【正文】 1 第三章 電磁兼容測(cè)量測(cè)試設(shè)備與相關(guān)測(cè)試 電磁干擾測(cè)量設(shè)備 電磁敏感度測(cè)量設(shè)備 與 EMC相關(guān)的測(cè)試 其它定性測(cè)試設(shè)備 （ 補(bǔ)充 ） 汽車電子設(shè)計(jì)中的 EMI預(yù)測(cè)試舉例 （ 補(bǔ)充 ） 2 第一節(jié) 電磁干擾測(cè)量設(shè)備 一 、 測(cè)試接收機(jī) 測(cè)試接收機(jī)與用于一般系統(tǒng)中用的接收機(jī)有相當(dāng)大的不同： ? 一般系統(tǒng)中用的接收機(jī)是用于再現(xiàn) (恢復(fù) )信號(hào)； 最關(guān)注的是：靈敏度 、 速度及與此相關(guān)的質(zhì)量 ? 測(cè)試接收機(jī)是用來定量測(cè)試干擾存在的量值； 最關(guān)注的是：干擾的能力 （ 能量 ） ； 干擾的能力包括：幅度 、 頻率 、 時(shí)間及帶寬特性 。 因此 ， 測(cè)試接收機(jī)不但對(duì)準(zhǔn)確度提出了很高的要求 。 而且對(duì)帶寬特性 、 互調(diào)特性也有嚴(yán)格的要求 。 3 例如 ， 幅度固定的脈沖型干擾按照脈沖的頻率進(jìn)行顯示： ? 當(dāng)降低脈沖的重復(fù)頻率時(shí) ， 對(duì)干擾的煩擾變得愈來愈小 ， 所顯示的值也愈來愈小 ； ? 當(dāng)提高頻率時(shí) ， 情況則相反 ， 顯示值將增大 。 在民用無線電干擾測(cè)量領(lǐng)域中 ， 采用了 加權(quán)干擾測(cè)量方法 (對(duì) CISPR為準(zhǔn)峰值加權(quán) )， 它在顯示時(shí)考慮了收聽者和收看者所感覺到的干擾 。 4 1．測(cè)量接收機(jī)的組成與工作原理 圖 測(cè)量接收機(jī)組成框圖 一般組成有八個(gè)部分： (1) 輸入衰減器 (2) 校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器 (3) 高頻放大器 (4) 混頻器 (5) 本地振蕩器 (6) 中頻放大器 (7) 檢波器 (8) 輸出指示 關(guān)鍵點(diǎn)： ? 測(cè)量接收機(jī)測(cè)量的是輸出到其端口的信號(hào)電壓 ； ? 為測(cè)場(chǎng)強(qiáng)或干擾電流需借助一個(gè)換能器，在其轉(zhuǎn)換系數(shù)的幫助下， 將測(cè)到的端口電壓變換成場(chǎng)強(qiáng) (單位 uV／ m或 dBuV／ m)、 電流 (單位 A， dBuA)或 功率 (單位 W， dBm)； ? 換能器依測(cè)量對(duì)象的不同可以是天線、電流探頭、功率吸收鉗或電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)等 。 5 2． 測(cè)量接收機(jī)使用中應(yīng)注意的四個(gè)問題： (1)防止輸入端過載 輸入過載有兩方面的含義： 測(cè)量失真 和燒毀 。 輸入到測(cè)量接收機(jī)端口的電壓過大時(shí) ， 輕者 引起系統(tǒng)線性的改變 ， 使測(cè)量值失真 ， 重者會(huì)損壞儀器 ， 燒毀混頻器或衰減器 。因此測(cè)量前需小心判別所測(cè)信號(hào)的幅度大小 ， 沒有把握時(shí) ， 接上外衰減器 ， 以保護(hù)接收機(jī)的輸入端 。 另外 ， 一般的測(cè)量接收機(jī)是不能測(cè)量直流電壓的 ， 使用時(shí)一定 先確認(rèn)有無直流電壓存在 ， 必要時(shí)串接隔直電容 。 (2)選用合適的檢波方式 依據(jù)不同的 EMC測(cè)量標(biāo)準(zhǔn) ， 選擇平均值 、 有效值 、 準(zhǔn)峰值或峰值檢波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析 。 實(shí)際干擾信號(hào)基本形式可分為三類： 連續(xù)波 、 脈沖波和隨機(jī)噪聲 。 連續(xù)波干擾如載波 、 本振 、 電源諧波等 ， 屬于窄帶干擾 ， 在無調(diào)制的情況下 ， 用峰值 、 有效值和平均值檢波器均可檢測(cè)出來 ，且測(cè)量的幅度相同 。 