《工程電磁兼容》課件第10章

第10章EMC測量10.1概述10.2

EMC測量設(shè)施10.3

EMC測量設(shè)備10.4

EMC測量實例

10.1概述

10.1.1

EMC測量分類

依據(jù)測量項目要求，EMC測量可以分為四類：傳導(dǎo)發(fā)射測量、輻射發(fā)射測量、傳導(dǎo)敏感度（抗擾度）測量和輻射敏感度（抗擾度）測量，或者分為兩類：EMI測量（包括傳導(dǎo)發(fā)射測量和輻射發(fā)射測量）和EMS測量（包括傳導(dǎo)敏感度測量和輻射敏感度測量），如圖10－1所示。圖10－1

EMC測量類型示意圖傳導(dǎo)發(fā)射測量考察交、直流電源線上存在的EUT產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，這類測量的頻率范圍通常為25Hz~30MHz。

輻射發(fā)射測量考察EUT經(jīng)其周圍空間輻射的干擾，這類測量的頻率范圍通常為10kHz~1GHz，但對于磁場測量要求頻率低至25Hz，對于工作于微波頻段的設(shè)備要求測量的頻率高至40GHz。

傳導(dǎo)敏感度測量是測量一個電氣、電子產(chǎn)品抵御來自電源線、數(shù)據(jù)線和控制線上的傳導(dǎo)電磁干擾的能力。輻射敏感度測量則是測量一個電氣、電子產(chǎn)品抵御來自其周圍空間的電磁場的能力。10.1.2

EMC預(yù)測量與EMC標(biāo)準(zhǔn)測量

依據(jù)EMC測量目的的不同，EMC測量也可分為EMC預(yù)測量與EMC標(biāo)準(zhǔn)測量（EMC認(rèn)證測量）。

滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)要求的實驗室，其工程建設(shè)費用昂貴,測量系統(tǒng)費用更高。滿足相關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)要求、具有認(rèn)可資質(zhì)的EMC實驗室，其EMC測量結(jié)果具有法律效力，所進(jìn)行的EMC測量是EMC標(biāo)準(zhǔn)測量。圖10－2為某EMC實驗室測量資質(zhì)認(rèn)證證書示例。圖10－2實驗室測量資質(zhì)認(rèn)證證書

EMC標(biāo)準(zhǔn)測量（EMC認(rèn)證測量）對EUT進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)測量，定量評價EUT的EMC指標(biāo)。EMC標(biāo)準(zhǔn)測量通常在產(chǎn)品完成、定型階段進(jìn)行，它按照產(chǎn)品的測量標(biāo)準(zhǔn)要求，測量產(chǎn)品的輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射是否低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，抗干擾能力（抗擾度）是否達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。EMC標(biāo)準(zhǔn)測量考核的是產(chǎn)品整體的電磁兼容性指標(biāo)，使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量儀器及測量方法。

EMC標(biāo)準(zhǔn)測量的目的是考察EUT是否通過了事先選定的EMC標(biāo)準(zhǔn)要求。如果沒有完全通過，則應(yīng)確定哪個測量項目超標(biāo)，出現(xiàn)在哪個頻點上，超標(biāo)量值多少等。這種測量具有法律效力。民用產(chǎn)品能否通過指定EMC標(biāo)準(zhǔn)，將決定產(chǎn)品能否投放市場，企業(yè)能否生存。軍用產(chǎn)品能否通過指定EMC標(biāo)準(zhǔn)，將關(guān)系到產(chǎn)品能否交付使用，能否列裝。這種類似產(chǎn)品鑒定的測量對于產(chǎn)品定型、形成批量生產(chǎn)至關(guān)重要。與產(chǎn)品功能性測量比較，產(chǎn)品的EMC測量要麻煩、困難一些，一般以測量技術(shù)人員為主角。測量人員熟悉EMC實驗室使用的測量設(shè)備，比較精通EMC測量標(biāo)準(zhǔn)，但是測量人員一般缺乏對EUT各種功能性的了解，分析測量結(jié)果有一定的困難。相反，產(chǎn)品功能性研發(fā)人員一般依據(jù)產(chǎn)品EMC測量曲線分析問題，不可能到標(biāo)準(zhǔn)實驗室去解決EMC問題。此外，現(xiàn)實條件限制復(fù)雜電氣、電子系統(tǒng)移到標(biāo)準(zhǔn)EMC實驗室進(jìn)行測量，但在其聯(lián)機(jī)過程中又需要進(jìn)行EMC診斷，此時EMC預(yù)測量能夠滿足上述需求。

EMC預(yù)測量是在產(chǎn)品研制過程中進(jìn)行的一種EMC測量，一般情況下只能做定性測量。工程實踐中，EMC預(yù)測量所使用的測量儀器相對比較簡單，可以利用通用儀器（如EMI接收機(jī)、頻譜分析儀）和一些必要的附件（如近場探頭、測量天線）組成預(yù)測量系統(tǒng)，目的是確定電路板、機(jī)箱、連接器、線纜等是否有電磁干擾產(chǎn)生或電磁泄漏，部件組裝之后其周圍是否有較大的輻射電磁場存在。EMC預(yù)測量也可確定干擾源的位置、頻譜，了解敏感部件周圍的電磁環(huán)境，以便有針對性地采取EMC整改措施。它是產(chǎn)品EMI診斷、EMC加固、從樣品研發(fā)成產(chǎn)品的必要步驟 10.2

EMC測量設(shè)施

10.2.1開闊試驗場

眾所周知，開闊試驗場是重要的電磁兼容測量場地。由于30MHz以上高頻電磁場的發(fā)射與接收完全是以空間直射波與地面反射波在接收點相互疊加的理論為基礎(chǔ)的，場地不理想，必然帶來較大的測量誤差，因此，國內(nèi)外紛紛建造開闊試驗場。

開闊試驗場測量不會存在反射和散射信號，是一種最直接的和被廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)測量方法，它能夠用來測量產(chǎn)品的輻射發(fā)射和輻射敏感度。

ANSIC63.7－1988、CISPR16－1993和GB/T6113.1－1995規(guī)定了開闊試驗場的構(gòu)造特征。它是一個平坦的、空曠的、電導(dǎo)率均勻良好的、無任何反射物的橢圓形試驗場地，其長軸是兩焦點距離的2倍；短軸是焦距的倍。發(fā)射天線（或受試設(shè)備）與接收天線分別置于橢圓的兩焦點上，如圖10－3所示。圖10－3橢圓形開闊試驗場地與天線布置圖10－4一種典型的開闊試驗場10.2.2屏蔽室

為了使工作間內(nèi)的電磁場不泄露到外部或外部電磁場不透入到工作間內(nèi)，就得把整個工作間屏蔽起來。此種專門設(shè)計的能對射頻電磁能量起衰減作用的封閉室稱為屏蔽室。按照GB4343-1995和其他電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，許多試驗項目必須在具有一定屏蔽效能和尺寸大小的電磁屏蔽室內(nèi)進(jìn)行，由它提供符合要求的實驗環(huán)境。因此，屏蔽室是電磁兼容性試驗中的一個重要設(shè)施。

屏蔽室除廣泛用于電磁兼容性試驗外，還大量地用于電子儀器、接收機(jī)等小信號靈敏電路的調(diào)測及計算機(jī)房等。圖10－5為典型焊接式和拼裝式屏蔽室。圖10－5典型焊接式和拼裝式屏蔽室

1.屏蔽室的種類

屏蔽室是一個用金屬材料制成的大型六面體房間。其四壁和天花板、地板均采用金屬材料（如銅板、鋼板或銅箔等）制造。由于金屬板（網(wǎng)）對入射電磁波具有吸收損耗、界面反射損耗和板中內(nèi)部反射損耗，因而使屏蔽室產(chǎn)生屏蔽作用。

