安捷倫近場(chǎng)電磁干擾源探測(cè)定位方案

概述

　　如果一個(gè)新產(chǎn)品在電磁干擾（EMI ）預(yù)兼容測(cè)試或者標(biāo)準(zhǔn)兼容測(cè)試中失敗，進(jìn)行故障診斷和改進(jìn)是當(dāng)務(wù)之急。而近場(chǎng)探頭配合頻譜分析儀查找干擾源，并驗(yàn)證改進(jìn)效果是最常見(jiàn)易行的方法。

　　圖一 安捷倫X系列信號(hào)分析儀和N9311X-100 近場(chǎng)探頭

　　近場(chǎng)測(cè)試綜述

　　在認(rèn)證機(jī)構(gòu)中，使用經(jīng)過(guò)各類校準(zhǔn)的天線進(jìn)行輻射泄露測(cè)試，都是進(jìn)行的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射泄漏測(cè)試，可以準(zhǔn)確定量的告訴我們被測(cè)件是否符合相應(yīng)的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。但是遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試無(wú)法告訴工程師，嚴(yán)重的輻射問(wèn)題到底是來(lái)自于殼體的縫隙，還是來(lái)自連接的電纜，或USB ，LAN 之類的通信接口。在這種情況下，我們可以通過(guò)近場(chǎng)測(cè)試的方法來(lái)定位輻射的真正來(lái)源。

　　近場(chǎng) EMI 測(cè)量的問(wèn)題在于使用近場(chǎng)探頭的測(cè)量結(jié)果和使用天線進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量的結(jié)果無(wú)法直接進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。但是存在一個(gè)基本原理：近場(chǎng)的輻射越大，遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射也必然越大。所以使用近場(chǎng)探頭測(cè)量，實(shí)際上是一個(gè)相對(duì)量的測(cè)量，而不是精確的絕對(duì)量測(cè)量。使用近場(chǎng)探頭進(jìn)行 EMI 預(yù)兼容測(cè)試時(shí)，我們常常把新被測(cè)件測(cè)試結(jié)果和一個(gè)已知合格被測(cè)件的近場(chǎng)探頭測(cè)試（近場(chǎng)測(cè)試）結(jié)果進(jìn)行比較，來(lái)預(yù)測(cè)EMI 輻射泄漏測(cè)試（遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試）的結(jié)果，而不是直接和符合EMI兼容標(biāo)準(zhǔn)的限制線進(jìn)行比較。同時(shí)，測(cè)試的絕對(duì)數(shù)值意義也不大，因?yàn)檫@個(gè)測(cè)試結(jié)果和諸多變量，包括探頭的位置方向、被測(cè)件的形狀等會(huì)密切相關(guān)。
近場(chǎng)探頭的種類及主要特點(diǎn)

　　電磁場(chǎng)是由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。在近場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同存在，其強(qiáng)度不構(gòu)成固定關(guān)系。以電場(chǎng)為主還是磁場(chǎng)為主，主要是由發(fā)射源的類型決定的。簡(jiǎn)而言之，在高電壓，低電流的區(qū)域，電場(chǎng)大于磁場(chǎng)。高電流，低電壓的區(qū)域，磁場(chǎng)大于電場(chǎng)。同時(shí)在主要的EMI 測(cè)試頻段，磁場(chǎng)隨著距離的變化要快于電場(chǎng)。

　　因?yàn)榇艌?chǎng)是由電流產(chǎn)生的，所以最常見(jiàn)的發(fā)射源包括芯片，器件的管腳、PCB 上的布線、電源線及信號(hào)線纜。最常見(jiàn)的磁場(chǎng)探頭多為環(huán)狀，當(dāng)磁場(chǎng)傳播線和探頭環(huán)面垂直的時(shí)候，測(cè)量數(shù)值最大。所以在測(cè)量過(guò)程中，工程師一般需要旋轉(zhuǎn)探頭的方向來(lái)測(cè)量到最大的磁場(chǎng)數(shù)值，同時(shí)避免遺漏重要的發(fā)射源。

　　電場(chǎng)是由電壓產(chǎn)生，主要的發(fā)射源包括一些未端接器件的線纜 、連接高阻器件的PCB 布線等。最簡(jiǎn)單的電場(chǎng)探頭類似一根小天線。有人甚至把同軸電纜前端的一小段屏蔽層剝開(kāi)，露出芯線來(lái)構(gòu)成簡(jiǎn)單的電場(chǎng)探頭進(jìn)行使用。在沒(méi)有屏蔽設(shè)備的情況下，電場(chǎng)探頭的問(wèn)題是比較容易拾取到環(huán)境中存在的電磁波信號(hào)，如蜂窩通信的上下行信號(hào)，從而影響到整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。

