安捷倫近場(chǎng)電磁干擾源探測定位方案

概述

　　如果一個(gè)新產(chǎn)品在電磁干擾（EMI ）預兼容測試或者標準兼容測試中失敗，進(jìn)行故障診斷和改進(jìn)是當務(wù)之急。而近場(chǎng)探頭配合頻譜分析儀查找干擾源，并驗證改進(jìn)效果是最常見(jiàn)易行的方法。

　　圖一 安捷倫X系列信號分析儀和N9311X-100 近場(chǎng)探頭

　　近場(chǎng)測試綜述

　　在認證機構中，使用經(jīng)過(guò)各類(lèi)校準的天線(xiàn)進(jìn)行輻射泄露測試，都是進(jìn)行的遠場(chǎng)測量。標準的遠場(chǎng)輻射泄漏測試，可以準確定量的告訴我們被測件是否符合相應的 EMI 標準。但是遠場(chǎng)測試無(wú)法告訴工程師，嚴重的輻射問(wèn)題到底是來(lái)自于殼體的縫隙，還是來(lái)自連接的電纜，或USB ，LAN 之類(lèi)的通信接口。在這種情況下，我們可以通過(guò)近場(chǎng)測試的方法來(lái)定位輻射的真正來(lái)源。

　　近場(chǎng) EMI 測量的問(wèn)題在于使用近場(chǎng)探頭的測量結果和使用天線(xiàn)進(jìn)行遠場(chǎng)測量的結果無(wú)法直接進(jìn)行數學(xué)轉換。但是存在一個(gè)基本原理：近場(chǎng)的輻射越大，遠場(chǎng)的輻射也必然越大。所以使用近場(chǎng)探頭測量，實(shí)際上是一個(gè)相對量的測量，而不是精確的絕對量測量。使用近場(chǎng)探頭進(jìn)行 EMI 預兼容測試時(shí)，我們常常把新被測件測試結果和一個(gè)已知合格被測件的近場(chǎng)探頭測試（近場(chǎng)測試）結果進(jìn)行比較，來(lái)預測EMI 輻射泄漏測試（遠場(chǎng)測試）的結果，而不是直接和符合EMI兼容標準的限制線(xiàn)進(jìn)行比較。同時(shí)，測試的絕對數值意義也不大，因為這個(gè)測試結果和諸多變量，包括探頭的位置方向、被測件的形狀等會(huì )密切相關(guān)。
近場(chǎng)探頭的種類(lèi)及主要特點(diǎn)

　　電磁場(chǎng)是由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構成。在近場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同存在，其強度不構成固定關(guān)系。以電場(chǎng)為主還是磁場(chǎng)為主，主要是由發(fā)射源的類(lèi)型決定的。簡(jiǎn)而言之，在高電壓，低電流的區域，電場(chǎng)大于磁場(chǎng)。高電流，低電壓的區域，磁場(chǎng)大于電場(chǎng)。同時(shí)在主要的EMI 測試頻段，磁場(chǎng)隨著(zhù)距離的變化要快于電場(chǎng)。

　　因為磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，所以最常見(jiàn)的發(fā)射源包括芯片，器件的管腳、PCB 上的布線(xiàn)、電源線(xiàn)及信號線(xiàn)纜。最常見(jiàn)的磁場(chǎng)探頭多為環(huán)狀，當磁場(chǎng)傳播線(xiàn)和探頭環(huán)面垂直的時(shí)候，測量數值最大。所以在測量過(guò)程中，工程師一般需要旋轉探頭的方向來(lái)測量到最大的磁場(chǎng)數值，同時(shí)避免遺漏重要的發(fā)射源。

　　電場(chǎng)是由電壓產(chǎn)生，主要的發(fā)射源包括一些未端接器件的線(xiàn)纜 、連接高阻器件的PCB 布線(xiàn)等。最簡(jiǎn)單的電場(chǎng)探頭類(lèi)似一根小天線(xiàn)。有人甚至把同軸電纜前端的一小段屏蔽層剝開(kāi)，露出芯線(xiàn)來(lái)構成簡(jiǎn)單的電場(chǎng)探頭進(jìn)行使用。在沒(méi)有屏蔽設備的情況下，電場(chǎng)探頭的問(wèn)題是比較容易拾取到環(huán)境中存在的電磁波信號，如蜂窩通信的上下行信號，從而影響到整個(gè)測試系統的測量動(dòng)態(tài)范圍。

