《電磁兼容技術及其應用》課件第5章

第五章電磁兼容測試基礎5.1電磁兼容中的測試設備5.2測試場地5.3測試設備及環(huán)境的校準5.4電磁兼容測試的一般方法

5.1電磁兼容中的測試設備

電磁兼容測試領域有很多專用、特殊的設備。大致可分為兩類：一類用于做接收，與適當?shù)膫鞲衅鬟B接，可進行電磁干擾測試；另一類用于模擬不同干擾源，通過適當?shù)鸟詈?去耦合網(wǎng)絡、傳感器或天線，施加到被測設備上，以進行敏感度測試。

5.1.1電磁干擾(EMI)測試設備

1.測試接收機

測試接收機用來測試射頻功率的幅度和頻率，接收的可能是干擾，也可能是信號的載波，其組成可由圖5.1-1表示。圖5.1-1測試接收機的組成接收機測試信號時，先調諧輸入某個測試頻率fi，該頻率經(jīng)高頻衰減器和高頻放大器后進入混頻器，與本地振蕩器的頻率fl混頻，產(chǎn)生混頻信號?；祛l信號經(jīng)中頻濾波器得到中頻f0=fl-fi，中頻信號再經(jīng)中頻衰減器、中頻放大器后由包絡檢波器進行包絡檢波，濾去中頻，得到低頻信號A(t)。A(t)再進一步進行加權檢波，檢波時可根據(jù)需要選擇檢波器，以分別得到A(t)峰值、有效值、平均值或準峰值。這些數(shù)值經(jīng)過低頻放大后可推動電表指示或在數(shù)碼管屏幕顯示出來。

測試接收機的技術要求如下：

(1)幅度精度：±2dB；

(2)6dB帶寬：

國際EMI測試：

9kHz～150kHz

200Hz,

150kHz～30MHz

9kHz,

30MHz～1000MHz

120kHz,國軍標EMI測試：

25Hz～1kHz10Hz,

1kHz～10kHz100Hz,

10kHz～250kHz1kHz,

250kHz～30MHz10kHz,

30MHz～1GHz100kHz,

>1GHz1MHz。

(3)檢波器：峰值、準峰值和平均值檢波器；

(4)輸入阻抗：50Ω；

(5)靈敏度：優(yōu)于-30dBμV(典型值)；

為滿足脈沖測試的需要，接收機還應具有預選器，即輸入濾波器，對接收信號頻率進行調諧跟蹤，以避免前端混頻器上的寬帶噪聲過載。

測試接收機中擁有各種不同的檢波器，可提供不同的檢波方式。

(1)峰值檢波是檢測干擾信號包絡的最大值，而忽略干擾信號的頻率，它只與干擾信號的幅度有關，與時間、頻率無關。

(2)準峰值檢波可同時反映干擾信號的幅度和時間分布，是CISPR的電磁兼容性規(guī)范采用的檢波方式。

(3)平均值檢波測試干擾信號包絡的平均值，主要用于測試窄帶的連續(xù)波。

(4)有效值檢波又稱均方根檢波，是測試干擾信號包絡的有效值，主要用于測試電磁干擾對通信的影響。

具體如何選擇檢波方式應根據(jù)被測干擾源的性質、所需保護對象以及相應的測試規(guī)范來確定。

2.頻譜分析儀

頻譜分析儀是顯示被測信號能量與頻率間函數(shù)關系曲線的測試儀器。通常根據(jù)測試信號頻帶的寬度，分為寬帶頻譜分析儀和全景頻譜分析儀。

3.電磁干擾測試附件

1)電流探頭

電流探頭是測試線上非對稱干擾電流的卡式電流傳感器，測試時不需與被測的電源導線導電接觸，也不用改變電路結構，可對復雜的導線系統(tǒng)，電子線路等的干擾進行測試。圓環(huán)形卡式電流探頭的結構如圖5.1-2所示。圖5.1-2圓環(huán)形卡式電流探頭使用電流探頭時，需先測出其傳輸阻抗，然后才能用于傳導干擾測試。

圓環(huán)形卡式電流探頭的技術指標如下：

測試頻段：20Hz～30MHz；

輸出阻抗：50Ω；

內環(huán)尺寸：32mm～67mm。

2)電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡

電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡的作用是在射頻范圍內向被測設備提供一個穩(wěn)定的阻抗，并將被測設備與電網(wǎng)上的高頻干擾隔離開，然后將干擾電壓耦合到接收機上。

電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡對每根電源線提供三個端口，它們分別為供電電源輸入端、到被測設備的電源輸出端、連接測

試設備的干擾輸出端。

電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡的結構如圖5.1-3所示。

電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡的阻抗是指干擾信號輸出端接50Ω負載阻抗時，在設備端測得的相對于參考地的阻抗的模。當干擾輸出端沒有與測試接收機相連接時，該輸出端應接50Ω負載阻抗。圖5.1-3電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡結構圖

3)測試天線

在大多數(shù)的EMC測試中，對天線頻率范圍的要求遠大于某一單個天線所能提供的頻率范圍，實際上，由于帶寬和天線尺寸的限制，在一次測試中使用５副天線來覆蓋整個測試頻段的情況也并不少見。

選擇EMC測試天線，首先必須明確測試任務對發(fā)射天線和接收天線的要求，包括頻率范圍，最小可接受的增益，可接受的天線的最大尺寸，還要決定使用幾副天線，獲得的數(shù)據(jù)是否滿足測試者的需要，結果以哪種形式表示最合適，等等。下面對各種不同測試天線及相關設備作一介紹。

(1)磁場天線。

磁場天線用于接收被測設備工作時泄漏的磁場、空間電磁環(huán)境的磁場，及測試屏蔽室的磁場屏蔽效能。測試頻段為25Hz~30MHz。

根據(jù)用途不同，磁場天線可分為有源天線和無源天線兩類。通常有源天線適合于測試空間的弱小磁場；而無源環(huán)天線常用于近距離測試設備工作時泄漏的磁場，與有源天線相比，無源天線的尺寸較小。一般磁場天線為環(huán)形天線，其參數(shù)如下：

