安諾尼頻譜儀及EMC天線和近場探頭在EMC&EMI預(yù)測試中的應(yīng)用

一、為什么要進(jìn)行EMC合規(guī)性預(yù)測試?

隨著電氣電子技術(shù)的發(fā)展，家用電器產(chǎn)品日益普及和電子化，廣播電視、郵電通訊和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)達(dá)，電磁環(huán)境日益復(fù)雜和惡化，使得電氣電子產(chǎn)品的電磁兼容 性(EMC電磁干擾EMI與電磁抗EMS)問題也受到各國政府和生產(chǎn)企業(yè)的日益重視。電子、電器產(chǎn)品的電磁兼容性(EMC)是一項(xiàng)非常重要的質(zhì)量指標(biāo)，它 不僅關(guān)系到產(chǎn)品本身的工作可靠性和使用安全性，而且還可能影響到其他設(shè)備和系統(tǒng)的正常工作，關(guān)系到電磁環(huán)境的保護(hù)問題。 為了規(guī)范電子產(chǎn)品的電磁兼容性，所有的發(fā)達(dá)國家和部分發(fā)展中國家都制定了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)是使產(chǎn)品在實(shí)際電磁環(huán)境中能夠正常工作的基本要求。之 所以稱為基本要求，也就是說，產(chǎn)品即使?jié)M足了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際使用中也可能會(huì)發(fā)生干擾問題。大部分國家的標(biāo)準(zhǔn)都是基于國際電工委員會(huì)(IEC)所制定 的標(biāo)準(zhǔn)。

歐共體政府規(guī)定，從1996年1月1起，所有電氣電子產(chǎn)品必須通過EMC認(rèn)證，加貼CE標(biāo)志后才能在歐共體市場上銷售。此舉在世界 上引起廣泛影響，各國政府紛紛采取措施，對電氣電子產(chǎn)品的EMC性能實(shí)行強(qiáng)制性管理。國際上比較有影響的，例如歐盟2004/108/EC指令(即EMC 指令)、美國聯(lián)邦法典CFR 47/FCC Rules等都對電磁兼容認(rèn)證提出了明確的要求。

EMC(Electromagnetic Compatibility)是電磁兼容，它包括EMI(電磁騷擾)和EMS(電磁抗騷擾)。EMC定義為:設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該 環(huán)境中的任何設(shè)備的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。EMC整的稱呼為電磁兼容。EMP是指電磁脈沖。

EMC = EMI + EMS(EMI : 電磁干擾EMS : 電磁電容性)

全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)花技術(shù)委員會(huì)以及全國電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)和其他標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體制定了系列的EMC標(biāo)準(zhǔn)(歐美同樣如此)，例如一些主要產(chǎn)品類別EMC 標(biāo) 準(zhǔn)：信息技術(shù)設(shè)備(ITE);家用和商用設(shè)備;工業(yè)設(shè)備;通信設(shè)備;無線電;電視接收機(jī)和相關(guān)設(shè)備;牽引運(yùn)輸設(shè)備;公用事業(yè)設(shè)備(電、煤氣、水等);醫(yī)療 設(shè)備;測量和試驗(yàn)設(shè)備;連接到中壓和高壓公用供電系統(tǒng)的設(shè)備。

二、常用典型產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)

GB 4824-2004 《工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療(ISM)射頻設(shè)備電磁騷擾特性測量方法和限值》(EN55011);GB 9254-2008 《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法》(EN55022);GB 4824-2004 《工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療(ISM)射頻設(shè)備電磁騷擾特性測量方法和限值》規(guī)定了工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)設(shè)備和放電加工(EDM)與弧焊設(shè)備的電磁騷擾特性 的限值和測量方法;本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了9kHz-400GHz頻率范圍內(nèi)射頻騷擾的限值和測量方法，亦適用于工作在工科醫(yī)頻段2.45GHz和5.8GHz的工 科醫(yī)(ISM)照明設(shè)備。而在GB 9254-2008 《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法》中的信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值被認(rèn)為既可以保障適當(dāng)?shù)陌l(fā)射電平來保護(hù)無線電廣播和電信業(yè)務(wù)，又可以允許其 他設(shè)備在合理的距離處按預(yù)定的要求工作;信息技術(shù)設(shè)備(ITE)可包括數(shù)據(jù)處理設(shè)備、辦公設(shè)備、電子商用設(shè)備、電信設(shè)備等(按照《ITU無線電規(guī)則》的定 義，具有無線電發(fā)送和(或)接收功能的任何設(shè)備都應(yīng)滿足國家無線電規(guī)范，不論CISPR22對其是否有效)。

