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我们接着讲第26讲

电磁兼容测试设备

电磁兼容测试已经成为电子设备研发

和生产过程中不可或缺的重要的环节

电磁兼容测试应该贯穿在整个设备的研发过程中

来验证设备是否符合相关的电磁兼容标准和规范

找出设备设计及生产过程中电磁兼容的盲点

其次电磁兼容测试也是一种强制性的测试

工业发达国家自1996年1月1日开始

规定所有电子设备都要经过电磁兼容性认证

否则禁止销售

我国的电磁兼容性管理办法

是在1999年10月颁布的

2003年8月起

对电子设备实行电磁兼容性的强制性的认证

所以电磁兼容测试

就成为了产品认证的一个重要的内容

所谓的产品认证是指

产品通过测试并正式进入市场

所需要遵循的程序

具体认证程序要参照目标市场的规定

目前欧共体电磁兼容认证的模式有三类

一类是模式A

产品有明确的标准可依

厂商可自行根据标准对其产品进行测试

然后发表合格证明

英文叫DOC并加贴CE标记

DOC和有关技术档案

必须保证10年以备权威机构审查

模式A也称为自我声明模式

第二种模式是模式Aa

又称为自行测试 它人证明模式

产品如果没有合适的标准可依

如标准规定的步骤无法执行

或者由于产品本身的限制

只能用替代法进行测试

这样首先制造厂商准备技术结构性的文件

内容包括对产品的详细叙述

关于测试步骤和产品满足EMC要求的说明

由能力机构出具的技术报告或者证书

然后发表DOC声明 加贴CE标志

第三种模式是B+C模式

也是强制认证的模式

适用于无线通信的发射设备和传输设备

产品必须由有资格的实验室进行测试

然后由通告机构出具实验证明

最后发表DOC并加贴CE标记

可以看出

产品的电磁兼容认证是一个很大的市场

电磁兼容测试它是根据相应的标准

采用相应的设备在相应的场地完成的

它有三个对应

这个图给出了

电磁兼容设施所需要的设备及场地

上面是电磁骚扰测试

下面是电磁抗扰度测试

总体来说

电磁兼容测试它所需要的设备包括

接收机 天线 人工电源网络

信号发生器及功放等

我们先来看看信号接收设备

第一类技术设备是扫频式频谱分析仪

它利用硬件扫频的方式工作

可分析稳定和周期变化的信号

可提供信号的幅度和频率的信息

适合于宽频带快速扫描测试

这是扫频式频谱仪的工作原理

扫频式频谱仪

它的一个核心就是将接收到的高频信号

通过混频器实现频率搬迁

把它转换为中频信号

我们知道高频信号在传输中

由于杂散电容会衰减

很难准确测量

而转化为中频信号之后

就可以进行准确测量了

然后经过中频滤波器 检波器

视频滤波器等得到我们所需要的结果

频谱仪它的一个核心部件就是混频器

混频器可以完成信号的频谱搬迁

将不同频率的信号转变到相应的中频段

第二个设备是电磁骚扰接收机

它是以点频法为基础

应用本振调谐原理

测试相应频点的电平值

接收机的扫描模式以步进点频调谐方式得到

当前接收机使用最为广泛的接收和分析方法

与扫频式频谱仪类似

电磁骚扰接收机

它的测量对象包括了微弱的连续信号

或者幅值很强的脉冲信号

因此要求测量接收机噪声极小

灵敏度很高

检波器的功能动态范围很大

前级电路过载能力强

在整个测量频段内

测量精度都能够满足±2dB的要求

它的关键指标包括脉冲强度

也就是脉冲电压对时间积分的面积

另外还有带宽

带宽指对应响应曲线中

某一规定的电平处

测量接收机总选择性曲线的宽度

通常用符号Bn表示

n表示规定的电平的分贝数

例如B₆表示6dB处的带宽

还有脉冲宽度

只对规定脉冲产生响应的等值宽度

另外一个重要的参数是充电时间常数

就是检波器输出电压

达到其终值的63%所用的时间

还有放电时间常数

是检波器的输出电压

降至其初始值的37%所用的时间

频谱仪和接收机的关系

可以用这样一个图来表示

通用频谱仪加上预选器

加上6dB的中频滤波器

以及三种检波方式

再加上点频测试功能

高精度的信号处理就变成了接收机

接收机与频谱仪的差异之一是检波器

接收机带有峰值 准峰值和平均值检波器

而通用的频谱仪一般只带有峰值和平均值检波器

没有准峰值检波器

准峰值检波器它的充放电的时间是介于

平均值和峰值检波器之间

这是采用不同的检波方式获得的测试的结果

可以看出峰值扫描得到的幅度是最高的

平均值最低

而总峰值是在二者之间

这个图给出了峰值及重复频率不同的两种脉冲

采用平均值检波方式

得到结果是相同的

没法区分这两种波形

而采用准峰值测量结果

它是不同的

这样的话就可以看出

采用准峰值检波

既可以达到检测的目的

同时又比峰值检波的时间要短

达到快速检测的目的

电磁兼容测试中需要各种各样的设备

辅助设备包括天线 信号发生器

功率放大器以及隔离装置

首先我们来看看什么是天线

天线是一种富有导行波与自由空间波

互相转换区域的结构

