EMC测量方法介绍

1、电磁兼容测量方法和测量设备介绍 2004.3.24一 基本概念二 电磁兼容基本测量方法和测量标准三 电磁干扰诊断典型方法举例四 EMC测量需要的仪器设备一 基本概念什么叫电磁干扰 ?什么叫电磁兼容(EMC)?电磁干扰必须同时具备的三个条件： a. 干扰源能产生电磁干扰的元器件； b. 接收器对干扰敏感的元器件和电路； 辐射发射 辐射发射 辐射敏感度 辐射敏感度 传导发射 传导发射 传导敏感度 传导敏感度 设备1（发射器/接收器） 设备2（发射器/接收器） c. 传播途经电磁干扰从干扰源传播到接收器上的途径。 电磁干扰传播途径分为两种：“传导”和“辐射”。 电磁发射（电磁骚扰）：是指从一个电磁源

2、发散出的电磁能量，它包括两种形式： a. 辐射发射是指通过空间传播的有用或无用的电磁能量； b. 传导发射是指沿导线（如电源线、控制线或互连线）传输的电磁能量。 电磁敏感度（电磁抗扰性）： 设备暴露在电磁辐射下所呈现的不希望有的响应程度，它也分为两种形式： a. 辐射敏感度对造成设备降级的辐射干扰的度量； b. 传导敏感度当引起设备不希望有的响应或造成其性能降低时，对电源线、控制线或信号线上干扰信号的电流或电压的度量。 EMC测量分为：认証测量和诊断测量 EMC认証测量需要的条件：1.测量依据的标准和规范；2.测量设备；3.测量场地。 EMC诊断测量需要的条件： 1.测量设备 2.一般实验室或

3、屏蔽室 二 电磁兼容基本测量方法 （一） EMC测量标准介绍： 电磁兼容测量项目很多，军标分得比较细，所以依军标152A为例，同时结合几个常用的民用标准来讲一下基本的测量内容和测量方法。不管军标还是民标基本测量方法是相同或类似的。一台设备的EMC要从四个方面进行测量： j辐射发射、k辐射敏感度、l传导发射、m传导敏感度。 军标GJB152A是军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求和测量方法。它的测量项目按照英文字母和数字混合编号命名的： C(conduct)传导, E(emission)发射, R(radiat)辐射,S(susceptibility)敏感度 CE 传导发射 CS 传导敏感度 R

4、E 辐射发射 RS 辐射敏感度a. 传导发射测量（CE）CE101 25Hz 10kHz电源线传导发射CE102 10kHz10MHz电源线传导发射CE106 10kHz40GHz天线端子传导发射CE107 电源线尖峰信号（时域）传导发射b. 辐射发射测量（RE） RE101 25Hz 100kHz磁场辐射发射RE102 10kHz 18GHz电场辐射发射RE103 10kHz 40GHz天线谐波和乱真输出辐射发射c. 传导敏感度测量（CS） 传导敏感度测量可分为3类9项： 有关电源线、互连线（信号线、控制线）传导敏感度测量：CS101 25Hz50kHz电源线传导敏感度CS106 电源线尖峰

5、信号传导敏感度CS114 10kHz400MHz电缆束注入传导敏感度CS115 电缆束注入脉冲激励传导敏感度CS116 10kHz100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度 有关接收机和调谐放大器的传导敏感度测量：CS103 15kHz10GHz天线端子互调传导敏感度CS104 25Hz20GHz天线端子无用信号抑制传导敏感度CS105 25Hz20GHz天线端子交调传导敏感度 有关壳体（如飞机、潜艇和仪器设备等壳体）传导敏感度测量： CS109 50Hz100kHz壳体电流传导敏感度d. 辐射敏感度测量（RS） RS101 25Hz100kHz磁场辐射敏感度RS103 10kHz40GH

