徐曉昂

（江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 江蘇省南京市 210007）

電磁兼容性測(cè)試研究電子電氣設(shè)備適用中獨(dú)立工作的電磁抗干擾能力，隨著無(wú)線電設(shè)備大量出現(xiàn)，各類無(wú)線電收發(fā)設(shè)備相互電磁干擾情況嚴(yán)重。20世紀(jì)中期后，電子設(shè)備內(nèi)部元器件小型化，各電子元器件占用空間擁擠，頻譜資源占有率增加，需要提高頻譜資源利用率。與EMC 相關(guān)法律有很多，發(fā)達(dá)國(guó)家相關(guān)組織有相關(guān)規(guī)定。我國(guó)電磁兼容測(cè)試為3C 強(qiáng)制認(rèn)證，電子電氣產(chǎn)品EMC 為法律規(guī)定要求，電子電氣設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)前需通過(guò)EMC。本文設(shè)計(jì)科學(xué)高效的民用電子電氣設(shè)備EMC 系統(tǒng)，滿足工程應(yīng)用實(shí)踐分析。設(shè)計(jì)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)EMI 發(fā)射騷擾測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)分為RE 輻射發(fā)射等。

1 民用電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分析

設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的民用電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)，需要了解對(duì)應(yīng)測(cè)試方法要求等。EMI 接收機(jī)是電磁騷擾測(cè)試重要儀表，測(cè)試干擾信號(hào)有間發(fā)行等特點(diǎn)，EMI 接收機(jī)通常采用掃頻測(cè)試進(jìn)行逐點(diǎn)掃描測(cè)試[1]。GB/T6113.101 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)EMI 測(cè)量接收機(jī)有明確指標(biāo)要求。測(cè)量接收機(jī)內(nèi)部放大器幅度特性需比測(cè)正弦信號(hào)有較大動(dòng)態(tài)范圍儲(chǔ)備。應(yīng)注意區(qū)分檢波器功能與測(cè)試接收機(jī)上輸出指示的意義，采用正弦波等效RMS 進(jìn)行校準(zhǔn)。

測(cè)試CE 傳導(dǎo)發(fā)射騷擾電壓時(shí)，需在被測(cè)試設(shè)備間增加規(guī)定人工電源網(wǎng)絡(luò)。人工電源網(wǎng)絡(luò)作用點(diǎn)包括將外部供電電路與被測(cè)設(shè)備電路隔離，電源供電端子提供測(cè)試阻抗。系統(tǒng)選用人工電源網(wǎng)絡(luò)為耦合非對(duì)稱電壓V 型網(wǎng)絡(luò)[2]。電探頭在CE 傳導(dǎo)發(fā)射騷擾電流測(cè)試使用，不需改變被測(cè)設(shè)備原有電路，適合測(cè)試復(fù)雜接線電路系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用高阻電壓探頭，可使用高阻電壓探頭測(cè)試優(yōu)點(diǎn)是不影響供電網(wǎng)絡(luò)下測(cè)試，缺點(diǎn)是需避免被測(cè)電路阻抗較高。高阻電壓探頭由電阻與電容組成，接地端子需良好接到參考地。EMI 天線接收空間強(qiáng)信號(hào)后，場(chǎng)強(qiáng)值與電壓值比為天線系數(shù)。

電磁兼容無(wú)線電騷擾測(cè)量要注意具有可復(fù)現(xiàn)性，物相互作用。測(cè)量裝置運(yùn)行條件作出明確規(guī)定，需測(cè)量電平上有足夠信噪比，掃頻接收機(jī)測(cè)量適當(dāng)考慮設(shè)備特殊工作特性。非源于EUI 產(chǎn)生騷擾，需在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中記錄[3]。測(cè)試EMI 干擾電平時(shí)需較長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間，EMI 接收機(jī)使用峰值檢波器捕捉信號(hào)，僅對(duì)發(fā)射幅值接近的關(guān)鍵頻率測(cè)量最大值。RE 輻射發(fā)射測(cè)試目的是針對(duì)機(jī)箱端口輻射騷擾測(cè)試，對(duì)多種電子電氣產(chǎn)品，需測(cè)試輻射騷擾電磁場(chǎng)干擾，電場(chǎng)干擾需測(cè)試水平極化。輻射騷擾測(cè)量需考慮實(shí)驗(yàn)環(huán)境，環(huán)境噪聲電平滿足低于極限值6dB 要求。通用EMI 測(cè)試流程圖如圖1所示。

圖1：通用EMI 測(cè)試流程圖

2 民用電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)解析，通過(guò)測(cè)試項(xiàng)目分類得出民用EMC 測(cè)試系統(tǒng)主設(shè)備清單。EMI 測(cè)試機(jī)必須具備QP 準(zhǔn)峰值檢波器、AV 平均值檢波器等，EMI 測(cè)試接收機(jī)選用德科技更厚實(shí)數(shù)字中頻測(cè)量接收機(jī)。人工電源網(wǎng)絡(luò)用語(yǔ)電磁騷擾電壓測(cè)試，根據(jù)GB6113.102 等標(biāo)準(zhǔn)要求，選用NSLK8127 人工電源網(wǎng)絡(luò)[4]。阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)用語(yǔ)電信騷擾電壓測(cè)試，選用八線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)ISNT8‐Caat6 阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。