屏蔽室有多種分類方法，通常使用的有如下幾種。按功能分類：可以分為兩大類。一類是用來防止電磁波泄露出去的屏蔽室，如防止大功率高頻和微波設(shè)備的電磁泄漏，以免影響作業(yè)人員身體健康；或防止電子產(chǎn)品信號泄露，避免信息被“竊收”等。另一類是用來防止外部電磁干擾進(jìn)入室內(nèi)，使室內(nèi)電子設(shè)備工作不受外界電磁場影響；或防止空間高電平電磁場透入室內(nèi)，使室內(nèi)作業(yè)人員免受有害劑量的電波照射等。后者的場源或泄漏源在屏蔽室外，故稱為無源屏蔽或被動屏蔽。

按屏蔽材料分類：有鋼板或鍍鋅鋼板式、銅網(wǎng)式、銅箔式。

按結(jié)構(gòu)形式分類：有單層銅網(wǎng)式、雙層銅網(wǎng)式、單層鋼板式、雙層鋼板式以及多層復(fù)合式等。按安裝形式分類：有可拆裝式和固定式兩種。前者是在生產(chǎn)廠用鍍鋅鋼板或銅網(wǎng)制成一定尺寸的模塊，到用戶現(xiàn)場進(jìn)行總裝和測量。其優(yōu)點是便于拆裝，但拼裝時需在接縫處使用導(dǎo)電襯墊，以盡可能保證各模塊的連接無縫隙。后者是在金屬板間連接時采用熔焊或翻邊咬合（厚度在1mm以內(nèi)的鍍鋅鋼板）。只要拼裝的焊縫是連續(xù)而無空隙的，或翻邊咬合是緊密無縫的，則此種屏蔽室的泄露途徑主要是在通風(fēng)窗、門及電源線引入處。

2.屏蔽室的屏蔽效能

屏蔽是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳輸?shù)囊环N措施。屏蔽體則是為阻止或減小電磁能量傳輸而對裝置進(jìn)行封閉或遮蔽的一種阻擋層。通常屏蔽體的屏蔽性能以屏蔽效能來進(jìn)行度量。

屏蔽壁材料、拼板接縫、通風(fēng)窗以及室內(nèi)供電用的電源濾波器等都會影響屏蔽室的屏蔽效能。屏蔽壁材料的選擇與頻率使用范圍和對屏蔽效能的要求有關(guān)。電磁兼容性試驗用屏蔽室，通常要求工作頻率范圍寬，屏蔽效能好,因此多選用薄金屬板（例如薄鋼板）作為屏蔽壁材料。采用薄鋼板做屏蔽壁時，最好采用熔焊工藝對接縫進(jìn)行連續(xù)焊接。此種焊接可使焊縫處的屏蔽效能與鋼板相同。大型固定式屏蔽室應(yīng)采用這種焊縫結(jié)構(gòu)。厚度在0.75mm以下的薄鋼板，最好采用咬接焊;對于較厚的鋼板，可以采用搭接焊或?qū)雍浮?/p>

為保證可拆卸式屏蔽室接縫處的屏蔽性能良好，應(yīng)在接縫處放入導(dǎo)電襯墊，并通過螺栓夾緊。此外，還應(yīng)注意防止結(jié)合處的電化學(xué)腐蝕。導(dǎo)電襯墊應(yīng)有良好的導(dǎo)電性和足夠的彈性和厚度，既補(bǔ)償由于縫隙在螺栓壓緊時所呈現(xiàn)的不均勻性，又保證襯墊和屏蔽壁之間的良好電氣接觸。網(wǎng)狀屏蔽室通風(fēng)良好,全封閉式鋼板屏蔽室則需有通風(fēng)窗。通常采用蜂窩式截止波導(dǎo)通風(fēng)窗。它是利用波導(dǎo)具有類似高通濾波器特性的原理制成的。其優(yōu)點是工作頻率范圍很寬，可達(dá)微波段,屏蔽效能高,風(fēng)阻小,風(fēng)壓損失小，穩(wěn)定性可靠。

屏蔽室的主要進(jìn)出口是門，且要經(jīng)常開閉。因此，門縫是影響屏蔽室屏蔽效能的重要部位。通常采用單刀雙簧或雙刀三簧的梳型簧片來改善門與門框間的電氣接觸。近年來氣密門也較流行，亦可使門縫處的泄漏減到最小程度。屏蔽室的供電線路必須通過電源濾波器才能進(jìn)入室內(nèi)。一個屏蔽室即使在材料選擇、拼板接縫、通風(fēng)窗、門縫處理等項都處理得很好，若電源濾波不佳，亦將影響整個屏蔽室的屏蔽效能。電源濾波性能的好壞，除與濾波器本身性能有關(guān)外，電源濾波器的安裝方法和安裝質(zhì)量對濾波性能影響亦很大。屏蔽室電源濾波器的安裝必須遵循下列原則：進(jìn)入屏蔽室的每根電源線均應(yīng)裝設(shè)電源濾波器；濾波器應(yīng)安裝在電源線穿越屏蔽壁的入口處。對于有源屏蔽室，電源濾波器應(yīng)安裝在屏蔽壁的內(nèi)側(cè)；對于無源屏蔽室，則應(yīng)安裝在屏蔽壁外側(cè)。且所有的電源濾波器最好都集中在一起，并靠近屏蔽室的接地點處安裝。這樣既使濾波器的屏蔽外殼接地方便、簡單，又縮短了接地線。

3.屏蔽室的接地

接地對屏蔽室的屏蔽效能是否有影響呢？就電磁屏蔽機(jī)理而言，屏蔽室對接地是沒有要求的。但屏蔽室是一個輪廓尺寸很大的導(dǎo)體，若屏蔽室浮地，周圍環(huán)境中的各種輻射干擾會在屏蔽殼體上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。由于屏蔽殼體不是一個完整的封閉體，周圍環(huán)境中的各種輻射干擾會感應(yīng)耦合到室內(nèi),亦可能把室內(nèi)的強(qiáng)電磁場感應(yīng)耦合到室外，從而降低屏蔽室的屏蔽效能。這種現(xiàn)象在較低頻率（如中波、短波）較為嚴(yán)重。屏蔽室接地能消除在屏蔽壁上的感應(yīng)電壓，明顯提高低頻段的屏蔽效能。對高頻段而言，由于屏蔽室與大地間的分布電容幾乎把屏蔽室與大地短路，安裝在地面上的屏蔽室接地與否對屏蔽效能影響不大。甚至當(dāng)接地線長度為1/4工作波長的奇數(shù)倍時，接地線呈現(xiàn)的阻抗很高，可能反而使屏蔽效能大為降低。通常對屏蔽室接地有如下要求：

(1)屏蔽室宜單點接地，以避免接地點電位不同造成屏蔽壁上的電流流動。此種電流流動，將會在屏蔽室內(nèi)引起干擾。

(2)為了減少接地線阻抗，接地線應(yīng)采用高導(dǎo)電率的扁狀導(dǎo)體，如截面為100mm×1.5mm的銅帶。

(3)接地電阻應(yīng)盡可能地小，一般應(yīng)小于1Ω。

(4)接地線應(yīng)盡可能短，最好小于λ/20。對于設(shè)置在高層建筑上的微波屏蔽室，可采用浮地方案。

(5)必要時對接地線采取屏蔽措施。

(6)嚴(yán)禁接地線和輸電線平行敷設(shè)。

4.屏蔽室的諧振

任何封閉式金屬空腔都可能產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。屏蔽室可視為一個大型的矩形波導(dǎo)諧振腔，根據(jù)波導(dǎo)諧振腔理論，其固有諧振頻率按下式計算：（10－1）式中,f0為屏蔽室的固有諧振頻率，單位為MHz；l、w、h分別為屏蔽室的長、寬、高，單位為m；m、n、k分別為0，1，2,…等正整數(shù)，但不能同時取三個或兩個為0。對于TE型波，m不能為0。由此可見：m、n、k取值不同，諧振頻率也不同，亦即同一屏蔽室有很多個諧振頻率，分別對應(yīng)不同的激勵模式（諧振波形）。對一定的激勵模式，其諧振頻率為定值。TE型波的最低諧振頻率對應(yīng)TE110（即m=1，n=1，k=0），其諧振頻率為（10－2）由于屏蔽室中場激勵方向的任意性，若要fTE110是屏蔽室的最低諧振頻率，必須使l和w是屏蔽室三個尺寸中較大的兩個。屏蔽室諧振是一個有害的現(xiàn)象。當(dāng)激勵源使屏蔽室產(chǎn)生諧振時，會使屏蔽室的屏蔽效能大大下降，導(dǎo)致信息的泄露或造成很大的測量誤差。為避免屏蔽室諧振引起的測量誤差，應(yīng)通過理論計算和實際測量來獲得屏蔽室的主要諧振頻率點，把它們記錄在案，以便在以后的電磁兼容試驗中避開這些諧振頻率。10.2.3電波暗室