6、z电场辐射敏感度RS105 瞬变电磁场辐射敏感度(2) 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法（GB9254）主要测量内容： a. 电源端子和电信端口的传导骚扰限值和测量方法 b. 辐射骚扰和测量方法(3) 信息技术设备抗扰度的基础系列标准（GB/T17626-1998）主要测量内容该标准包括以下分标准：GB/T17626.1 抗扰度试验总论 （IEC61000-4-1）GB/T17626.2 静电放电抗扰度试验（IEC61000-4-2 ）GB/T17626.3 射频电磁场抗扰度试验（IEC61000-4-3）GB/T17626.4 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（IEC61000-4-4）GB

7、/T17626.5 浪涌（冲击）抗扰度试验（IEC61000-4-5）GB/T17626.6 射频场感应的传导骚扰抗扰度（IEC61000-4-6）GB/T17626.7 供电系统及相连设备的谐波、谐间波的测量和测量仪器导则（IEC61000-4-7）GB/T17626.8 工频磁场抗扰度试验（IEC61000-4-8）GB/T17626.9 脉冲磁场抗扰度试验（IEC61000-4-9）GB/T17626.10 阻尼振荡磁场抗扰度试验（IEC61000-4-10）GB/T17626.11 电压跌落、短期中断和电压渐变抗扰度试验（IEC61000-4-11）GB/T17626.12 振荡波抗扰

8、度试验（IEC61000-4-12）为减少技术贸易壁垒，加强各国间贸易往来，国际上各大标准组织之间加强协调与合作，有许多标准趋于一致，如： IEC CISPR标准 外国国家或区域性标准 我国家标准 CISPR22 EN55022，FCC PART15，VDE0878 GB9254-98 IEC61000-3-2 EN61000-3-2 GB17625-98 IEC61000-4-4 EN61000-4-4 GB/T17626.4 CISPR14 EN55014 GB4343-95（二）EMC测量方法：1 电磁辐射发射测量系统（RE）（ 电磁骚扰或辐射骚扰）辐射发射测量目的：是测量被测设备辐射的

9、电磁能量是否超过标准要求，以便控制设备和系统辐射的电磁能量。其典型测量框图如图所示。例如：GJB152A 10kHz 18GHz电场辐射发射测量（RE102）、GB9254辐射骚扰测量。 屏蔽暗室 测试室 控制室 接收天线 R 场强计EUT计算机打印机 为消除环境电磁干扰的影响，测量应在屏蔽暗室内进行。被测件（EUT）与接收天线之间的距离R和天线高度，对于不同的标准有不同的要求:如军标GJB152A 被测件离地高1m,其R=1m，接收天线距地面高1.2m，测试中需改变接收天线极化和EUT方向。国标GB9254 被测件离地高0.8m,其R可分为3m、10m、30m等不同的距离，且接收天线要能在1

10、4m的高度上下移动和改变极化，而且被测件需在转台上旋转。另外用TEM和GTEM传输室也能作辐射发射测量。2 电磁辐射敏感度测量系统（RS）（电磁抗扰度）电磁辐射敏感度测量目的：考核被测设备受空间电磁波能量影响的程度。按标准要求对被测件施加一定强度的场强，观察被测设备工作是否正常。作这条需要产生一个一定强度的电磁环境，产生电磁场的方法有以下几种：1). 用发射天线产生场强屏蔽暗室 测试室 控制室 发射天线 R 敏感监视设备EUT场强监视器源信号计算机放大器打印机2). 用GTEM传输室产生场强 例如：GJB152A瞬变电磁场辐射敏感度实验（RS105） 50W g 电源 图11.49 GTEM传

11、输室敏感度测试装置 瞬变脉冲信号发生器 EUT 探头 存储示波器LISN3). 用混响室产生场强控制器 模搅拌器 接收天线 探头 发射天线 EUT 放大器计算机信号源频谱仪接收机 4). 用亥姆霍兹线圈产生磁场 线圈1 线圈2 低频放大器EUT低频信号源场强计 电流卡钳 磁场敏感度测量系统亥姆霍兹线圈计算公式： B = (T) 式中 i 流过线圈中的电流，单位为A； r 线圈半径，单位为m； n 单个线圈的匝数。 5). 用感应线圈产生磁场 例如： GB/T17626-8 工频磁场抗扰度试验（IEC61000-4-8） GB/T17626.9 脉冲磁场抗扰度试验（IEC61000-4-9） G

