馬敏

（西南電子技術(shù)研究所 四川 成都 610036）

電磁兼容中輻射發(fā)射測(cè)試技術(shù)的研究

馬敏

（西南電子技術(shù)研究所 四川 成都 610036）

針對(duì)電子產(chǎn)品制作生產(chǎn)中的電磁兼容性測(cè)試需求，文中對(duì)工作頻率30～1 000 MHz的電子產(chǎn)品進(jìn)行了電磁兼容性輻射發(fā)射測(cè)試方法的研究，通過(guò)深入了解相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，基于APD測(cè)試技術(shù)，設(shè)計(jì)測(cè)試方法，詳細(xì)介紹了測(cè)試儀器的布置、使用。最后，通過(guò)實(shí)際的產(chǎn)品的電磁兼容性測(cè)試，檢驗(yàn)了本方法的可行性。

電磁兼容；電磁騷擾；輻射發(fā)射測(cè)試；APD

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電路頻率的不斷提高，在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)生產(chǎn)、使用和維護(hù)的整個(gè)周期中，電磁兼容性（EMC）已經(jīng)成為必須考慮的一環(huán)[1]。按照電磁兼容目的為基準(zhǔn)，電磁兼容可以分為診斷測(cè)試和達(dá)標(biāo)測(cè)試。通過(guò)診斷測(cè)試，找到電磁兼容問(wèn)題的原因，確定噪聲源與被干擾的方位，進(jìn)而解決。通過(guò)達(dá)標(biāo)測(cè)試，評(píng)估產(chǎn)品是否達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。按照電磁兼容測(cè)試內(nèi)容，電磁兼容可以分為騷擾（EMI）發(fā)射測(cè)試和設(shè)備的抗擾度（EMS）測(cè)試。EMI測(cè)試時(shí)設(shè)備向外界發(fā)射電磁騷擾，EMS則相反，通過(guò)給設(shè)備外加騷擾，測(cè)試其抗干擾能力。其中EMI騷擾發(fā)射的方式又分為輻射發(fā)射（RE）和傳導(dǎo)發(fā)射（CE）。二者的區(qū)別在于騷擾發(fā)射傳播的介質(zhì)不同：一個(gè)為自由空間，一個(gè)為電源線。文中主要針對(duì)電磁輻射發(fā)射測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究。

隨著電磁兼容理論的發(fā)展，電磁發(fā)射發(fā)射測(cè)試技術(shù)不斷進(jìn)步，一些新的試驗(yàn)場(chǎng)地得到了開(kāi)發(fā)，例如TEMCELL，G-TEMCELL，混響室等等。新場(chǎng)地增強(qiáng)了輸入功率和產(chǎn)生的騷擾場(chǎng)強(qiáng)的轉(zhuǎn)化效率，使得抗擾度測(cè)試的進(jìn)行更加容易。另一個(gè)新的發(fā)展是APD （幅度概率分布）在測(cè)試中的使用。本文基于APD設(shè)計(jì)了輻射發(fā)射方法，將在后文介紹。同時(shí)由于不同頻率短的電子產(chǎn)品，電磁兼容測(cè)試的方法又有不同，主要體現(xiàn)在較高頻段測(cè)量產(chǎn)品輻射的電場(chǎng)強(qiáng)度，較低頻段測(cè)量產(chǎn)品的磁場(chǎng)強(qiáng)度。文中針對(duì)30～1 000 MHz頻率段的輻射發(fā)射測(cè)試技術(shù)作詳細(xì)研究與介紹。

1 輻射測(cè)試方法研究

在30～1 000 MHz的電磁兼容輻射發(fā)射測(cè)試中，由于頻率大于30 MHz，測(cè)量騷擾的電場(chǎng)強(qiáng)度。同時(shí)由于頻率低于1 GHz，需要半自由空間，可以選擇測(cè)試場(chǎng)地為開(kāi)闊場(chǎng)地或半電波暗室來(lái)模擬測(cè)試空間。在測(cè)試中，需要對(duì)為了對(duì)輻射騷擾進(jìn)行統(tǒng)一的度量，根據(jù)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行測(cè)量布置。選擇合適的騷擾測(cè)量?jī)x、天線和測(cè)量場(chǎng)地。下面對(duì)這些進(jìn)行討論[2]。