電波暗室（AnechoicChamber）又稱電波消聲室或電波無反射室。它有兩種結(jié)構(gòu)形式：電磁屏蔽半電波暗室（ElectromagneticShieldedSemiAnechoicChamber）和微波電波暗室（MicrowaveAnechoicChamber）(又稱全電波暗室)。

由于開闊試驗場造價較高并遠(yuǎn)離市區(qū)，使用不便，或者建在市區(qū)，背景噪聲電平大而影響EMC測量，于是模擬開闊試驗場的電磁屏蔽半波暗室成了應(yīng)用較普遍的EMC測量場地。美國FCC、ANCIC63.6-1992、日本VCCI以及IEC、CISPR等標(biāo)準(zhǔn)容許用電磁屏蔽半電波暗室替代開闊試驗場進(jìn)行EMC測量。近年來，國內(nèi)很多單位建成電磁屏蔽半電波暗室,通常簡稱EMC暗室或半電波暗室，如圖10－6(a)所示。半電波暗室和微波電波暗室不同。半電波暗室五面貼吸波材料，主要模擬開闊試驗場地，即電波傳播時只有直射波和地面反射波。微波電波暗室六面貼吸波材料，模擬自由空間傳播環(huán)境，而且可以不帶屏蔽，把吸波材料粘貼于木質(zhì)墻壁，甚至建筑物的普通墻壁和天花板上，如圖10－6(b)所示。從使用目的看，半電波暗室用于電磁兼容測量，包括電磁輻射發(fā)射測量和電磁輻射敏感度測量,主要性能指標(biāo)用歸一化場地衰減NSA和測量面場均勻性來衡量。微波電波暗室主要用于微波天線系統(tǒng)的指標(biāo)測量，暗室性能用靜區(qū)尺寸大小、反射電平（靜度）、固有雷達(dá)截面、交叉極化度等參數(shù)表示。從使用頻率范圍看，微波電波暗室用于微波段，而半電波暗室頻率下限擴(kuò)展到幾十兆赫茲。雖然30MHz以下吸波材料的吸波性能下降，但仍可用于屏蔽室。由此可見，雖然半電波暗室和微波電波暗室看上去很相似，兩者都貼有大量的吸波材料，但兩者的用途、性能指標(biāo)大不相同，所以設(shè)計上也有各自不同的標(biāo)準(zhǔn)。圖10－6典型EMC暗室和微波電波暗室10.2.4橫電磁波小室

橫電磁波室（TEMTransmissionCell，TEMCell）是20世紀(jì)70年代中期問世，而后不斷發(fā)展起來的一種EMI/EMC測量設(shè)施，如圖10－7所示。圖10－7典型橫電磁波室

TEM小室就是一個外導(dǎo)體閉合并連接到一起的矩形同軸傳輸線，有點像帶狀線，其矩形部分的兩端逐漸過渡并與

50Ω的同軸傳輸線相匹配。中心導(dǎo)體和外部導(dǎo)體（由連接到一起的頂板、底板和兩側(cè)板構(gòu)成）促使電磁能量以TEM模從小室的一端傳播到另一端。中心導(dǎo)體靠一些絕緣支架牢固地固定在小室內(nèi)部，受試設(shè)備放置在底板和中心導(dǎo)體或中心導(dǎo)體和頂板之間的傳輸線矩形空間內(nèi)，絕緣材料可以讓受試設(shè)備和傳輸線的內(nèi)、外導(dǎo)體電隔離。閉合的傳輸線外導(dǎo)體具有有效隔離TEM小室內(nèi)外電磁環(huán)境的功能，這樣可以確保小室的外部電磁環(huán)境不會影響小室內(nèi)部的測量。類似地，測量中產(chǎn)生的任何高強(qiáng)度場也會被限制在小室內(nèi)部。

TEM小室具有一系列優(yōu)點：結(jié)構(gòu)封閉，不向外輻射電磁能量，因而不影響健康，不干擾別的儀器工作；當(dāng)室內(nèi)進(jìn)行場強(qiáng)儀校準(zhǔn)、通信機(jī)測量及EMC試驗時，亦不受外界環(huán)境電平及干擾的影響；工作頻帶較寬，可從DC~1000MHz，甚至更高；場強(qiáng)范圍大，強(qiáng)場（300V/m）、[JP]弱場（1.0μV/m）均可測量，且場值便于控制；多用途，不僅可用來建立高頻標(biāo)準(zhǔn)電磁場，校準(zhǔn)高頻近區(qū)場強(qiáng)儀和天線,測量電子設(shè)備的輻射敏感度,還可以進(jìn)行電磁波的生物效應(yīng)試驗和電磁輻射發(fā)射試驗等。因此，幾十年來，其理論、技術(shù)發(fā)展很快，被作為一種重要的電磁發(fā)射和敏感度測量設(shè)備，正式載入國際無線電干擾特別委員會（CISPR）的No.16、No.20出版物以及國際電工委員會（IEC）的IEC610000－4－3等國際標(biāo)準(zhǔn)中。 TEM小室按其橫截面形狀可分為正方形及長方形兩種。正方形TEM小室的優(yōu)點是在相同可用空間條件下使用頻率較寬，或在相同的使用條件下可用空間較大。長方形TEM小室的優(yōu)點是場的均勻性較好。

根據(jù)芯板（內(nèi)導(dǎo)體）在TEM小室的位置的不同，TEM小室可分為對稱TEM小室和非對稱TEM小室兩類。前者由芯板分隔的上、下兩個半空間是對稱的，設(shè)計方便，建造容易，特性阻抗的理論計算也比較成熟。但是，對稱式TEM小室存在固有缺陷：因其中段為一邊界正規(guī)的矩形腔，所以到高頻時會形成很強(qiáng)的高次模諧振,且箱體尺寸越大，諧振頻率越低。這樣使TEM小室中可用空間大小與最高試驗頻率之間存在制約矛盾。當(dāng)頻率高達(dá)1GHz時，其可用空間高度不足15cm。此外，對稱式TEM小室的上、下兩個半空間大小尺寸及產(chǎn)生場強(qiáng)一樣大。由于承重的原因，下半空間用得多，上半空間用得少。為解決尺寸與最高使用頻率間的矛盾，人們從兩方面進(jìn)行研究與改進(jìn)。一是將芯板向上偏移，構(gòu)成一個非對稱TEM小室（AsymmetricTEMCell，ATEMCell）。這樣可在略提高諧振頻率的同時，加大下半空間的有效實驗區(qū)，亦加大上半空間的場強(qiáng)，大大改善場的均勻性。此外，通常還在ATEM小室局部加貼吸波材料，吸收高次模的諧振能量，改善駐波性能，從而大大擴(kuò)展其最高使用頻率，收到相當(dāng)滿意的效果。另一方面，是將非對稱TEM小室的非對稱錐形過渡段向前延伸，中間不要有轉(zhuǎn)折，并在終端用吸波材料吸收其傳輸?shù)哪芰?，用若干只無感精密電阻串并聯(lián)構(gòu)成的阻抗值為50Ω的電阻網(wǎng)絡(luò)端接，可獲得工作頻率超千兆赫茲的“吉赫TEM小室（GigahertzTEMcell，GTEMCell）”。10.2.5混響室

