安捷倫近場電磁干擾源探測定位方案

概述

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

　　圖一 安捷倫X系列信號分析儀和N9311X-100 近場探頭

　　近場測試綜述

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

　　近場 EMI 測量的問題在于使用近場探頭的測量結(jié)果和使用天線進(jìn)行遠(yuǎn)場測量的結(jié)果無法直接進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。但是存在一個基本原理：近場的輻射越大，遠(yuǎn)場的輻射也必然越大。所以使用近場探頭測量，實際上是一個相對量的測量，而不是精確的絕對量測量。使用近場探頭進(jìn)行 EMI 預(yù)兼容測試時，我們常常把新被測件測試結(jié)果和一個已知合格被測件的近場探頭測試（近場測試）結(jié)果進(jìn)行比較，來預(yù)測EMI 輻射泄漏測試（遠(yuǎn)場測試）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，測試的絕對數(shù)值意義也不大，因為這個測試結(jié)果和諸多變量，包括探頭的位置方向、被測件的形狀等會密切相關(guān)。
近場探頭的種類及主要特點

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

　　因為磁場是由電流產(chǎn)生的，所以最常見的發(fā)射源包括芯片，器件的管腳、PCB 上的布線、電源線及信號線纜。最常見的磁場探頭多為環(huán)狀，當(dāng)磁場傳播線和探頭環(huán)面垂直的時候，測量數(shù)值最大。所以在測量過程中，工程師一般需要旋轉(zhuǎn)探頭的方向來測量到最大的磁場數(shù)值，同時避免遺漏重要的發(fā)射源。

　　電場是由電壓產(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。最簡單的電場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，露出芯線來構(gòu)成簡單的電場探頭進(jìn)行使用。在沒有屏蔽設(shè)備的情況下，電場探頭的問題是比較容易拾取到環(huán)境中存在的電磁波信號，如蜂窩通信的上下行信號，從而影響到整個測試系統(tǒng)的測量動態(tài)范圍。

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

　　近場探頭的靈敏度不是一個絕對的指標(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)能不能容易的測量到輻射泄漏信號，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。而通常來說分辨率和靈敏度是一對矛盾體。以我們最常用的環(huán)狀磁場探頭為例，尺寸越大的環(huán)狀探頭，靈敏度往往越高，測試面積越大，從而分辨率就會越低。而比較推薦的辦法是選用一組多個尺寸的探頭，在大范圍測試的時候用較大的探頭，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)是一個往往會被大家忽略的重要因素。所謂的頻率響應(yīng)就是探頭測量同樣幅度，不同頻率的信號，所得到的幅值差異。我們在前文提到過，使用探頭進(jìn)行EMI 分析，是一種相對，定性的測試。但是如果探頭的頻率響應(yīng)較差或不夠平坦，會使全頻段的測試結(jié)果不直觀，讓我們忽略一些重要的輻射泄漏信號。

　　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、磁場探頭，在進(jìn)行EMI 分析的時候，我們還往往需要一些特殊的探頭。工程師經(jīng)常會遇到這樣一種情況，在找到一個干擾源位置并進(jìn)行屏蔽處理后，發(fā)現(xiàn)整機(jī)的輻射泄漏并沒得到足夠的改善。那么最常見的原因就是這個干擾信號通過信號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)的近場探頭很難對線纜內(nèi)部的干擾進(jìn)行探測，就往往需要使用下面會介紹到的N9311X-100 近場探頭組中的4號探頭專門用于線纜干擾的測試。

　　安捷倫N9311X-100 近場探頭組

　　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的近場探頭，選件N9311X-100 。該探頭組包括4個磁場探頭，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和定位還能夠滿足專業(yè)的線纜干擾測試需求，可以幫助用戶方便快捷的分析絕大多數(shù)EMI 問題。

表一 N9311X-100近場探頭組技術(shù)指標(biāo)

　　如果用戶需要更高的測試靈敏度，安捷倫還提供了可以和N9311X-100近場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系列信號分析儀的良好性能及專業(yè) EMI 測量分析功能，為用戶提供了性價比最優(yōu)的專業(yè)EMI 分析工具。

　　推薦配置

　　N9311X-100： 30 MHz至3 GHz近場探頭組

　　N9311X-110： 外置前置放大器（選配）

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

　　信號分析儀典型配置

　　N9000A-503 或507： 3 GHz或7.5 GHz CXA 信號分析儀

　　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