统中除灵敏电子设备、装置和电路对电磁干扰敏感外,灵敏电机、电器(如低压电磁开关、继电器、微型电机等)也对电磁干扰十分敏感而成为电磁干扰接受器。
  2?电磁兼容性故障
  电磁干扰降低系统(设备)技术性能指标的现象极为普遍。日常生活中最容易受到干扰的就是电视机和收音机,但当干扰源关机或者远离时干扰症状随之消失,一切又都恢复正常。前面列举的手机干扰心脏起搏器和电子输液装置,如果造成心脏手术失败,出现灾难性电磁干扰危害,被称为“电磁兼容性故障”。又如,强电磁干扰使无线电接收机前端电路烧毁不能恢复正常工作;游乐场过山车因电子游戏机电磁干扰失控而相撞,造成游客受伤;核电站因移动电话电磁辐射误关闭等,均属于电磁兼容性故障。电磁兼容性故障会给国防、工业、交通运输、医疗和科研等带来巨大损失并危及人身安全。
  3?误燃
  电磁干扰使金属之间因电磁感应电压而产生电火花或飞弧,引燃该处易燃气体导致易燃物燃烧。燃油等易燃液(气)体在容器内或管道内流动摩擦产生静电积累,在一定条件下发生静电放电也可能误燃。例如,加油站、加油车(油车)因电磁感应电压产生的电火花或静电火花,均可能引起火灾爆炸事故。特别是接地装置失效时,更会加剧上述危险发生。国外曾有关于宇航舱地面模拟训练时充氧舱内电火花引燃氧气造成宇航员窒息事件,以及谷物仓库因静电火花引燃干燥谷物粉末造成仓库爆炸事件的报导。
  4?误爆
  电爆装置暴露在强电磁干扰的环境中有可能发生误爆。在安装有电爆装置的系统设备中,同电爆装置相连接的导线电缆、金属构件、器件等,由电磁干扰产生的感应电流或来自其它设备的电磁干扰传导电流施加到电爆装置上时,就可能发生误爆。电磁干扰误爆会使功能爆炸失控、早爆和误爆,危及系统设备和人员的安全。
  5?电磁泄密
  电磁干扰中含有大量信息。例如,电脑产生的电磁辐射中含有各种数据信息。除经过专门反窃密设计的电子系统设备外,一般电子系统设备均有电磁泄漏。现代侦测系统很容易从电磁干扰中得到重要信息。电磁干扰辐射可能造成政治、军事、经济和工业等保密信息的泄密。
  6?电磁暴露
  电磁干扰是重要的电磁暴露。国家利益需要的科研、军事、工业等隐蔽设施项目,在成果尚未投入使用前,试制调整试验过程产生的外泄电磁干扰可能会造成电磁暴露。
  7?电磁辐射危险
  电磁波作用到人体和动植物上,可以被反射、吸收和穿透。这种非电离射频辐射生物效应,一直被人类关注。因为在一定条件下,电磁辐射可导致中枢神经系统机能障碍和植物神经功能紊乱、眼睛损伤、诱发癌症或免疫缺陷性疾病。为预防电磁辐射危害,把微波功率分为三个等级:致热效应功率密度为10mW/cm2(相当远场199?5V/m场强)。只有当人体受到微波照射场强大于200V/m时,才有可能发生上述危险。微热作用功率密度为1~10mW/cm2(相当远场63?1~199?5V/m场强范围)。非致热效应功率密度小于1mW/cm2(相当远场63?1V/m场强)。一般情况人体处在小于63?1V/m场强环境中是安全的。在电磁辐射危险中还有一种是射频灼伤。处在强电磁场中的金属物体(如发射天线下方的金属导体、吊车和舰船金属栏杆等),会有危险的感应电压,当人体触及时可能会被灼伤或有触电感觉。
  电磁辐射危险,强场比弱场严重,高频比低频严重,时间长比时间短严重。人类应远离大功率设备,但也不应忽视小功率危险。例如,贴近大脑的手机电磁辐射并非很小,许多不合格家电的电磁辐射超标,某些低频设备非致热效应等,都不应该忽视。▲

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Tags:电磁 干扰 危害 责任编辑:无线电
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