早在1968年，Dr.H.A.Mendes就提出將空腔諧振用于電磁輻射測量。至20世紀(jì)80年代，軍用產(chǎn)品、汽車、航空工業(yè)產(chǎn)品的輻射抗擾度要求越來越高，希望對大體積的受試設(shè)備（EUT）獲得高頻高場強(qiáng)。這對于開闊場或半電波暗室中的測量環(huán)境，就要求十分高的功率放大器。此外，在電纜、電纜連接器或屏蔽材料的屏蔽效能測量方面，也需要開發(fā)新方法。這些需求為20世紀(jì)60年代提出的新思想開拓了工程上實現(xiàn)的契機(jī)。1986年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NationalBureauofStandards,NBS）的Dr.Mike.L.Grawford及其小組為混響室奠定了基礎(chǔ)。1999年9月發(fā)布的美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL－STD－461E《電磁干擾發(fā)射和敏感度控制要求》也接受了混響室這一測量場地。一般來說，混響室是指在高品質(zhì)因素（Q）的屏蔽殼體內(nèi)配備機(jī)械的攪拌器(ModeStirrer)，用以連續(xù)地改變內(nèi)部的電磁場結(jié)構(gòu)?；祉懯覂?nèi)任意位置的能量密度的相位、幅度、極化均按某一固定的統(tǒng)計分布規(guī)律隨機(jī)變化。在混響室內(nèi)的測量可以視為一個受試設(shè)備對場的平均響應(yīng)，是在攪拌器至少旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)響應(yīng)的積分?；祉懯业墓ぷ髟砘诙嗄Ｊ街C振混合，典型混響室如圖10－8所示?；祉懯姨峁┑碾姶怒h(huán)境是：①空間均勻,即室內(nèi)能量密度各處一致；②各向同性,即在所有方向的能量流是相同的；③隨機(jī)極化,即所有的波之間的相角以及它們的極化是隨機(jī)的。由于混響室能夠?qū)ν獠侩姶怒h(huán)境進(jìn)行良好的隔離，所以用它進(jìn)行RS或RE測量。混響室的造價相對較低，并且能夠產(chǎn)生有效的場變換，使得在高場強(qiáng)下進(jìn)行RS測量成為可能。另一方面，要將混響室中的測量與真實的工作條件聯(lián)系起來是有難度的，并且極化特性也無法保持。通過在封閉空間（屏蔽室內(nèi)）中使用模式攪拌器，混響室能夠真實地模擬自由空間條件。在混響室內(nèi)進(jìn)行抗擾度測量的照片如圖10－9所示。圖10－8典型混響室圖10－9混響室內(nèi)的抗擾度測量圖10－10使用混響室進(jìn)行輻射發(fā)射測量的基本框圖混響室可用于多種涉及輻射場的測量，其主要特性及參數(shù)為模的數(shù)目、模分裂、品質(zhì)因素、K系數(shù)和插入損耗。它的特點體現(xiàn)在：混響室除了可以像電波暗室或TEMCell那樣有效地隔離內(nèi)外電磁環(huán)境以外，與現(xiàn)有通用的測量場地相比，還有如下特點：

（1）用相對較小的功率，可以在大的測量空間獲得高的場強(qiáng),這是由于利用了高Q的空腔諧振的原因。同時混響室能夠很好地模擬復(fù)合場。（2）在相對較小的功率下，可以獲得高的動態(tài)范圍。這對于高屏蔽效能的測量是十分重要的。混響室的動態(tài)范圍完全可以達(dá)到電波暗室的水平，但實際上所需激勵功率較小，并且與場的極化無關(guān)。

（3）除低頻受限外，工作頻率范圍寬。因為其中無吸波材料，所以不存在由于材料性能對混響室特性的影響。但其最低工作頻率應(yīng)至少是空腔最低模頻率的3倍。因而對應(yīng)較低的工作頻率，需要較大的體積。（4）用途廣泛。在設(shè)備、儀表配置變動不大的條件下就可以進(jìn)行輻射發(fā)射、輻射抗擾度、天線效率以及各種屏蔽效能的測量。

（5）節(jié)約測量時間。因不需要天線掃描，不需要EUT旋轉(zhuǎn)，不需要改變極化，因而大大節(jié)約了測量時間。

（6）節(jié)省經(jīng)費。由于不需天線掃描，因而降低了屏蔽外殼的高度；無吸波材料，除了節(jié)省吸波材料費用外,還減少了整體重量及結(jié)構(gòu)承重。此外，在形成相應(yīng)場強(qiáng)下，要求的激勵功率減少，從而大大節(jié)省了功率放大器的投資，尤其是高于吉赫茲的頻率。（7）EUT失去了其方向特性(實際上其方向性增益呈現(xiàn)為1)。某些情況下，可能需要了解EUT的方向特性(不論是發(fā)射還是抗擾度),但混響室的測量結(jié)果不能提供這方面的信息。

(8)某些電磁波吸收體可能給混響室加載。混響室是在高Q下工作的，如在室內(nèi)存在吸收電磁波的材料(例如木制的支架、桌子或塑料的EUT外殼等),都會使混響室的Q值下降，稱為加載。這是我們所不希望的。 10.3

EMC測量設(shè)備

10.3.1測量接收機(jī)

1.測量接收機(jī)的組成

圖10－11測量接收機(jī)的電路框圖其主要部分的功能如下：

(1)輸入衰減器。輸入衰減器可將外部進(jìn)來的過大信號或干擾電平進(jìn)行衰減，調(diào)節(jié)衰減量大小，保證輸入電平在測量接收機(jī)可測范圍之內(nèi)，同時也可避免過電壓或過電流造成測量接收機(jī)的損壞。

(2)校準(zhǔn)信號源。該校準(zhǔn)信號源即測量接收機(jī)本身提供的內(nèi)部校準(zhǔn)信號發(fā)生器，可隨時對接收機(jī)的增益進(jìn)行自校，以保證測量值的準(zhǔn)確。普通接收機(jī)不具有校準(zhǔn)信號源。

(3)高頻放大器。高頻放大器利用選頻放大原理，僅選擇所需的測量信號進(jìn)入下級電路，而將外來的各種雜散信號（包括鏡像頻率信號、中頻信號、交調(diào)諧波信號等）均排除在外。

(4)混頻器?；祛l器將來自高頻放大器的高頻信號和來自本地振蕩器的信號合成，產(chǎn)生一個差頻信號輸入到中頻放大器，由于差頻信號的頻率遠(yuǎn)低于高頻信號頻率，因此中頻放大器的增益得以提高。

(5)本地振蕩器。本地振蕩器提供一個頻率穩(wěn)定的高頻振蕩信號。

(6)中頻放大器。由于中頻放大器的調(diào)諧電路可提供嚴(yán)格的頻帶寬度，又能獲得較高的增益，因此可保證接收機(jī)的總選擇性和整機(jī)靈敏度。

(7)包絡(luò)檢波器。測量接收機(jī)的檢波方式與普通接收機(jī)有很大差異。測量接收機(jī)除可接收正弦波信號外，更常用于接收脈沖干擾信號，因此測量接收機(jī)除具有平均值檢波功能外,還增加了峰值檢波和準(zhǔn)峰值檢波功能。

(8)輸出指示。早期的測量接收機(jī)采用表頭指示電磁干擾電平，并用揚聲器播放干擾信號的聲響。近幾年已廣泛采用液晶數(shù)字顯示代替表頭指示，且具備程控接口，使測量數(shù)據(jù)可存儲在計算機(jī)中進(jìn)行處理或打印出來供查閱。

2.測量接收機(jī)的工作原理

接收機(jī)測量信號時，先將儀器調(diào)諧于某個測量頻率fi，該頻率經(jīng)高頻衰減器和高頻放大器后進(jìn)入混頻器，與本地振蕩器的頻率fl混頻，產(chǎn)生很多混頻信號。這些混頻信號經(jīng)過中頻濾波器后僅得到中頻f0=fl-fi。中頻信號經(jīng)中頻衰減器、中頻放大器后由包絡(luò)檢波器進(jìn)行包絡(luò)檢波，濾去中頻，得到低頻信號。對這些信號再進(jìn)一步進(jìn)行加權(quán)檢波，根據(jù)需要選擇檢波器，可得到峰值（Peak）、有效值（Rms）、平均值（Ave）或準(zhǔn)峰值（QP）。這些值經(jīng)低頻放大后可推動電表指示或在數(shù)碼管屏幕上顯示出來。

