電磁兼容測試儀器的計量校準(zhǔn)

1、電磁兼容測試儀器的計量校準(zhǔn)CalibrationofEMCTestingInstrument1引言電磁兼容測試中需要使用到多種測試儀器，其中包括一些常規(guī)類型的測試儀器，例如高頻信號發(fā)生器、衰減器、功率放大器等，另外還包括了多種專用的測試儀器和測試場地，如靜電放電試驗發(fā)生器、浪涌發(fā)生器、EMI接收機(jī)、電波暗室等。這些專用測試儀器和測試場地的校準(zhǔn)方法在一些標(biāo)準(zhǔn)性的文件中有敘述，有些則沒有明確的提及，以下主要介紹這些專用測試儀器和場地的校準(zhǔn)方法。2靜電放電發(fā)生器靜電放電抗干擾試驗(ElectrostaticDischargeImmunityTest)標(biāo)準(zhǔn)討論當(dāng)電力和電子設(shè)備遭受直接來自操作者和鄰近物

2、體的靜電放電時的抗干擾要求和試驗方法。靜電放電(簡稱ESD)發(fā)生器是試驗設(shè)備中最主要的部分，主要校準(zhǔn)的參數(shù)是放電電流波形和開路電壓。ESD發(fā)生器的放電電流波形見圖1。為了校準(zhǔn)ESD發(fā)生器，必須利用試驗時的放電回路來驗證表1所示的特性。ESDSIMULATORStandardESDCurrentWaveform*forHand/MetalESD*Specifiedonlyfordirectcontactdischarge(1GHzscope)SamecircuitIsusedforairdtecharge,withnowavespec圖1ESD發(fā)生器的放電電流波形等級指示電壓（V）放電的峰值電流

3、（±10%A）放電的上升時間tr（ns）在30ns時的電流（土30%A）在60ns時的電流（土30%A）127.50.714224150.71843622.50.7112648300.71168表1ESD波形參數(shù)在IEC61000-4-2中，推薦使用了法拉第籠和標(biāo)準(zhǔn)2Q靶來校準(zhǔn)ESD生器的放電電流波形。特制的銅靶面2Q電阻應(yīng)有1GHz帶寬,安裝于法拉第籠側(cè)面的鋁板上，放電電極的尖端應(yīng)與電流傳感器直接接觸，而且發(fā)生器以接觸放電方式工作，從靶上取出的電壓信號送入至少1GHzt寬的示波器進(jìn)行測量（圖2）。圖2ESD發(fā)生器放電電流校準(zhǔn)ESDt生器的輸出電壓的指示值是發(fā)生器儲能電容兩端的充電電

4、壓，但并不是所有的ESD發(fā)生器都能夠很容易地從儲能電容兩端接線。在不方便接線時可以從ESD生器輸出端放電電阻處測量，由于放電電阻的阻值為（50100）MQ,因此要求高壓測量線路的輸入阻抗足夠高，否則必須修正測量結(jié)果。3電快速脈沖群發(fā)生器電快速脈沖群（簡稱EFT/B）發(fā)生器用于電快速脈沖群試驗，用來驗證電氣和電子設(shè)備對來自操作暫態(tài)過程（諸如開斷感性負(fù)載、圖350Q、1000。衰減器繼電器觸頭彈跳等）中各種類型的瞬變擾動的抗擾性。試驗中用到的主要設(shè)備包括EFT/B發(fā)生器、交/直流主電源端口的耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)和容性耦合夾。國內(nèi)外生產(chǎn)電快速瞬變脈沖群發(fā)生器的主要廠家包括Haefely、Schaffner

5、>Keytek、NoiseKen、EMTESTSanki等。其主要的技術(shù)指標(biāo)為單脈沖電壓峰值在50Q負(fù)載下為士10%在1000Q負(fù)載下為20%脈沖電壓上升時間在50Q/1000Q負(fù)載下為5ns±30%持續(xù)日t間在50Q下為50ns±30%在1000Q負(fù)載下為35ns150ns;脈沖重復(fù)頻率5kHz±20/口100kHz±20%脈沖群周期為15ms±20%解沖重復(fù)頻率為5kHz時），脈沖群周期為0.75ms士20%0永沖重復(fù)頻率為100kHz時）校準(zhǔn)EFT/B發(fā)生器時，發(fā)生器的輸出通過一個專用衰減器（圖3）連接至示波器上，示波器的帶寬至少為