①有源天線。

測試頻段：10kHz~30MHz；

增益：85dB~125dB；

靈敏度：-1dB(μA/m),10kHz；

-42dB(μA/m),1MHz；

阻抗：50Ω；

環(huán)直徑：60cm。②無源環(huán)天線。

測試頻段：10Hz~100kHz；

匝數(shù)：36；

環(huán)直徑：13.3cm；

導線規(guī)格：7×0.07mm；

屏蔽：靜電。

(2)電場天線。電場天線用于接收被測設備工作時泄漏的電場、環(huán)境電磁場及測試屏蔽室(體)的電場屏蔽效能，測試頻段為10kHz~40GHz。電場天線也分為有源和無源天線兩類。下面介紹幾種常見的電場天線。①桿天線。天線桿長1m，用于測試10kHz~30MHz頻段的電磁場，其形狀為垂直的單極子天線，由對稱子中間插入地網(wǎng)演變而來，測試時一定要按天線的使用要求安裝接地網(wǎng)。

桿天線的一般技術指標如下：

頻率范圍：10kHz~30MHz；

天線有效高度：0.5m；

輸出端阻抗：50Ω。②雙錐天線。雙錐天線的形狀與偶極子天線十分接近，測試頻段比偶極子天線寬，且無需調諧，適合于接收機配合組成自動測試、系統(tǒng)掃頻測試?？捎糜陔姶虐l(fā)射測試和輻射敏感度測試。雙錐天線典型的技術指標如下：

頻率范圍：30MHz~300MHz；

駐波比：≤2.0；

最大連續(xù)波功率：50W；

輸出端阻抗：50Ω；

峰值功率：200W。③半波振子天線。半波振子主要由一對天線振子、平衡/不平衡變換器及輸出端口組成，可將振子長度調到適當?shù)陌氩ㄩL度，同時調節(jié)平衡/不平衡變換器使天線的輸出端具有小的電壓駐波比。半波振子的技術指標如下：

增益：2.15dB；

阻抗：73+j42.5Ω；

波瓣寬度：78°。④對數(shù)周期天線。對數(shù)周期天線的結構類似八木天線，上下兩組振子，從長到短交錯排列。對數(shù)周期性天線方向性較強，具有高增益、低駐波、寬頻帶的特點，適用于電磁干擾和電磁敏感度測試。對數(shù)周期天線的典型技術指標如下：頻率范圍：80MHz~1000MHz；

駐波比：≤1.5；

最大連續(xù)波功率：50W；

輸出端阻抗：50Ω。⑤雙脊喇叭天線。雙脊喇叭天線的上下兩塊喇叭板為鋁板，鋁板的中間位置是擴展頻段用的弧形凸狀條，兩側為環(huán)氧玻璃纖維的覆銅板，并蝕刻成細條狀，連接上下鋁板。雙脊喇叭天線為線極化天線，測試時通過調整托架改變極化方向。一般可用于0.5GHz~18GHz輻射發(fā)射和輻射敏感度測試。雙脊喇叭天線的典型技術指標如下：

頻率范圍：0.5GHz~1GHz或1GHz~18GHz；

駐波比：≤1.5；

最大連續(xù)波功率：50W；

輸出端阻抗：50Ω。⑥喇叭天線。較為常見的喇叭天線是角錐喇叭，其使用頻段通常由饋電口的波導尺寸決定，在1GHz以上高場強的輻射敏感度測試中，使用高增益天線容易達到所需高場強值。

喇叭天線的典型技術指標如下：

頻率范圍：1GHz～40GHz(由多個天線覆蓋)；

駐波比：1.5左右；

最大連續(xù)波功率：50W～800W。

4)功率吸收鉗

功率吸收鉗適用于吸收30MHz～1000MHz頻段傳導發(fā)射功率的測試。功率吸收鉗由寬帶射頻電流變換器、寬帶

射頻功率吸收體、受試設備引線的阻抗穩(wěn)定器和吸收套筒組成。電流變換器與電流探頭的作用相同；功率吸收體用于隔離電源與被測設備之間的功率傳遞；吸收套筒則防止被測設備與接收設備之間發(fā)生能量傳遞。測試時，功率吸收鉗與輔助吸收鉗配合使用，其組成如圖5.1-4所示。圖5.1-4功率吸收鉗使用原理圖

5)天線塔與轉臺

輻射發(fā)射測試中，部分測試要求測試天線在離地面1m～4m的高度內可調節(jié)，以便在每一個測試頻點獲得最大的場強值。同時測試過程中還需要轉動被測設備，以便對最大的輻射面進行測試。所以，實驗時，將被測設備置于一個轉臺上。

天線塔由天線桿、升降裝置、控制器組成，具有自動化操作功能，控制簡便，升降、定位精度高，其控制器可與轉臺共用，具有GPIB接口，可方便地加入各種測試系統(tǒng)中。轉臺由臺板、傳動裝置與控制器組成，直徑一般為1.2m。轉臺表面可以是金屬，也可以是非金屬的，其控制電路部分要求有良好的屏蔽，以降低不必要的電磁泄漏，使實驗不受環(huán)境電平的影響。

下面以中國航天203所生產(chǎn)的BIRMM型天線塔和轉臺為例，介紹天線塔及轉臺基本參數(shù)。

BIRMM天線塔的外觀如圖5.1-5所示。圖5.1-5BIRMM天線塔的外觀

BIRMM天線塔可用于電磁兼容性測試、天線方向圖測試等。該裝置具有操作靈活簡便、移動精度高，可通過IEEE488接口進行程控等特點，可以很方便地加入各種自動測試系統(tǒng)。由于控制器與天線塔之間的控制線纜采用光纖，而且采取了其他一些技術措施，使得天線塔的電磁發(fā)射大為減少，也不會因線纜穿過屏蔽室的屏蔽墻，破壞屏蔽室的屏蔽效能。

BIRMM天線塔的主要技術指標如下：

塔桿高度：6m；

天線桿承重：15kg;

控制線纜：光纖;定位精度：0.5％±1cm;

轉速：5m/分±10%;