測量接收機(jī)測量的是輸出到其端口的信號電壓，為測場強(qiáng)或干擾電流需借助一個換能器，在其轉(zhuǎn)換系數(shù)的幫助下，將測到的端口電壓變換成場強(qiáng)（單位為μV/m或dBμV/m）、電流（單位為A或dBμA）或功率（單位為W或dBm）。換能器依測量對象的不同可以是天線、電流探頭、功率吸收鉗或電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)等。

3.測量接收機(jī)使用中應(yīng)注意的問題

(1)防止輸入端過載。輸入到測量接收機(jī)端口的電壓過大時，輕者引起系統(tǒng)線性的改變，使測量值失真，重者會損壞儀器，燒毀混頻器或衰減器。因此測量前需小心判別所測信號的幅度大小，沒有把握時，接上外衰減器，以保護(hù)接收機(jī)的輸入端。另外，一般的測量接收機(jī)是不能測量直流電壓的，使用時一定先確認(rèn)有無直流電壓存在，必要時串接隔直電容器。

(2)選用合適的檢波方式。

依據(jù)不同的EMC測量標(biāo)準(zhǔn)，選擇平均值、有效值、準(zhǔn)峰值或峰值檢波器對信號進(jìn)行分析。實際干擾信號的基本形式可分為三類：連續(xù)波、脈沖波和隨機(jī)噪聲。

連續(xù)波干擾如載波、本振、電源諧波等，屬于窄帶干擾，在無調(diào)制的情況下，用峰值、有效值和平均值檢波器均可檢測出來，且測量的幅度相同。對于脈沖干擾信號，峰值檢波可以很好地反映脈沖的最大值，但反映不出脈沖重復(fù)頻率的變化。這時，采用準(zhǔn)峰值檢波器最為合適，其加權(quán)系數(shù)隨脈沖信號重復(fù)頻率的變化而改變。重復(fù)頻率低的脈沖信號引起的干擾小，因而加權(quán)系數(shù)小;反之,加權(quán)系數(shù)大，表示脈沖信號的重復(fù)頻率高。而用平均值、有效值檢波器測量脈沖信號，讀數(shù)也與脈沖的重復(fù)頻率有關(guān)。隨機(jī)干擾的來源有熱噪聲、雷達(dá)目標(biāo)反射以及自然環(huán)境噪聲等，這里主要分析平穩(wěn)隨機(jī)過程干擾信號的測量，通常采用有效值和平均值檢波器測量。

利用這些檢波器的特性，通過比較信號在不同檢波器上的響應(yīng)，就可以判別所測未知信號的類型，確定干擾信號的性質(zhì)。如用峰值檢波測量某一干擾信號，當(dāng)換成平均值或有效值檢波時幅度不變，則信號是窄帶的；若幅度發(fā)生變化，則信號可能是寬帶信號（即頻譜超過接收機(jī)分辨帶寬的信號，如脈沖信號）。

(3)測量前的校準(zhǔn)。

測量接收機(jī)或頻譜儀都帶有校準(zhǔn)信號發(fā)生器，目的是通過比對的方法確定被測信號強(qiáng)度。測量接收機(jī)的校準(zhǔn)信號是一種具有特殊形狀的窄脈沖，可保證在接收機(jī)工作頻段內(nèi)有均勻的頻譜密度。測量中每讀一個頻譜的幅度之前，都必須先校準(zhǔn)，否則測量值誤差較大。頻譜分析儀的校準(zhǔn)信號是正弦信號，其頻譜通?？梢姼鞔沃C波，測量前校準(zhǔn)一次即可。通常，頻譜分析儀啟動自動校準(zhǔn)時校準(zhǔn)的內(nèi)容比較多，如帶寬、參考平面、衰減幅度、頻率等，約需5～10分鐘。有些用做測量接收機(jī)的頻譜分析儀也配有脈沖校準(zhǔn)源。

(4)關(guān)于預(yù)選器。

無論是高電平的窄帶信號還是具有一定頻譜強(qiáng)度的寬帶信號，都可能導(dǎo)致測量接收機(jī)輸入端第一混頻器過載，產(chǎn)生錯誤的測量結(jié)果。對于脈沖類的寬帶信號，在混頻器前進(jìn)行濾波（也稱為預(yù)選），可避免發(fā)生過載現(xiàn)象。不經(jīng)預(yù)選時，寬帶信號的所有頻譜分量都同時出現(xiàn)在混頻器上，若寬帶信號的時域峰值幅度超過混頻器的過載電平，便會發(fā)生過載情況。

由于進(jìn)行了跟蹤濾波，故輸入信號頻譜只有一部分進(jìn)入預(yù)選器的通帶內(nèi)，到達(dá)混頻器的輸入端，輸入信號的頻譜強(qiáng)度不會因濾波而改變。這種靠濾波而不是靠衰減來實現(xiàn)的幅度減小，改變了寬帶信號測量的動態(tài)范圍，同時又能維持接收機(jī)測量低電平信號的能力。若窄帶信號（如連續(xù)波信號）處在預(yù)選濾波器的通帶內(nèi)，則預(yù)選的過程不會改變測量窄帶信號的動態(tài)范圍。

4.測量接收機(jī)的技術(shù)要求

(1)幅度精度：±2dB。

(2)帶寬要求:6dB。

(3)國標(biāo)EMI測量:見表10－1。表10－1國標(biāo)EMI測量頻段6dB帶寬9～150kHz150kHz～30MHz30～1000MHz200Hz9kHz120kHz(4)國軍標(biāo)EMI測量:見表10－2。頻段6dB帶寬25Hz～1kHz1～10kHz10～250kHz250kHz～30MHz30MHz～1GHz>1GHz10Hz100Hz1kHz10kHz100kHz1MHz(5)檢波器：峰值、準(zhǔn)峰值和平均值檢波器。(6)輸入阻抗：50Ω。(7)靈敏度：-30dBμV(典型值)。

5.測量接收機(jī)與場強(qiáng)儀的差異

場強(qiáng)儀主要用于測量廣播、電視信號場強(qiáng)或者ISM設(shè)備的輻射場強(qiáng)，這些信號都為正弦波電磁場；而EMI測量接收機(jī)主要測量電氣、電子產(chǎn)品工作時產(chǎn)生的連續(xù)波騷擾、脈沖騷擾以及其他各種來自自然界騷擾源的頻譜很寬的電磁騷擾。因而，應(yīng)對測量接收機(jī)與場強(qiáng)儀提出不同的性能要求。二者的主要差異為：帶寬不同；檢波方式各異；脈沖響應(yīng)等指標(biāo)的特殊性。

(1)帶寬。

場強(qiáng)儀用于測量正弦波信號，為減低噪聲，通常帶寬較窄。而測量接收機(jī)是處理寬帶信號的，對帶寬要求視測量頻段而定，帶寬的寬窄直接影響測量結(jié)果。為了保證測量結(jié)果的可比性，CISPR16和GB/T6113.1-1995規(guī)定了測量接收機(jī)的帶寬。

(2)檢波方式。

場強(qiáng)儀的檢波器通常采用平均值檢波或有效值檢波，因為平均值檢波能夠正確地反映正弦信號的變化。而測量接收機(jī)檢波必須具有能夠?qū)γ}沖騷擾作出反應(yīng)的準(zhǔn)峰值檢波或峰值檢波，平均值檢波不能反映脈沖幅度的變化。

(3)脈沖響應(yīng)特性。

場強(qiáng)儀對脈沖響應(yīng)沒有專門要求，而測量接收機(jī)對脈沖響應(yīng)有嚴(yán)格的規(guī)定，該特性是電磁騷擾測量成功與否的關(guān)鍵。10.3.2電磁干擾測量設(shè)備