6 關(guān)鍵要點(diǎn) —— 檢波方式 對(duì)于脈沖干擾信號(hào) ， 峰值檢波可以很好地反映脈沖的最大值 ，但反映不出脈沖重復(fù)頻率的變化 。 這時(shí) ， 采用 準(zhǔn)峰值檢波器 最為合適 ， 其 加權(quán)系數(shù)隨脈沖信號(hào)重復(fù)頻率的變化而改變 ， 重復(fù) 頻率低的脈沖信號(hào)引起的干擾小 ， 因而加權(quán)系數(shù)小 ， 反之加權(quán)系數(shù)大 ， 表示脈沖信號(hào)的重復(fù)頻率高 。 而 用平均值 、 有效值檢波器測(cè)量脈沖信號(hào) ，讀數(shù)也與脈沖的重復(fù)頻率有關(guān) 。 隨機(jī)干擾的來源有熱噪聲 、 雷達(dá)目標(biāo)反射以及自然環(huán)境噪聲等 ，這里主要分析平穩(wěn)隨機(jī)過程干擾信號(hào)的測(cè)量 ， 通常采用有效值和平均值檢波器測(cè)量 。 利用不同檢波器的特性 ， 通過比較信號(hào)在不同檢波器上的響應(yīng) ，就可以判別所測(cè)未知信號(hào)的類型 ， 確定干擾信號(hào)的性質(zhì) 。 例如用 峰值檢波測(cè)量某一干擾信號(hào) ， 當(dāng)換成平均值或有效值檢波時(shí)幅度不變 ， 則信號(hào)是窄帶的 ；而幅度發(fā)生變化 ， 則信號(hào)可能是寬帶信號(hào) (即頻譜超過接收機(jī)分辨帶寬的信號(hào) ， 如脈沖信號(hào) )。 7 (3)測(cè)試前的校準(zhǔn) ? 所謂測(cè)試前的校準(zhǔn)就是通過比對(duì)的方法確定被測(cè)信號(hào)強(qiáng)度 。 ? 測(cè)量接收機(jī)的校準(zhǔn)信號(hào)是一種具有特殊形狀的窄脈沖 ， 以保證在接收機(jī)工作頻段內(nèi)有均勻的頻譜密度 。 ? 測(cè)量接收機(jī)都帶有校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器 ， 測(cè)量中每讀一個(gè)頻譜的幅度之前 ， 都必須先校準(zhǔn) ， 否則測(cè)量值誤差較大 。 ? 頻譜分析儀的校準(zhǔn)信號(hào)是正弦信號(hào) ， 其頻譜?？梢姼鞔钨刹?，測(cè)量前校準(zhǔn)一次即可 ， 通常頻譜分析儀啟動(dòng)自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)校準(zhǔn)的內(nèi)容比較多 ， 如帶寬 、 參考電平 、 衰減幅度 、 頻率等 ， 約需 510min。 做測(cè)量接收機(jī)用時(shí) ， 有些頻譜分析儀也配有脈沖校準(zhǔn)源 。 8 (4)測(cè)試信號(hào)的預(yù)選 在測(cè)試中 ， 無論是高電平的窄帶信號(hào)還是具有一定頻譜強(qiáng)度的寬帶信號(hào) ， 都可能導(dǎo)致測(cè)量接收機(jī)輸入端第一混頻器過載 ， 產(chǎn)生錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果 。 對(duì)于脈沖類的寬帶信號(hào) ， 在混頻器前進(jìn)行濾波 (也稱為預(yù)選 )，可避免發(fā)生過載現(xiàn)象 。 不經(jīng)預(yù)選時(shí) ， 寬帶信號(hào)的所有頻譜分量都同時(shí)出現(xiàn)在混頻器上 ， 若寬帶信號(hào)的時(shí)域峰值幅度超過混頻器的過載電平 ， 便會(huì)發(fā)生過載情況 。 由于進(jìn)行了跟蹤濾波，故輸入信號(hào)頻譜只有一部分進(jìn)入預(yù)選器的通帶內(nèi)，到達(dá)混頻器的輸入端，輸入信號(hào)的頻譜強(qiáng)度不會(huì)因?yàn)V波而改變。這種靠濾波而不是靠衰減來實(shí)現(xiàn)的幅度減小，改變了寬帶信號(hào)測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)又能維持接收機(jī)測(cè)量低電平信號(hào)的能力。 若窄帶信號(hào) (如連續(xù)波信號(hào) )處在預(yù)選濾波器的通帶內(nèi)，則預(yù)選的過程不會(huì)改變測(cè)量窄帶信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。 