　　選擇近場(chǎng)探頭往往要考慮幾個(gè)重要因素，包括分辨率 、靈敏度和頻率響應等。

　　近場(chǎng)探頭的靈敏度不是一個(gè)絕對的指標，關(guān)鍵是看探頭和配合使用的頻譜分析儀或者接收機能不能容易的測量到輻射泄漏信號，并且有足夠的裕量去觀(guān)察改進(jìn)后的變化。如果頻譜儀的靈敏度很高，我們可以選擇靈敏度相對較低一些的探頭。反之就必須選擇靈敏度高的探頭，甚至考慮外接前置放大器提高整體系統的靈敏度。

　　分辨率也就是探頭分辨干擾源位置的能力。而通常來(lái)說(shuō)分辨率和靈敏度是一對矛盾體。以我們最常用的環(huán)狀磁場(chǎng)探頭為例，尺寸越大的環(huán)狀探頭，靈敏度往往越高，測試面積越大，從而分辨率就會(huì )越低。而比較推薦的辦法是選用一組多個(gè)尺寸的探頭，在大范圍測試的時(shí)候用較大的探頭，找到疑似區域，再逐漸減小探頭尺寸，最終定位到干擾源。

　　頻率響應是一個(gè)往往會(huì )被大家忽略的重要因素。所謂的頻率響應就是探頭測量同樣幅度，不同頻率的信號，所得到的幅值差異。我們在前文提到過(guò)，使用探頭進(jìn)行EMI 分析，是一種相對，定性的測試。但是如果探頭的頻率響應較差或不夠平坦，會(huì )使全頻段的測試結果不直觀(guān)，讓我們忽略一些重要的輻射泄漏信號。

　　探頭的形狀以及多樣性也是重要的因素。除了常規的電場(chǎng)、磁場(chǎng)探頭，在進(jìn)行EMI 分析的時(shí)候，我們還往往需要一些特殊的探頭。工程師經(jīng)常會(huì )遇到這樣一種情況，在找到一個(gè)干擾源位置并進(jìn)行屏蔽處理后，發(fā)現整機的輻射泄漏并沒(méi)得到足夠的改善。那么最常見(jiàn)的原因就是這個(gè)干擾信號通過(guò)信號線(xiàn)纜或者電源線(xiàn)纜傳播到了其他區域，并最終輻射到了空間。常規的近場(chǎng)探頭很難對線(xiàn)纜內部的干擾進(jìn)行探測，就往往需要使用下面會(huì )介紹到的N9311X-100 近場(chǎng)探頭組中的4號探頭專(zhuān)門(mén)用于線(xiàn)纜干擾的測試。

　　安捷倫N9311X-100 近場(chǎng)探頭組

　　為了配合具有強大EMI 分析功能的安捷倫X系列信號分析儀，并快捷的完成干擾源的定位，安捷倫最新推出了一組覆蓋30 MHz 至3 GHz的近場(chǎng)探頭，選件N9311X-100 。該探頭組包括4個(gè)磁場(chǎng)探頭，向用戶(hù)提供了綜合靈敏度與分辨率的最佳選擇。不僅可以用于電磁干擾源的探測和定位還能夠滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)的線(xiàn)纜干擾測試需求，可以幫助用戶(hù)方便快捷的分析絕大多數EMI 問(wèn)題。

表一 N9311X-100近場(chǎng)探頭組技術(shù)指標

　　如果用戶(hù)需要更高的測試靈敏度，安捷倫還提供了可以和N9311X-100近場(chǎng)探頭配合使用的外置前置放大器，選件N9311X-110。該放大器在100 kHz至3 GHz頻段噪聲系數僅為4.5 dB ，提供30 dB增益。

圖二 N9311X-100前置放大器

　　結論

　　安捷倫N9311X-100近場(chǎng)探頭組以及配套的N9311X-110前置放大器，重量輕，安裝快捷，使用方便。同時(shí)該探頭具有很寬的頻率范圍，集良好的分辨率和靈敏度為一體，可以快速分析查找各類(lèi)EMI 干擾源。配合安捷倫X系列信號分析儀的良好性能及專(zhuān)業(yè) EMI 測量分析功能，為用戶(hù)提供了性?xún)r(jià)比最優(yōu)的專(zhuān)業(yè)EMI 分析工具。

　　推薦配置

　　N9311X-100： 30 MHz至3 GHz近場(chǎng)探頭組

　　N9311X-110： 外置前置放大器（選配）

　　安捷倫X系列信號分析儀及N6141A/W6141A EMI接收機軟件

　　信號分析儀典型配置

　　N9000A-503 或507： 3 GHz或7.5 GHz CXA 信號分析儀

　　N9000A-P03 或P07： 3 GHz或7.5 GHz CXA 前置放大器

　　W6141A-2FP： EMI接收機應用軟件