淺談電磁兼容及測(cè)試

文章以淺顯易懂的語(yǔ)言介紹了電磁兼容的內(nèi)涵、表現(xiàn)形式和分類(lèi)，并較深入地解釋了幾個(gè)較為常用的電磁兼容測(cè)試。使讀者對(duì)電磁兼容有一些初步的了解。

標(biāo)簽:電磁兼容;電磁騷擾;電磁抗擾;輻射;傳導(dǎo)

1電磁兼容(EMC)的內(nèi)涵

1.1電磁兼容的含義及由來(lái)

顧名思義，電磁兼容就是指不同設(shè)備發(fā)射的電磁波可以相互兼容，互不影響。當(dāng)今社會(huì)隨著手機(jī)，無(wú)線路由器的廣泛應(yīng)用，各種無(wú)線通信技術(shù)滲透到人們的日常生活中，如GSM，CDMA，WCDMA，LTE，wifi，藍(lán)牙，GPS導(dǎo)航等等，還有即將到來(lái)的5G時(shí)代，可以想象，人們的生活將日益與無(wú)線通信技術(shù)緊密聯(lián)系在一起。但是你是否知道，所有的無(wú)線通信背后都不離不開(kāi)一樣?xùn)|西，那就是電磁波。

1888年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)的方式證明了電磁波的客觀存在。為了紀(jì)念他，人們就用赫茲作為波動(dòng)頻率的單位。電磁波的發(fā)現(xiàn)，給人們生活帶來(lái)了包括無(wú)線通信在內(nèi)的多種便利，如紅外探測(cè)，微波加熱，紫外殺菌，x光透視等等。但是電磁波也會(huì)帶來(lái)危害。比如，天氣干燥人靠近或接觸電器時(shí)，可以產(chǎn)生放電現(xiàn)象，瞬間電壓可達(dá)幾千甚至上萬(wàn)伏，可能會(huì)使電器失靈;充電時(shí)，電源網(wǎng)絡(luò)的電壓波動(dòng)，短時(shí)壓降，會(huì)產(chǎn)生低頻傳導(dǎo)干擾，也會(huì)損壞設(shè)備。另外，在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，電磁武器產(chǎn)生的大功率干擾可是對(duì)方的電子及通信設(shè)備無(wú)法工作。所以，電磁兼容的概念隨著電磁波的發(fā)現(xiàn)也逐漸發(fā)展并被重視起來(lái)。

1.2電磁兼容的分類(lèi)

準(zhǔn)確來(lái)講，電磁兼容有兩方面的含義。一方面，一個(gè)設(shè)備在正常工作時(shí)，它產(chǎn)生的電磁場(chǎng)必須低于一定的限值，不會(huì)干擾到其他設(shè)備的正常工作，這個(gè)概念稱(chēng)為電磁騷擾(EMI);另一方面，一個(gè)設(shè)備必須具備一定的抗干擾能力，口保證在其他設(shè)備正常工作產(chǎn)生的電磁場(chǎng)中不被干擾，這個(gè)概念稱(chēng)為電磁抗擾(EMS)。

電磁兼容按照電磁波傳輸方式的不同也可以分為傳導(dǎo)和輻射。傳導(dǎo)是指在電磁波以有線的方式在線纜中傳輸，輻射則是至電磁波在空間以無(wú)線的方式進(jìn)行傳輸。

根據(jù)上述分類(lèi)方法，電磁兼容問(wèn)題可分為傳導(dǎo)騷擾，輻射騷擾，傳導(dǎo)抗擾度，輻射抗擾度，另外電磁兼容還包括靜電放電，電壓波動(dòng)，諧波閃爍，電快速脈沖群，浪涌，電壓暫降以及磁場(chǎng)干擾方面的研究。

2.電磁兼容測(cè)試

為了驗(yàn)證設(shè)備是否具備合格的電磁兼容性，并且可重復(fù)、可比較，各主要國(guó)家或地區(qū)都設(shè)立專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)，制定電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范測(cè)試方法、測(cè)試環(huán)境以及測(cè)試設(shè)備。目前，世界范圍內(nèi)接受程度最廣是國(guó)際電工委員會(huì)IEC制定的CISPR系列標(biāo)準(zhǔn)。下面，就來(lái)介紹一下標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的幾個(gè)最常用的EMC實(shí)驗(yàn)用例。

2.1 傳導(dǎo)騷擾

傳導(dǎo)騷擾指的是電流或數(shù)據(jù)在線纜中傳輸時(shí)，通過(guò)線纜，電源端口，控制端口對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的干擾。它的測(cè)試原理比較簡(jiǎn)單，以電源端口為例。為了測(cè)到被測(cè)設(shè)備(EUT)在電源端口產(chǎn)生的騷擾，首先需要將人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)連接到電源上，它可以濾除電源的雜波，并且給EUT提供穩(wěn)定的匹配阻抗。然后，將EUT的電源與之相連，同時(shí)測(cè)量騷擾的接收機(jī)也連在AMN上。為避免 EUT在上電期間產(chǎn)生大幅度的瞬態(tài)信號(hào)，從而對(duì)接收機(jī)造成損壞，還需要在AMN和接收機(jī)之間加上限幅器。對(duì)于非落地設(shè)備，像手機(jī)，電視機(jī)等EUT，測(cè)試時(shí)需要放置在80cm高，至少lmx1.5m的非導(dǎo)電的桌子上(一般為純木質(zhì));對(duì)于落地設(shè)備，需要放置在地面進(jìn)行測(cè)試,但是在地面和EUT之間需要放置最高15cm的絕緣層。具體配置如圖1所示。