9 3． 測(cè)量接收機(jī)的技術(shù)要求 幅度精度： 177。 2dB 6dB帶寬 國標(biāo) EMI測(cè)試： 9 ～ 150kHz 200Hz 150kHz～ 30MHz 9 kHz 30 ～ 1000MHz 120kHz 國軍標(biāo) EMI測(cè)試 25Hz ～ 1kHz 10Hz 1～ 10kHz 100Hz 10～ 250kHz 1 kHz 250kHz ～ 30 MHz 10kHz 30 MHz～ 1 GHz 100 kHz 1 GHz 1 MHz 檢波器：峰值 、 準(zhǔn)峰值和平均值檢波器 輸入阻抗： 50? 靈敏度：優(yōu)于 30dBuV(典型值 ) 動(dòng)態(tài)范圍： 90dB/50dB 為滿足脈沖測(cè)量的需要 ， 接收機(jī)還應(yīng)具有預(yù)選器 。 10 圖例：全自動(dòng) EMI測(cè)試接收機(jī) 全自動(dòng)的測(cè)試接收機(jī) ， 是目前 EMI測(cè)試的主要工具 。 當(dāng)配置天線 （ 或其他輔助測(cè)量設(shè)備 ） 后 ， 就是一部全自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量?jī)x 。 ? 可用以測(cè)量空間的無用或有害的相關(guān)干擾信號(hào) ； ? 也 可以測(cè)量空間電臺(tái) 、 電視臺(tái)發(fā)出的有用無線電信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng) ； ? 可直接讀出所測(cè)的場(chǎng)強(qiáng)值 （ 天線系數(shù)補(bǔ)償 ） ； ? 可作頻譜儀 ， 實(shí)現(xiàn)全景掃描空間電磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng) ； ? 能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)的 、 離散的 、 逐點(diǎn)的多頻點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量 ； ? 符合國標(biāo) GB/T CISPR261 11 現(xiàn)代測(cè)試接收機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 與傳統(tǒng)測(cè)試接收機(jī)不同： 采用數(shù)字中頻 +DSP方式 12 二、 電磁干擾測(cè)試附件 1．電流探頭 ? 電流探頭是測(cè)量線上非對(duì)稱干擾電流的卡式電流傳感器； ? 它可在不打亂正常工作或正常布置的狀態(tài)下，對(duì)復(fù)雜的導(dǎo)線系統(tǒng)、電子線路等的干擾進(jìn)行無接觸測(cè)量。 ? 國軍標(biāo)的低頻傳導(dǎo)發(fā)射或敏感測(cè)試主要用電流探頭做換能器， 將干擾電流轉(zhuǎn)換成干擾電壓 ，再由測(cè)量接收機(jī)測(cè)量，測(cè)量傳導(dǎo)干擾時(shí)的最高頻率可達(dá)30MHz。 ? 電流探頭為圓環(huán)形卡式結(jié)構(gòu)，能方便地卡住被測(cè)導(dǎo)線。其核心部分是一個(gè)分成兩半的環(huán)形高磁導(dǎo)率磁芯，磁芯上繞有 N匝導(dǎo)線。當(dāng)電流探頭卡在被測(cè)導(dǎo)線上時(shí)，被測(cè)導(dǎo)線充當(dāng) — 匝的初級(jí)線圈，次級(jí)線圈則包含在電流探頭中。 13 電流探頭使用時(shí) ， 需先測(cè)出其傳輸阻抗 ， 然后才能用于傳導(dǎo)干擾的測(cè)量 。 當(dāng)電流探頭卡在被測(cè)電源線上時(shí) ， 其輸出端與測(cè)量接收機(jī)相連 ， 線上的干擾電流值等于接收機(jī)測(cè)量的電壓除以傳輸阻抗 。 其技術(shù)指標(biāo)如下： 測(cè)量頻段： 20Hz～ 30MHz 輸出阻抗： 50Ω 內(nèi)環(huán)尺寸： 32～ 67mm 14 2． 