怎么進(jìn)行電磁兼容的測試？

【導(dǎo)讀】電磁騷擾源任何形式的自然或電能裝置所發(fā)射的電磁能量，能使共享同一環(huán)境的人或其它生物受到傷害，或使其它設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生電磁危害，導(dǎo)致性能降低或失效，即稱為電磁騷擾源，下面針對電磁兼容測試的條件與方法及要素來一一列舉。

　　一、電磁騷擾源的特性

　　1. 規(guī)定帶寬條件下的發(fā)射電平 

　　2. 頻譜寬度

　　按照電磁騷擾能量的頻率分布特性，可以確定其頻譜寬度。連續(xù)波騷擾中，交流聲騷擾的頻譜寬度最窄， 而脈沖騷擾中，單位脈沖函數(shù)的頻譜寬度最寬。

　　3. 波形

　　電磁騷擾有各種不同的波形。波形是決定電磁騷擾頻寬度的一個重要因素。

　　4. 出現(xiàn)率

　　電磁騷擾場強(qiáng)或功率隨時間的分布與電磁騷擾的出現(xiàn)率有關(guān)。 按電磁騷擾的出現(xiàn)率可分為周期性騷擾、非周期性騷擾和隨機(jī)騷擾三種類型。

　　5. 輻射騷擾的極化特性

　　極化特性指在空間給定點上，騷擾場強(qiáng)矢量的方向隨時間變化的特性，取決于天線的極化特性。當(dāng)騷擾源天線和敏感設(shè)備天線 極化特性相同時，輻射騷擾在敏感設(shè)備輸入端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓最強(qiáng)。

　　6. 輻射騷擾的方向特性

　　騷擾源朝空間各個方向輻射電磁騷擾，或敏感設(shè)備接收來自各個方向的電磁騷擾的能力是不同的，描述這種輻射能力或接收能力的參數(shù)稱為方向特性。

　　7. 天線有效面積

　　這是表征敏感設(shè)備接收騷擾場強(qiáng)能力的參數(shù)， 顯然，天線有效面積越大，敏感設(shè)備接收電磁騷擾的能力也越強(qiáng)。

　　二、電磁騷擾源的分類

　　按電磁騷擾源分類，可分為自然騷擾源人為騷擾源和瞬態(tài)騷擾源三類。

　　1.自然騷擾源

　　自然騷擾源以其不可控制為特點，自然騷擾源根據(jù)其不同的起因和物理性質(zhì)可分為電子噪聲、天電噪聲、地球外噪聲以及沉積靜電等其它自然噪聲共四類。

　　它們所產(chǎn)生的電磁騷擾，其統(tǒng)計特性變化很大， 有時呈頻譜平坦的高斯分布，有時又呈現(xiàn)偶爾發(fā)生的脈沖騷擾。

　　這類騷擾是一種客觀存在，只有掌握其分布及變化規(guī)律，才能提供電磁環(huán)境電平。

　　（1）電子噪聲源

　　電子噪聲主要來自設(shè)備內(nèi)部的元器件，是決定接收機(jī)噪聲系 數(shù)的重要因素，常見的電子噪聲源包括熱噪聲、散彈噪聲、 分配噪聲、1/f噪聲和天線噪聲等。

　　（2）天電噪聲

　　天電噪聲是大氣層中發(fā)生的各種自然現(xiàn)象，包括雷電等，所產(chǎn)生的無線電噪聲能引起電磁騷擾，是30mhz以下占優(yōu)勢的自然騷擾源，對無線電通信影響很大。

　　（3）地球外噪聲

　　即來自地球外層空間的噪聲， 主要噪聲源包括太陽、天空背景輻射和分布在銀河系的宇宙源。

　?。?）沉積靜電等其它自然噪聲 _

　　由飛行器放出的靜電所造成的電磁騷擾稱為沉積靜電， 是一個重要的自然騷擾源， 它引起的電磁騷擾會直接影響整個飛行器的效能和安全。飛行器表面靜電荷累積和由此引起的電暈放電和流光放電所產(chǎn)生的騷擾， 其頻譜分布在幾赫至吉赫的范圍內(nèi)， 嚴(yán)重影響高頻、甚高頻和超高頻段的無線電通信和導(dǎo)航。大自然中還存在一些其它自然噪聲，也應(yīng)引起注意。