2.2 傳導(dǎo)抗擾度

射頻發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的申磁場(chǎng)，可以通過(guò)EUT的某個(gè)或某些線纜，如申源線，信號(hào)線，控制線等，耦合到設(shè)備內(nèi)部從而產(chǎn)生干擾。傳導(dǎo)抗擾度就是檢驗(yàn) EUT抵抗這種干擾的能力。測(cè)試原理如圖2所示:

首先由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生1kHz，80%AM調(diào)制的正弦波干擾信號(hào)，經(jīng)放大，兀配，濾波，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的騷擾電壓等級(jí)，通過(guò)注入設(shè)備加到 EUT 上。注入設(shè)備首選耦合/去耦合網(wǎng)絡(luò)，一般做在一個(gè)盒子里，稱(chēng)為CDN。原因是CDN可以提供最好的測(cè)試可重復(fù)性，且保護(hù)輔助設(shè)備。目前有各種類(lèi)型的CDN可適用于電源線，信號(hào)線等。但仍然有些情況下，CDN是不可用的，就必須用其他的注入方式，如電流鉗。測(cè)試在150k~80MHz的頻率范圍內(nèi)以1%的步進(jìn)方式執(zhí)行，在每個(gè)頻點(diǎn)上，對(duì) EUT的功能進(jìn)行監(jiān)控。

2.3輻射騷擾

輻射騷擾的測(cè)量要比傳導(dǎo)騷擾復(fù)雜得多。首先是場(chǎng)地要求。輻射騷擾通常需要在開(kāi)闊場(chǎng)(OATS)內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。理想的開(kāi)闊場(chǎng)一片沒(méi)有任何電磁波阻礙的場(chǎng)地。如，沒(méi)有建筑物，申纜，樹(shù)木等，地下也不能有管道，線纜等物。

這樣的場(chǎng)地顯然是不容易找到，尤其是在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)。所以，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了其他可替代的場(chǎng)地:半電波暗室和全電波暗室。半電波暗室是指除地面以外四周和頂部都安裝了吸波材料，因此除地面外其他地方幾乎沒(méi)有電磁波的反射。全電波暗室則是在半電波的基礎(chǔ)上，在地面也加裝了吸波材料，實(shí)際上是模擬了

只有直射波的自由空間。通常，1G以下的輻射騷擾測(cè)試在半電波暗室進(jìn)行，1G以上則使用全電波暗室。

測(cè)試前，EUT及其附件按照正常工作的狀態(tài)放置在80cm高的桌子上(1G以上為1.5m高)，至少lmx1.5m，且材質(zhì)是非傳導(dǎo)性的。EUT 及其附件的邊緣距天線的參考點(diǎn)為10m(1GHz以下)和3m(1GHz以。測(cè)試時(shí)，桌子連后放置的EUT及其附件進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，并且在1~4m的范圍內(nèi)移動(dòng)天線，以找到最大值。

2.4 輻射抗擾度

輻射抗擾度指的是將于擾信號(hào)通過(guò)天線輻射出去，在 EUT周?chē)目臻g形成一定水平的場(chǎng)強(qiáng)，如3V/m，然后驗(yàn)證EUT是否會(huì)被干擾。原理與傳導(dǎo)抗擾度類(lèi)似，干擾源信號(hào)也是1KHz，80%AM 調(diào)制的正弦波，不同的是需要在全電波暗室中進(jìn)行，驗(yàn)證頻率80MHz~6GHz，步進(jìn)為1%。在第一次執(zhí)行輻射抗擾度測(cè)試之前，需要進(jìn)行場(chǎng)均運(yùn)性驗(yàn)證(UniformFieldArea)。UFA是一個(gè)假想的

1.5mx1.5m的平面，在這個(gè)平面上均勻劃分了 16個(gè)點(diǎn)。如圖3所示。驗(yàn)證時(shí)，在每個(gè)點(diǎn)上，使用與測(cè)試相同的頻率范圍和步進(jìn)，并不斷調(diào)整功率，使得場(chǎng)強(qiáng)水平保持不變。完成后，在每一個(gè)頻點(diǎn)上得到16個(gè)功率值。這16個(gè)值按高低排序，至少前12個(gè)點(diǎn)中的最大值與最小值之差在6dB以內(nèi)，并記錄該功率最大值為Pc。如果滿足該條件，就說(shuō)明EUT可以放置于該UFA中進(jìn)行抗擾度測(cè)試。

測(cè)試時(shí)，在每一個(gè)頻點(diǎn)上使用UFA驗(yàn)證時(shí)記錄下來(lái)的Pc值，來(lái)控制信號(hào)發(fā)生器和功率放大器的輸入。保證EUT暴露在所需的場(chǎng)強(qiáng)中。然后觀察EUT是否工作正常。

2.5其他EMC測(cè)試

其他的EMC測(cè)試用例，如ESD是用來(lái)模擬人體放電對(duì)EUT的影響;電壓閃爍和諧波是驗(yàn)證 EUT連接共用電網(wǎng)時(shí)對(duì)其他設(shè)備的影響:電快速脈沖群，浪涌和電壓暫降則是模擬公共電網(wǎng)中各種常見(jiàn)干擾，來(lái)驗(yàn)證EUT對(duì)抗此類(lèi)干擾的能力。由于篇幅有限，具體測(cè)試過(guò)程就不一一介紹了。

3 結(jié)束語(yǔ)

電磁兼容與人們的生活息息相關(guān)，尤其是現(xiàn)代社會(huì)各種無(wú)線技術(shù)飛速發(fā)展，環(huán)境噪聲不斷提高。電磁兼容問(wèn)題日益突出，希望更多的人投入到該領(lǐng)域的研究。

審核編輯黃宇