第4章 电磁干扰测量技术

电磁兼容原理及应用
①测量环境-开阔测试场地
结构和大小： 开阔测试场地有两种，椭圆形场地和圆形场地，在测试场地内不能有其它的反 射物。天线和EUT（受试设备， Equipment Under Test）间的距离：3m、10m、30m。地面用 金属接地平板，包括钢板、金属网板等，若用金属网板，孔径的最大尺寸不超过λ／10。 要求：空旷、平整、远离建筑物、电力线、地下电缆、地下管道、树木等，背景电磁辐射比 测试电平低6dB以上。（GB3907－83“工业无线电干扰基本测量方法”中规定：低20dB以上 ） 缺点：城市中的开阔测试场地一般 建于高楼顶上，收到背景电磁噪声 的影响,无法满足国家标准中的测 试条件（背景电磁噪声电平比测试
电磁兼容原理及应用
测试天线的选用——
10K～150KHz频段：主要测量磁场，选用电屏蔽的环形天线。 150K～30MHz频段：测量电场，选用杆状天线， 测量磁场，选用电屏蔽的环形天线 。 30M～300MHz频段：主要测量电场， 单频率测量：选用半波对称振子天线， 宽带测量：选用双锥天线、对称振子天线。
ZR R
1 Z C ( ) j C
2f
1 RC
f 是带宽的-3分贝处剪切频率，或称B (Hz)，而
RC
1 2f
1 2B
0.349699 0.35 1 tr ln(9) B B 2B
电磁兼容原理及应用
时域和频域测量中的互换关系——上升时间与带宽
Fra Baidu bibliotek
电磁兼容原理及应用
屏蔽室结构
① 是用金属板（网）做成的六面体房子。 按屏蔽材料分类：钢板式，铜网式（只能屏蔽电场）， 按结构形式分类：单层（钢板、铜网），双层（铜网、钢板） ② 接缝的处理 焊接，拼装，接缝处加导电衬垫。 ③ 门：刀型弹性接触式屏蔽门 ④ 窗：截止波导式通风窗， 设六角形波导口外接圆直径 为D,截止频率为：
例：一个要分析的信号具有10纳秒的上升时间。那么一个示波器的最小带 宽，或一个频谱分析仪的最低清晰度带宽(RBW)是多少？
0.349699 0.35 1 tr ln(9) B B 2B
B = 1035.0 纳秒 = 35 MHz
这个公式说明的意义： •如果示波器的带宽，或者频谱分析仪的RBW是35 MHz，则仪器屏幕上能显示的最快信号上升 时间（显示的幅值上无显著的衰减），将不低于10纳秒。 • 同样，如果希望相当准确地测量一个具有1纳秒上升时间的信号，示波器或频谱分析仪则需 要具有至少350 MHz 的-3-分贝带宽 (或 RBW)。
窄带干扰：测量频率 宽带干扰：测量频谱或频谱密度（脉冲干扰）
B、干扰信号的幅度
① 传导干扰：干扰电压U，干扰电流I
② 辐射干扰：电场强度E，磁场强度H ，辐射功率密度S，
干扰信号的功率P。
电磁兼容原理及应用
(2) 测量的方式（测量域）和仪器
A、频域测量：
测量干扰信号与频域有关的特性： 干扰信号的频谱 某一频率上的干扰电压或干扰场强，等。 使用的仪器： 频谱分析仪 干扰场强仪 选频电压表等。
EMC暗室造价很 高,连同测试设 备需要大约上 千万元
电磁兼容原理及应用
①测量环境-
GTEM Cell（GHz横电磁波室）
电磁兼容原理及应用
GHz横电磁波室结构尺寸
GTEM Cell 是一个纵向是锥形、 横向是矩形的同轴线系统，传输球面 波，锥形角度很小，可近似为平面波， 终端用吸波材料吸收电磁波（基本没 有反射），用一个电阻网络作为电流 负载。大工作区空间很大，可用于较 大型设备的测量，例如29＃、34＃彩 电。小工作区内可产生很强的电磁场。
1 PR ( ) Pi 2
V 2 R ( ) PR ( ) ZR
V 2i ( ) Pi ( ) ZT
1 V 2i ( ) PR ( ) 2 ZT
V 2 R ( ) 1 V 2i ( ) ZR 2 ZT