12、B/T17626.10 阻尼振荡磁场抗扰度试验（IEC61000-4-10）EUT EUT 接地平板图 用于小型被测件试验的感应线圈图 用于机柜试验的感应线圈 3 传导发射测量系统（CE）（传导骚扰）传导发射测量目的：是测量被测设备工作时，从电源线、信号线和互连线上耦合出来的干扰信号，测量这些能量是否超过标准要求的界限值，从而保证在公共电网上工作的其他设备免受干扰。根据干扰频率的不同，有以下几种测量方法：1). 用电流卡钳（电流探头）测量传导发射 例如： GJB152A中CE101 f =25Hz10kHz传导发射测量EUT电源LISN 电流卡钳 记录仪测量接收机图 用电流卡钳测量传导发射 2

13、). 用电源阻抗稳定网络（LISN）测量传导发射 例如：GJB152A中CE102 f=10kHz10MHz 和GB9254中 f=150kHz30MHz传导发射测量。 图11.54 用电源阻抗稳定网络测量传导发射LISNEUT衰减器接收机记录仪电源 3). 用功率吸收钳测量传导发射例如：GB43431995 “家用和类似用途电动、电热器具、电动工具以及类似电器无线电干扰特性测量方法和允许值”（CISPR14）干扰功率测量方法f=30MHz300MHz。吸收钳滤波器EUT电源接收机 4 传导敏感度测量系统（CS） 传导敏感度测量目的：是在被测设备的电源线、互连线（信号线、控制线）、天线输入端及

14、设备壳体上按照标准要求注入规定的干扰信号，考核被测件对干扰信号的承受能力。观察被测件工作可能出现的异常现象。例如性能降低、元器件损坏或功能故障等。除军用设备外，现在民用的防盗、报警、放火等安全设备也要求进行敏感度测量。传导敏感度测量有以下几种测量方法。1). 通过变压器注入干扰信号 例如：GJB152A中CS101传导敏感度测量LISNEUT 变压器 电源 电源 示波器或电压表放大器信号发生器图 通过变压器注入干扰信号进行敏感度测量 2). 用网络注入干扰信号(1) GB/T17626.4信息技术设备注入电快速瞬变脉冲群抗扰性试验耦合/去耦合网络，试验框图。 EUT 瞬变脉冲信号发生器 1m

15、1 1 C1 L1 L N AC/DC 接地0.1m 接地 绝缘材料 接地参考平面 (2) GB/T17626.5信息技术设备浪涌（冲击）抗扰度试验耦合/去耦合网络，试验框图。 EUT 浪涌信号发生器 L N C 接地 (3) 作干扰信号互调、交调、无用信号的测量用的三端口网络 有关接收机和调谐放大器要求作的项目。如通信接收机、无线电接收机、雷达接收机、声学接收机、电子对抗等需作传导敏感度测量。 例如：GJB152A中 CS103 15kHz10GHz天线端子互调传导敏感度 CS104 25Hz20GHz天线端子无用信号抑制传导敏感度 CS105 25Hz20GHz天线端子交调传导敏感度衰减器

16、信号发生器1信号发生器2衰减器接收机EUT三端口网络三端口网络输出监测器 (4) 用注入卡钳注入例如GJB152A：CS114 10kHz400MHz电缆束注入传导敏感度 CS115 电缆束注入脉冲激励传导敏感度 CS116 10kHz100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度 50mm 50mm 电源 图11.60 用注入卡钳注入干扰信号进行敏感度测量注入卡 钳监 测卡 钳LISN测试仪器或终端箱EUT信号发生器放大器存储示波器(5) 直接注入(1) 将尖峰信号直接加到直流电源线上。例如：GJB152A中CS106电源线尖峰信号敏感度测量。 DC 图11.61 CS106电源线尖峰信号敏