電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò) 電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò) (也稱人工電源網(wǎng)絡(luò) )在射頻范圍內(nèi)向被測(cè)設(shè)備提供一個(gè)穩(wěn)定的阻抗，并將被測(cè)設(shè)備與電網(wǎng)上的高頻干擾隔離開，然后將干擾電壓耦合到接收機(jī)上。 15 使用步驟： 將電源網(wǎng)絡(luò)與測(cè)試接收機(jī)的地線連接起來，接地； 把人工電源網(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)連接起來； 接上被測(cè)設(shè)備； 連接上人工電源網(wǎng)絡(luò)和測(cè)試接收機(jī)。 注意： 當(dāng)干擾輸出端沒有與測(cè)量接收機(jī)相連時(shí)，該輸出端應(yīng)接 50Ω 負(fù)載阻抗。 靜態(tài)測(cè)試時(shí)，應(yīng)以等效電阻負(fù)載取代被測(cè)設(shè)備 。 主要技術(shù)指標(biāo)： 頻率范圍： 9kHz~30MHz； 阻抗 50歐姆，電感量 50μ H； 最大電流： 10A/50Hz； 干擾輸出端為 BNC插座； 16 3．測(cè)量天線 天線是把高頻電磁能量通過各種形狀的金屬導(dǎo)體向空間輻射出去的裝置。同樣，天線亦可把空間的電磁能量轉(zhuǎn)化為高頻能量收集起來。 (1)衡量 天線特性的主要參數(shù) （共五項(xiàng)）： ① 輸入阻抗 (ZA) 天線在饋電點(diǎn)的電壓 U(V)與電流 I(A)之比，表達(dá)式如下： ZA=U/I (Ω) ② 天線系數(shù) (AF) 接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) E(V／ m)與此場(chǎng)強(qiáng)在該天線輸出端生成的電壓 U(V)之比，表達(dá)式如下： AF=E/U(m1) 17 ③ 天線增益 (G) 指在觀察點(diǎn)獲得相同輻射功率密度時(shí) ， 方向性天線的輸入功率小于均勻輻射天線的輸入功率的倍數(shù) 。 天線增益除包含天線的方向性特征外 ， 還包含天線由輸入功率轉(zhuǎn)化為場(chǎng)強(qiáng)的轉(zhuǎn)換效率 。 AFdB=+20lgf 10lgG 或 GdB = AFdB+20lgf ④ 天線方向圖 天線最大輻射方向與半功率點(diǎn) (— 3dB)之間的夾角 ?/又稱天線波瓣的夾角 。 ⑤ 電壓駐波比 (VSWR) 駐波比是表征傳輸線阻抗與負(fù)載阻抗不匹配的失配程度的系數(shù) ， 表達(dá)式為 ： VSWR=(1+?)/(1?) 式中： ?— 反射系數(shù) ， 即反射電壓與入射電壓之比 。 匹配時(shí) ， ?=0， 則 VSWR=1； 失配時(shí) ， ??0， 則 VSWR1。 18 (2)天線計(jì)算中常用的公式 ① 功率與電壓轉(zhuǎn)換 P=U2/R 式中： P—— 功率 ， W； U—— 電壓 ， V； R—— 電阻 ， Ω 。 當(dāng)功率單位用 mW， 電壓?jiǎn)挝挥?uV， 阻抗為 50Ω 時(shí) ， 可得式： UdBuV=PdBm+107 ② 功率密度與場(chǎng)強(qiáng)的轉(zhuǎn)換 (遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng) ) Pd=E2/120? 式中： E— 場(chǎng)強(qiáng) ， V／ m； Pd— 功率密度 ， W／ m2。 E為 100V／ m時(shí) ， 對(duì)應(yīng)功率密度 Pd=／ cm2； E為 10V／ m時(shí) ， 對(duì)應(yīng)功率密度 Pd= uW／ cm2； E為 1V／ m時(shí) ， 對(duì)應(yīng)功率密度 Pd= uW／ cm2； 19 ③ 天線增益與天線系數(shù)的轉(zhuǎn)換 由 AFdB=+20lgf 10lgG 可得 天線增益 （ dB） 為： GdB=20lgfMHzAFdB(m1)29． 75 ④ 場(chǎng)強(qiáng)與發(fā)射功率轉(zhuǎn)換公式 (遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng) ) 式中： Pt—— 發(fā)射功率 ， W； Gt—— 發(fā)射天線增