Z R 1 V 2i ( ) Vi ( ) Z 2 Z T T
•
信号上升时间与测量仪器可达到的带宽具有天然的联系。测量仪器的带宽越宽，其响应时
间就越快。测量系统要以一个相当准确的图形显示脉冲信号时，其-3-分贝带宽(B)或RBW应设 置成上式的最小值。
电磁兼容原理及应用
(3)测量的一般要求
①、测量环境-基本要求
EMC实验室无论其规模大小如何，都必须遵从一些最起码的指导原则。 首先，建成EMC实验室的房间或场地必须洁净，没有无关物品，完全专用于EMC测量。 应有一个由金属制成并可靠连接大地的地参考平面；实验室内的所有金属物体必须可 靠接地或予以清除。受试设备（EUT）按照尺寸的不同，可以放在一个工作台上，也可 以放在地面上，都是均要求地平面比EUT测试系统的边缘（包括相关的电缆和测试设备） 延伸出足够大的尺寸，即构成传导性参考平面，代替墙上交流插座的参考地。。 电源系统必须“净化”(在电源进入EMC实验室之前需要正确接入线滤波器)。 尽可能满足屏蔽的要求：即使是传导干扰测试，也应尽可能避免开阔场地中的其它辐 射场源影响被测试的电缆线、在电缆线上感应出不属于EUT的噪声。所以，除了初始阶 段的摸底测试外，权威性的或最终的EMC测试，均应在正式的EMC测试实验室（屏蔽室） 内进行，这样的实验室能完全隔绝外界噪声。 电源或负载接线、测试仪器仪表接线均尽可能不交叉，避免干扰。
电压低20 dB以上）。另外
开阔
场地受气候条件的影响很大，在有 雨、雪、雾、风、烈日等气候条件 下，无法进行测量。
电磁兼容原理及应用
①测量环境-屏蔽室
屏蔽室:用金属板（网）做成的六面体房子。传导干扰测试必须在屏蔽室中进行。 作用: a、防止测试受到外界电磁环境的干扰（辐射，或通过电源线传导）； b、防止试验用的电磁信号泄漏 。 六面钢板，五面（除地面外）敷有吸波材料，包括屏蔽门，屏蔽效果在100 dB以上。可作3m法、10m法测量。 图中电磁兼容屏蔽室的尺寸：19.6m×12.4m×7.5m。
财力。
• 实施电磁兼容测量可以选择去专业的电磁兼容测量实验 室，也可以选择自己组建一个电磁兼容实验室，先进行
所研制设备的电磁兼容特性的摸底排查，降低EMI水平
后再去专业EMC实验室进行最终评估，对于经常性研发 新产品的企业而言，后者所花费的财力要小，而且能在 产品研发期间发现问题并及时解决。
电磁兼容原理及应用
电磁兼容测试是电子设备符合电磁兼容要求的最终检验。迄今为止，没有其他任何学科象
电磁兼容学科那样强烈地依赖于试验和测量。 电磁干扰试验和测量技术是电磁兼容学科重要的和关键的组成部分。
电磁兼容原理及应用
引言——
• 电磁兼容测量往往需要多次进行，用于电磁兼容测量仪 器的昂贵和测试环境要求高，也往往要花费很多人力和
以在任何地点重复进行。
电磁兼容原理及应用
②测量仪器设备——
扫频式频谱分析仪 （或EMI接收机）：频率范围为10KHz-1GHz；有足够的灵 敏度，具有可选择的中频带宽（10KHz～100KHz）。若EUT频率很高，则频谱 分析仪的频率范围需要更宽。 低噪声、宽带的前置放大器：提高频谱分析仪的灵敏度。
150 fc D(mm)
GHz
电磁兼容原理及应用
150 fc D(mm)
GHz
f f c , 干扰信号能通过； f f c , 干扰信号有损耗； f f c ，损耗大。
电磁兼容原理及应用
①测量环境-电磁兼容暗室（开阔场的替代测量场地）。
电磁兼容原理及应用
屏蔽门——门结合处为刀型
EMI电流探头（也称探针）；电压探头；功率探头
暂态限制器(Transient Limiter)：旨在保护EMC分析仪，以免在与LISN连接时， 遭到大电压的破坏，尤其在LISN所连接的EUT是采用开关电源供应器时。 天线：辐射干扰测量根据所需频率测量范围有各种不同型式的天线。天线特 性用天线因子 (antenna factor) 表示，天线因子定义为电场强度与电压的 转换比例，即AF=Ein/Vout。