17、感度测量EUT20H 示波器尖峰信号发生器 (2) 对含有低频灵敏接收机的金属壳体（如飞机、导弹和潜艇）进行传导敏感度试验。例如：GJB152A中CS109 50Hz100kHz壳体电流传导敏感度。AC输入 DC输入隔离变压器 EUT 示波器或电压表隔离变压器电源0.5W隔离变压器信号发生器 电源图 CS109 50Hz100kHz壳体电流传导敏感度c. 静电放电（ESD）抗扰性试验 静电放电抗扰性试验有接触放电和间接放电两种。标准要求静电放电仅施加于操作人员正常使用被测设备时可能接触的点和表面上，在预选点上至少施加十次放电，且每次放电间隔至少1秒。直接放电是将放电针直接接触被测设备放电，其干

18、扰机理是放电电流直接流过电路，对电路造成干扰。间接放电是放电针不直接与被测设备接触，而是用对耦合板接触放电的方式进行模拟。其干扰机理是间接放电产生的电磁场对电路造成干扰。 对台式设备试验布置如图所示：家用电器GB4343和信息技术设备GB/T17626.2都要求作静电放电抗扰度试验。 垂直耦合板 放电枪（垂直间接放电） 放电枪（水平间接放电） EUT 绝缘垫 水平耦合板 木桌高0.8m 0.1m 0.1m 2470W 2470W 放电枪（直接放电） 接地参考板 图11.63 台式设备静电放电抗扰性试验布置三 电磁干扰诊断典型方法举例（1）诊断电磁泄漏屏蔽是电磁兼容设计的重要手段，屏蔽体一般是用

19、焊接、铆接和用螺钉加上压条、导电衬垫等方法将金属板组合起来，这必然形成一些缝隙，若焊接不好、压条和衬垫不合适、衬垫老化、连接板之间锈蚀、螺钉间距太大等都能造成缝隙泄漏。用探头可检查屏蔽盒、屏蔽机箱、屏蔽电缆和接插件等缝隙的泄漏，将探头沿着屏蔽体缝隙移动可找出泄漏最大的位置。穿过屏蔽体的输入/输出线，必须通过壁板滤波器，由于接地噪声和杂散电容的电场耦合，在滤波器壳体上会感应出共模电流，如果滤波器壳体与屏蔽体接触不好，则此共模电流在屏蔽体外会产生辐射，用探头可检查其泄漏。 屏蔽盒 壁板滤波器 电场探头 图11.41 用探头检查接插件或屏蔽电缆的泄漏低噪声放大器接地噪声 频谱仪PCB C（2） 寻找

20、辐射大的干扰源用近场探头诊断来自元器件、印制电路板、集成电路、以及类似的电磁干扰源的辐射发射，测出的电磁干扰信号可以显示在频谱仪或示波器的显示屏上。用探头来寻找干扰大的信号、自激信号、尖峰干扰、高次谐波等，可判断干扰信号的位置，找出产生干扰大的元器件。 磁场探头 图11.42 用探头寻找电路板上的电磁干扰源 PCB 低噪声放大器频谱仪（3）改进电磁兼容认证测量不合格的产品对电磁兼容测量不合格的产品可以用诊断探头找出超标的原因，因为近场测量结果的变化与远场测量结果的变化之间存在着一一相关的关系，若近场测量变化10dB，则远场测量也近似变化10dB。这对改进经电磁兼容认证测量不合格的产品非常有用。

21、例如，若产品的辐射发射测量结果超出极限值10dB，那么电路重新设计或改进以后，用在产品改进前相同的近场测量方法，测量值至少要比原先的测量值减少10dB才能通过。 （4）敏感元器件的诊断敏感度是电子产品对电磁兼容的另一个要求。可以用探头做为一个点辐射源来判断敏感的部位和元器件。将适当强度的等幅或调幅、点频或扫频信号源馈入探头，激励探头产生一个电磁场，把该探头置于需要测量敏感性的位置，观测被测件的参数变化来确定敏感的元器件。 PCB信号源 （5） 用电源阻抗稳定网络预测电源线上的干扰信号电流 图11.54 用电源阻抗稳定网络测量传导发射EUT电源LISN接收机衰减器记录仪 （6） 用电流卡钳预测电源线上的干扰电源 EUTEUT