三、 推薦安諾尼產(chǎn)品解決EMC/EMI電磁兼容和電磁干擾測試的困難

目前市場上提供用于電磁兼容認(rèn)證合規(guī)測試的儀器和系統(tǒng)，往往價(jià)格非常昂貴的，而且還需要建立專業(yè)精良的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室或租用實(shí)驗(yàn)室，投入成本高，測試步驟非 常繁瑣。因此對新產(chǎn)品的研發(fā)，為了取得EMC相關(guān)認(rèn)證，常常在電磁兼容認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室和公司研發(fā)部門之間來回奔波，不斷地重新設(shè)計(jì)、整改、再測試。企業(yè)為產(chǎn)品 由于電磁輻射騷擾強(qiáng)度超過了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定而不能出廠，或由于電路模塊之間的電磁干擾造成系統(tǒng)不能正常工作，從而延誤了產(chǎn)品的上市而煩惱。因此工程師們 非常有必要在設(shè)計(jì)期間在產(chǎn)品研發(fā)階段進(jìn)行合規(guī)性預(yù)測試，以保證研發(fā)的產(chǎn)品電磁輻射測量結(jié)果滿足電磁輻射規(guī)定要求和產(chǎn)品上市進(jìn)度。

強(qiáng)力推薦選用原裝進(jìn)口德國安諾尼(AARONIA AG)的電磁兼容測試頻譜分析儀及相關(guān)的EMC天線和近場探頭套裝組成的EMC/EMI電磁兼容和電磁干擾測試方案，快速查找存在的嚴(yán)重EMI干擾問題， 快速判斷產(chǎn)品是否符合對應(yīng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)，從而幫助工程師確定所研發(fā)產(chǎn)品的最佳、經(jīng)濟(jì)、高效的電磁兼容電磁干擾的整改方案。

安諾尼電磁兼容測試頻譜分析儀價(jià)格非常實(shí)惠，操作簡單，免費(fèi)提供功能非常豐富的測試頻譜PC軟件，便于測試對比，存儲(chǔ)調(diào)用歷史測試數(shù)據(jù)。軟件內(nèi)置有各種 EMC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和限制標(biāo)準(zhǔn)，方便簡單明了判斷存在的問題。安諾尼各種EMC測試接收天線體積非常小巧，頻率響應(yīng)優(yōu)越，配有匹配的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，價(jià)格非常實(shí)惠，適用于各品牌各類的頻譜儀或接收機(jī)，是高端頻譜儀接收天線的最佳選擇。目前許多KEYSIGHT是德科技(原安捷倫)的使用客戶選用安諾尼的接收天線用于各種測試。

四、安諾尼電磁兼容和電磁干擾EMCEMI預(yù)測試設(shè)備配置和主要參數(shù)

1)主機(jī)：電磁兼容測試頻譜分析儀(電磁輻射測試頻譜分析儀)

型號(hào)：SPECTRAN HF-60105(含高精度計(jì)時(shí)基和15dB低噪聲前置放大器)

頻率范圍：1MHz 9.4GHz(見選件可擴(kuò)展到9KHz-9.4GHz)

顯示平均噪聲電平：-155dBm (1Hz);(-170dBm (1Hz) 15dB前置放大打開)

分辨率帶寬：200Hz - 50MHz

EMC濾波器: 200Hz, 9kHz, 120kHz, 200kHz, 1,5MHz, 5MHz

測量精度: +/- 1dB

數(shù)據(jù)記錄器：64K(選件001可擴(kuò)展到1MB)

2)遠(yuǎn)場天線：雙錐天線

型號(hào)：BicoLOG 20100E

頻率范圍：20MHz-1GHz

天線系數(shù)因子見詳細(xì)規(guī)格參數(shù)

最大發(fā)射功率：1W(30dBm or 0dbW)

阻抗：50 Ohms

增益：-38dBi to 1dB

天線因子：17-34dB/m

3)遠(yuǎn)場定向天線：對數(shù)周期天線

型號(hào)：HyperLOG60100

頻率范圍：680MHz-10GHz

天線系數(shù)因子見詳細(xì)規(guī)格參數(shù)

最大發(fā)射功率：100W CW(400MHz)

阻抗：50 Ohms

駐波比： 1:2.5

增益：5dBi

天線因子：22-46dB/m

4)近場天線：近場探頭套裝

型號(hào)：PSB2(含UBBV2前置放大器1MHz-10GHz)

頻率范圍：DC- 6 GHz，4個(gè)磁場探頭，1個(gè)電場探頭

阻抗：50 Ohm

前置放大：UBBV2(40dB，DC –8 GHz)

前置放大噪聲系數(shù)：3.5dB(典型值)

5)主機(jī)：電磁兼容測試頻譜分析儀(電磁輻射測試頻譜分析儀)

型號(hào)：SPECTRAN NF-5035

頻率范圍：1Hz to 1MHz (選件可擴(kuò)展至20或30MHz)

磁場測量范圍(Tesla)：1pT to 2mT (典型)

磁場測量范圍(Gauss)：10nG to 20G(典型)(009選件)

電場測量范圍：0.1V/m to 20kV/m(典型)