设计系统，也无法准确分析计算干扰路径造成的影响，，而干扰源本身由于情况各异 本身就具有复杂性，大多数干扰源都无法精确计算. 所以，电磁学理论分析计算仅具有参考意义，而传统的干扰抑制技术也是降低干扰的手段 而不是最终结果。设备和系统是否符合电磁兼容要求的最终标准，应该是科学的数据， 这就是电磁兼容试验和测量，简称测试。只有对电子设备和实际的电磁环境进行测量， 才能进行科学的电磁兼容设计和评价。
2
Z VR ( ) Vi ( )[ R ]; ZT
1 ZR
电磁兼容原理及应用
。而
时域和频域测量中的互换关系——上升时间与带宽 频域：
Z R 1 1 V 2i ( ) Vi ( ) 2 Z ZR Z T T
2
ZC Z R
例：外形尺寸7m（长）×3.6m（宽）
×2.7m（高）。 频率范围：DC～3GHz 。
电磁兼容原理及应用
②测量仪器设备——
线路阻抗稳定网路LISN（Line Impedance Stabilization Network）：
为 EUT 提供“纯净”的电源网络，将周围的电力线噪声与 EUT 隔离，确保所测 量的噪声全部为EUT所产生的。 它还提供一个稳定的均衡阻抗，建立了公共的评价准则，因此允许测量工作可
电磁兼容原理及应用
第四章
电磁干扰测量技术简介
熊
蕊
引言——
前面介绍了很多抑制EMI的技术，它们可以将电磁干扰抑制在一定程度内。但是抑制的程 度是否被认可，或者说干扰源是否将干扰抑制到不足以影响其他敏感设备的程度内， 而敏感设备是否已经具备了足够的免疫力去抵御干扰，这些仅靠设计是不够的。由于
电磁环境复杂、涉及面广、影响因素多，既不能完全用电磁学理论分析计算去评价和
300M～1GHz频段：
主要测量电场，选用对数周期天线、对称振子天线。 1GHz以上：微波频段，测量电场或辐射功率密度S，
窄带：角锥喇叭天线，
宽带：双脊喇叭天线，10GHz以下也可用对数周期天线。
电磁兼容原理及应用
测试天线的选用
典型双锥天线的性能
电磁兼容原理及应用
测试天线的选用
典型200MHz到2000MHz对数周期天线的性能
VR (t ) Vi (t ) Vc (t ); VR (t ) i (t ) R; i C
dVc (t ) dt
t VR (t ) Vi (t )[1 exp ] RC
V (t ) t ln 1 R Vi (t )
本章内容
1
干扰测量的一般问题
表示方法；测量方式；测量仪器；测量要求
2
电磁干扰的测量
测量项目与方法
3
组建自己的简易电磁兼容实验 室方法
电磁兼容原理及应用
1
干扰测量的一般问题
干扰的表示方法 干扰的测量方式和仪器 测量的一般要求
电磁兼容原理及应用
(1) 干扰的表示方法和测量内容——
A、干扰信号的频率或频谱
ZR VR ( ) Vi ( )[ ]; ZT Z C Z R ZT V 2 R ( ) PR ( ) ZR
t r t (90%) t (10%) ln9
电磁兼容原理及应用
时域和频域测量中的互换关系——上升时间与带宽
频域： 在(-3分贝)带宽处的频率，称为“半功率” 频率，这个术语的含义是：输入信号的一半 功率被滤波器的无功电抗元件所吸收，另一 半则传递到输出：
B、时域测量：
测量干扰信号与时间有关的特性： 干扰脉冲信号的幅值、波形、前沿、宽度，等。
电磁兼容原理及应用
时域和频域测量中的互换关系——上升时间与带宽
时域响应——上升时间 ：
频域响应——带宽 ：
10%-90 %上升时 间
剪切 频率
电磁兼容原理及应用
时域和频域测量中的互换关系——上升时间与带宽
用一个简单的RC无源滤波器，讨论两个域术语之间的关系:
电磁兼容原理及应用
测试天线的选用
最新设计的双脊喇叭天线的天线因数
电磁兼容原理及应用
测试天线的选用
典型的混合天线的天线因数