淺談電磁兼容性測試中若干問題

尹航，藥陵州

淺談電磁兼容性測試中若干問題

尹航，藥陵州

（陜西重型汽車有限責(zé)任公司，陜西 西安 710002）

高速電子元件大量使用在電器系統(tǒng)中，提高性能的同時也產(chǎn)生了不少電磁兼容問題，要解決這些問題離不開電磁兼容性測。文章通過對電磁兼容性測試中典型場景的分析，說明了電磁兼容性測試中測試環(huán)境、測試設(shè)備對于測試結(jié)果的影響，并介紹了輻射發(fā)射測試的整改思路。

電磁兼容性測試；測試環(huán)境；輻射發(fā)射

1 電磁兼容性測試對測試環(huán)境的要求

在各類電磁兼容性測試標(biāo)準(zhǔn)中，都會對測試環(huán)境、測試設(shè)備提出要求，這保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

1.1 陪測設(shè)備對測試的影響

某些產(chǎn)品，在實際工作中需要與其他設(shè)備相互連接才能實現(xiàn)其特定功能。此類產(chǎn)品在電磁兼容性測試中，需要專用的儀器或負載來模擬實際工作中與其互連的設(shè)備。這樣的專用設(shè)備或負載就叫做陪測設(shè)備。

陪測設(shè)備主要用于配合產(chǎn)品進行功能的實現(xiàn)，很少考慮電磁兼容性問題，這就導(dǎo)致了當(dāng)產(chǎn)品與陪測設(shè)備一同測試時，經(jīng)常出現(xiàn)由于陪測設(shè)備輻射發(fā)射超標(biāo)從而引起的測試失敗。

某次RE102測試，產(chǎn)品置于測試臺，陪測設(shè)備置于測試間外給產(chǎn)品供電，100MHz之前超出極限值，可能是電纜束引起，給電纜裝鐵氧體磁環(huán)（在高頻時其主要呈現(xiàn)電阻特性、將高頻干擾能量轉(zhuǎn)化為熱能，吸收電纜上的高頻干擾）后，情況有了的改變，前段輻射發(fā)射幅值降低了，后端有毛刺超標(biāo)，但是還沒符合要求。將陪測設(shè)備去掉，LISN單獨給產(chǎn)品供電，產(chǎn)品通過測試。

拆開陪測設(shè)備，發(fā)現(xiàn)布線非常凌亂，有很多懸空引線和裸露的接口，沒有進行合理的電磁兼容性設(shè)計，影響了產(chǎn)品測試結(jié)果。

1.2 測試設(shè)備變化對測試的影響

電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)中，對很多設(shè)備的參數(shù)做出了要求，這是為了保證不同試驗室測試結(jié)果的一致性。但是，對于LISN，標(biāo)準(zhǔn)僅給出了電路圖及其元件參數(shù)，這些可能是不夠的。

某產(chǎn)品RE102在不同試驗室測試結(jié)果不一致。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)第一次測試所用LISN電源接線柱高5cm，第二次LISN電源接線柱高10cm。見圖1、圖2。

圖2 接線柱高10cm

雖然測試時電纜的絕大部分是置于離接地平板5cm高處，但是當(dāng)產(chǎn)品與不同LISN連接時，連接處的電源正負線距離測試臺面的高度卻不一樣，這會不會就是兩次試驗差別的原因呢？

要想確切分析這個問題的根源，先來研究輻射發(fā)射測試的實質(zhì)。

輻射發(fā)射測試實質(zhì)上是測試產(chǎn)品中兩種等效天線所產(chǎn)生的輻射信號：第一種是將輻射天線等效為環(huán)形天線，第二種是將輻射天線等效為單極天線或?qū)ΨQ偶極子天線。

對于第一種，環(huán)路是產(chǎn)生輻射的等效天線，它的輻射源是環(huán)路內(nèi)流動的差模電流（信號線與信號地線之間流動的電流），見下圖3。

圖3 等效天線信號環(huán)路

如果面積為S的環(huán)路中流動著電流強度為I、頻率為F的信號，那么在自由空間中，距離環(huán)路D處的輻射場強為：

E=1.3SIF2/D （1）

其中，E為電場強度，單位為μV/m；S為環(huán)路面積，單位為cm2；I為電流強度，單位為A；F為信號頻率，單位為MHz；D為距離，單位為m。

圖4 單極天線

對于第二種，這些被等效成單極天線或?qū)ΨQ偶極子天線的導(dǎo)體通常是產(chǎn)品中的電纜或其他尺寸較長的導(dǎo)體。輻射的源頭是這些導(dǎo)體中流動著的共模電流（差模電流以外的電流），多為寄生的無用信號，研究這種共模輻射是研究輻射發(fā)射測試的重點，見圖4。

如果天線上電流強度為I、頻率為F，則距離天線D處的輻射場強為：

當(dāng)F≥30MHz，D≥1m，L﹤λ/2時：

E≈0.63ILF/D （2）

當(dāng)L≥λ/2時：

E≈60×I/D （3）

其中，E為電場強度，單位為μV/m； I為電流強度，單位為μA；F為信號頻率，單位為MHz；D為距離，單位為m；L為電纜長度，單位為m。

很多標(biāo)準(zhǔn)要求在試驗臺上鋪設(shè)參考接地板，并把EUT（被測樣件）上的電纜（等效輻射發(fā)射天線）置于離參考接地板5cm高的絕緣支架上。這塊接地板對輻射發(fā)射測試結(jié)果有很大影響，當(dāng)EUT的電纜放置在離參考接地板h高度時，見下圖5。