電源電壓：210V～230V，50Hz。

BIRMM天線塔控制器的主要技術指標如下：

顯示：4位LED，1位狀態(tài)位，3位數(shù)據(jù)位；

位移分辨度：1cm；

信號通道：2路光纜輸入端，4路光纜輸出端；

控制方式：手動方式：前面板按鍵操作。

BIRMM轉臺的外觀如圖5.1-6所示。圖5.1-6BIRMM轉臺的外觀

BIRMM轉臺裝置可用于電磁兼容性、天線方向圖測試。該裝置具有操作靈活簡便、轉角精度高，可通過GPIB接口進行程控等特點，可以方便地加入各種自動測試系統(tǒng)。由于采用了光纖控制等一系列新技術使得轉臺的電磁發(fā)射量減至最低，BIRMM轉臺也不會因線纜穿過屏蔽墻破壞屏蔽室的屏蔽效能。

BIRMM轉臺的主要指標如下：

臺面直徑：1.2m轉臺承重,250kg；

轉臺精度：±1°/圈；

轉速：(355°～365°)/分鐘；

控制線纜：光纖；電源電壓：210V～230V；

功率：250W。

BIRMM轉臺控制器的主要指標如下：

4位LED指示：1位狀態(tài)位，3位數(shù)據(jù)位；

轉角分辨度：1°信號；

通道：2路光纜輸入，4路光纜；

輸出控制方式：手動方式；

通過面板操作程控方式：通過GPIB接口。

發(fā)送指令轉角步長：

手動方式：相對轉角1°、5°、10°、30°、90°；

程控方式：絕對和相對轉角1°～360°；

選項：雙路電機控制程控方式：通過GPIB接口發(fā)送指令。

4.近場探頭

工程上經(jīng)常需要對某個設備的發(fā)射源進行物理定位，這時就可以使用近場探頭來完成這一功能。近場探頭分為電場探頭和磁場探頭，電場探頭為棒狀結構，磁場探頭為環(huán)狀結構。探頭和頻譜儀結合可以得到頻域的結果，探頭和示波器結合可以得到時域的結果。

近場探頭的大小決定著定位的精度和靈敏度。探頭越小，定位就越準確，但其靈敏度就越低。一個好的磁場探頭對電場的響應是不敏感的，反之也一樣。近場探頭在使用前必須進行校準。

5.測試系統(tǒng)及測試軟件

測試系統(tǒng)主要由測試接收機和各種測試傳感器、天線及電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡組成，用于測試電子、電氣設備工作時泄漏出來的電磁干擾信號。測試頻段為20Hz～40GHz。測試接收機利用不同的傳感器測試傳導和輻射干擾。同時，利用計算機可以實現(xiàn)測試的自動化，數(shù)據(jù)自動化處理并輸出測試結果，最后形成測試報告。

測試系統(tǒng)的組成框圖如圖5.1-7所示。圖5.1-7測試系統(tǒng)組成框圖測試過程中需要有相應的軟件來管理整個過程，這個管理軟件應具備以下功能。

(1)參數(shù)設置，包括測試標準的選擇、測試配置的提示、測試參數(shù)的設置(如頻段、帶寬、檢波方式等)。

(2)控制儀器進行信號測試，以一定的步長和速率對信號進行掃頻測試、判別和讀出數(shù)據(jù)。

(3)數(shù)據(jù)處理能力，測試軟件能自動將測試信號電壓轉成干擾的量值，自動補償因傳感器的使用而引入的隨頻率變化的校準系數(shù)，還可以提供信號分析的基本功能。

(4)數(shù)據(jù)存儲和輸出能力，測試軟件應能夠將每次的測試數(shù)據(jù)列表存放，以便需要時提取，特別是對某些敏感數(shù)據(jù)。5.1.2電磁敏感度測試設備

電磁敏感度測試又稱為電磁抗擾度(EMS)測試。用于電磁敏感度測試的設備由三部分組成：干擾信號產(chǎn)生器及功率放大設備、天線及傳感器等信號輻射與注入設備、場強和功率監(jiān)測設備。

敏感度測試要求在25Hz～18GHz(或40GHz)頻段內進行，根據(jù)測試項目與測試系統(tǒng)組成的需要，一般分為三個頻段配置儀器，即25Hz～100kHz、10kHz～1GHz、1GHz～18GHz(或40GHz)。

1.亥姆霍茲線圈

亥姆霍茲線圈就是一種較為理想的低頻模擬磁裝置，可以在較大區(qū)域內產(chǎn)生均勻磁場，測試時容易操作觀察。

亥姆霍茲線圈的結構如圖5.1-8所示。從結構中可以看出，亥姆霍茲線圈在其同軸線附近產(chǎn)生的磁場均勻度較好，所以一般要求被測設備最大輪廓尺寸比線圈尺寸小2～3倍。也就是說，亥姆霍茲線圈能夠測試的設備尺寸較小。圖5.1-8亥姆霍茲線圈結構圖

2.模擬干擾源

1)信號源

信號源在測試試驗中的用途有二：一是作系統(tǒng)校準的信號產(chǎn)生器；二是用于敏感度試驗中推動功率放大器產(chǎn)生連續(xù)波模擬干擾信號。一般要求能輸出已調制或未調制的功率，輸出穩(wěn)定，并滿足：

頻率精度：不低于±2%；

諧波分量：諧波和寄生輸出應低于基波30dBc；

調制方式：具備調幅、調頻功能，并對調制類型、調制度、調制頻率、調制波形可選擇和控制。根據(jù)測試過程中的儀器通?？筛鶕?jù)以下原則進行配置。(1)25Hz～100kHz頻段的測試項目有電源線傳導敏感度和磁場輻射，使用儀器有低頻功率源或低頻信號源加音頻放大器。

(2)10kHz～1GHz頻段的測試項目有電纜束的傳導敏感度和電場輻射敏感度測試，使用儀器有信號源與射頻放大器。(3)1GHz～18GHz(或40GHz)頻段的測試項目為電場輻射敏感度測試，通常使用微波信號源加行波管放大器產(chǎn)生測試所需的功率輸出。

2)尖峰信號產(chǎn)生器

尖峰信號產(chǎn)生器是對設備或分系統(tǒng)電源線進行瞬變尖峰傳導敏感度試驗必備的信號產(chǎn)生器，該測試的對象是所有從外部給被測件供電的不接地的交流或直流電源線，測試模擬了被測件工作時開關閉合或故障引起的瞬變尖峰干擾。根據(jù)GJB151A規(guī)定，產(chǎn)生的尖峰信號上升沿1μs，下降時間約為10μs。

