【正文】 1 第三章 電磁兼容測量測試設(shè)備與相關(guān)測試 電磁干擾測量設(shè)備 電磁敏感度測量設(shè)備 與 EMC相關(guān)的測試 其它定性測試設(shè)備 （ 補充 ） 汽車電子設(shè)計中的 EMI預(yù)測試舉例 （ 補充 ） 2 第一節(jié) 電磁干擾測量設(shè)備 一 、 測試接收機(jī) 測試接收機(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； 最關(guān)注的是：靈敏度 、 速度及與此相關(guān)的質(zhì)量 ? 測試接收機(jī)是用來定量測試干擾存在的量值； 最關(guān)注的是：干擾的能力 （ 能量 ） ； 干擾的能力包括：幅度 、 頻率 、 時間及帶寬特性 。 因此 ， 測試接收機(jī)不但對準(zhǔn)確度提出了很高的要求 。 而且對帶寬特性 、 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 ， 對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 ， 情況則相反 ， 顯示值將增大 。 在民用無線電干擾測量領(lǐng)域中 ， 采用了 加權(quán)干擾測量方法 (對 CISPR為準(zhǔn)峰值加權(quán) )， 它在顯示時考慮了收聽者和收看者所感覺到的干擾 。 4 1．測量接收機(jī)的組成與工作原理 圖 測量接收機(jī)組成框圖 一般組成有八個部分： (1) 輸入衰減器 (2) 校準(zhǔn)信號發(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： ? 測量接收機(jī)測量的是輸出到其端口的信號電壓 ； ? 為測場強(qiáng)或干擾電流需借助一個換能器，在其轉(zhuǎn)換系數(shù)的幫助下， 將測到的端口電壓變換成場強(qiáng) (單位 uV／ m或 dBuV／ m)、 電流 (單位 A， dBuA)或 功率 (單位 W， dBm)； ? 換能器依測量對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． 測量接收機(jī)使用中應(yīng)注意的四個問題： (1)防止輸入端過載 輸入過載有兩方面的含義： 測量失真 和燒毀 。 輸入到測量接收機(jī)端口的電壓過大時 ， 輕者 引起系統(tǒng)線性的改變 ， 使測量值失真 ， 重者會損壞儀器 ， 燒毀混頻器或衰減器 。因此測量前需小心判別所測信號的幅度大小 ， 沒有把握時 ， 接上外衰減器 ， 以保護(hù)接收機(jī)的輸入端 。 另外 ， 一般的測量接收機(jī)是不能測量直流電壓的 ， 使用時一定 先確認(rèn)有無直流電壓存在 ， 必要時串接隔直電容 。 (2)選用合適的檢波方式 依據(jù)不同的 EMC測量標(biāo)準(zhǔn) ， 選擇平均值 、 有效值 、 準(zhǔn)峰值或峰值檢波器對信號進(jìn)行分析 。 實際干擾信號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出來 ，且測量的幅度相同 。 6 關(guān)鍵要點 —— 檢波方式 對于脈沖干擾信號 ， 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 ， 采用 準(zhǔn)峰值檢波器 最為合適 ， 其 加權(quán)系數(shù)隨脈沖信號重復(fù)頻率的變化而改變 ， 重復(fù) 頻率低的脈沖信號引起的干擾小 ， 因而加權(quán)系數(shù)小 ， 反之加權(quán)系數(shù)大 ， 表示脈沖信號的重復(fù)頻率高 。 而 用平均值 、 有效值檢波器測量脈沖信號 ，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)過程干擾信號的測量 ， 通常采用有效值和平均值檢波器測量 。 利用不同檢波器的特性 ， 通過比較信號在不同檢波器上的響應(yīng) ，就可以判別所測未知信號的類型 ， 確定干擾信號的性質(zhì) 。 例如用 峰值檢波測量某一干擾信號 ， 當(dāng)換成平均值或有效值檢波時幅度不變 ， 則信號是窄帶的 ；而幅度發(fā)生變化 ， 則信號可能是寬帶信號 (即頻譜超過接收機(jī)分辨帶寬的信號 ， 如脈沖信號 )。 7 (3)測試前的校準(zhǔn) ? 所謂測試前的校準(zhǔn)就是通過比對的方法確定被測信號強(qiáng)度 。 ? 測量接收機(jī)的校準(zhǔn)信號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 。 ? 測量接收機(jī)都帶有校準(zhǔn)信號發(fā)生器 ， 測量中每讀一個頻譜的幅度之前 ， 都必須先校準(zhǔn) ， 否則測量值誤差較大 。 ? 頻譜分析儀的校準(zhǔn)信號是正弦信號 ， 其頻譜常可見各次偕波 ，測量前校準(zhǔn)一次即可 ， 通常頻譜分析儀啟動自動校準(zhǔn)時校準(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。 做測量接收機(jī)用時 ， 有些頻譜分析儀也配有脈沖校準(zhǔn)源 。 8 (4)測試信號的預(yù)選 在測試中 ， 無論是高電平的窄帶信號還是具有一定頻譜強(qiáng)度的寬帶信號 ， 都可能導(dǎo)致測量接收機(jī)輸入端第一混頻器過載 ， 產(chǎn)生錯誤的測量結(jié)果 。 對于脈沖類的寬帶信號 ， 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 ， 寬帶信號的所有頻譜分量都同時出現(xiàn)在混頻器上 ， 若寬帶信號的時域峰值幅度超過混頻器的過載電平 ， 便會發(fā)生過載情況 。 