　　2.人為騷擾源

　　人為騷擾源以其可知并且可控為特點，人為騷擾可分為無線電騷擾和非無線電騷擾兩大類。

　　（1）連續(xù)波騷擾源

　　連續(xù)波騷擾源產(chǎn)生的電磁騷擾主要是純的或窄帶信號

　　調(diào)制的正弦波，以及高重復(fù)頻率的周期性信號。

　　這種騷擾源有以下幾種：

　　a. 發(fā)射機(jī)：所產(chǎn)生的電磁騷擾包括有意發(fā)射信號、諧波發(fā)射信號以及亂真發(fā)射信號。

　　b. 本機(jī)振蕩器：接收機(jī)本振所產(chǎn)生的基波和諧波可經(jīng)過電源線傳導(dǎo)，然后從機(jī)殼或天線直接輻射。

　　c. 交流聲： 是由進(jìn)入系統(tǒng)的周期性低頻信號所引起的連接波騷擾。

　　3.瞬態(tài)騷擾源

　　工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用設(shè)備（ism），車輛、機(jī)動船和火花點火發(fā)動機(jī)裝置， 家用電器、便攜式電動工具和類似電器、熒光燈和照明裝置，以及信息技術(shù)設(shè)備是主要的瞬態(tài)騷擾源。

　　（1）開關(guān)轉(zhuǎn)換動作

　　帶觸點的開關(guān)設(shè)備斷開時，在開關(guān)兩觸點之間的距離由零過渡到斷開的瞬間，將產(chǎn)生火花放電而形成騷擾。由于電流迅速從一定值減小到零，di/dt很大，在帶有電感線圈的開關(guān)設(shè)備中會產(chǎn)生幅值很高的瞬時電壓脈沖。

　?。?）在各種電機(jī)中，含有整流子和電刷的旋轉(zhuǎn)電機(jī)所產(chǎn)生的騷擾最大。

　?。?）點火裝置

　　車輛、船舶等采用的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動設(shè)備內(nèi)，裝有火花點火裝置。當(dāng)所儲存的電荷通過火花塞進(jìn)行火花放電時，放電電流的峰值約200安，放電時間在微秒以內(nèi)，峰值電壓高達(dá)10千伏以上。

　?。?）高壓輸電線

　　輸電線所產(chǎn)生的輻射騷擾有兩種類型;間隙擊穿和電暈放電。

　　4. 非線性現(xiàn)象

　　幾乎所有電磁騷擾都與非線性有關(guān)。

　　電磁兼容測試的條件與方法

　　測量依賴3個方面因素：方法、技術(shù)、設(shè)備。方法由測量原理和測量設(shè)備的使用方法兩者來確定，技術(shù)是為了得到正確的測量結(jié)果（較高的準(zhǔn)確度）而采取的一切測量手段，設(shè)備則是體現(xiàn)上述兩個因素為測量服務(wù)的一切技術(shù)裝置。這些都必須標(biāo)準(zhǔn)化，以保證測量具有重現(xiàn)性和真實性。

　　EMC測量條件由測量方法決定。

　　必須指出，把環(huán)境作為抗擾度測量的相關(guān)條件是抗擾度測量的重要特點。因為如果忽視這些相關(guān)，不考慮裝置的應(yīng)用工作環(huán)境條件，而認(rèn)為裝置應(yīng)該“獨立”，應(yīng)該適合于插入任何說說組合裝置（或系統(tǒng)）中，就會由此產(chǎn)生所有被測裝置都必須接受全部項目的干擾實驗，并且要達(dá)到最高嚴(yán)酷度等級的錯誤結(jié)論。這不僅對要用的裝置造成過高的不合理的嚴(yán)格限制，而且還會因需要進(jìn)行大量實驗而不得不承擔(dān)很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