6、400MHz對一個脈沖群內(nèi)的脈沖上升時間、脈沖持續(xù)時間和脈沖的重復(fù)頻率進(jìn)行校準(zhǔn)（圖4）。EFT/B發(fā)生器的源阻抗為50Q,過去IEC只要求在50Q負(fù)載條件下校準(zhǔn)EFT/B發(fā)生器的輸出波形。但由于實際應(yīng)用中的電子產(chǎn)品往往不具有50Q的輸入阻抗，因此從2004年7月1日起，IEC要求校準(zhǔn)EFT/B發(fā)生器的輸出波形應(yīng)分別在50Q和1000Q兩種負(fù)載條件下進(jìn)行。IEC61000-4-4中關(guān)于耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的要求規(guī)定：在耦合網(wǎng)絡(luò)輸出端測得的波形要與發(fā)生器輸出端測得的波形一樣符合規(guī)定的要求。因此也需要在耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)的輸出端校準(zhǔn)EFT/B發(fā)生器的輸出波形。圖5EFT/B發(fā)生器輸出波形4電浪涌發(fā)生器電浪涌發(fā)

7、生器(Surge)用于沖擊抗干擾試驗，其目的是評估設(shè)備遭受由操作和雷擊瞬變電壓引起的單向沖擊時的性能。電浪涌發(fā)生器主要包括綜合波發(fā)生器(1.2/50ss8/20ps)、CCITT波(10/700ps)發(fā)生器、振蕩波發(fā)生器或其它波形發(fā)生器和耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)。不同波形的定義不盡相同，下面給出綜合波發(fā)生器波形的參數(shù)定義。定義IEC60-1IEC469-1波頭時間ss半峰時間ss上升時間(10%90%Ms持續(xù)時間(50%50%1s開路電壓1.250150短路電流8206.416注：現(xiàn)行IEC出版物中，1.2/50pS和8/20pS通常按IEC60-1定義，其它IEC推薦按IEC469-1定義的波形，如上

8、所示。表2綜合波發(fā)生器波形參數(shù)校準(zhǔn)電浪涌發(fā)生器的特性時，發(fā)生器的輸出應(yīng)該與足夠帶寬和電壓電流容量的測量系統(tǒng)相連。如圖6和圖7所示，在開路條件下電壓輸出經(jīng)高壓衰減棒連接到示波器；在短路條件下通過電流探頭連接到示波器。圖6開路電壓的校準(zhǔn)在校準(zhǔn)開路電壓時，有時電浪涌發(fā)生器輸出的負(fù)端會有電壓輸出，此時可以使用兩個高壓探頭進(jìn)行差分測量；校準(zhǔn)短路電流時，由于電浪涌發(fā)生器的輸出阻抗較低，因此在可能的情況下，應(yīng)盡量用短線短路電浪涌發(fā)生器的輸出端，短路線和電浪涌發(fā)生器輸出端的連接點(diǎn)要緊密，以減小接觸電阻。讀數(shù)時，應(yīng)當(dāng)注意所測試脈沖波形參數(shù)的定義。例如測試1.2/50波形，其定義的波前時間為1.25XTi0%90

9、%這與普通的脈沖上升時間有區(qū)別。5電壓暫降、中斷、變化發(fā)生器電壓暫降、短時中斷和電壓變化發(fā)生器是用于電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度測試的主要儀器，用于模擬電網(wǎng)供電中可能出現(xiàn)的電壓短時降低、短時中斷和電壓的變化情況，考察被測試電子儀器設(shè)備的抗上述干擾的能力。發(fā)生器主要由電源、電壓測試部分和時間相位控制電路組成。發(fā)生器的校準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)下列要求進(jìn)行：輸出電壓準(zhǔn)確度：發(fā)生器的100%70騎口40%（效值輸出電壓應(yīng)符合所選擇的運(yùn)行電壓的百分比，如230V和110V。負(fù)載能力：100烯出16A時，電壓變化不超過5%70%t出23A時，電壓變化不超過7%40%t出時，電壓變化不超過10%70%口40喻出試驗

