安諾尼頻譜儀及EMC天線(xiàn)和近場(chǎng)探頭在EMC&EMI預測試中的應用

一、為什么要進(jìn)行EMC合規性預測試?

隨著(zhù)電氣電子技術(shù)的發(fā)展，家用電器產(chǎn)品日益普及和電子化，廣播電視、郵電通訊和計算機網(wǎng)絡(luò )的日益發(fā)達，電磁環(huán)境日益復雜和惡化，使得電氣電子產(chǎn)品的電磁兼容 性(EMC電磁干擾EMI與電磁抗EMS)問(wèn)題也受到各國政府和生產(chǎn)企業(yè)的日益重視。電子、電器產(chǎn)品的電磁兼容性(EMC)是一項非常重要的質(zhì)量指標，它 不僅關(guān)系到產(chǎn)品本身的工作可靠性和使用安全性，而且還可能影響到其他設備和系統的正常工作，關(guān)系到電磁環(huán)境的保護問(wèn)題。 為了規范電子產(chǎn)品的電磁兼容性，所有的發(fā)達國家和部分發(fā)展中國家都制定了電磁兼容標準。電磁兼容標準是使產(chǎn)品在實(shí)際電磁環(huán)境中能夠正常工作的基本要求。之 所以稱(chēng)為基本要求，也就是說(shuō)，產(chǎn)品即使滿(mǎn)足了電磁兼容標準，在實(shí)際使用中也可能會(huì )發(fā)生干擾問(wèn)題。大部分國家的標準都是基于國際電工委員會(huì )(IEC)所制定 的標準。

歐共體政府規定，從1996年1月1起，所有電氣電子產(chǎn)品必須通過(guò)EMC認證，加貼CE標志后才能在歐共體市場(chǎng)上銷(xiāo)售。此舉在世界 上引起廣泛影響，各國政府紛紛采取措施，對電氣電子產(chǎn)品的EMC性能實(shí)行強制性管理。國際上比較有影響的，例如歐盟2004/108/EC指令(即EMC 指令)、美國聯(lián)邦法典CFR 47/FCC Rules等都對電磁兼容認證提出了明確的要求。

EMC(Electromagnetic Compatibility)是電磁兼容，它包括EMI(電磁騷擾)和EMS(電磁抗騷擾)。EMC定義為:設備或系統在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該 環(huán)境中的任何設備的任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。EMC整的稱(chēng)呼為電磁兼容。EMP是指電磁脈沖。

EMC = EMI + EMS(EMI : 電磁干擾EMS : 電磁電容性)

全國無(wú)線(xiàn)電干擾標準花技術(shù)委員會(huì )以及全國電磁兼容標準化技術(shù)委員會(huì )和其他標準化團體制定了系列的EMC標準(歐美同樣如此)，例如一些主要產(chǎn)品類(lèi)別EMC 標 準：信息技術(shù)設備(ITE);家用和商用設備;工業(yè)設備;通信設備;無(wú)線(xiàn)電;電視接收機和相關(guān)設備;牽引運輸設備;公用事業(yè)設備(電、煤氣、水等);醫療 設備;測量和試驗設備;連接到中壓和高壓公用供電系統的設備。

二、常用典型產(chǎn)品類(lèi)標準

GB 4824-2004 《工業(yè)、科學(xué)、醫療(ISM)射頻設備電磁騷擾特性測量方法和限值》(EN55011);GB 9254-2008 《信息技術(shù)設備的無(wú)線(xiàn)電騷擾限值和測量方法》(EN55022);GB 4824-2004 《工業(yè)、科學(xué)、醫療(ISM)射頻設備電磁騷擾特性測量方法和限值》規定了工業(yè)、科學(xué)和醫療(ISM)設備和放電加工(EDM)與弧焊設備的電磁騷擾特性 的限值和測量方法;本標準規定了9kHz-400GHz頻率范圍內射頻騷擾的限值和測量方法，亦適用于工作在工科醫頻段2.45GHz和5.8GHz的工 科醫(ISM)照明設備。而在GB 9254-2008 《信息技術(shù)設備的無(wú)線(xiàn)電騷擾限值和測量方法》中的信息技術(shù)設備的無(wú)線(xiàn)電騷擾限值被認為既可以保障適當的發(fā)射電平來(lái)保護無(wú)線(xiàn)電廣播和電信業(yè)務(wù)，又可以允許其 他設備在合理的距離處按預定的要求工作;信息技術(shù)設備(ITE)可包括數據處理設備、辦公設備、電子商用設備、電信設備等(按照《ITU無(wú)線(xiàn)電規則》的定 義，具有無(wú)線(xiàn)電發(fā)送和(或)接收功能的任何設備都應滿(mǎn)足國家無(wú)線(xiàn)電規范，不論CISPR22對其是否有效)。

