谈电脑辐射的几点认识(一)

谈电脑辐射的几点认识
   

    谈到电磁辐射，我们首先要明确电磁辐射这个概念，纠正一些不恰当的认识。只要有了正确的认识，我们的工作才可能事半功倍，收到预期的效果。

　　我们常说的对人体、对PC正常工作有不良影响的电磁辐射，指的是人工产生的电磁辐射。我们知道，宇宙的任何一个角落，都存在着电磁辐射。比如地球本身就是一个大磁场，太阳和其他的星体也源源不断的产生电磁辐射。这类的天然的电磁辐射，无时不在，无处不在。在正常情况下，对我们的健康并没有影响。

　　我们平时接触的媒体宣传的电磁辐射，给人一种：只要是电磁辐射，就是危害严重，甚至谈“辐”色变，这是不正确的态度。对人体健康和PC正常运行有危害的电磁辐射，确切的定义是：电磁污染。电磁污染，指的是达到一定强度，超过国家相关的标准的电磁辐射。如果人体长期的处于这样的环境，才会对人体有负面效应。
我们分5个部分，对电磁辐射的相关问题进行分析。

第一部分，电磁辐射对人体健康和PC正常运行的影响。

1.高强度的电磁辐射对人体的负面影响究竟有那些呢？我们来看一个份调查报告。

　　这个调查结果是《射频设备电磁辐射的危害及防治措施》中的相关内容。通过对30名长期处于高强度电磁辐射环境的工作人员进行调查得到的结果。从调查结果可以看出，在电磁辐射超强度的环境下长期工作，可导致头疼、失眠、记忆衰退、疲劳乏力、心脏出现界限性异常等症状。并且时间越长影响越大。通过这个调查结果，我们可以非常清楚的看到电磁辐射影响人体健康带来的后果。科学的来分析电磁辐射对人体的影响，一般有以下及个方面。

①热效应：人体内70%的成分是水，水分子受到电磁波辐射后会发生剧烈的热运动，引起体温升高，从而影响器官的正常工作。

②非热效应：人体内器官和组织都存在微弱的电磁场，并且是稳定、有序的。如果收到外界强电磁场的干扰，人体内的微弱电磁场的平衡状态就会受到破坏。

③累计效应：电磁辐射对人体的伤害累积到一定的程度，就会导致免疫力的下降，并引起病变，诱发严重的疾病。我们从下面的一个图中就可以直观的看到电磁辐射是如何影响人体的。

　　上图是人脑的受电磁辐射截面图。从图中我们可以看到，电磁信号在传到人脑里后，由于介质发生改变，波形也发生改变，变得无规则了。人如果长时间处于高强度电磁场环境中。就会出现我们上面介绍的症状，这就是“电磁病”。

　　从上图中，我们也可以看到，人体对电磁辐射也有一定的抑制能力，在一定限度内，电磁辐射的不良影响是可逆的，即离开强电磁辐射环境，一些症状就会减轻或是消除。所以在电脑前工作一段时间后，离开电脑，休息一会是非常必要的。

2.电磁辐射对PC正常运行的影响。

　　PC系统所受到的电磁电磁辐射干扰，分为两个部分：一是外界环境对PC系统的干扰，二是PC内高频工作的元件所产生的相互的干扰。

①环境对PC系统的辐射干扰。

　　相对于大功率的雷达等高频设备来说，PC属于低频系统，以低电压传送信号。同时PC的频率包括中波，短波，超短波和微波很宽的频带内。我们知道，频带越宽，越容易受到其他设备的干扰。PC宽的频带与很多大型高频设备，广播、电视、通信、雷达等射频设备的工作频段相同，这样PC工作在一个非常复杂的电磁环境中。很容易受到环境的射频干扰，造成PC系统运算失误。PC系统的任何一个部件受到射频干扰后，都会严重影响整个系统的安全可靠工作。甚至硬件电路受到不可修复的破坏，完全瘫痪。

②PC内高频工作的元件产生的辐射干扰。

　　PC内部高频工作的板卡芯片，也产生相互的干扰。

　　我们利用频谱分析仪对PC内部的干扰情况进行了测量。频谱分析仪就可以检测出一个信号在不同频点的能量，如上图。理论上讲，我们需要的波形和发射的信号在一个点为中心的一个范围内。但是任何一个波形都一定包括任何频率的波形，加上这个频率的n次谐波。这就有了噪音，而且同样功率的噪音如果频率不同，或者在频谱上能量分布的不同，也会造成不同的影响。越靠近我们想要的信号的频率的噪音，影响越大。

　　从上图我们可以看出，左边图形中波形较为平滑，说明辐射干扰强度比较小，属于干扰较微弱的部位。而右边图形中波形毛刺尖锐，说明辐射干扰的强度大，属于受干扰严重的部位。

第二部分，PC电磁辐射干扰的形成原因。

　　就PC的电磁辐射干扰而言，主要包括两种：电磁干扰（EMI，electromagnetie interference）和射频干扰（RFI，radiofrequency interference）。电磁干扰是指由高能电扰动引起的感应电磁场，多影响PC的通信等方面。射频干扰是通过发射射频电磁辐射干扰PC的工作电路。 那么电磁辐射是如何产生的呢？我们来做一个简单的分析。

1.PC内高频工作的元件带来的电磁辐射。

PC内高频工作的芯片如CPU和GPU。

下图中这类高频工作的芯片，就是电磁电磁辐射源。

　　PC的时钟频率是由晶振决定的，PC系统中包含多个时钟频率，即多个晶振。我们知道，PC是一个数字系统，内部高频信号的特征波形为方波，而方波含有大量的谐波。这些晶振的震荡频率分布的频段，同样会对其他的信号产生干扰。