10、下，持續(xù)時間不應(yīng)超過5s。沖擊電流驅(qū)動能力、開關(guān)特性等。+電壓表-LO發(fā)生器N。圖8輸出電壓的校準(zhǔn)輸出電壓準(zhǔn)確度的校準(zhǔn)可以用滿足準(zhǔn)確度要求的電壓表直接測量（圖8）,對于無法穩(wěn)態(tài)輸出70%口40粒的發(fā)生器可以設(shè)定發(fā)生器為暫降模式，設(shè)定暫降時間為50個周期或更長，在發(fā)生器的暫降時間內(nèi)測量輸出電壓。負(fù)載能力校準(zhǔn)以開路狀態(tài)下的電壓為參考值進(jìn)行計算。沖擊電流驅(qū)動能力的校準(zhǔn)需要一個由1700fF的無電荷的電容器和一個合適的整流器串聯(lián)組成的負(fù)載（圖9）,發(fā)生器從額定輸出的0%切換到100%,在90和270°相角下進(jìn)行測試。根據(jù)電流探頭的電壓電流比，計算峰值電流。電流探頭圖9沖擊電流驅(qū)動能力的校準(zhǔn)6

11、磁場發(fā)生器磁場發(fā)生器主要用于驗證設(shè)備在工頻、脈沖、阻尼磁場作用時的抗擾性，它由電流發(fā)生器、磁場產(chǎn)生線圈和一些輔助設(shè)備所組成。我們主要校準(zhǔn)其輸出電流特性和感應(yīng)線圈的線圈因數(shù)。工頻的磁場發(fā)生器實際上是工頻的電流發(fā)生器；而脈沖和阻尼磁場發(fā)生器是相應(yīng)的脈沖和阻尼電流發(fā)生器，這通常就是前面描述的浪涌發(fā)生器，它的校準(zhǔn)方法前面已有介紹。校準(zhǔn)工頻磁場發(fā)生器，由于電流是工頻，故可以采用分流器采樣來校準(zhǔn)電流，也可以用頻率特性足夠好的電流傳感器鉗接輸出回路，然后用電壓表或示波器監(jiān)視回路電流（圖10）。圖10磁場發(fā)生器電流校準(zhǔn)對感應(yīng)線圈線圈因數(shù)的校準(zhǔn)應(yīng)在其工作條件下進(jìn)行（無EUT的自由空間）。一個相對于EUT尺寸正確

12、的感應(yīng)線圈，要置于離實驗室墻壁和任何磁性材料最小1m的位置，采用絕緣支撐，并連接于試驗發(fā)生器上。選擇合適的磁場傳感器，置于感應(yīng)線圈的中心位置，在適當(dāng)?shù)奈恢蒙咸綔y出感應(yīng)線圈所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的最大值（注入感應(yīng)線圈的電流應(yīng)調(diào)整到能取得試驗水平所要求的磁場強(qiáng)度）7諧波測試儀器的校準(zhǔn)諧波測試儀器的主要測試功能包括功率分析儀功能、諧波電流、諧波電壓等。諧波測試儀器主要包括諧波分析儀（獨(dú)立儀器）和含諧波測試功能的交流電源。根據(jù)IEC61000-3-2、EN61000-3-2及其它有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對諧波測試的要求，通常的諧波測試儀應(yīng)可以達(dá)到對相電流16A以下的儀器的諧波電流進(jìn)行40次以內(nèi)的諧波電流的分析。按照標(biāo)準(zhǔn)的要

13、求，諧波測試儀器的準(zhǔn)確度應(yīng)“優(yōu)于0.2%的額定電流或5煙數(shù)之較大者”。對于可以獨(dú)立使用且基波頻率較低（50Hz、60Hz）的諧波分析儀，諧波電壓和電流的校準(zhǔn)可以通過標(biāo)準(zhǔn)交流電源（如Fluke6100A）來校準(zhǔn)（圖11）;而對于不能與可編程交流電源分開的諧波分析儀或者是基波頻率較高（400Hz）,可以通過可編程交流電源+標(biāo)準(zhǔn)諧波分析儀來校準(zhǔn)（圖12）。圖12諧波分析儀電壓校準(zhǔn)8電磁騷擾測量接收機(jī)的校準(zhǔn)電磁騷擾測量接收機(jī)（EMI接收機(jī)）是用于測量微弱的連續(xù)波信號、幅值很強(qiáng)的脈沖信號等電磁騷擾信號的專用測量接收機(jī)，主要由輸入衰減器、校準(zhǔn)信號源、射頻放大器、混頻器、本機(jī)振蕩器、中頻放大器、檢波器、輸出