1.電流探頭

在被測導(dǎo)體不允許斷開的情況下，可利用電流探頭（鉗）進(jìn)行非對稱測量。通常利用被測量導(dǎo)體作為電流鉗的初級繞組，環(huán)形鐵芯與次級繞組置于屏蔽環(huán)中。電流探頭的靈敏度可用傳輸阻抗表示，其定義為次級感應(yīng)電壓與初級電流之比。也就是說，電流探頭為圓環(huán)形卡式結(jié)構(gòu)，能方便地卡住被測導(dǎo)線。其核心部分是一個分成兩半的環(huán)形高磁導(dǎo)率磁芯，磁芯上繞有N匝導(dǎo)線。當(dāng)電流探頭卡在被測導(dǎo)線上時，被測導(dǎo)線充當(dāng)一匝的初級線圈，次級線圈則包含在電流探頭中。典型電流探頭外形如圖10－12所示。圖10－12電流探頭電流探頭是測量導(dǎo)線上非對稱干擾電流的卡式電流傳感器，測量時不需與被測的電源導(dǎo)線導(dǎo)電接觸，也不用改變電路的結(jié)構(gòu)。它可在不打亂正常工作或正常布置的狀態(tài)下，對復(fù)雜的導(dǎo)線系統(tǒng)、電子線路等的傳導(dǎo)干擾進(jìn)行測量。國軍標(biāo)的低頻傳導(dǎo)發(fā)射或敏感度測量主要用電流探頭做換能器，將干擾電流轉(zhuǎn)換成干擾電壓后再由測量接收機(jī)測量，測量傳導(dǎo)干擾時頻率最高用到30MHz。其技術(shù)指標(biāo)如下：

測量頻段：20Hz～30MHz

輸出阻抗：50Ω

內(nèi)環(huán)尺寸：32～67mm

2.電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)

電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)也稱人工電源網(wǎng)絡(luò)，它能夠在射頻范圍內(nèi)，在受試設(shè)備端子與參考地之間或者端子之間提供一個穩(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。電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)對每根電源線提供三個端口，分別為供電電源輸入端、到被測設(shè)備的電源輸出端和連接測量設(shè)備的干擾輸出端，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖10－13所示。圖10－13電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的阻抗是指干擾信號輸出端接50Ω負(fù)載阻抗時，在設(shè)備端測得的相對于參考地的阻抗的模。當(dāng)干擾輸出端沒有與測量接收機(jī)相連時，該輸出端應(yīng)接50Ω負(fù)載阻抗。圖10－13為50Ω/50μH的V型電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)示意圖，它使用的頻段是0.15～30MHz（民用標(biāo)準(zhǔn)）或0.01～10MHz（軍用標(biāo)準(zhǔn)）。電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)還有其他的類型，如50Ω/5μH等，適用于不同的標(biāo)準(zhǔn)要求。

除阻抗參數(shù)外，電容修正系數(shù)也是電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的重要參數(shù)。該參數(shù)用于將接收機(jī)測量的端口電壓轉(zhuǎn)換成被測電源線上的干擾電壓。

3.功率吸收鉗

功率吸收鉗適用于30～1000MHz頻段傳導(dǎo)發(fā)射功率的測量。對于帶有電源線或引線的設(shè)備，其干擾能力可以用起輻射天線作用的電源線（指機(jī)箱外部分）或引線所提供的能量來衡量。當(dāng)功率吸收鉗卡在電源線或引線上時，環(huán)繞引線放置的吸收裝置能吸收到的最大功率，近似等于電源線或引線所提供的干擾能量。功率吸收鉗由寬帶射頻電流變換器、寬帶射頻功率吸收體及受試設(shè)備引線的阻抗穩(wěn)定器和吸收套筒（鐵氧體環(huán)附件）組成。電流變換器與電流探頭的作用相當(dāng)；功率吸收體用于隔離電源與被測設(shè)備之間的功率傳遞；吸收套筒則用來防止被測設(shè)備與接收設(shè)備之間發(fā)生能量傳遞。射頻電流變換器、射頻功率吸收體等做成可分開的兩半，并帶有鎖緊裝置，便于被測導(dǎo)線卡在其中，又保證磁環(huán)的磁路緊密閉合。測量時，功率吸收鉗與輔助吸收鉗配合使用。功率吸收鉗的組成示意圖見圖10－14，實物如圖10－15所示。圖10－14功率吸收鉗組成示意圖圖10－15功率吸收鉗

4.測量天線

天線是把高頻電磁能量通過各種形狀的金屬導(dǎo)體向空間輻射出去的裝置。同樣，天線亦可把空間的電磁能量轉(zhuǎn)化為高頻能量收集起來。下面描述EMC測量用天線的類型與參數(shù)。

1）磁場天線

磁場天線用于接收被測設(shè)備工作時泄漏的磁場、空間電磁環(huán)境的磁場并測量屏蔽室的磁場屏蔽效能，測量頻段為25Hz～30MHz。根據(jù)用途的不同，磁場天線類型分為有源天線和無源天線。通常有源天線因具有放大小信號的作用，所以非常適合測量空間的弱小磁場，此類天線有帶屏蔽的環(huán)天線。圖10－16有源環(huán)天線無源環(huán)天線。與有源環(huán)天線相比，無源環(huán)天線的尺寸較小。測量時，環(huán)天線的輸出端與測量接收機(jī)或頻譜儀的輸入端相連，測量的電壓值（單位為dBμV）加上環(huán)天線的天線系數(shù)，即得所測磁場（單位為dBpT）。環(huán)天線的天線系數(shù)是預(yù)先校準(zhǔn)出來的，通過它才能將測量設(shè)備的端口電壓轉(zhuǎn)換成所測磁場。下面以常用天線為例，給出兩種環(huán)天線的技術(shù)指標(biāo)。

有源環(huán)天線（見圖10－16）的技術(shù)指標(biāo)是:測量頻段為10kHz～30MHz；阻抗為50Ω；環(huán)直徑為45.7cm；重量為2.59kg。

無源環(huán)天線的技術(shù)指標(biāo)是:測量頻段為20Hz～100kHz；環(huán)直徑為13.3cm；匝數(shù)為36；導(dǎo)線規(guī)格為7×0.07mm;靜電屏蔽。

2）電場天線

電場天線用于接收被測設(shè)備工作時泄漏的電場、環(huán)境電磁場并測量屏蔽室（體）的電場屏蔽效能，測量頻段為10kHz～40GHz。電磁兼容測量中通常使用寬帶天線，配合測量接收機(jī)進(jìn)行掃頻測量。根據(jù)用途的不同，電場天線分為有源天線和無源天線兩類。有源天線是為測量小信號而設(shè)計的，其內(nèi)部的放大器將接收到的微弱信號放大至接收機(jī)可以測量的電平，主要用在低頻段，天線的尺寸遠(yuǎn)小于被測信號的波長，且接收效率很低。下面介紹幾種常用的電場天線。圖10－17有源桿天線

(1)桿天線。桿天線的桿長1m，用于測量10kHz～30MHz頻段的電磁場，形狀為垂直的單極子天線。它由對稱陣子中間插入地網(wǎng)演變而來，所以測量時一定要按天線的使用要求安裝接地網(wǎng)(板)。桿天線分為無源桿天線和有源桿天線(見圖10－17)，二者的區(qū)別在于測量的靈敏度不同。

無源桿天線通過調(diào)諧回路分頻段實現(xiàn)50Ω輸出阻抗，而有源桿天線則通過前置放大器實現(xiàn)耦合和匹配，同時提高了天線的探測靈敏度。桿天線的技術(shù)指標(biāo)是：頻率范圍為10kHz~30MHz；天線輸入端阻抗等效于10pF容抗；天線有效高度為0.5m；輸出端阻抗為50Ω；主要參數(shù)為天線系數(shù)(AF)。

對于無源桿天線，10kHz~30MHz需分多個頻段分別調(diào)諧，測量場強(qiáng)一般為1V/m以上;而有源桿天線因配有前置放大器，靈敏度大大提高，可達(dá)10μV/m，但測量的場強(qiáng)上限最大為1V/m左右，否則會出現(xiàn)過載現(xiàn)象。有源桿天線還具有寬頻段的特點，無需轉(zhuǎn)換波段，其前置放大器增益在整個測量頻段內(nèi)基本保持不變，在手動測量中可免去查天線系數(shù)的麻煩。進(jìn)行電磁場輻射發(fā)射測量時，所測場強(qiáng)可通過下式計算：（10－1）式中：E為場強(qiáng)，單位為dBμV/m；U為接收機(jī)測量電壓，單位為dBμV；AF為桿天線的天線系數(shù)，單位為dB/m。對于無源桿天線，其天線系數(shù)與有效高度相對應(yīng)，為6dB。有源桿天線的天線系數(shù)則需通過校準(zhǔn)得到，其值與前置放大器的增益有關(guān)。