圖5 EUT在參考接地板上

當(dāng)h≤λ/10時：

E（h）≈E×10×h/λ （4）

當(dāng)h＞λ/10時：

0≤E（h）≤2E （5）

其中，h為輻射發(fā)射等效天線的電纜放置在離參考接地平面的高度，單位為m；E是其在自由空間中的輻射強度，單位為V/m；E（h）為輻射發(fā)射等效天線的電纜在離參考接地平面h的高度時向空間輻射的場強，單位為V/m；λ為波長，單位為m。

可見，當(dāng)h≤λ/10時，E（h）與h成正比關(guān)系，即離參考接地平面越高，對外輻射場強越大。

現(xiàn)在來分析兩種LISN對于測試結(jié)果的影響。當(dāng)產(chǎn)品電源線與LISN連接時，不同的接線柱高度導(dǎo)致了兩次測試時從LISN接線柱到絕緣支架前端這一段的電源線離參考接地平面高度的不同，最高處分別是10cm和5cm，高度越高輻射越強，導(dǎo)致了此段等效天線電纜輻射發(fā)射值相差一倍，造成測試結(jié)果的不一致。

2 輻射發(fā)射測試中故障定位及減小輻射發(fā)射的方法

某產(chǎn)品置于測試臺面上，進行RE102測試，曲線見圖6，43Mhz和60Mhz附近超標(biāo)。

圖6 RE102 30MHz-200MHz

用頻譜分析儀連接近場探頭確認輻射超標(biāo)部位，使近場探頭貼近EUT及電纜線并緩緩移動，觀察頻譜分析儀上讀數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)最大峰值時，近場探頭所在位置可能就是EUT干擾源。在屏幕、機殼周圍縫隙處測得43MHz幅值最大，見圖7，符合測試曲線圖6中出現(xiàn)的峰值。

圖7 43MHz峰值

將機殼打開，檢查其結(jié)構(gòu)的屏蔽措施。圖8中橢圓型標(biāo)注為導(dǎo)電橡膠圈，共有兩個。一個鑲嵌在機殼面板內(nèi)側(cè)、一個鑲嵌在機殼對接處。兩個導(dǎo)電橡膠圈安裝牢固、連續(xù)、且彈性形變量有效?？梢哉J為在機殼的結(jié)構(gòu)上有良好的屏蔽措施，機殼沒有泄露輻射。

圖8 EUT機殼結(jié)構(gòu)

考慮可能是屏幕沒有做屏蔽處理，輻射發(fā)射來自屏幕。將電路板給屏幕的供電斷掉進行測試，輻射發(fā)射明顯降低，屏幕處泄露輻射。

將顯示屏換成圖9中的250目屏蔽玻璃（雙層玻璃板間夾金屬織網(wǎng)，可以阻隔屏幕對外界的輻射泄露）后進行測試，結(jié)果見圖10。

圖10輻射發(fā)射比圖6小了很多，說明安裝屏蔽玻璃的確起到了一定作用，但是43MHz附近還是有較大發(fā)射。打開機殼，用接收機和近場探頭測試，尋找電路板何處輻射發(fā)射值最高，如圖11。

圖10 安裝屏蔽玻璃后測試圖

圖11 確認PCB輻射發(fā)射超標(biāo)源

經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)視頻線引腳處峰值最大，附近有一晶振直線距離6mm，引腳受晶振影響成為輻射天線。將晶振封于金屬屏蔽罩內(nèi)，測試結(jié)果如下圖12，產(chǎn)品通過測試。

圖12 將晶振屏蔽后測試

3 小結(jié)

電磁兼容性問題嚴重影響了產(chǎn)品性能及安全，本文通過典型案例分析了電磁兼容性測試中測試環(huán)境和測試設(shè)備對結(jié)果的影響，并介紹了輻射發(fā)射整改的常用方法。

[1] GJB151A-97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求[S].國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會,1997.

[2] GJB152A-97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量[S].國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會,1997.

[3] GJB151B-2013軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量[S].國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會,2013.

[4] MIL-STD-464A Electromagnetic Environmental Effects Requiremen -ts for Systems[S]. DoD,1997.

[5] 鄭軍奇.EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

Some Problems in Electromagnetic Compatibility Testing

Yin Hang, Yao Lingzhou

（Shaanxi Xian Duty Automobile Co., Ltd, Shannxi Xi'an 710002）

High-speed electronic components are widely used in electrical systems, and there are many EMC problems that are generated while improving performance. To solve these problems, EMC testing is indispensable.Through the analysis of the typical scenes in the EMC test, this paper illustrates the influence of the test environment and test equipment on the test results in the EMC test, and introduces the rectification ideas of the radiation emission test.

EMC test; test environment; radiatio emission

U463.2

A

1671-7988(2019)13-91-03

U463.2

A

1671-7988(2019)13-91-03

尹航，就職于陜西重型汽車有限責(zé)任公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.032