由于進(jìn)行了跟蹤濾波，故輸入信號頻譜只有一部分進(jìn)入預(yù)選器的通帶內(nèi)，到達(dá)混頻器的輸入端，輸入信號的頻譜強(qiáng)度不會因濾波而改變。這種靠濾波而不是靠衰減來實現(xiàn)的幅度減小，改變了寬帶信號測量的動態(tài)范圍，同時又能維持接收機(jī)測量低電平信號的能力。 若窄帶信號 (如連續(xù)波信號 )處在預(yù)選濾波器的通帶內(nèi)，則預(yù)選的過程不會改變測量窄帶信號的動態(tài)范圍。 9 3． 測量接收機(jī)的技術(shù)要求 幅度精度： 177。 2dB 6dB帶寬 國標(biāo) EMI測試： 9 ～ 150kHz 200Hz 150kHz～ 30MHz 9 kHz 30 ～ 1000MHz 120kHz 國軍標(biāo) EMI測試 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 ) 動態(tài)范圍： 90dB/50dB 為滿足脈沖測量的需要 ， 接收機(jī)還應(yīng)具有預(yù)選器 。 10 圖例：全自動 EMI測試接收機(jī) 全自動的測試接收機(jī) ， 是目前 EMI測試的主要工具 。 當(dāng)配置天線 （ 或其他輔助測量設(shè)備 ） 后 ， 就是一部全自動標(biāo)準(zhǔn)場強(qiáng)測量儀 。 ? 可用以測量空間的無用或有害的相關(guān)干擾信號 ； ? 也 可以測量空間電臺 、 電視臺發(fā)出的有用無線電信號的場強(qiáng) ； ? 可直接讀出所測的場強(qiáng)值 （ 天線系數(shù)補償 ） ； ? 可作頻譜儀 ， 實現(xiàn)全景掃描空間電磁場的場強(qiáng) ； ? 能實現(xiàn)步進(jìn)的 、 離散的 、 逐點的多頻點場強(qiáng)測量 ； ? 符合國標(biāo) GB/T CISPR261 11 現(xiàn)代測試接收機(jī)發(fā)展趨勢 與傳統(tǒng)測試接收機(jī)不同： 采用數(shù)字中頻 +DSP方式 12 二、 電磁干擾測試附件 1．電流探頭 ? 電流探頭是測量線上非對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)行無接觸測量。 ? 國軍標(biāo)的低頻傳導(dǎo)發(fā)射或敏感測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 ，再由測量接收機(jī)測量，測量傳導(dǎo)干擾時的最高頻率可達(dá)30MHz。 ? 電流探頭為圓環(huán)形卡式結(jié)構(gòu)，能方便地卡住被測導(dǎo)線。其核心部分是一個分成兩半的環(huán)形高磁導(dǎo)率磁芯，磁芯上繞有 N匝導(dǎo)線。當(dāng)電流探頭卡在被測導(dǎo)線上時，被測導(dǎo)線充當(dāng) — 匝的初級線圈，次級線圈則包含在電流探頭中。 13 電流探頭使用時 ， 需先測出其傳輸阻抗 ， 然后才能用于傳導(dǎo)干擾的測量 。 當(dāng)電流探頭卡在被測電源線上時 ， 其輸出端與測量接收機(jī)相連 ， 線上的干擾電流值等于接收機(jī)測量的電壓除以傳輸阻抗 。 其技術(shù)指標(biāo)如下： 測量頻段： 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)向被測設(shè)備提供一個穩(wěn)定的阻抗，并將被測設(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； 接上被測設(shè)備； 連接上人工電源網(wǎng)絡(luò)和測試接收機(jī)。 注意： 當(dāng)干擾輸出端沒有與測量接收機(jī)相連時，該輸出端應(yīng)接 50Ω 負(fù)載阻抗。 靜態(tài)測試時，應(yīng)以等效電阻負(fù)載取代被測設(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）： ① 輸入阻抗 (ZA) 天線在饋電點的電壓 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) 接收點的場強(qiáng) E(V／ m)與此場強(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) 指在觀察點獲得相同輻射功率密度時 ， 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 (— 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 ， ?=0， 則 VSWR=1； 失配時 ， ??0， 則 VSWR1。 18 (2)天線計算中常用的公式 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， 電壓單位用 uV， 阻抗為 50Ω 時 ， 可得式： UdBuV=PdBm+107 ② 功率密度與場強(qiáng)的轉(zhuǎn)換 (遠(yuǎn)區(qū)場 ) Pd=E2/120? 式中： E— 場強(qiáng) ， V／ m； Pd— 功率密度 ， W／ m2。 E為 100V／ m時 ， 對應(yīng)功率密度 Pd=／ cm2； E為 10V／ m時 ， 對應(yīng)功率密度 Pd= uW／ cm2； E為 1V／ m時 ， 對應(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 場強(qiáng)與發(fā)射功率轉(zhuǎn)換公式 (遠(yuǎn)區(qū)場 ) 式中： Pt—— 發(fā)射功率 ， W； Gt—— 發(fā)射天線增