(2)雙錐天線。

雙錐天線的形狀與偶極子天線十分接近，它的兩個振子分別為六根金屬桿組成的圓錐形（見圖10－18)。雙錐天線通過傳輸線平衡變換器將120Ω的阻抗變?yōu)?0Ω。雙錐天線的方向圖與偶極子天線類似，測量的頻段比偶極子天線寬，且無需調(diào)諧，適合與接收機(jī)配合，組成自動測量系統(tǒng)進(jìn)行掃頻測量。

雙錐天線的典型技術(shù)指標(biāo)是:測量頻段為30～300MHz；阻抗為50Ω；駐波比不大于2.0；最大連續(xù)波功率為50W；峰值功率為200W。

雙錐天線不僅用于電磁場輻射發(fā)射測量，也用于輻射敏感度或抗擾度的測量。前者測量的是小功率電場，可采用功率容量小的天線；后者發(fā)射和接收的功率均較大，比如20V/m，因此應(yīng)選用能承受幾百瓦功率的雙錐天線。圖10－18雙錐天線

(3)半波振子天線。

半波振子天線是最簡單的天線，當(dāng)信號頻率在30MHz以上時，隨著工作波長的縮短，使用諧振式對稱振子天線進(jìn)行場強(qiáng)測量成為可能。早期國產(chǎn)干擾測量儀配備的就是這種天線。半波振子天線主要由一對天線振子、平衡/不平衡變換器及輸出端口組成。天線振子根據(jù)所測信號頻率對應(yīng)的波長，將天線振子的長度調(diào)到半波長，同時調(diào)節(jié)平衡/不平衡阻抗變換器（50～75Ω），使天線的輸出端具有小的電壓駐波比。

半波振子天線的技術(shù)指標(biāo)如下：增益為1.64；阻抗為73+j42.5Ω；有效高度為he=λ/π,λ為波長；波瓣寬度為78°。其示意圖如圖10－19所示。圖10－19半波振子天線示意圖利用半波振子天線測量干擾場強(qiáng)的不足之處在于它的測量頻段窄，如28～500MHz，需四副天線才能覆蓋，且測量時每個頻點均需調(diào)諧；在低頻時，半波振子天線尺寸太大，架設(shè)不便。因此，半波振子天線多用于校準(zhǔn)實驗和有專門要求的輻射發(fā)射測量。圖10－20對數(shù)周期天線

(4)對數(shù)周期天線。對數(shù)周期天線的

結(jié)構(gòu)類似八木天線，見圖10－20。它上下有兩組振子，從長到短依次排列，最長的振子與最低的使用頻率相對應(yīng)，最短的振子與最高的使用頻率相對應(yīng)。對數(shù)周期天線有很強(qiáng)的方向性，其最大接收/輻射方向是錐底到錐頂?shù)妮S線方向。對數(shù)周期天線為線極化天線，測量中可根據(jù)需要調(diào)節(jié)極化方向，以接收最大的發(fā)射值。它還具有高增益、低駐波比和寬頻帶等特點，適用于電磁干擾和電磁敏感度測量。

對數(shù)周期天線的典型技術(shù)指標(biāo)是：測量頻段為80～1000MHz；阻抗為50Ω；駐波比不大于1.5；最大連續(xù)波功率為50W。圖10－21雙脊喇叭天線

(5)雙脊喇叭天線。雙脊喇叭天線的上下兩塊喇叭板為鋁箔，鋁板的中間位置是擴(kuò)展頻段用的弧形凸?fàn)顥l，兩側(cè)為環(huán)氧玻璃纖維的覆銅板，并刻蝕成細(xì)條狀，連接上下鋁板（見圖10－21）。雙脊喇叭天線為線極化天線，測量時通過調(diào)整托架來改變極化方向,因而測量頻段較寬，可用于0.5～18GHz輻射發(fā)射和輻射敏感度測量。

雙脊喇叭天線的典型技術(shù)指標(biāo)為:測量頻段為700MHz～18GHz；阻抗為50Ω；最大連續(xù)波功率為300W；增益為1.4~15dBi；最大輻射場為200V/m；半功率波瓣寬度為48°(電場)和30°（磁場）。

(6)喇叭天線。

喇叭天線中最長見的是角錐喇叭天線，見圖10－22，它的使用頻段通常由饋電口的波導(dǎo)尺寸決定，比雙脊喇叭天線窄很多，但方向性、駐波比及增益等均優(yōu)于雙脊喇叭天線。在1GHz以上高場強(qiáng)（如200V/m）的輻射敏感度測量中，為充分利用放大器資源，選用增益高的喇叭天線作發(fā)射天線，較容易達(dá)到所需的高場強(qiáng)值。

喇叭天線的典型技術(shù)指標(biāo)是:測量頻段為18～26.5GHz；阻抗為50Ω；最大連續(xù)波功率為50W；增益為18.6～21.6；最大輻射場為200V/m；方向性很強(qiáng),為15°。圖10－22喇叭天線

5．測量系統(tǒng)及測量軟件

EMI自動測量系統(tǒng)主要由測量接收機(jī)和各種測量天線、傳感器及電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)組成，用于測量電子、電氣設(shè)備工作時泄漏出來的電磁干擾信號，測量頻段為20Hz～40GHz。干擾信號的傳播途徑分為兩種：一種是傳導(dǎo)干擾，它通過電源線或互連線傳播；另一種是輻射干擾，它通過空間輻射傳播。測量接收機(jī)借助不同的傳感器測量傳導(dǎo)和輻射干擾。如利用測量天線接收來自空間的干擾信號，利用電流鉗探測電源線上的干擾電流。對時域干擾，如開關(guān)閉合產(chǎn)生的瞬態(tài)尖峰干擾，則需通過示波器采樣來捕捉、測量。國軍標(biāo)EMI自動測量系統(tǒng)的組成框圖見圖10－23。圖10－23電磁干擾自動測量系統(tǒng)組成框圖由于EMI測量大部分為掃頻測量，數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，因此多利用計算機(jī)組成自動測量系統(tǒng)，如此可大大簡化測量過程，節(jié)約大量數(shù)據(jù)處理的時間。特別是按GJB151A/152A等測量標(biāo)準(zhǔn)編制的測量軟件，包含了測量設(shè)備和附件的名稱、型號，設(shè)備的配置和連接，測量參數(shù)的設(shè)定，測量項目的要求與極限值，信號的識別，以及天線系數(shù)、電纜損耗、帶寬修正系數(shù)和測量結(jié)果數(shù)據(jù)庫，并能給出數(shù)值和曲線兩種結(jié)果輸出形式。測量人員只要通過計算機(jī)設(shè)置測量參數(shù)，然后運行測量程序，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、處理，并輸出測量結(jié)果，最后形成測量報告。國標(biāo)測量系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)臺和可升降天線架。通過計算機(jī)可控制轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)方向，尋找被測設(shè)備電場輻射最大的方位。通過升降天線可測出輻射場強(qiáng)的最大值。

國內(nèi)大部分EMC實驗室的EMI系統(tǒng)多從國外引進(jìn)，測量頻段已達(dá)40GHz，集成度很高，單臺接收機(jī)即可覆蓋全部測量頻段。