14、指示等部分組成，它的測量動態(tài)范圍大、靈敏度高，最主要的性能特點(diǎn)就是脈沖響應(yīng)特性和多種檢波方式。在CISPR16國標(biāo)GB/T6113.1-1995無線電干擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范中對EMI接收機(jī)的性能指標(biāo)作了詳細(xì)的要求，其中正弦波電壓測量準(zhǔn)確度、衰減器、中頻帶寬、脈沖響應(yīng)等是EMI接收機(jī)校準(zhǔn)中的重要參數(shù)，脈沖響應(yīng)值應(yīng)符合表3所規(guī)定的極限值。圖13和圖14分別是正弦波電壓測量準(zhǔn)確度和脈沖響應(yīng)的校準(zhǔn)簡圖。表3電磁騷擾測量接收機(jī)脈沖響應(yīng)重復(fù)頻率Hz標(biāo)定頻段定時，脈沖的相對等效電平dB9150kHz0.1530MHz30-300MHz3001000MHz1000見注-4.5±1.0-8.0

15、77;1.0-8.0±1.0100-4.0±1.00（基準(zhǔn)）0（基準(zhǔn)）0（基準(zhǔn)）601-3.0±1.0250（基準(zhǔn)）20+6.5+1.0+9.0土1.0+9.0±1.010+4.0±1.0+10.0±1.5+14.0+1.5+14.0+1.55+7.5±1.52+13.0-2.0+20.5±2.0+26.0±2.0+26.0土2.0*1+17.0-2.0+22.5±2.0+28.5±2.0+28.5±2.0*孤立脈沖+19.0-2.0+23.5±2.0+31.5&#

16、177;2.0+31.5±2.0*注：在9150kHz頻率范圍內(nèi)，重復(fù)頻率圖于100Hz時，由于中頻方法其出現(xiàn)脈沖重疊現(xiàn)象，所以不能對該頻段的響應(yīng)做出明確規(guī)定。當(dāng)頻率高于300MHz時，由于電磁騷擾測量接收機(jī)的輸入過載，脈沖響應(yīng)受到限制。表1中標(biāo)有*的數(shù)值時任選的，不做硬性要求。EM胺收機(jī)信號發(fā)生器一<脈沖信號發(fā)生器|>EM胺收機(jī)）功率計1圖13正弦波電壓準(zhǔn)確度校準(zhǔn)圖14脈沖響應(yīng)的校準(zhǔn)9電波暗室電波暗室（Anechoicchamnber）是進(jìn)行電磁兼容性試驗的主要場地，主要用于射頻輻射騷擾試驗和抗輻射干擾的能力試驗。電波暗室分半電波暗室和全電波暗室，全電波暗室是六個面均貼

17、有吸波材料的暗室，半電波暗室是除了地面外的其他五個面貼有吸波材料的暗室。電波暗室主要校準(zhǔn)項目是歸一化場地衰減和場均勻性。歸一化場地衰減：頻率30MHz1000MHz測得值與標(biāo)準(zhǔn)值之差小于±4dB。場地均勻性：在規(guī)定的16點(diǎn)測試平面內(nèi)，剔除4個點(diǎn)，剩余12個點(diǎn)中最大和最小的差值小于6dB。歸一化場地衰減的校準(zhǔn)采用的是寬帶掃頻法。具體方案是：在電波暗室中，在旋轉(zhuǎn)臺周圍確定一個“測試空間”，將發(fā)射天線分別置于“測試空間”的中間和前、后、左、右（距中心0.75m）五個不同位置，并分別進(jìn)行垂直、水平極化方向及發(fā)射天線在兩種不同高度（垂直極化時1m和1.5m,水平極化時1m和2m）®行

