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乘风破浪的5G,与隐藏在深海的EMC暗礁

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作者:藏狐,头图来自:视觉中国

我们几乎生活在一个被电磁波环绕的星球上。

云层中的雷鸣闪电会发射电磁波,城市中星罗棋布的移动基站和通信天线也在不停地放射着电磁波。

日常生活中不可缺少的家电产品,比如手机、微波炉、电磁炉、电脑、电视、车载电台,甚至电热毯、电吹风、电饭锅、加湿器……更让人置身电磁波的天罗地网。

这些电磁波有强有弱,有高有低,有远有近,早已不是什么新鲜事。

而5G高频率的引入、IoT设备数量暴涨,以及各种智能硬件的功能升级,都在让我们习以为常的电磁环境,变得愈加复杂。

在这样的大背景下,如何设计出依然能够满足电磁兼容性EMC认证要求的产品,对硬件工程师来说,就是一件极具挑战性的事情了。

既能安内,也要攘外:不可或缺的EMC

首先需要澄清的是,电磁波种类虽多,却并不一定都有害健康。

只有当电磁强度达到一定程度,才会产生电磁污染。像是多年来许多国家长期跟踪的移动手机电磁波问题,事实就证明对人体健康并不会产生危害性。

而为了最大程度地保证电磁波的安全性,EMC电磁兼容性就普遍被工业界提上日常。

简单来说,就是要求电子设备既能够在电磁环境中保证整个系统的稳定工作,不会受到一点干扰就罢工;也要具备良好的“外交能力”,不对外部环境中的其他环境造成过大的干扰,比如充电玩手机时屏幕不听使唤,出现乱跳、翻页等诡异现象,就是劣质充电头产生了电磁波干扰的锅。

为了让用户家里的电子设备都能够和平共处,相关的EMC电磁兼容性就成为产品顺利进入市场的前提条件,各个行业也都有着对应的EMC认证标准。

那么,5G的规模化商用又造成了哪些新问题呢?

我们不妨顺着可能变化的“干扰源”来梳理。

首先,由于5G网络频段较高的特性,决定了其覆盖范围小于3G/4G网络,也就需要大规模部署小基站,电磁兼容挑战也就应运而生。

最新出现的电磁干扰源“微基站”,由于毫米波穿透力差,衰减大,就需要配备大量的电磁屏蔽器件,来达到更高的抗干扰能力。

继续向前,会发现伴随着5G的部署升级,联网设备及大众身边的天线数量也在指数级地增加,各个频率、设备之间也有可能会互相干扰。

智能手机有个测试项目叫单音灵敏度,就是在距离通道一定频率间隔处施加一个强干扰单音信号,观察手机灵敏度会恶化多少。如果电磁波干扰的是心脏起搏器、人工肺泵、汽车行驶,或者是赛博朋克们植入体内的脑机呢?

抛开这些极端情况,即使电机工程师来将电磁屏蔽控制在安全范围内,但越来越多的电子设备集体散热,也够大众受的。

电磁波辐射后引起机体升温,由此产生的热效应,尽管目前伤害不明显,但长期接触下来到底会不会影响健康,科学界至今没有确切答案,5G的到来自然又增加了新的不确定性。

攻守之间:电磁兼容的5G式挑战

既然“攻方”出了牌,那“守方”自然也得有后招。

可是5G也让不少老招失灵了。

一般情况下,工业界降低电磁干扰的方法就跟“新冠抗疫”一样:

一靠阻断传播,把通路切断直接让可能干扰的电磁波过不来,比如滤波法(增加电抗器和 EMI滤波器,从电路层面减少传导骚扰)、屏蔽法(使用带有屏蔽的双绞线,抑制电磁波的辐射)、接地法(地层的增加可以有效提高PCB的电磁兼容性)、隔离法(动力线与其他弱电信号线分开走线)等等。

标签: 电磁 干扰 设计

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