自然骚扰源-车辆电磁兼容基础

自然骚扰源是指自然界所固有的与人类活动无关的电磁骚扰现象，根据其不同的起因和物理性质可分为电子噪声、天电噪声、地球外噪声及沉积静电等其他自然噪声。它们所产生的电磁骚扰，其统计特性变化很大，有时呈频谱平坦的、规律的高斯分布，有时又是偶尔发生的脉冲骚扰。这类骚扰是一种客观存在，只有掌握其分布及频谱变化规律，才能提供电磁环境电平。

图3-2 按骚扰源性质的具体分类

1.电子噪声源

车辆包含大量用电设备及元器件，电子噪声主要来自用电设备内部的元器件。常见的电子噪声源包括热噪声、散弹噪声、分配噪声、1/f噪声和天线噪声等。热噪声具有极宽的频谱，能量随温度而变化，温度越低，噪声越小，绝对温度为零时，热噪声为零；散弹噪声出现于遵循泊松统计分布的任何粒子流中，是一种频率范围很宽的噪声；分配噪声是由电子器件各电极之间电流分配的随机起伏所造成；1/f噪声是晶体管在低频段产生的一种噪声，其功率与频率成反比关系；天线周围的介质微粒处于热运动状态，它产生的电磁波被天线接收后又辐射出去，当天线处于热平衡状态时，产生的热噪声即天线噪声。

2.天电噪声

天电噪声是大气层中发生的各种自然现象（包括雷电等），地球上平均每秒发生100次左右的雷电冲击，每次都产生强烈的电磁骚扰，并传播到很远。雷电是一种大气物理现象，它的强度很大，即使远离雷电区，其干扰场强仍相当可观，雷电的强大电流会冲击车辆及其车载人员，雷电冲击还常常会伤害人员、损坏设备和输电线，因此必须对雷电采取防护措施。

雷电与实验室研究的物理现象不同，它不可能通过人为控制的方法找出其规律，只能从概率角度去考虑。远处的雷声产生的干扰可认为是波动的，邻近的雷电干扰则是脉冲型的。这种电磁脉冲是最为严重的自然电磁骚扰源，它的陡度大，峰值电流大，电场强，频谱宽（100Hz～100MHz），因此无论是天线、电缆，还是裸露金属体都会感应出过电压、过电流，若它们被引入电气、电子设备将会产生破坏性的后果。这种是感应方式而非直接方式的雷击称为感应雷。感应雷发生的概率远远高于直接雷，因此，防感应雷是防雷措施研究的重点。雷电流产生的原因如图3-3所示。

图3-3 雷电流(www.xing528.com)

除雷电冲击之外，在大气中如能形成满足电荷分离和储存条件时，也会产生天电噪声，如风雪、暴雨、冰雹、沙暴等。

3.地球外噪声

地球外噪声即来自地球外层空间的噪声，主要噪声源包括太阳、天空背景辐射和分布在银河系的宇宙源。银河系的辐射峰值出现的频段为150～200MHz，会引起航天器异常，造成通信和遥测中断等。处于静止期的太阳所辐射的太阳噪声能覆盖整个无线电频段。在高于30GHz的频段，则由太阳表面产生的黑体辐射所覆盖。处于活动期的太阳能产生大于静止期60dB的辐射，可导致无线电通信中断。

4.沉积静电等其他自然噪声

静电是因为电子分布不平衡造成的一种客观存在的自然现象，是人或设备在低湿度环境下运动很容易产生的一种物理现象，即在运动的过程中吸取和释放静电。当静电积累到一定程度无法正常泄放时，会击穿其间的介质对外放电，这就是静电放电现象，简称ESD（Elec-trostatic Discharge）。ESD是一种非周期性的脉冲，它的频谱能量分布是连续的，所以是一种宽带干扰源，不仅能干扰宽带设备甚至能干扰窄带设备。静电放电具有电位高、电量低、电流小和作用时间短的特点。静电放电对电路工作影响机理如图3-4所示。

图3-4 静电放电对电路工作影响的机理

汽车电气系统大多都是由高集成度、高电磁灵敏度的电路板和元器件组成的。它们耐压低，面积小，集成度高，抗静电冲击能力弱，基本都属于静电放电敏感元件。它们一旦遇到仅几十伏的静电电压就会受到干扰或损坏。对于那些不对静电放电如此敏感的元器件，如果遇到几百伏甚至几千伏的静电电压也会受到不同程度的损害。这些干扰或损害不仅会增加维修成本，甚至会危及汽车安全。