　　另外，抗擾度測量涉及到高壓信號，除了應(yīng)嚴(yán)格遵守有關(guān)安全規(guī)定外，還有必要在抗擾度實驗后再對設(shè)備進(jìn)行安全測量。

　　對于交流穩(wěn)壓電源這類大功率電工產(chǎn)品，選取從市電導(dǎo)入的以高頻、高能為特征的抗擾度項目，并且選購較其它電工、電子產(chǎn)品要高的嚴(yán)酷度等級，是必要的。

　　抗擾度測量的另一重要特點是對實驗發(fā)生器技術(shù)參數(shù)作出嚴(yán)格而明確的規(guī)定。為了對設(shè)備的抗擾度性能進(jìn)行比較，就要有說說能產(chǎn)生比較一致并可重復(fù)再現(xiàn)的實驗裝置，這就是干擾模擬發(fā)生器。顯然必須規(guī)定發(fā)生器的輸出內(nèi)阻、輸出波形規(guī)則、開路電壓幅度和誤差；以保證實驗結(jié)果的一致，重復(fù)性好。否則，因不同被測設(shè)備源端阻抗不同，對發(fā)生器的阻抗匹配不同而無法使發(fā)生器在帶載下輸出波形或幅度相同。實際上，阻抗不匹配就是抑制電磁騷擾的一個有效手段。

　　交流穩(wěn)壓電源對外界（通過市電網(wǎng)絡(luò)）的電磁騷擾測量項目有：諧波傳導(dǎo)干擾測量、高頻傳導(dǎo)干擾測量。

　　諧波傳導(dǎo)干擾測量是對設(shè)備的電源進(jìn)線入端工頻電流諧波進(jìn)行測量；測出40次以下各次電流諧波最大值，對三相電源還應(yīng)測量中線的電流諧波。在交流穩(wěn)壓電源性能項目中以源電流相對諧波含量來考核此項目。

　　射頻輻射干擾測量較復(fù)雜，涉及到測量場地、天線、測量線路連接等測量技術(shù)。測量場地為野外開闊、背景電磁噪聲電平至少比允許極限值小6dB。這種規(guī)則很難實現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)還推薦可以用電磁屏蔽室（還有如電波暗室等）作為替換。測量輻射場強(qiáng)時被測設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按實際工作方式接線，電源線、信號線都不允許特意卷曲、收縮，以反映真實性。

　　測量依賴3個方面因素：方法、技術(shù)、設(shè)備。方法由測量原理和測量設(shè)備的使用方法兩者來確定，技術(shù)是為了得到正確的測量結(jié)果（較高的準(zhǔn)確度）而采取的一切測量手段，設(shè)備則是體現(xiàn)上述兩個因素為測量服務(wù)的一切技術(shù)裝置。這些都必須標(biāo)準(zhǔn)化，以保證測量具有重現(xiàn)性和真實性。

　　EMC測量條件由測量方法決定。具體測量方法分為在實驗室條件下進(jìn)行的實驗臺法和在實際使用條件下進(jìn)行的現(xiàn)場法。要模擬現(xiàn)場可能碰到的所有干擾現(xiàn)象是不可能的，特別是現(xiàn)場法具有無法克服的局限性。但通過標(biāo)準(zhǔn)化的測量可以較全面地獲取被測設(shè)備EMC性能怎么的信息。為此，國際上推薦首先采用實驗臺法，除非無法在實驗室進(jìn)行，一般不用現(xiàn)場法。

　　抗擾度測量主要方法是按照設(shè)備所處的電磁環(huán)境條件，結(jié)合用戶對設(shè)備采取的方法，選購合適的嚴(yán)酷度等級，依照有關(guān)測量方法進(jìn)行測量，最后根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)提出的合格判決條件評定測量結(jié)果是否合格。這是抗擾度測量和其它測量主要差異之處。