尖峰信號產(chǎn)生器在0.5校準電阻上產(chǎn)生標準波形，接入測試電路后實際波形將有所變化，這時應以儀器面板幅度

指示為準。

3)浪涌模擬器

在電網(wǎng)中進行開關操作及直接或間接的雷擊引起的瞬變過壓都會對設備產(chǎn)生單極性瞬變干擾，浪涌測試儀就用于檢驗設備抵抗單極性浪涌的能力。

模擬單極性瞬態(tài)脈沖浪涌模擬器主要有兩部分組成：組合波信號發(fā)生器和耦合/去耦合網(wǎng)絡。

浪涌模擬器的基本技術指標如下：

電壓范圍：500V～4000V；

電壓波形：6/250(或10/700)μs；

電流峰值：2000A；

電流波形：8/20μs；

極性：正、負；

相位：0°～360°。

4)電快速瞬變脈沖產(chǎn)生器

電快速瞬變脈沖產(chǎn)生器用于產(chǎn)生一系列脈沖，以測試被測設備抗脈沖干擾的能力，評估電器和電子設備的供電端口、

信號端口和控制端口在受到重復快速瞬變脈沖干擾時的性能。電快速瞬變脈沖產(chǎn)生器的結構如圖5.1-9所示。

電快速瞬變脈沖產(chǎn)生器的技術指標如下：

測試電壓：220V～8000V；

波形：上升時間5ns；

脈沖串寬度：50ns；

脈沖串重復頻率：0.1kHz～1MHz；

內置耦合網(wǎng)絡。圖5.1-9電快速瞬變脈沖產(chǎn)生器結構圖

5)靜電放電模擬器

電子產(chǎn)品靜電放電(ESD)指的是具有不同靜電電位的電子產(chǎn)品相互靠近或直接接觸引起的電荷轉移現(xiàn)象，電子產(chǎn)品靜電放電抗擾度試驗是電磁兼容性的最重要的試驗之一。

電子產(chǎn)品靜電放電可分為直接放電和間接放電兩種類型。其中直接放電又有接觸放電和空氣放電兩種方式：接觸放電僅施加在操作人員正常使用被測設備可能接觸的點和表面上；其余的為空氣放電。間接放電是對放置或安裝在受試設備附近的物體放電的模擬，是通過靜電放電模擬器對耦

合板接觸放電來實現(xiàn)的，其結構如圖5.1-10所示。圖5.1-10靜電放電模擬器結構圖靜電放電模擬器工作時，先對高壓電容充電，然后閉合放電開關，向實驗對象作直接或間接放電，其主要指標如下：放電電壓：空氣放電：200V～16.5kV；

保持時間：大于5s；

放電模式：空氣、接觸放電；

內置的測試達標設定值：按IEC1000－4－4－2標準設定；

電壓測試：在高壓端，動態(tài)精度優(yōu)于±5％；

放電電壓：空氣中200V至16.5kV(步長100V)；公差±5％；

接觸時200V至9kV(步長100V)；公差±5％；

放電頭：IEC標準的球形頭和錐形頭。

3.功率定向耦合器

定向耦合器是功率測試的常用部件，它是一種無耗三端/四端網(wǎng)絡。測試時,通常將定向耦合器接在功率放大器的輸出端，與功率計一起組成功率監(jiān)測系統(tǒng)，其結構如圖5.1-11所示。

功率定向耦合器所要求的主要參數(shù)有：耦合系數(shù)、方向性、適用頻段、功率容量、插入損耗、最大駐波等。

以某電子有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品為例，其技術指標如下：頻率范圍：800MHz～2.5GHz；

插入損耗：≤0.3dB；

端口抗阻：50Ω；

接頭：N—K；

承載功率：50W；

電路形式：腔體式/微帶式。圖5.1-11功率定向耦合器的結構圖

4.傳感器

(1)電流注入探頭，其使用方法如圖5.1-12所示，主要用于電纜線機電攔住的高頻大電流注入實驗。實驗中，將電流注入探頭卡在被測物的電纜上，向該探頭注入射頻干擾，射頻電流先在電纜中以共模方式流過，然后再進入被測設備接口。導線或電纜束穿過探頭中心，相當于變壓器的次級。其功率容量大，適合與功率源或放大器配合使用。

(2)電場探頭，主要用于敏感度試驗中干擾場強的監(jiān)測、定標與測試，也可用于電磁核脈沖的測試及電波暗室場均勻性和屏蔽室場分布特性的測試，其結構如圖5.1-13所示。

電場探頭的偶極子間隔放置，低偏壓的肖特基二極管將偶極子接受的高頻信號檢波位直流，再經(jīng)過高阻傳輸線送到放大電路，放大到可處理的量級傳送到指示儀表。

圖5.1-12電流注入探頭的使用原理圖圖5.1-13電場探頭的結構圖

5.敏感度測試系統(tǒng)及測試軟件

測試系統(tǒng)主要由模擬干擾裝置、功率放大器、發(fā)射天線、傳感器、功率監(jiān)測和計算機及測試軟件等組成，用于測試電子、電氣設備在施加模擬干擾時的抗干擾能力。測試分為傳導抗擾測試和輻射抗擾測試。敏感度測試組成如圖5.1-14所示。

測試軟件的功能主要有以下幾種：

(1)自動產(chǎn)生測試信號(包括電流、電壓、場強)；

(2)自動監(jiān)測功率輸出與場強及被測件狀態(tài)；

(3)確定被測設備故障時抗干擾門限值。圖5.1-14敏感度測試系統(tǒng)的組成圖

5.2測試場地

電磁兼容測試的場地分為室內場地和開闊場地，室內場地主要用于輻射發(fā)射、輻射敏感度測試、傳導發(fā)射和傳導敏感度測試。在有些時候也要使用開闊場地進行輻射發(fā)射測試。