天线将电子转为携带电磁能量的光子

或反之也是成立

这样的话

前面的定义是发射天线

反过来那就是接收天线

接收天线将空间电磁波

转化成回路里面的电流电压

天线一个关键的参数是输入阻抗ZA

是天线在馈电点的电压与电流的比值

其次是天线系数

是接收点场强与此场强在天线输出端电压的比值

还有一个重要的参数是天线方向性系数

在辐射功率相等的条件下

天线在某一方向的辐射功率密度

较均匀辐射时的功率密度Sn增加的倍数

表示了天线集中辐射能量的程度

还有天线增益

是指观察点或者相同辐射功率密度时

方向性天线输入功率小于

均匀辐射天线的输入功率的倍数

这个图给出了天线的方向图

一般用极坐标来表示

不同角度下

天线方向的相对值

它最大值的方向的轴线称为前视轴

天线最大幅值方向

与半功率点

也就是-3dB之间的夹角

称为天线波瓣夹角

也就是说在两个-3dB的功能点之间的区域

就是天线的工作方向

这个图给出了三维的天线的波瓣图

这是一个测试得到的天线系数

接着我们来看看

天线的基本结构是怎么形成的

天线的基本结构来源于两种结构

一种是平行传输线

平行传输线它们之间有电磁场

然后我们把两根平行传输线掰开

直至把它拉平

这样的话

两根线之间的电磁场涵盖的区域就更广

也就是说它的测量的范围就会更广

另外我们知道在高频的时候

要采用波导管

我们把波导管的开口把它拉宽

这样的话

原来在管内传输的电磁波

就可以沿着拉开的管传输到外面去

形成了天线

这是一些常用的天线的基本的结构

在9~150kHz这样一个范围

磁场天线实际上就是一个导体环

而在150kHz~30MHz的电场天线

是垂直方向的鞭状天线

实际上它的另一半是它的镜像构成的

在30~300MHz这个范围的天线

电场天线的基准线应是平衡偶极子天线

频率等于或高于80MHz

天线的长度应该为谐振长度

频率低于80MHz时

天线的长度等于80MHz的谐振长度

这样的话我们将不同长度的天线进行组合

就能形成所谓的对数周期天线

或者双锥对数周期天线

可以涵盖很宽的范围

对于频率更高

如100MHz~10GHz的范围

我们采用螺旋管天线

而对于200M~40GHz

我们采用的是双脊喇叭天线

就是在一个金属上面开一个豁口构成的

可以看出

频率越高实际上天线的尺寸是越小的

在电磁兼容测试中

另外一个重要的设备是人工电源网络

又称线路阻抗稳定网络

它能在射频范围内

在受试设备端子和参考地之间或端子之间

提供一个稳定的阻抗

这个图给出了一个人工电源网络的结构

它的等值电路是由50Ω的电阻

与50μH的电感和5Ω的电阻串联的并联电路

当被测导体不允许断开的情况下

可以利用电流探头来进行干扰电流的测量

另外也可以利用电压探头来测量干扰电压

电压探头由一个隔直流电容器C和一个电阻R组成

另外一个问题

高频时传导干扰的测量指标是什么呢

来如何进行测量

当设备尺寸接近测量频率的1/4波长时

会出现干扰辐射

带电源线设备的干扰能力

用电源线的辐射能量来进行衡量

因此对于高频干扰

我们一般是测量它的辐射功率

来衡量它的干扰的强度

高频干扰测量

可以采用功率吸收钳

功率吸收钳加在传输线上面

通过电流传感器耦合到一个吸收筒里面

吸收筒将功率转换为电压

通过测量电压就可以获得

线路上产生的不同频率下的干扰的功率

功利吸收钳一般布置在屏蔽室里面

功率吸收钳夹在被测导线上面

然后沿着一个轨道运动

来测量沿线的电磁功率发射情况

另外功率计和定向耦合仪

一起组成了功率检测的系统

可以实时测量放大器的输出功率的状态

了解负载端的匹配情况

如测量正向和反向的功率的大小

目前它的测量频段在10kHz~18GHz

更换功率头后可以扩展到110GHZ

再有一个关键测量设备是耦合去耦网络叫CDN

它是由各种电感构成的

以便在测量频段内产生高阻抗的隔离

耦合去耦网络它的耦合部分

是通过电容注入干扰

它的去耦网络主要是电感

要防止注入的干扰传到电源侧

把适配的电源打坏

而注入的干扰只能朝右注入到设备里面

对于电磁抗扰度测试来说

目前可以在25Hz~40GHz的频段进行测量

在25Hz~100kHz的频段测试项目有

电源线传导抗扰度和磁场耦合抗扰度

在10kHz~1GHz频段测试的项目有

辐射引起的传导抗扰度和辐射抗扰度测试

在1~18GHz频段的测试项目有

电场辐射抗扰度

另外一个电磁兼容设备的辅助器件是

信号源和功率放大器

由信号源产生各种波形

由功率放大器把这个波形进行放大

放大到我们所需要的强度

另外电磁兼容测试还需要各种发生器

如浪涌发生器

它用于模拟开关操作或者雷击时

在电网或者通信线路上产生的

暂态过电压或者过电流

另外还有电快速瞬变脉冲发生器

静电放电的模拟器

我们学过高电压技术

实际上这种发生器结构都是很简单

由电容 波头的调制电阻

和波尾调制的电阻构成

以上就是这一讲的内容

谢谢各位同学