三、 推薦安諾尼產(chǎn)品解決EMC/EMI電磁兼容和電磁干擾測試的困難

目前市場(chǎng)上提供用于電磁兼容認證合規測試的儀器和系統，往往價(jià)格非常昂貴的，而且還需要建立專(zhuān)業(yè)精良的電磁兼容實(shí)驗室或租用實(shí)驗室，投入成本高，測試步驟非 常繁瑣。因此對新產(chǎn)品的研發(fā)，為了取得EMC相關(guān)認證，常常在電磁兼容認證實(shí)驗室和公司研發(fā)部門(mén)之間來(lái)回奔波，不斷地重新設計、整改、再測試。企業(yè)為產(chǎn)品 由于電磁輻射騷擾強度超過(guò)了電磁兼容標準規定而不能出廠(chǎng)，或由于電路模塊之間的電磁干擾造成系統不能正常工作，從而延誤了產(chǎn)品的上市而煩惱。因此工程師們 非常有必要在設計期間在產(chǎn)品研發(fā)階段進(jìn)行合規性預測試，以保證研發(fā)的產(chǎn)品電磁輻射測量結果滿(mǎn)足電磁輻射規定要求和產(chǎn)品上市進(jìn)度。

強力推薦選用原裝進(jìn)口德國安諾尼(AARONIA AG)的電磁兼容測試頻譜分析儀及相關(guān)的EMC天線(xiàn)和近場(chǎng)探頭套裝組成的EMC/EMI電磁兼容和電磁干擾測試方案，快速查找存在的嚴重EMI干擾問(wèn)題， 快速判斷產(chǎn)品是否符合對應的EMC標準，從而幫助工程師確定所研發(fā)產(chǎn)品的最佳、經(jīng)濟、高效的電磁兼容電磁干擾的整改方案。

安諾尼電磁兼容測試頻譜分析儀價(jià)格非常實(shí)惠，操作簡(jiǎn)單，免費提供功能非常豐富的測試頻譜PC軟件，便于測試對比，存儲調用歷史測試數據。軟件內置有各種 EMC相關(guān)標準和限制標準，方便簡(jiǎn)單明了判斷存在的問(wèn)題。安諾尼各種EMC測試接收天線(xiàn)體積非常小巧，頻率響應優(yōu)越，配有匹配的校準數據，價(jià)格非常實(shí)惠，適用于各品牌各類(lèi)的頻譜儀或接收機，是高端頻譜儀接收天線(xiàn)的最佳選擇。目前許多KEYSIGHT是德科技(原安捷倫)的使用客戶(hù)選用安諾尼的接收天線(xiàn)用于各種測試。

四、安諾尼電磁兼容和電磁干擾EMCEMI預測試設備配置和主要參數

1)主機：電磁兼容測試頻譜分析儀(電磁輻射測試頻譜分析儀)

型號：SPECTRAN HF-60105(含高精度計時(shí)基和15dB低噪聲前置放大器)

頻率范圍：1MHz 9.4GHz(見(jiàn)選件可擴展到9KHz-9.4GHz)

顯示平均噪聲電平：-155dBm (1Hz);(-170dBm (1Hz) 15dB前置放大打開(kāi))

分辨率帶寬：200Hz - 50MHz

EMC濾波器: 200Hz, 9kHz, 120kHz, 200kHz, 1,5MHz, 5MHz

測量精度: +/- 1dB

數據記錄器：64K(選件001可擴展到1MB)

2)遠場(chǎng)天線(xiàn)：雙錐天線(xiàn)

型號：BicoLOG 20100E

頻率范圍：20MHz-1GHz

天線(xiàn)系數因子見(jiàn)詳細規格參數

最大發(fā)射功率：1W(30dBm or 0dbW)

阻抗：50 Ohms

增益：-38dBi to 1dB

天線(xiàn)因子：17-34dB/m

3)遠場(chǎng)定向天線(xiàn)：對數周期天線(xiàn)

型號：HyperLOG60100

頻率范圍：680MHz-10GHz

天線(xiàn)系數因子見(jiàn)詳細規格參數

最大發(fā)射功率：100W CW(400MHz)

阻抗：50 Ohms

駐波比： 1:2.5

增益：5dBi

天線(xiàn)因子：22-46dB/m

4)近場(chǎng)天線(xiàn)：近場(chǎng)探頭套裝

型號：PSB2(含UBBV2前置放大器1MHz-10GHz)

頻率范圍：DC- 6 GHz，4個(gè)磁場(chǎng)探頭，1個(gè)電場(chǎng)探頭

阻抗：50 Ohm

前置放大：UBBV2(40dB，DC –8 GHz)

前置放大噪聲系數：3.5dB(典型值)

5)主機：電磁兼容測試頻譜分析儀(電磁輻射測試頻譜分析儀)

型號：SPECTRAN NF-5035

頻率范圍：1Hz to 1MHz (選件可擴展至20或30MHz)

磁場(chǎng)測量范圍(Tesla)：1pT to 2mT (典型)

磁場(chǎng)測量范圍(Gauss)：10nG to 20G(典型)(009選件)

電場(chǎng)測量范圍：0.1V/m to 20kV/m(典型)

分辨率帶寬(RBW)：0.3Hz to 1MHz (1-3-10 step)