1.1 測(cè)量布置和測(cè)量方法

測(cè)試場(chǎng)地選擇開(kāi)闊場(chǎng)地或半電波暗室內(nèi)，根據(jù)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，場(chǎng)地需要滿足歸一化場(chǎng)地衰減的條件。將設(shè)備布置如圖1所示。

布置時(shí)應(yīng)注意設(shè)備間的距離：由于遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)滿足電場(chǎng)、磁場(chǎng)、傳播方向的兩兩垂直，波阻抗377 Ω，電磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)隨距離一次方衰減。遠(yuǎn)場(chǎng)使得測(cè)量方便，故測(cè)試天線和受試設(shè)備（EUT）之間的距離應(yīng)盡可能滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件，具體規(guī)定為3 m、10 m或30 m。

圖1 測(cè)量設(shè)備布置

1.2 騷擾測(cè)量?jī)x

由于騷擾波形中包含了多個(gè)頻率成分，選用超外差式選頻電壓表作為騷擾測(cè)量?jī)x。以測(cè)量不同頻率的電壓幅值，計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度。其原理圖如圖2所示[4]。

圖2 騷擾測(cè)量?jī)x的電路原理

由圖2的電路框圖可以看出，該儀器電路與半導(dǎo)體收音機(jī)類似。在使用中首先對(duì)儀器調(diào)諧，對(duì)準(zhǔn)一個(gè)頻率fi。騷擾信號(hào)經(jīng)高頻衰減器和高頻放大器到混頻器，與頻率為fl的本振信號(hào)發(fā)生混頻。經(jīng)過(guò)中頻濾波得到頻率為f0＝fl－fi的信號(hào)。該信號(hào)通中頻衰減器、中頻放大器，到包絡(luò)檢波器，通過(guò)包絡(luò)檢波去掉中頻信號(hào)，得到自身低頻包絡(luò)A（t）。A（t）經(jīng)過(guò)加權(quán)檢波，根據(jù)需要獲得A（t）的峰值、有效值等信號(hào)參數(shù)，在電表上顯示測(cè)量。由于很多騷擾信號(hào)大多是脈沖信號(hào)，所以騷擾測(cè)量?jī)x與一般電壓表不同就在于可以測(cè)量脈沖信號(hào)。

1.3 測(cè)量用天線與測(cè)試場(chǎng)地

在電磁騷擾測(cè)試中，天線起轉(zhuǎn)換作用，它接收輻射出的電磁場(chǎng)，然后將其轉(zhuǎn)化為可以測(cè)量的電壓，供騷擾測(cè)量?jī)x測(cè)量。所以騷擾測(cè)量?jī)x測(cè)量的是經(jīng)過(guò)天線轉(zhuǎn)變后的電壓值，它的讀數(shù)還需要加上天線系數(shù)，電纜損耗等才可以得到最終的騷擾場(chǎng)強(qiáng)。天線系數(shù)由天線廠商給出，在測(cè)量中為了方便自動(dòng)化掃頻，采用寬帶天線，如在30～300 MHz采用雙錐天線，200～ 1 000 MHz采用對(duì)數(shù)周期天線，當(dāng)頻率大于1 GHz，可以采用方向性強(qiáng)的喇叭天線。

測(cè)試場(chǎng)地若選擇開(kāi)闊地，要保證在場(chǎng)地的橢圓范圍內(nèi)電磁波傳輸時(shí)不會(huì)發(fā)生發(fā)射。放置時(shí)將EUT和天線分布于橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)，測(cè)量?jī)x放在橢圓外。場(chǎng)地的噪聲應(yīng)小于EUT限值6 dB。