5.2.1室內場地

室內場地分為屏蔽室、電波暗室和橫電磁波傳輸小室三種。

1.屏蔽室

通常，屏蔽室包括無源屏蔽室和有源屏蔽室兩類。前者用于對外來電磁干擾加以屏蔽，防止干擾侵入到屏蔽室內部；后者是對內部發(fā)射源進行屏蔽，防止對外界形成干擾。

屏蔽室通常是一個金屬材料制成的封閉的六面體，其性能受多種因素影響，如屏蔽門、通風波導、屏蔽材料、電源濾波器、焊接縫隙、接地狀況等。建造屏蔽室的材料主要有：銅網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)夾心板、銅板、電解銅箔等，一般要求被測設備與測試設備間至少相距1m，測試設備與屏蔽室內壁間距離也要在1m以上。

在室內也需要盡量減少不必要的設備及雜物以便減少臨近物體對天線的加載效應和多徑效應。

屏蔽室能提供環(huán)境電平低而恒定的電磁環(huán)境，為測試精度的提高、測試的可靠性和重復性的改善提供了條件。但是被測設備在屏蔽室中產(chǎn)生的干擾信號可能通過屏蔽室的六個

面產(chǎn)生無規(guī)則的漫反射，導致在屏蔽室內形成駐波而產(chǎn)生較大的測試誤差在輻射發(fā)射測試和輻射敏感度測試中這一點表現(xiàn)更嚴重。

2.電波暗室

針對普通屏蔽室內壁板的反射影響測試結果準確性的問題，可使用在普通屏蔽室壁板上鋪設射頻吸波材料而構成的電波暗室。在普通屏蔽室6個內壁板上全部鋪設吸波材料可構成全暗室；只在側面壁板和室頂壁板鋪設吸波材料構成的稱為半暗室。其中，前者可用于模擬自由空間，后者可用于模擬開闊試驗場。電波暗室的尺寸和射頻材料的選擇主要根據(jù)被測試設備的外形尺寸和測試要求而定。一般射頻吸收材料做成棱錐狀、圓錐狀、楔形狀，以減小材料的反射，并且，一般應能將電波入射衰減20dB。

電波暗室的主要性能指標有靜區(qū)、工作頻率范圍等。暗室的工作頻率的下限取決于暗室的寬度和吸收材料的高度、上限取決于暗室的長度和所允許的靜區(qū)的最小截面積，所以建造電波暗室的成本、難度均相當高，且由于吸波材料的低頻特性等原因，總的測試誤差有時會高達幾十分貝。

3.橫電磁波傳輸小室

橫電磁波室又稱為TEM室。TEM室能較好地隔離外部電磁輻射的影響，可測試被測體發(fā)出的很弱的電磁信號并可用于EMI試驗；在EMS試驗中，TEM室可產(chǎn)生場強為幾百伏特每米的均勻橫向電磁場，且場強大小便于控制，誤差一般小于2dB。

1974年，美國國家標準局(NBS)的專家首先系統(tǒng)地論述了橫電磁波傳輸小室(TransverseElectromagneticTransmissionCell)，簡稱ＴＥＭ小室，其外形為上下兩個對稱梯形。橫電磁波傳輸小室的優(yōu)點是結構簡單，缺點是可用頻率上限與可用空間存在矛盾。標準TEM小室的尺寸大約限定在測試的最小工作波長的1/4范圍內。如果要進行1GHz(波長30cm)的測試，測試腔尺寸要限定在7.5cm。如果對PC機進行測試，測試腔高度起碼要有半米，即使加入一些側壁吸收材料，可用頻率上限也不會超過300MHz。目前，用TEM小室的方法測試已列入CISPR標準之中。為了克服TEM小室的缺點，1987年瑞士ABB公司發(fā)明了TEM小室家族中的新成員——GTEM小室，其外形為四棱錐形。GTEM小室綜合了開闊場、屏蔽室、TEM小室的優(yōu)點，克服了各種方法的局限性，便于進行幾乎全部輻射敏感度及發(fā)射試驗，其頻率范圍可覆蓋0～18GHz，模擬入射平面波，可以產(chǎn)生強的場強、對周圍的人員和設備沒有危害和干擾。

一般小室進行敏感度測試的系統(tǒng)組成如圖5.2-1所示。

電磁輻射干擾測試與敏感度測試相比，只是少了場強監(jiān)視器，并且功率放大器用干擾接收機代替。圖5.2-1敏感度小室測試的系統(tǒng)組成5.2.2開闊場地

在電磁兼容測試中，通常會由于場地的不同而產(chǎn)生不同的測試結果，所以國際、國內相關標準中，都以開闊場地測試結果為準。

開闊的測試場地應該是一個空曠、平坦的場地，在其邊界范圍內無架空線，附近無反射結構物(如鋼筋水泥結構和高大樹木等)，或至少遠離這些物體30m以上，環(huán)境電平在所測頻率下至少比允許極限低6dB，而且場地尺寸應根據(jù)不同標準規(guī)范而定。根據(jù)標準要求測試場通常呈橢圓形，長軸是焦距的兩倍，短軸是焦距的倍，發(fā)射與接收天線分別置橢圓的兩個焦點上。兩個焦點的距離即是要求的測試距離，根據(jù)現(xiàn)有標準測試距離有3m、10m和30m三種。我國現(xiàn)有標準大多數(shù)規(guī)定測試3m，美國的FCC標準、英國的VDE標準有測試距離為10m的要求。

測試場一般應選擇在遠離市區(qū)、電磁環(huán)境較好的地方建造，應設有轉臺和天線升降塔，便于全方位的輻射發(fā)射及天線升降測試。

開闊場地在電磁兼容領域主要用于30MHz～1000MHz頻率范圍內的測試。

5.3測試設備及環(huán)境的校準

在進行EMC測試時，測試設備本身也存在一定的電磁發(fā)射，另外，測試場地也會對測試的結果產(chǎn)生一定的影響，所以在測試之前要對測試設備及場地進行校準。5.3.1測試設備的校準

一般要求測試設備比被測干擾電壓和電流小20dB，比允許的干擾量小40dB，電壓測試誤差小于等于±2dB，場強測試誤差小于等于±3dB，距離容差小于等于5%，頻率容差小于等于2%，干擾接收機幅度容差小于等于±2dB，測試系統(tǒng)容差小于等于±3dB，時間容差小于等于5%。

設備接入測試回路后，不應改變被測設備的工作狀態(tài)，也不應在被測點產(chǎn)生明顯分流。高性能的設備需要取得TUV認證、CE認證等，需要嚴格符合CISPR16和VDE0878等規(guī)格。