圖2：民用電子電氣設(shè)備電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)

儀表選型根據(jù)出廠技術(shù)規(guī)格核對(duì)標(biāo)準(zhǔn)滿足要求，EMC 測(cè)試系統(tǒng)需要有第三方實(shí)驗(yàn)室針出具計(jì)量報(bào)告，保證符合測(cè)試規(guī)范要求。由于測(cè)試系統(tǒng)整體完成自動(dòng)測(cè)試，組成包括RS 輻射抗擾度測(cè)試路徑等，射頻測(cè)試路徑需要可程控射頻開關(guān)自動(dòng)切換，程控路徑考慮在屏蔽室進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換通信。對(duì)CE 發(fā)射騷擾測(cè)試時(shí)，射頻電纜衰減影響系統(tǒng)靈敏度。設(shè)備電纜功率影響系統(tǒng)安全性。選擇射頻電纜需從功率容限等方面考慮。

電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)不同項(xiàng)目，進(jìn)行理論測(cè)試值推導(dǎo)，包括干擾測(cè)試限值推導(dǎo)等。EMI 發(fā)射騷擾測(cè)試重要指標(biāo)為系統(tǒng)靈敏度，CE傳導(dǎo)騷擾測(cè)試頻率范圍為150kHZ‐30MHz，需保證測(cè)試頻段底噪數(shù)據(jù)低于標(biāo)準(zhǔn)要求極限值‐20dB.CE 傳導(dǎo)騷擾測(cè)試影響靈敏度測(cè)試值由脈沖限幅器，傳感器修整等決定[5]。對(duì)系統(tǒng)測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)分布采用仿真手段進(jìn)行分析，使用天線為復(fù)合天線，仿真天線使用雙錐天線，整體仿真包括幾何尺寸建立，介質(zhì)參數(shù)考量等。對(duì)RS 場(chǎng)強(qiáng)分布作出仿真案例分析。技術(shù)參數(shù)滿足測(cè)試頻率范圍80MHz‐6GHz，測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)最高達(dá)10V/m，測(cè)試距離為3 米，系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)10V/m，校準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)為18v/m，校準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)范圍為18‐36V/m。

3 系統(tǒng)不確定度評(píng)估

規(guī)范的民用電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)需進(jìn)行不確定度評(píng)估，對(duì)設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行不確定度評(píng)估，建立不確定度基本模型，進(jìn)行各參數(shù)分量不確定性計(jì)算。按照國(guó)家檢定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，通過(guò)分量對(duì)應(yīng)概率分布情況統(tǒng)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，通過(guò)測(cè)試得到統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值，如若獨(dú)立屬性信息統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)概率分布?xì)w類為B 類評(píng)估方法。采用B類評(píng)估計(jì)算其他不確定度來(lái)源引入不確定度[6]。在重復(fù)性條件下對(duì)測(cè)量獨(dú)立性重復(fù)測(cè)量n 次，被測(cè)量X 最佳估計(jì)值是n 個(gè)獨(dú)立測(cè)得值算數(shù)平均值x.A 類評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不確定度公式為：

屏蔽室內(nèi)對(duì)電源端口傳導(dǎo)騷擾測(cè)量，對(duì)待測(cè)設(shè)備進(jìn)行頻率150kHz‐30MHz 的傳導(dǎo)連續(xù)騷擾測(cè)量，EUT 為落地式設(shè)備可立于地平面。根據(jù)傳導(dǎo)連續(xù)騷擾測(cè)試系統(tǒng)連接方法確定不確定性數(shù)學(xué)模型。EMI 測(cè)量接收機(jī)測(cè)試結(jié)果隨外界環(huán)境變化有部分偏差，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，使用梳狀信號(hào)發(fā)生器為被測(cè)設(shè)備進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，計(jì)算頻率點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差，測(cè)得150KHz 時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差最大。使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行路徑校準(zhǔn)，衰減量S21 校準(zhǔn)結(jié)果在頻段最大誤差值為0.05dB，校準(zhǔn)不確定度為0.15dB，分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.08dB。輻射騷擾測(cè)試靈敏度與極限值符合度對(duì)照表如表1。