EMI測量涉及的儀器雖然不多，但處理數(shù)據(jù)的工作量較大，因為無論是干擾場強(qiáng)還是干擾電壓、電流的測量，都不是直接可以從儀器上讀出數(shù)據(jù)來的，需要計入傳感器、天線的轉(zhuǎn)換系數(shù)，還要與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值進(jìn)行比較，所以手動測量顯得既費時又費力。這時，測量軟件的作用就充分體現(xiàn)出來了。在常規(guī)的EMI測量中，測量軟件有以下四大功能。一是參數(shù)設(shè)置，包括測量標(biāo)準(zhǔn)的選擇、測量配置提示、測量參數(shù)的設(shè)置等，如測量頻段、測量帶寬、檢波器、衰減器、掃頻步進(jìn)、每個測量點的駐留時間等。二是控制儀器進(jìn)行信號測量，即以一定的步長和速率對信號進(jìn)行掃頻測量、判別和讀出數(shù)據(jù)。三是數(shù)據(jù)處理能力。測量軟件自動將測量的信號電壓轉(zhuǎn)換成干擾的量值，即自動補(bǔ)償因傳感器的使用而引入的、隨頻率變化的校準(zhǔn)系數(shù)，并可以用線性或?qū)?shù)頻率坐標(biāo)顯示出干擾信號的頻譜分布，同時自動與相應(yīng)極限值進(jìn)行比較，判別信號是否超標(biāo)并在圖中表示出信號頻譜與極限值的關(guān)系。測量軟件還可以提供信號分析的基本能力，如仔細(xì)測量特殊頻點信號的幅度和頻率，給出與極限的差值，在小范圍內(nèi)實時復(fù)測等。四是數(shù)據(jù)的存儲和輸出能力。測量軟件能夠?qū)⒚看蔚臏y量數(shù)據(jù)列表存放，需要時提取，特別是傳感器系數(shù)和極限值的數(shù)據(jù)存儲，便于數(shù)據(jù)處理時調(diào)用。10.3.3電磁敏感度測量設(shè)備

用于電磁抗擾度或電磁敏感度測量的設(shè)備由三部分組成：一是干擾信號產(chǎn)生器和功率放大器類設(shè)備;二是天線、傳感器等干擾信號輻射與注入設(shè)備;三是場強(qiáng)和功率監(jiān)測設(shè)備。詳細(xì)情況可查閱其他參考文獻(xiàn)。 10.4

EMC測量實例

10.4.1測量步驟和過程

1.測量設(shè)備

測量設(shè)備的情況見表10－3。表10－3測量設(shè)備的情況圖10－24

CE101校準(zhǔn)配置圖

(1)設(shè)備在通電預(yù)熱之前，由操作人員負(fù)責(zé)按照圖10－24將所有設(shè)備和互連線連接好，經(jīng)仔細(xì)檢查后告知測量記錄人員，由記錄人員詳細(xì)檢查設(shè)備及互連線連接情況后方可通電預(yù)熱。

測量設(shè)備通電預(yù)熱的時間按照“儀器設(shè)備使用維護(hù)操作規(guī)程”執(zhí)行，使其達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)。

(2)打開EMI測量專用計算機(jī)，雙擊Windows桌面上的CE101項目圖標(biāo)，進(jìn)入EMC32自動測量系統(tǒng)中。

需要注意的是：在EMI測量計算機(jī)旁邊的GPIB3控制盒必須在設(shè)備開啟之前打開，保證計算機(jī)與受控儀表之間的通信暢通。

(3)進(jìn)入測量系統(tǒng)后，用鼠標(biāo)點擊軟件菜單項目Extras→SelfCheck（見圖10－25）。圖10－25軟件操作指導(dǎo)一

(4)點擊SelfCheck后，出現(xiàn)如圖10－26所示界面，再點擊Testall按鈕；分別對照在校準(zhǔn)過程中所使用的設(shè)備TSRSP_EMI、EZ－17、ESIB40、DummyCurrentProbe、AG33250A,分別在其狀態(tài)欄中顯示“Physical”；若通過檢查以上硬件設(shè)備均顯示“Physical”，則表示以上設(shè)備已經(jīng)受控，若不顯示“Physical”而顯示“Visual”,則表示儀器設(shè)備未受控，應(yīng)由操作人員與記錄人員協(xié)同工作檢查錯誤。具體的軟件使用方法見“EMC32自動測量系統(tǒng)軟件設(shè)置指導(dǎo)書”。圖10－26軟件操作指導(dǎo)二

(5)點擊樹狀目錄下的FrequencyLists→CE101Cal，出現(xiàn)如圖10－27所示的軟件界面。檢查頻率設(shè)置點是否為1kHz、3kHz和10kHz。若頻率點檢查正確，則進(jìn)行下面的操作；若頻率點檢查不正確，則由操作人員依據(jù)“EMC32自動測量系統(tǒng)軟件設(shè)置指導(dǎo)書”分別將頻率點設(shè)置到1kHz、3kHz和10kHz。圖10－27軟件操作指導(dǎo)三

(6)由測量人員對照“測量委托單”，查看進(jìn)行測量產(chǎn)品所屬類別，從而確定被測產(chǎn)品校準(zhǔn)和測量滿足的極限值（極限要求可依據(jù)GJB151A-97中所規(guī)定的極限）。

(7)雙擊樹狀目錄HardwareSetup→EMIConducted→CE101，出現(xiàn)如圖10－28所示的軟件界面。將復(fù)選框SystemCheck選中，而后點擊SystemCheck/NSASettings，出現(xiàn)如圖10－29所示的軟件界面。點擊FrequencyLists下的添加按鈕,后選擇CE101Cal；將Mode菜單下的復(fù)選框Viatransmittingandrecevingprobes選中；將GeneratorLevel下的復(fù)選框Belowthe1stlimitline選中，并將值設(shè)為6dB；將復(fù)選框PartialSystemCheck選中，且將PercentageofCenterFrequency設(shè)為10%。當(dāng)以上設(shè)置全部檢查無誤后，點擊“OK”按鈕。圖10－28軟件操作指導(dǎo)四圖10－29軟件操作指導(dǎo)五

(8)根據(jù)由第(6)步確定的測量極限，在樹狀目錄TestTemplates→EMIScan下尋找適合測量的測量模板，比如CE101_lessthan1KVA；而后雙擊樹狀目錄TestTemplates→EMIAutoTests→CE101，出現(xiàn)如圖10－30所示的軟件界面。將指示PreviewMeasurements的測量圖標(biāo)選中，出現(xiàn)如圖10－31所示的軟件界面，在其復(fù)選框ScanTestTemplate目錄下選擇由剛剛確定的EMIScan下的測量模板，比如CE101_Lessthan1KVA，在確認(rèn)無誤后，選擇“OK”按鈕。圖10－30軟件操作指導(dǎo)六圖10－31軟件操作指導(dǎo)七點擊DataReduction下的數(shù)據(jù)處理圖標(biāo)，出現(xiàn)如圖10－32所示的設(shè)置界面。分別選中復(fù)選框Detector1（MaxPeak）和Detector2，添加需要校準(zhǔn)的測量極限值（檢波器1）和低于極限值6dB的極限值（檢波器2）。比如在復(fù)選框Detector1下添加“CE102_Lessthan1KVA”，在復(fù)選框Detector2下添加“CE102_Lessthan1KVA-6dB”即可。以上設(shè)置在確認(rèn)無誤后點擊“OK”按鈕?；氐缴弦患壊僮髁鞒蹋▓D10－30所示的操作流程），且選擇“OK”按鈕后，即完成校準(zhǔn)測量過程中的EMIAutoTest模板設(shè)置。圖10－32軟件操作指導(dǎo)八

(9)用鼠標(biāo)左鍵單擊TestTemplate→EMIAutoTest→CE101，將CE101的顏色指示變?yōu)樗{(lán)色后，將鼠標(biāo)置于藍(lán)色框范圍內(nèi)的任何位置并點擊鼠標(biāo)右鍵，同時選擇“NewTest”，此時便已經(jīng)打開測量軟件進(jìn)行正常的校準(zhǔn)測量，而后在打開的菜單中選擇“OK”按鈕，產(chǎn)生如圖10－33所示的校準(zhǔn)測量界面。圖10－33軟件操作指導(dǎo)九在出現(xiàn)軟件測量界面后，點擊藍(lán)色的播放符號（即形符號）。當(dāng)執(zhí)行校準(zhǔn)測量后會彈出軟件對話框“Doyouwanttoperformthe‘SystemCheck’”，操作人員應(yīng)選擇“OK”；當(dāng)彈出對話框“N