　　電磁環(huán)境中的電磁騷擾源、電磁騷擾源對設(shè)備的耦合方式、設(shè)備對電磁騷擾的敏感度以及用戶對工作現(xiàn)場的防護(hù)方法直接和嚴(yán)酷度等級相關(guān)。即使用環(huán)境決定了干擾的形式，安裝防護(hù)條件決定了干擾的嚴(yán)酷度等級。GB/T13926.4具體規(guī)定了在電磁環(huán)境中和嚴(yán)酷度等級相對應(yīng)的設(shè)備工作下的電氣環(huán)境條件：

　　1級，具有良好保護(hù)的環(huán)境，如計算機(jī)房；

　　2級，受保護(hù)的環(huán)境，如工廠和電廠的控制室或終端室；

　　3級，典型的工業(yè)環(huán)境，如工業(yè)過程裝置、電廠和露天高壓變電所的繼電器房等場所；

　　4級，嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境，如電站、未采取特殊安裝方法的工業(yè)過程設(shè)備、室外區(qū)域等。

　　IEC801－5中針對電涌的源為電力切換瞬變或間接雷擊的閃電瞬變，對設(shè)備的安裝條件和防護(hù)設(shè)施作如下分類（適用電涌）：

　　0類：保護(hù)良好的、有一次和二次過壓保護(hù)的電氣環(huán)境，通常處于特殊的房間內(nèi)，電涌電壓不會超過25V；

　　1類：局部保護(hù)的、有一次過壓保護(hù)的電氣環(huán)境，電涌電壓不超過500V；

　　2類：電源線和其它線路分離開，電纜隔離良好的電氣環(huán)境，電涌電壓不超過1kV；

　　3類：電源電纜和信號電纜并行敷設(shè)的電氣環(huán)境，電涌電壓不超過2kV；

　　4類：互連線象室外一樣沿著電源電纜敷設(shè)，且電子電路和電氣線路均使用電纜的電氣環(huán)境，電涌電壓不超過4kV；

　　5類：非人口稠密區(qū)內(nèi)電子裝置聯(lián)接電訊電纜和架空電源線的電氣環(huán)境。

　　對0類不做電涌測量。一般電源產(chǎn)品處于1類或2類電氣環(huán)境，可選購嚴(yán)酷度等級為1級或2級。

　　必須指出，把環(huán)境作為抗擾度測量的相關(guān)條件是抗擾度測量的重要特點。因為如果忽視這些相關(guān)，不考慮裝置的應(yīng)用工作環(huán)境條件，而認(rèn)為裝置應(yīng)該“獨立”，應(yīng)該適合于插入任何說說組合裝置（或系統(tǒng)）中，就會由此產(chǎn)生所有被測裝置都必須接受全部項目的干擾實驗，并且要達(dá)到最高嚴(yán)酷度等級的錯誤結(jié)論。這不僅對要用的裝置造成過高的不合理的嚴(yán)格限制，而且還會因需要進(jìn)行大量實驗而不得不承擔(dān)很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

　　另外，抗擾度測量涉及到高壓信號，除了應(yīng)嚴(yán)格遵守有關(guān)安全規(guī)定外，還有必要在抗擾度實驗后再對設(shè)備進(jìn)行安全測量。 ］

　　對于交流穩(wěn)壓電源這類大功率電工產(chǎn)品，選取從市電導(dǎo)入的以高頻、高能為特征的抗擾度項目，并且選較其它電工、電子產(chǎn)品要高的嚴(yán)酷度等級，是必要的。

　　抗擾度測量的另一重要特點是對實驗發(fā)生器技術(shù)參數(shù)作出嚴(yán)格而明確的規(guī)定。為了對設(shè)備的抗擾度性能進(jìn)行比較，就要有說說能產(chǎn)生比較一致并可重復(fù)再現(xiàn)的實驗裝置，這就是干擾模擬發(fā)生器。顯然必須規(guī)定發(fā)生器的輸出內(nèi)阻、輸出波形規(guī)則、開路電壓幅度和誤差；以保證實驗結(jié)果的一致，重復(fù)性好。否則，因不同被測設(shè)備源端阻抗不同，對發(fā)生器的阻抗匹配不同而無法使發(fā)生器在帶載下輸出波形或幅度相同。實際上，阻抗不匹配就是抑制電磁騷擾的一個有效手段。