分辨率帶寬(RBW)：0.3Hz to 1MHz (1-3-10 step)

精度：3%(典型)

五、安諾尼電磁兼容和電磁干擾EMCEMI遠(yuǎn)場測試和近場測試應(yīng)用

在 產(chǎn)品進(jìn)行EMC測試過程中，往往會(huì)存在一些解決電磁干擾問題，最重要的是判斷干擾的來源，只有準(zhǔn)確地將干擾源定位之后，才能夠提出解決電磁干擾的對癥措 施。在電磁兼容合規(guī)預(yù)測試中，使用德國安諾尼的各種標(biāo)準(zhǔn)EMC天線進(jìn)行輻射泄漏測試，一般都是采用遠(yuǎn)場測量。標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)場輻射泄漏測量，可以比較定量地告訴 我們被測設(shè)備是否符合國家或國際EMC標(biāo)準(zhǔn)，是否存在超出國家或國際EMC標(biāo)準(zhǔn)的電磁輻射騷擾，其電磁干擾的頻率是多少，輻射強(qiáng)度是多少。例如測試頻譜圖 如下圖所示：

經(jīng)過遠(yuǎn)場測量之后，可能還是無法告訴工程師，嚴(yán)重的電磁輻射問題究竟出自哪里!來自連接電纜?開關(guān)電源?通信接口?還是來自PCB電路板?這時(shí)我們可以通過 安諾尼(AARONIA)頻譜分析儀配合近場探頭的近場測試方法來定位電磁輻射的確切來源位置。為了快捷的完成干擾源的定位，安諾尼(AARONIA)推 出一套頻率覆蓋分為DC-9GHz的近場探頭套裝，該探頭套裝包括4個(gè)磁場探頭和1個(gè)電場探頭，提供了綜合靈敏度和分辨率的最佳選擇，能夠用于電磁干擾源 的探測和定位，幫助廣大工程師方便快捷地分析各種電磁干擾(EMI)問題。如果測試工程師需要更高的靈敏度，安諾尼(AARONIA)還提供了可以和近場 探頭套裝配合使用的外置前置放大器(Pre-amplifier)，提供幾乎平坦的40dB增益，而噪聲系數(shù)典型值僅為3.5dB。

安諾尼(Aaronia)最新SPECTRAN V4 系列頻譜儀，靈敏度典型值達(dá)到-170dBm(1Hz)。使用高性能的DSP，所有測試和分析計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)顯示，可以檢測周圍電磁輻射源的頻率和信號(hào)強(qiáng) 度，可以自動(dòng)完成頻譜分析和復(fù)雜的安全限值計(jì)算，豐富完善的頻譜軟件功能，這些過去只有非常昂貴和復(fù)雜的設(shè)備才能完成。安諾尼 (AARONIA)SPECTRAN V4 系列頻譜儀配合EMC天線、近場探頭組以及外置前置放大器，性能良好、安裝快捷、使用輕便，具有很寬的頻率范圍，而且有良好的分辨率和靈敏度，加上專業(yè)附 送的具有豐富功能的MCS頻譜分析軟件，為工程師快速分析查找EMI干擾源提供了性價(jià)比最優(yōu)的EMI預(yù)兼容測試分析工具。

六、EMCEMI電磁兼容輻射騷擾預(yù)測試典型案例

1、車載導(dǎo)航儀輻射騷擾電磁兼容預(yù)測試

電 磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對它的環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。比如車載導(dǎo)航儀在方便廣大用戶的同時(shí)，大家越來 越關(guān)注其輻射騷擾問題。如果輻射騷擾嚴(yán)重超過相關(guān)國際或國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 9254-2008 《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法》(EN55022))，不但會(huì)影響車內(nèi)系統(tǒng)的正常工作，也有可能導(dǎo)致交通事故，從而危及車內(nèi)人員的生命安全。

車載導(dǎo)航產(chǎn)品的輻射騷擾包含寬帶騷擾和窄帶騷擾。車載導(dǎo)航儀內(nèi)的DC/DC變換器工作在脈沖狀態(tài)下，本身就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的寬帶干擾。而車載電子產(chǎn)品的主控芯片 的速度在不斷提高，時(shí)鐘上升沿的振鈴就會(huì)產(chǎn)生豐富的諧波窄帶干擾。對這些車載導(dǎo)航儀的輻射騷擾的整改，需要對其電磁輻射干擾進(jìn)行準(zhǔn)確定位，才能對癥下藥， 針對干擾源和傳輸路徑的不同特點(diǎn)，有的放矢地應(yīng)用屏蔽、濾波、接地等對策方法來抑制電磁輻射騷擾。此時(shí)，采用德國安諾尼 (AARONIA)SPECTRAN頻譜分析儀及其近場探頭進(jìn)行近場診斷就能準(zhǔn)確地找到車載導(dǎo)航儀中的電磁輻射的干擾源。