EMI測試所需設備的基本配置如下：電磁干擾測試儀；頻譜分析儀；各種天線；功率吸收鉗、電流探頭、電壓探頭、隔離變壓器，存儲示波器、各式濾波器、定向耦合器；計算機及測試軟件。

EMS測試所需的基本設備配置如下：模擬干擾源；功率放大器；頻譜分析儀；各式天線；場傳感器、射頻抑制濾波器和隔離網(wǎng)絡；功率計和功率定向耦合器；計算機和測試軟件。

對于EMC測試來講，設備的精度和可靠性直接影響到測試的結果，所以在測試前必須要對一些重要的儀器做以校正，以保證其良好工作狀態(tài)。

1.靜電放電(ESD)發(fā)生器

標準的靜電放電波形如圖5.3-1所示。

在IEC61000-4-2中，推薦使用法拉第籠和標準2Ω靶來校準ESD發(fā)生器的放電波形。特制的銅靶面2Ω電阻應有1GHz帶寬，安裝于法拉第籠側面的鋁板上。放電電極的尖端應與電流傳感器直接接觸。從靶上取出電壓信號送入至少1GHz帶寬的示波器進行測試，其布局如圖5.3-2所示。圖5.3-1ESD發(fā)生器的放電電流波圖5.3-2法拉第籠的布局

2.快速電脈沖群發(fā)生器

快速電脈沖群(EFT/B)發(fā)生器的輸出單脈沖波形如圖5.3-3所示。

EFT/B發(fā)生器所輸出的信號通過50W的同軸衰減器接至示波器上，測試設備的帶寬至少為400MHz，應對一個脈沖群內的脈沖上升時間、脈沖持續(xù)時間和脈沖重復頻率進行監(jiān)視。EFT/B測試系統(tǒng)圖如圖5.3-4所示。圖5.3-3快速電脈沖群發(fā)生器的單脈沖波形圖5.3-4EFT/B測試系統(tǒng)圖

3.浪涌發(fā)生器

對于不同的波形，浪涌發(fā)生器的校準要求不盡相同，表5.3.1是1.2/50μs和8/20μs波形參數(shù)的定義。

校準時，浪涌發(fā)生器的輸出應和具有足夠帶寬和電壓電流容量的測試系統(tǒng)相連以監(jiān)視其波形特性。在開路條件下(負載大于等于10kΩ),可以將浪涌發(fā)生器的電壓輸出經(jīng)電壓探棒連接到示波器；在短路條件下(負載小于等于100Ω)，可以使用電流傳感器將浪涌發(fā)生器并聯(lián)接到示波器。校準過程中各裝置的連接如圖5.3-5所示。表5.3.11.2/50μs和8/20μs波形參數(shù)的定義

圖5.3-5校準過程中各裝置的連接(a)開路條件；(b)短路條件5.3.2測試場地的校準

1.輻射電磁場抗擾試驗場均勻性校正

在輻射抗擾性試驗中用到的電波暗室必須保證實驗樣品上的場是均勻分布的。由于不能建立一個靠近地面的均勻場，所以校準域應距離地面0.8m以上，被測設備盡量置于這個高度。發(fā)射天線的放置位置應能使1.5m×1.5m的校準域處于發(fā)射場的主瓣寬度內。場傳感器與場發(fā)射天線之間的距離至少為1m，被測件與天線間的距離為3m。圖5.3-6為電波暗室場校正選點示意圖。圖5.3-6電波暗室場校正選點校準的程序如下：

(1)將場傳感器分別放于圖5.3-6所示的16個點上，對發(fā)射天線施加能量，得到場強在3V/m～10V/m的范圍內，并記錄讀數(shù)；

(2)分析所有點的結果，刪除偏差超過25%的數(shù)據(jù)點；

(3)留點的場強應在±3dB內；

(4)從輸入功率和場強的關系算出需要的實驗場強所必需的發(fā)送功率，并記錄；

(5)對于垂直極化和水平極化，在工作頻帶范圍內，都要以不高于起始頻率的10%步長重復以上步驟；

(6)16個點在每一頻點上的場強及輸入到天線的射頻功率數(shù)據(jù)裝入計算機，通過軟件控制自動對場強進行校正。

2.背景信號的校正

背景信號校正的目的是利用信號相關性對存在的背景信號進行剔除，保證測試的結果準確可靠。背景信號的校正采用信號相關技術，其測試配置如圖5.3-7所示。

如圖所示，在被測設備前方距離d處放置主天線，在至少10倍d處放置輔助天線，兩天線分別接到兩個信道。主天線負責對被測設備和背景的電磁特性進行監(jiān)測，輔助天線負責測試來自背景的噪聲情況。兩天線保持相同的極化方向，并與被測設備保持一致。圖5.3-7相關性測試配置圖將A信道所接收的被測信號和背景信號與B信道所接收的包括背景信號及衰減至少20dB的背景信號同時輸入到DSP卡上通過信號處理機制識別兩信道的差異，進而檢出被測設備的電磁特性，使測試結果更加準確。

5.4電磁兼容測試的一般方法

本節(jié)主要介紹電磁兼容測試的方法，首先給出測試用頻率的選擇原則，然后介紹傳導發(fā)射測試、輻射發(fā)射測試、傳導抗擾度測試、輻射抗擾度測試和靜電輻射抗擾度測試等測試的方法。5.4.1測試用頻率的選擇原則

一般而言，如果受試設備具有頻率選擇特性，則對每個調諧頻段、調諧單元或固定信道范圍內的每倍頻，試驗選擇工作頻率數(shù)目不少于3個，包括頻點1.05fL和0.95fH(fL和fH分別為每個頻段的下限和上限頻率)。當受試設備調諧頻段或固定信道不超過6個時，對每個頻段都應將受試設備頻率調諧在與上下限頻率偏差不超過5%的頻點；當受試設備有6個以上的頻段或固定信道時，應將受試設備頻率調諧到每個頻段或信道中心頻率。