　　交流穩(wěn)壓電源對外界（通過市電網(wǎng)絡(luò)）的電磁騷擾測量項目有：諧波傳導(dǎo)干擾測量、高頻傳導(dǎo)干擾測量。

　　諧波傳導(dǎo)干擾測量是對設(shè)備的電源進(jìn)線入端工頻電流諧波進(jìn)行測量；測出40次以下各次電流諧波最大值，對三相電源還應(yīng)測量中線的電流諧波。在交流穩(wěn)壓電源性能項目中以源電流相對諧波含量來考核此項目。

　　交流穩(wěn)壓電源的傳導(dǎo)干擾實驗同其它電子產(chǎn)品一樣，可采用GB6833－86電子測量儀器EMC性實驗規(guī)范（參照采用HP公司標(biāo)準(zhǔn)或GB9254－88信息技術(shù)設(shè)備的無線電干擾極限值和測量方法（等效采用CISPR?22?1985）。高頻傳導(dǎo)干擾測量中一個重要測量裝置是要用人工電源網(wǎng)絡(luò)（ArTIficialMainNetwork），在美國標(biāo)準(zhǔn)中則稱為電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LineImpedanceStabilizaTIonNetwork，LISN）。這是由于不同電力條件下，市電在不同設(shè)備電源輸入端呈現(xiàn)的高頻阻抗也不相同，為使測量結(jié)果反映真實情況，必須在受試設(shè)備和其電源端子間接入合乎規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)既能使設(shè)備和電網(wǎng)間實現(xiàn)射頻隔離，又能為設(shè)備提供穩(wěn)定的高頻阻抗。人工電源網(wǎng)絡(luò)的支路數(shù)和供電系統(tǒng)的線路數(shù)相同，網(wǎng)絡(luò)和干擾測量儀之間的連接應(yīng)保證阻抗匹配（50Ω/50μH），對每根電源線分別進(jìn)行測量，測量的是干擾電壓值。GJB152－86則推薦采用電流探頭法測量傳導(dǎo)干擾電流；其中在電源線和地之間并接10μF穿心電容器，作用和LISN相同。電流探頭法使用簡便，測量迅速，便于現(xiàn)場測量，較接近實際情況，可能今后測量以其為主。此外，軍標(biāo)采用峰值檢波器，GB9254采用準(zhǔn)峰值檢波器。

　　射頻輻射干擾測量較復(fù)雜，涉及到測量場地、天線、測量線路連接等測量技術(shù)。測量場地為野外開闊、背景電磁噪聲電平至少比允許極限值小6dB。這種規(guī)則很難實現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)還推薦可以用電磁屏蔽室（還有如電波暗室等）作為替換。測量輻射場強(qiáng)時被測設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按實際工作方式接線，電源線、信號線都不允許特意卷曲、收縮，以反映真實性。

　　總之，采用交流穩(wěn)壓電源使用價值規(guī)則，其EMC性能應(yīng)當(dāng)是：除了本身能達(dá)到較高嚴(yán)酷度等級的抗擾度指標(biāo)、合格的電磁干擾限制以及提供合適的交流電壓條件外，更重要的是要為其負(fù)載（對電磁干擾敏感的電子儀器設(shè)備特別是信息技術(shù)設(shè)備），在較嚴(yán)酷電磁環(huán)境條件下工作，提供充足的EMC安全裕度。這不但是交流穩(wěn)壓電源的基本功能，而且也是對其的EMC規(guī)則及對其進(jìn)行EMC測量的依據(jù)。

　　作為電磁兼容的設(shè)計者，了解電磁兼容測試的條件與方法及要素至關(guān)重要，只有熟練掌握電磁兼容測試的條件與方法及要素，在設(shè)計上才能得心應(yīng)手。