18、校準(zhǔn)。當(dāng)發(fā)射天線固定在某一固定高度后，接收天線將在14米的范圍內(nèi)升降，以此來找到接收信號的最大值。在開始校準(zhǔn)前和校準(zhǔn)結(jié)束后要分別進(jìn)行電纜的共減校準(zhǔn)。場地共減NSA勺測量值A(chǔ)可按下式計算:An=U-Umax-AFt-AFrdBpV;dBpV;ua電纜不接天線用直通直接相連時接收機(jī)的讀數(shù),5ax電纜連接接收和發(fā)射天線時接收機(jī)的讀數(shù)，AFt發(fā)射天線系數(shù)，dB;0.5岸月*1*圖15場校準(zhǔn)均勻域尺寸場均勻性的校準(zhǔn)在空的暗室中進(jìn)行,發(fā)射天線的放置位置應(yīng)能使5mX1.5m的校正域處于發(fā)射場的主瓣寬度之內(nèi)。場傳感器與場發(fā)射天線之間的距離至少為1miEUTW天線之間的距離最好為3m（指雙錐AFr接收天線系數(shù)，

19、dB;形天線的中心或?qū)?shù)周期天線的頂端到EUT勺距離）。在定義的校正區(qū)域內(nèi)均勻劃分為16個點(diǎn)，每個點(diǎn)之間的距離是0.5米，最低點(diǎn)離地面的高度為0.8米（如圖15）;經(jīng)過功率放大器放大的信號通過發(fā)射天線在這個測試平面產(chǎn)生規(guī)定的場強(qiáng)（3V/m10V/m）,用各向同性的場強(qiáng)探頭分別測量每個點(diǎn)的場強(qiáng)，取數(shù)值最接近的12個值，剔除另外4個。12個值中，最大和最小的差值小于6dB,就認(rèn)為測試平面是均勻的。發(fā)射天線分別在水平極化和垂直極化兩種極化方式進(jìn)行校準(zhǔn)。10輔助設(shè)備10.1 吸收式功率鉗(AbsorbingClamp)吸收鉗是用于電磁泄漏（干擾）測量的主要配套設(shè)備之一，可以用來測量（301000）MH

20、Z®率范圍內(nèi)來自電纜線的輻射。它由三部分構(gòu)成：寬帶射頻電流變換器、寬帶射頻功率吸收體和受試設(shè)備引線的阻抗穩(wěn)定器、吸收套筒。吸收鉗可以沿著受試引線B移動。吸收鉗的主要校準(zhǔn)參數(shù)是吸收衰減（17dB）。GB/T6113-1995給出了吸收鉗校準(zhǔn)布置圖，如圖16所示。圖16吸收鉗校準(zhǔn)布置圖W校準(zhǔn)線；C電流變換器；r功率吸收體和阻抗穩(wěn)定器部分；E吸收套筒；F一附加吸收鉗；C1一用于連接校準(zhǔn)線W和衰減器的貫通連接器；C一連接到吸收鉗內(nèi)部同軸電纜的同軸連接器；C葭連接接收機(jī)電纜且與C2配套使用的同軸連接器；a一連接吸收鉗和接收機(jī)的同軸電纜；b一連接信號發(fā)生器和衰減器的同軸電纜；“一連接吸收鉗后，測

21、量接收機(jī)的最大指示；a'一不通過吸收鉗（按虛線），測量接收機(jī)的指示。吸收鉗的頻率工作范圍是30MHz1000MHz在校準(zhǔn)中吸收鉗要在6米長的軌道上滑行，同時接收機(jī)將記錄滑行中不同頻率下所讀取的最大電壓值，該最大電壓值與不通過吸收鉗時接收機(jī)的指示值之差就是吸收鉗的吸收衰減量。10.2 人工電源網(wǎng)絡(luò)（LISN）在EMC勺多項測試中都使用了人工電源網(wǎng)絡(luò)（簡稱LISN）,它能夠在射頻范圍內(nèi)向受試設(shè)備端子與參考地或端子之間提供穩(wěn)定的阻抗，同時將來自電源的無用信號與測量電路隔離開來，而僅將受試設(shè)備的干擾電壓耦合到測量接收機(jī)輸入端。人工電源網(wǎng)絡(luò)有多種類型，如50Q/50pH+5Q、50Q/50pH及50Q/5