精度：3%(典型)

五、安諾尼電磁兼容和電磁干擾EMCEMI遠場(chǎng)測試和近場(chǎng)測試應用

在 產(chǎn)品進(jìn)行EMC測試過(guò)程中，往往會(huì )存在一些解決電磁干擾問(wèn)題，最重要的是判斷干擾的來(lái)源，只有準確地將干擾源定位之后，才能夠提出解決電磁干擾的對癥措 施。在電磁兼容合規預測試中，使用德國安諾尼的各種標準EMC天線(xiàn)進(jìn)行輻射泄漏測試，一般都是采用遠場(chǎng)測量。標準的遠場(chǎng)輻射泄漏測量，可以比較定量地告訴 我們被測設備是否符合國家或國際EMC標準，是否存在超出國家或國際EMC標準的電磁輻射騷擾，其電磁干擾的頻率是多少，輻射強度是多少。例如測試頻譜圖 如下圖所示：

經(jīng)過(guò)遠場(chǎng)測量之后，可能還是無(wú)法告訴工程師，嚴重的電磁輻射問(wèn)題究竟出自哪里!來(lái)自連接電纜?開(kāi)關(guān)電源?通信接口?還是來(lái)自PCB電路板?這時(shí)我們可以通過(guò) 安諾尼(AARONIA)頻譜分析儀配合近場(chǎng)探頭的近場(chǎng)測試方法來(lái)定位電磁輻射的確切來(lái)源位置。為了快捷的完成干擾源的定位，安諾尼(AARONIA)推 出一套頻率覆蓋分為DC-9GHz的近場(chǎng)探頭套裝，該探頭套裝包括4個(gè)磁場(chǎng)探頭和1個(gè)電場(chǎng)探頭，提供了綜合靈敏度和分辨率的最佳選擇，能夠用于電磁干擾源 的探測和定位，幫助廣大工程師方便快捷地分析各種電磁干擾(EMI)問(wèn)題。如果測試工程師需要更高的靈敏度，安諾尼(AARONIA)還提供了可以和近場(chǎng) 探頭套裝配合使用的外置前置放大器(Pre-amplifier)，提供幾乎平坦的40dB增益，而噪聲系數典型值僅為3.5dB。

安諾尼(Aaronia)最新SPECTRAN V4 系列頻譜儀，靈敏度典型值達到-170dBm(1Hz)。使用高性能的DSP，所有測試和分析計算結果實(shí)時(shí)顯示，可以檢測周?chē)姶泡椛湓吹念l率和信號強 度，可以自動(dòng)完成頻譜分析和復雜的安全限值計算，豐富完善的頻譜軟件功能，這些過(guò)去只有非常昂貴和復雜的設備才能完成。安諾尼 (AARONIA)SPECTRAN V4 系列頻譜儀配合EMC天線(xiàn)、近場(chǎng)探頭組以及外置前置放大器，性能良好、安裝快捷、使用輕便，具有很寬的頻率范圍，而且有良好的分辨率和靈敏度，加上專(zhuān)業(yè)附 送的具有豐富功能的MCS頻譜分析軟件，為工程師快速分析查找EMI干擾源提供了性?xún)r(jià)比最優(yōu)的EMI預兼容測試分析工具。

六、EMCEMI電磁兼容輻射騷擾預測試典型案例

1、車(chē)載導航儀輻射騷擾電磁兼容預測試

電 磁兼容性是指設備或系統在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對它的環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。比如車(chē)載導航儀在方便廣大用戶(hù)的同時(shí)，大家越來(lái) 越關(guān)注其輻射騷擾問(wèn)題。如果輻射騷擾嚴重超過(guò)相關(guān)國際或國家標準(GB 9254-2008 《信息技術(shù)設備的無(wú)線(xiàn)電騷擾限值和測量方法》(EN55022))，不但會(huì )影響車(chē)內系統的正常工作，也有可能導致交通事故，從而危及車(chē)內人員的生命安全。

車(chē)載導航產(chǎn)品的輻射騷擾包含寬帶騷擾和窄帶騷擾。車(chē)載導航儀內的DC/DC變換器工作在脈沖狀態(tài)下，本身就會(huì )產(chǎn)生很強的寬帶干擾。而車(chē)載電子產(chǎn)品的主控芯片 的速度在不斷提高，時(shí)鐘上升沿的振鈴就會(huì )產(chǎn)生豐富的諧波窄帶干擾。對這些車(chē)載導航儀的輻射騷擾的整改，需要對其電磁輻射干擾進(jìn)行準確定位，才能對癥下藥， 針對干擾源和傳輸路徑的不同特點(diǎn)，有的放矢地應用屏蔽、濾波、接地等對策方法來(lái)抑制電磁輻射騷擾。此時(shí)，采用德國安諾尼 (AARONIA)SPECTRAN頻譜分析儀及其近場(chǎng)探頭進(jìn)行近場(chǎng)診斷就能準確地找到車(chē)載導航儀中的電磁輻射的干擾源。