　　選擇近場(chǎng)探頭往往要考慮幾個(gè)重要因素，包括分辨率 、靈敏度和頻率響應(yīng)等。

　　近場(chǎng)探頭的靈敏度不是一個(gè)絕對(duì)的指標(biāo)，關(guān)鍵是看探頭和配合使用的頻譜分析儀或者接收機(jī)能不能容易的測(cè)量到輻射泄漏信號(hào)，并且有足夠的裕量去觀察改進(jìn)后的變化。如果頻譜儀的靈敏度很高，我們可以選擇靈敏度相對(duì)較低一些的探頭。反之就必須選擇靈敏度高的探頭，甚至考慮外接前置放大器提高整體系統(tǒng)的靈敏度。

　　分辨率也就是探頭分辨干擾源位置的能力。而通常來(lái)說(shuō)分辨率和靈敏度是一對(duì)矛盾體。以我們最常用的環(huán)狀磁場(chǎng)探頭為例，尺寸越大的環(huán)狀探頭，靈敏度往往越高，測(cè)試面積越大，從而分辨率就會(huì)越低。而比較推薦的辦法是選用一組多個(gè)尺寸的探頭，在大范圍測(cè)試的時(shí)候用較大的探頭，找到疑似區(qū)域，再逐漸減小探頭尺寸，最終定位到干擾源。

　　頻率響應(yīng)是一個(gè)往往會(huì)被大家忽略的重要因素。所謂的頻率響應(yīng)就是探頭測(cè)量同樣幅度，不同頻率的信號(hào)，所得到的幅值差異。我們?cè)谇拔奶岬竭^(guò)，使用探頭進(jìn)行EMI 分析，是一種相對(duì)，定性的測(cè)試。但是如果探頭的頻率響應(yīng)較差或不夠平坦，會(huì)使全頻段的測(cè)試結(jié)果不直觀，讓我們忽略一些重要的輻射泄漏信號(hào)。

　　探頭的形狀以及多樣性也是重要的因素。除了常規(guī)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)探頭，在進(jìn)行EMI 分析的時(shí)候，我們還往往需要一些特殊的探頭。工程師經(jīng)常會(huì)遇到這樣一種情況，在找到一個(gè)干擾源位置并進(jìn)行屏蔽處理后，發(fā)現(xiàn)整機(jī)的輻射泄漏并沒(méi)得到足夠的改善。那么最常見(jiàn)的原因就是這個(gè)干擾信號(hào)通過(guò)信號(hào)線纜或者電源線纜傳播到了其他區(qū)域，并最終輻射到了空間。常規(guī)的近場(chǎng)探頭很難對(duì)線纜內(nèi)部的干擾進(jìn)行探測(cè)，就往往需要使用下面會(huì)介紹到的N9311X-100 近場(chǎng)探頭組中的4號(hào)探頭專門(mén)用于線纜干擾的測(cè)試。

　　安捷倫N9311X-100 近場(chǎng)探頭組

　　為了配合具有強(qiáng)大EMI 分析功能的安捷倫X系列信號(hào)分析儀，并快捷的完成干擾源的定位，安捷倫最新推出了一組覆蓋30 MHz 至3 GHz的近場(chǎng)探頭，選件N9311X-100 。該探頭組包括4個(gè)磁場(chǎng)探頭，向用戶提供了綜合靈敏度與分辨率的最佳選擇。不僅可以用于電磁干擾源的探測(cè)和定位還能夠滿足專業(yè)的線纜干擾測(cè)試需求，可以幫助用戶方便快捷的分析絕大多數(shù)EMI 問(wèn)題。

表一 N9311X-100近場(chǎng)探頭組技術(shù)指標(biāo)

　　如果用戶需要更高的測(cè)試靈敏度，安捷倫還提供了可以和N9311X-100近場(chǎng)探頭配合使用的外置前置放大器，選件N9311X-110。該放大器在100 kHz至3 GHz頻段噪聲系數(shù)僅為4.5 dB ，提供30 dB增益。

圖二 N9311X-100前置放大器

　　結(jié)論

　　安捷倫N9311X-100近場(chǎng)探頭組以及配套的N9311X-110前置放大器，重量輕，安裝快捷，使用方便。同時(shí)該探頭具有很寬的頻率范圍，集良好的分辨率和靈敏度為一體，可以快速分析查找各類EMI 干擾源。配合安捷倫X系列信號(hào)分析儀的良好性能及專業(yè) EMI 測(cè)量分析功能，為用戶提供了性價(jià)比最優(yōu)的專業(yè)EMI 分析工具。

　　推薦配置

　　N9311X-100： 30 MHz至3 GHz近場(chǎng)探頭組

　　N9311X-110： 外置前置放大器（選配）

　　安捷倫X系列信號(hào)分析儀及N6141A/W6141A EMI接收機(jī)軟件

　　信號(hào)分析儀典型配置

　　N9000A-503 或507： 3 GHz或7.5 GHz CXA 信號(hào)分析儀

　　N9000A-P03 或P07： 3 GHz或7.5 GHz CXA 前置放大器

　　W6141A-2FP： EMI接收機(jī)應(yīng)用軟件