2.PC其他部件带来的电磁辐射干扰。

　　和上面同样的道理，显示器也是一个电磁辐射源。这一点一般都有所了解，但是这里要为大家介绍一个容易忽略的、强烈的电磁辐射源——键盘。

　　从上图，我们可以看到，键盘电路板上线路设计类似一个良好的环路辐射天线，这样在数次谐波范围内都会发生干扰。同时在键盘的PCB上，有一个微处理器，频率一般在3MHz内，在这个频率范围内会有较强的电磁辐射干扰。

　　一般来说，身体“单薄“键盘的电磁辐射的强度，要远远超过体型“硕大”显示器。小块头带来的却是大“影响”，这一点往往容易被忽略。

3.利用射频进行通讯过程中带来的射频干扰。

　　在利用射频技术进行无线通讯的同时，也带来了电磁干扰的问题，这就是射频干扰。我们以蓝牙技术和WLAN为例，做简单的分析。

　　蓝牙技术在目前的无线通讯中已经被广泛应用。蓝牙模块主要由无线收发单元、链路控制单元和链路管理以及主机I/O组成。就蓝牙射频模块来说，蓝牙射频模块一般由接收模块、发送模块和合成器这三个模块组成。蓝牙系统一般工作在2.4GHz的ISM频段。起始频率为2.402GHz，终止频率为2.480GHz。蓝牙发射功率分为3个级别：100mW、2.5mW和1mW。一般采用的发送功率为1mW，无线通信距离为10m，数据传输速率达1Mb/s。

　　这样，增强无线传输性能，势必要增大发射功率。这样以GHz频率工作的蓝牙系统，再增大发射功率，将是一个不折不扣辐射干扰源。

　　作为最有前景的通信技术之一的WLAN（无线局域网络技术）（WLAN），和既有的LAN（以太局域网络）相比较，一个很大的不同就是WLAN是使用射频技术来发送和接收数据封包的。是一种基于802.11系列标准的技术。利用射频技术的WLAN，自然是一个辐射干扰源，同时自身也受到辐射干扰问题的困扰。

第三部分，如何简单判断PC电磁辐射的存在。

　　PC的电磁辐射是一定存在的，这一点已经无庸置疑了。从上面的分析我们可以看出，不同的电磁辐射干扰源，一边被干扰，一边干扰其的设备。一般情况下，我们决大多数使用者并不具备专业的检测仪器，来对电磁辐射进行精确的量化从而进行准确的分析。这里，我们只结合实际使用过程中的一些问题，定性的做出判断。同时给出几个简单的判断方法，以求做到简单实用。

1.从实际使用的经验来判定电磁辐射干扰。

　　当靠近PC的手机有来电时，CRT显示器会出现波纹或抖动，音箱也会出现噪声，这就是电磁辐射干扰最简单的例子。

　　从我们常用的无线网络来看，WLAN会受到其他无线信号的干扰。常见的干扰源有蓝牙设备、微波炉、无绳电话等。 其中2.4G无绳电话、10英尺内的微波炉等对WLAN的干扰最为严重。弱干扰使连接速度明显变慢，因为许多包都会出错或者丢失。而且连接速度也会降低一个等级。强干扰会导致连接状态非常不稳定，连接时断时续。

　　蓝牙设备同样对WLAN形成干扰，其干扰信号使WLAN中出现不明AP（Access Point，无线接入点），致使正常的AP必须等待WLAN上的数据传输结束，才能进行正常的传输动作，给数据的传输造成了很大的延迟。

2.通过简单的工具来判定电磁辐射干扰。

　　我们可以通过中短波收音机，来简单有效的判断电磁辐射干扰的强度，并对干扰源进行精确的定位。方法如下：

　　打开中短波收音机（其内部有磁棒天线），将其在要测量的设备周围移动，逐渐调整收音机的方位。当收音机中的干扰噪声最强时，其所处的位置就是主要辐射干扰源的位置。如果多次移动收音机测量仍然听不到噪声，说明收音机没有调谐到可以听到辐射干扰的频率上，重新调整收音机的接收频率。

　　这样，我们结合上面分析的几个干扰源，在可能干扰源设备附近微调收音机，直到听到干扰噪声为止。当干扰噪声最大时候，我们近似认为这就是该设备的实际干扰水平。通过这个简单的测量方法，我们可以知道电磁辐射干扰的性质以及其主要集中的频率范围。

　　认识电磁辐射干扰的现象，并能准确的判定干扰源的位置，大体了解干扰的强度，是我们进行消减电磁干扰DIY的前提。

第四部分，通过DIY，降低PC的电磁辐射的干扰强度。

　　为了人体健康和设备工作的稳定，降低电磁辐射的干扰，要注意两个方面：一是优秀的产品设计，强化稳定性的同时降低大电磁辐射；二是要注意使用环境，正确的使用方法，同样可以有效的降低电磁辐射。我们将从硬件和使用环境两个方面来进行分析。

1.优秀的硬件设计以及适当的DIY，降低电磁辐射强度。

①良好的屏蔽。

　　PC系统需要采用屏蔽的地方很多，一些优秀的设计在这方面做的非常出色，为DIY提供了良好的思路。我们将从PC整体屏蔽、板卡屏蔽和线材屏蔽三个方面进行分析。

●PC的整体屏蔽。

　　PC的整体屏蔽就是指机箱的屏蔽，机箱设计中一个很关键的地方就是屏蔽设计。可以这么说，屏蔽设计不合格的机箱，是不应该在市场销售的。多华丽的机箱，如果屏蔽设计不合格，也是一款失败的产品。