1.發(fā)射試驗頻率

(1)窄帶干擾中，對基波、諧波、本振頻率、中心頻率等關鍵頻率應進行測試；

(2)寬帶干擾中，應按表5.4.1選擇測量頻率，如在測量點有其他干擾，允許偏離，但不得超出容差。

2.抗擾度試驗頻率

一般用每個干擾信號源在試驗規(guī)定的整個頻率范圍內進行掃頻，并在每個倍頻程中至少選擇三個以上特別敏感的頻點測試，對一些關鍵頻點，如電源及其諧波頻率、本振頻率、中心頻率和鏡像頻率等，也應進行測試。表5.4.1頻率測量標準

3.測試注意事項

(1)測試設備與被測設備間的隔離。在傳導測試中，應保證任何潛在傳導路徑上的串擾不會明顯影響測試結果。一般可采取交流分項供電和隔離變壓器的方式解決該問題。三相交流電通常采用星形接法的三相四線制，各項分別接被測設備和測試設備，避免一起由于共用一條供電線路而引起的串擾問題。或者將測量接收機通過隔離變壓器接到交流電源上，從而斷開接收機殼體的電源地，避免可能的射頻地電流通過地回路對接收機產(chǎn)生影響。

(2)抗擾度判別。在抗擾度試驗中，在有外界干擾時，被測設備性能的降低或喪失的量度標志著該設備的抗擾度的大小，此標準一般由被測方提供，并應經(jīng)常觀測以避免不良現(xiàn)象的產(chǎn)生。

(3)被測設備的放置。各種標準有相應的規(guī)定，其中心思想是保證試驗的可重復性，保證儀器、電纜等布局與實際應用的布局近似。

(4)設備試驗結果的一般準則。

一般將設備性能分為四個等級：

①在技術范圍內性能正常；

②功能或性能暫時降低或喪失，但能自行恢復；

③功能或性能暫時降低或喪失，但需要操作者干預或系統(tǒng)復位；

④因設備或軟件損壞或數(shù)據(jù)丟失造成不能自行恢復的功能降低或喪失。5.4.2傳導發(fā)射測試

傳導發(fā)射測試的目的是測量被測設備通過線路向外發(fā)射的干擾，包括輸入電源線、互連線、控制線等。主要測試其產(chǎn)生的連續(xù)波干擾電壓、連續(xù)波干擾電流或尖峰干擾信號等。依據(jù)頻段及被測對象的不同，測試方法可分為以下幾種。

1.電流法

電流法用于測試被測設備沿電源線向供電端發(fā)出的干擾，測量頻率在25Hz～10kHz范圍內。測試時，利用電流探頭為傳感器，測試場地一般選在屏蔽室內，測試系統(tǒng)組成則如圖5.4-1所示。圖5.4-1電流法測試系統(tǒng)圖5.4-1中，電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡的作用是將電網(wǎng)與被測件隔離，防止電源網(wǎng)的干擾混入，并為測量提供穩(wěn)定阻抗(通常為50Ω)。

電流探頭輸出接接收機輸入端，通過探頭將接收到的電壓轉換為電流，其表達式為

I=U+F

(5.4.1)

式中，I為干擾電流(dBA)；U為端口電壓(dBV)；F為電流探頭轉換系數(shù)(dB/Ω)。

計算機用于自動完成參數(shù)設定、儀器控制、測量和數(shù)據(jù)處理功能，并得出幅/頻曲線。測量時要將被測導線放在環(huán)形電流探頭的中心位置，并且還要注意阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡與受試設備之間連接線的天線效應引起的虛假信號，測前應先去掉受試設備，檢查環(huán)境電平是否存在，一般應保證環(huán)境電平小于6dB。同時為防止干擾信號損壞測量接收機還應在探頭與接收機間放置抑制濾波器。

2.電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡法

電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡法主要測試受試設備沿電源線向供電網(wǎng)絡發(fā)射的干擾電壓，測量頻率在10kHz～30MHz內，測量

一般在屏蔽室內進行，測量系統(tǒng)組成如圖5.4-2所示。

測量直接通過阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡上的監(jiān)視測量端進行，此端口通過電容耦合的形式，將電源線上被測件產(chǎn)生的干擾電壓引出，連續(xù)波干擾電壓由測量接收機接收，并通過阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡將接收的電壓轉換為線上的實際電壓，得到不同頻率上干擾電壓的幅度。圖5.4-2電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡法測試系統(tǒng)在測量尖峰傳導干擾時，不能用接收機直接接收，以防止接收機損壞。同時尖峰信號通常在設備系統(tǒng)中的開關、繼電器動作瞬間出現(xiàn)，測量過程中要不斷作開關動作(在電源輸入端進行)，并用有一定帶寬并帶存儲功能的示波器代替接收機(即使圖5.4-2中的開關S接到示波器上)，直接捕捉和測量一段時間內出現(xiàn)的尖峰干擾信號最大值，與極限值比較進行干擾性評價。

運用該方法時應注意，電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡必須可靠接地。為防止網(wǎng)絡電源線間的耦合，布線時要隔離，不能交叉布線。針對網(wǎng)絡阻抗特性在頻率變化時出現(xiàn)的變化以及阻抗不匹配的情況，實際中還要考慮網(wǎng)絡的校準。

3.功率法

功率法是指通過測量功率的大小直接進行干擾度評價的方法，主要包括功率吸收鉗法和定向耦合器法。

1)功率吸收鉗法

功率吸收鉗法主要用于測量被測設備通過電源線或其他具有天線效應的引線輻射的干擾功率，測量頻段一般在30MHz～1000MHz內。其中，功率吸收鉗相當于傳感器，用其所吸收的功率最大值可近似表示其所環(huán)繞的引線所輻射的能量的大小。該測量系統(tǒng)的組成如圖5.4-3所示。圖5.4-3功率吸收鉗法測試系統(tǒng)

2)定向耦合器法

定向耦合器法主要用于測量發(fā)射機或接收機天線端子的傳導發(fā)射，測量頻段一般在10kHz～40GHz內。測量系統(tǒng)的組成如圖5.4-4所示。

其中，定向耦合器的作用是將天線端口的輸出能量加到模擬負載，并通過耦合口測量天線輸出端口的傳導發(fā)射，而抑制網(wǎng)絡的使用則是由于耦合載波能量太高，且非干擾測量所需，故而將其先做抑制處理，僅將傳導發(fā)射產(chǎn)生的干擾送入接收機。圖5.4-4定向耦合器法測試系統(tǒng)5.4.3輻射發(fā)射測試