表1：輻射騷擾測(cè)試靈敏度與極限值符合度對(duì)照表

30MHz‐1GHz 輻射騷擾測(cè)量在半電波暗室內(nèi)進(jìn)行，支撐物由低介電常數(shù)材料制成，EUT 可立于地面，天線距EUT 為3m，測(cè)試用接收機(jī)型號(hào)為N9038A。根據(jù)輻射連續(xù)騷擾測(cè)試系統(tǒng)連接方法，可確定不確定數(shù)學(xué)模型[7]。測(cè)試接收機(jī)讀數(shù)變化由測(cè)量系統(tǒng)不穩(wěn)定性等因素引起，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算公式為：n 為測(cè)試次數(shù)，xi 為接收機(jī)單詞測(cè)試值。使用信號(hào)源為被測(cè)設(shè)備進(jìn)行10 次測(cè)量，不確定度為0.11dB。

合網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行射頻場(chǎng)感應(yīng)傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試，測(cè)試前需進(jìn)行校準(zhǔn)獲得所需射頻噪聲信號(hào)強(qiáng)度。根據(jù)射頻感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾抗擾度校準(zhǔn)測(cè)試方法，對(duì)測(cè)試引入不確定度，|VTest=VCal+δVMTt+δVLMCt+δ VTGM+VPAt+δVswt.δVswt 為測(cè)試中自動(dòng)測(cè)試軟件電平容差設(shè)置不確定度；δVTGM為信號(hào)源不確定度；δVLMCt為測(cè)試中功率探頭不確定度，從原廠校準(zhǔn)證書獲得150Ω 轉(zhuǎn)50Ω 適配器插入損耗最大差值X1=0.04dB，X1 為矩形分布，95%置信度時(shí)k=2，標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(δVRCAL)=0.35dB，校準(zhǔn)系統(tǒng)連接不確定度分量為正態(tài)分布。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證

目前建設(shè)完成民用電子電氣設(shè)備電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)，包括RS輻射抗擾度測(cè)試等，如圖 2所示。EMI 傳導(dǎo)騷擾測(cè)試不接入測(cè)試樣品時(shí)，實(shí)測(cè)值滿足測(cè)試底噪滿足低于極限值20dB 要求。測(cè)試結(jié)果未超限。EMI 輻射騷擾測(cè)試系統(tǒng)不接入測(cè)試樣品，測(cè)試底噪滿足低于極限值20dB 要求。樣品測(cè)試結(jié)果未超限值。

CS 傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試系統(tǒng)頻率范圍150kHz‐230MHz,系統(tǒng)注入干擾值，可得出滿足極限要求。各頻段CS 傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試干擾電平精度范圍，80‐230MHz 標(biāo)稱干擾電壓值±0.3V，偏差范圍在0.2V內(nèi)。RS 輻射抗擾度測(cè)試系統(tǒng)頻率范圍80MHz‐6GHz，場(chǎng)地均勻面為1.5 米*1.5 米，系統(tǒng)注入干擾強(qiáng)度值可得出滿足極限值要求。各頻段RS 輻射抗擾度測(cè)試干擾場(chǎng)強(qiáng)精度范圍，1000‐6000MHz 標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)值±0.5V/m，偏差范圍在0.3V/m 內(nèi)。

電磁兼容自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，對(duì)系統(tǒng)測(cè)量功能需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求下對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，EMI 傳導(dǎo)發(fā)射騷擾測(cè)試由于測(cè)試儀表影響大，統(tǒng)一使用梳狀信號(hào)源為被測(cè)物測(cè)試。EMS 輻射抗擾度測(cè)試施加干擾電平準(zhǔn)確性取決于檢測(cè)端設(shè)備，監(jiān)測(cè)端設(shè)備可通過(guò)第三方實(shí)驗(yàn)室出具計(jì)量報(bào)告為判定依據(jù)。比對(duì)計(jì)算結(jié)果|En|<=1，根據(jù)要求評(píng)定監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)符合測(cè)試要求。根據(jù)不確定計(jì)算結(jié)果，Uref=3.1dB，測(cè)試結(jié)果|En|<=1 滿意。根據(jù)不確定計(jì)算結(jié)果，Uref=4.2dB，通過(guò)雙方對(duì)比結(jié)果分析，根據(jù)要求評(píng)定系統(tǒng)符合測(cè)試要求。

5 結(jié)語(yǔ)

電磁兼容測(cè)試是電子電氣產(chǎn)品必須進(jìn)行的檢驗(yàn)，是法律的硬性規(guī)定，需要科學(xué)的民用電子電氣設(shè)備電磁兼容性能測(cè)試系統(tǒng)。以往國(guó)內(nèi)同行電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)中缺乏科學(xué)依據(jù)，通常為經(jīng)驗(yàn)性方式進(jìn)行。本文研究系統(tǒng)建設(shè)后測(cè)試數(shù)據(jù)有效性評(píng)估，測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)科學(xué)方法進(jìn)行不確定度評(píng)估，根據(jù)不確定度考慮CE，CS 測(cè)試項(xiàng)目不同確定度來(lái)源，得出各分系統(tǒng)綜合不確定度。CR 抗擾度測(cè)試系統(tǒng)中功率放大器是重要儀表，通過(guò)理論計(jì)算可優(yōu)化評(píng)估需使用的功放輸出等級(jí)，減少設(shè)計(jì)成本。