2 APD測(cè)試結(jié)果分析

隨著電磁兼容理論的發(fā)展，APD技術(shù)在輻射發(fā)射測(cè)試中逐漸興起，APD幅度概率分布（Amplitude Probability Distribution），是騷擾幅度超過(guò)規(guī)定電平時(shí)間概率的累積，描述了騷擾的統(tǒng)計(jì)特性。與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，可以專注于描述干擾信號(hào)本身的特性，用統(tǒng)計(jì)的思想去探究干擾源的本質(zhì)，這對(duì)比與峰值檢波等方法是巨大的進(jìn)步，APD測(cè)試已經(jīng)成為了分析騷擾源對(duì)輻射干擾測(cè)試的新方法，在通信系統(tǒng)研究領(lǐng)域有了廣泛的影響[6]。

在進(jìn)行APD測(cè)量時(shí)，首先將APD分析儀與騷擾測(cè)試儀的包絡(luò)檢波輸出端相連，APD是針對(duì)頻率點(diǎn)的，APD分析儀連接在騷擾測(cè)量?jī)x（測(cè)試接收機(jī)或頻譜儀）的中頻包絡(luò)檢波輸出端，其結(jié)果如圖3中C點(diǎn)的波形所示，APD分析儀對(duì)中頻包絡(luò)分層，每層的幅度與接收機(jī)輸入端電平對(duì)應(yīng)。具體結(jié)果如圖3，圖3中縱軸表示概率，橫軸是對(duì)應(yīng)該概率的電平，從曲線可以看出，大于低電平層的概率相對(duì)于大于高電平層的概率要大很多。當(dāng)輻射的騷擾增強(qiáng)時(shí)，曲線會(huì)向右側(cè)移動(dòng)。

圖3 APD做電磁兼容性測(cè)試結(jié)果

根據(jù)橫縱軸坐標(biāo)的含義，我們可以通過(guò)兩種方法測(cè)量電子產(chǎn)品電磁兼容性是合格：設(shè)置電平門限Elimit或概率門限Plimit。圖3左圖為設(shè)置電平門限的方法，確定電平門限Elimit后，測(cè)量概率門限下Plimit的電平E，若E

3 結(jié)束語(yǔ)

文中通過(guò)對(duì)電磁兼容中輻射發(fā)射測(cè)試技術(shù)的研究，體會(huì)到對(duì)于電子產(chǎn)品的電磁兼容測(cè)試并不僅僅是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行的簡(jiǎn)單操作。電磁兼容性問(wèn)題是電磁場(chǎng)理論、微波技術(shù)、天線技術(shù)、電路、電波傳播等多門基礎(chǔ)理論交叉的學(xué)科，想要有爭(zhēng)取的測(cè)試結(jié)果，除了必要的測(cè)量?jī)x器、場(chǎng)地和正確的測(cè)試步驟之外，對(duì)測(cè)試人員的素質(zhì)相關(guān)理論水平也有很高的要求，同時(shí)必須深刻理解電磁兼容的相關(guān)測(cè)試規(guī)范。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁兼容勢(shì)必成為科研、電子工程的研究熱點(diǎn)。

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Research on the test technology of radiation emission in electromagnetic compatibility

MA Min
（Southwest Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

With the development of modern electronic technique，in order to satisfy the requirement of emc testing，a test electromagnetic compatibility test methodisdesigned in this paper.The method is based on APD andresearch on the electromagnetic compatibility of the electronic products of the working frequency 30～1 000 MHz is carried out in this paper.Finally，the electromagnetic compatibility test of the product is finished.

EMC；EMD；radiated emission test；APD

TP311

A

1674－6236（2017）10-0125-03

2016-05-30稿件編號(hào)：201605302

馬 敏（1971—），女，四川眉山人，碩士，工程師。研究方向：電磁兼容測(cè)試與設(shè)計(jì)整改及微波技術(shù)。