輻射發(fā)射測試是測量受試體通過空間傳播的干擾輻射場強。所測信號經(jīng)天線接收，并由同軸電纜送到接收機測出干擾電壓，再考慮天線系數(shù)得到測量場值。一般輻射干擾發(fā)射測試包括磁場干擾發(fā)射測試和電場干擾發(fā)射測試，二者的區(qū)別在于所用天線不同，所測頻段不同。

1.磁場輻射發(fā)射測試

磁場輻射發(fā)射測試法主要用于測量來自受試體及其電線、縫隙、連接頭和電纜等產(chǎn)生的磁場輻射干擾，測量頻段在25Hz～100kHz內。這種測試一般在屏蔽室或半電波暗室中進行。測量系統(tǒng)的組成如圖5.4-5所示。(在GJB151A/152A中規(guī)定環(huán)形天線直徑為13.3cm)。

測試時，環(huán)形天線與待測面(待測電纜軸線)平行，調節(jié)接收機并移動天線，利用計算機處理數(shù)據(jù)得到所測頻點的磁場強度曲線。

由于屏蔽室壁面的反射和天線加載，通常測量前需對天線進行校準。圖5.4-5磁場輻射干擾發(fā)射測試系統(tǒng)

2.電場輻射發(fā)射測試

電場輻射發(fā)射測試按所測件的干擾發(fā)射性質可分為天線測量法和近場測量法。

1)天線測量法

天線測量法用于測量被測件、電源線、互連線等的電場泄漏，測量頻段為10kHz～18GHz內。該測試在半電波暗室中進行。在測試的頻段內一般使用4副天線覆蓋，具體如下：10kHz～30MHz使用桿狀天線；30MHz～200MHz使用雙錐天線；200MHz～1GHz使用對數(shù)周期天線；1GHz～18GHz

使用雙脊喇叭天線。測量系統(tǒng)的組成如圖5.4-6所示。圖5.4-6天線測量系統(tǒng)的組成測量結果由接收機端口電壓和天線系數(shù)得到：

E=U+F

(5.4.2)

式中，E為被測場強(dBμV/m)；U為端口電壓(dBμV)；F為天線系數(shù)(dB/m)。

測試一般在水平、垂直兩種極化方向進行，且根據(jù)不同標準，天線與被測件距離、天線中心距地距離等參數(shù)都有相應要求。GJB中要求天線距受試體1m，天線中心距地1.2m。被測體放在旋轉臺上旋轉，天線在1m～4m高度范圍內掃描，從而檢測最大的輻射場強。

測試前，應對所要測量的頻段進行環(huán)境電平掃描，看其是否低于極限值6dB。若超出則應記錄在案，以便在正式實驗中將其剔除。

2)近場測量法

近場測量法主要用于近距離測量受試體的電磁場干擾輻射，多用于診斷性測量，即根據(jù)接收值大小判斷泄漏的位置。測量系統(tǒng)的組成如圖5.4-7所示。

由于近場天線為電小天線，所以加入前置放大電路，以保證測量的靈敏度。圖5.4-7近場測量法測試系統(tǒng)5.4.4傳導抗擾度測試

傳導抗擾度測試是測量受試體對耦合到輸入電源線、互連線及機殼上的干擾信號的承受能力。一般傳導干擾的來源有兩個：一是由空間電磁場在敏感設備的各連線上產(chǎn)生的感應電流(或電壓)；二是各干擾源通過連接在設備上的電纜直接對設備產(chǎn)生影響。干擾的形式有連續(xù)波、尖峰信號、阻尼正弦振蕩、浪涌信號、快速瞬變脈沖群等。同時按信號注入的形式又可分為電壓注入法和電流注入法。具體測試方式如表5.4.2所示。

在發(fā)生敏感現(xiàn)象時，在敏感頻點上，先減小注入使受試體收到的干擾信號至門限以下，再逐漸提升從而得到抗擾度門限。表5.4.2傳導抗擾度測試方式

1.連續(xù)波傳導抗擾度測試方法

施加的模擬干擾信號為正弦波，對電源進行測試時，50kHz以下測試來自電源的高次諧波傳導抗擾度，10kHz～400MHz測試電纜線對電磁場感應電流的傳導抗擾度。

1)電壓法

電壓法主要測量電源線注入30Hz～50kHz頻段或向地線注入10kHz～50kHz頻段連續(xù)波干擾時受試體的抗擾度。

(1)電源線傳導抗擾度測試。

測試系統(tǒng)的組成如圖5.4-8所示。其中，注入式變壓器具有隔離作用，其初級通過放大器與信號源連接，次級傳入被測電源線中。圖5.4-8電源線傳導抗擾度測試系統(tǒng)

(2)地線傳導抗擾度測試。

測試系統(tǒng)組成如圖5.4-9所示。

測量時，將開關先置于受試體處，調節(jié)信號源，逐步加大輸出電平，在規(guī)定測試頻率內，觀察最敏感頻率點并在該點處再將開關調至示波器，以檢測信號特性并記錄之。

2)電流法

電流法主要用于測試10kHz～400MHz電纜線束的連續(xù)波干擾抗擾度。測試系統(tǒng)組成如圖5.4-10所示。

測試時，在每個頻點上調節(jié)信號幅度至規(guī)定極限電平，同時監(jiān)測受試體是否出現(xiàn)性能降低現(xiàn)象。圖5.4-9地線傳導抗擾度測試系統(tǒng)圖5.4-10電流法測試系統(tǒng)

2.脈沖信號的傳導抗擾度測試方法

在脈沖信號的傳導抗擾度測試中，施加的干擾為各類脈沖信號，并測試受試體電源線及電纜束對脈沖干擾的抗擾度。注入干擾的方法有并聯(lián)注入、變壓器注入、電流探頭注入等。(1)電源線尖峰信號傳導抗擾度測試方法。

該方法主要模擬設備進行開關動作或由故障產(chǎn)生的電源瞬變引起的尖峰信號。

對直流供電設備的測試系統(tǒng)的組成如圖5.4-11所示。

對交流供電設備的測試系統(tǒng)的組成如圖5.4-12所示。圖5.4-11直流