电磁兼容标准 认证与测试.ppt

电磁兼容标准 认证与测试 23 04 课程内容 1 电磁兼容标准及其认证1 1电磁兼容标准及组织1 2世界主要国家 地区emc质量管理简介1 3我国电磁兼容的质量管理及认证 含3c认证 2 电磁兼容测试2 1电磁兼容主要测试场地2 2电磁骚扰测量的主要检测仪器和设备2 3电磁抗扰度测量的主要检测仪器和设备2 4电磁骚扰测试项目及方法2 5电磁抗扰度测试项目及方法 23 04 1 电磁兼容标准及其认证 由于电子设备的发展及广泛应用 造成了电磁环境的复杂化 由于频谱资源有限 造成频道拥挤 干扰日益严重 随着对电子设备的性能要求越来越高 相互间的干扰越来越严重 可能造成电子设备或系统不能正常工作 甚至出现故障 现在很多国家政府 军队部门以及世界组织均成立了相应的管理或部门组织 出台了许多有关标准 规定和措施 例如欧洲的ce指令 美国的fcc联邦法规都有相应的电磁兼容要求 这些技术法规的出台则使对电磁兼容管理提高到技术法规的高度 从而进一步地促进了电磁兼容技术的发展 我国对相关产品的电磁兼容性能也制订了一系列强制或推荐性标准并通过市场监督抽查和国家强制性产品认证等措施来保证市场销售的产品的电磁兼容符合性 23 04 1 1电磁兼容标准及组织 1 1 1标准类别电磁兼容类标准通常可分为通用标准 产品标准及基础标准 当被测样品并没有任何产品标准可依循时 方可引用通用标准 通用标准可视为一般通则 其中包括测试项目 所使用的基础标准 测试要求及判定准则等例如en50081 1 2 en50082 1 2等 有产品标准可依循时 则依产品不同 引用不同的标准 一般而言 在产品标准中会详细记载该类产品的测试项目 所使用的基础标准 测试要求及判定准则例如en55022 en55024等 基础标准是最基层的标准 内容为规范测试场地的设立 测试仪器的特性及测试方法 是进行测试时的依据 例如en55016 en61000 4 2 en61000 4 3 en61000 4 4等 23 04 平常 我们也根据标准考核产品的电磁兼容性能不同将电磁兼容标准分为电磁干扰标准和电磁抗扰度标准 电磁干扰标准通常是考核产品对外的电磁发射的大小 抗扰度标准考核的是产品的抗干扰性能 在国内 根据实施的要求不同 国标将电磁兼容分为强制性标准 以gb字头开始 推荐性标准 以gb t字头开始 专业指导性标准 以gb z字头开始 强制性标准是适用于该标准的所有产品必须要达到的标准 推荐性标准是建议适用于该标准的产品达到的标准 专业指导性标准适用于专业产品 还包括设计方法 安装指南等 在国内 一般来说电磁干扰标准多为强制性标准 电磁抗扰度标准多为推荐性标准 23 04 1 1 2国际标准 iec cispr标准 国际上一些技术研究组织和管理协调机构 如国际电信联盟 国际大电网工作会议 国际电工委员会 iec 及无线电干扰特别委员会 cispr 等等 即从事电磁兼容的协调 管理和技术标准的制定 iec下属的tc77组织主要负责制订电磁环境标准 电磁兼容基础标准 较低频率范围和电磁脉冲的电磁兼容标准而cispr主要负责制订有关电磁兼容的产品标准及较高频率范围的电磁兼容标准 另外 在iec理事会下特设有一个电磁兼容性咨询委员会 acec 的机构 负责对tc77和cispr与其它技术委员会 tc 之间有关emc标准的协调 23 04 1 1 3欧盟标准 en标准 欧洲电工标准化委员会 cenelec 与iec cispr关系密切 其过去颁布的标准经常是引用iec cispr标准 但现在也出现这种情况 即其新制订或修订的en标准影响iec cispr标准 当然两者一般基本上能达到同步 由此可见欧洲电磁兼容标准在国际上的地位及影响力 在欧洲 以调整和统一欧共体各成员国间有关电子电工标准为目的的cenelec 欧洲电工标准化委员会 积极开展emc标准的欧洲标准 en 工作 并在电磁辐射与防护两方面建立了与iec标准内容基本一致的欧洲标准 欧共体于1989年5月制定了 emc指令 89 336 eec 并于1996年1月全面实施 由于emc指令采用了en标准为符合指定要求的判断基准 因而en标准实际上成为了强制性的标准 在通用标准方面 cenelec参照iec和cispr的标准制定了在欧共体国家使用的通用标准 23 04 1 1 4美国fcc法规及ansi标准 美国联邦通信委员会fcc制订的法规fccrules 即联邦规章法典第47卷 也涉及电磁兼容 主要是电磁发射方面的限制要求 fcc 美国联邦通信委员会 对电子 电器设备制定相应的emc标准 作出了一台设备不成为邻近电子设备干扰源的最大辐射程度规定 fcc规定了无线电设备与信息技术设备等高频设备辐射的容许值 另外 美国电气与电子工程学会 ieee 已经制定出许多有关电磁辐射的测试与测量标准 这些标准已经被美国国家标准化协会 ansi 认可为美国国家标准 同时也已经被fcc采用 到目前为止 美国的emc标准重点一直放在馈电辐射和射频辐射上 馈电辐射指设备通过电源线对配电电网或市电的干扰 放电辐射来自设备的机体 相关外设或连接的数据i o电缆 它会干扰邻近设备的正常运行 23 04 1 1 5中国国家标准 gb gb t及gb z标准 我国的标准化工作正在积极与国际接轨包括标准接轨 规范程序协调 承担国际义务和国际互认 近些年我国制订或修订的电磁兼容标准一般都等同或等效于iec cispr标准 现已发布实施的电磁兼容国家标准有三类 字头为gb的强制性标准 gb t推荐性标准 gb z专业指导性标准 有些专业部门也颁布了自己的电磁兼容标准 如军用电磁兼容标准gjb151a gjb152a 邮电标准yd t968等 另外 大多产品标准也相应包括电磁兼容的内容 23 04 1 1 6几个重要的电磁兼容标准对照表 23 04 1 2世界主要国家 地区emc质量管理简介 经济发达国家和地区对电磁兼容问题都较为重视政府甚至采取立法和认证程序来管理相关产品的电磁兼容性能对不符合者采取非常严厉的处罚行动 欧盟的 ceemc 指令和美国的fcc法规的对世界的影响尤为深远 世界各国对于emc的管理 一般可分为两种管理型式 部份的国家只管制电机 电子产品的电磁辐射干扰部份 emi 如美国 另有部份国家也增加了电磁抗扰性 ems 的管制 如欧盟地区 以下将介绍世界各国对于emc的管制项目及依据标准 23 04 1 2 1欧盟ceemc指令 1 2 1 1ce指令欧盟地区为了让市场内的货品能在加盟国内自由流通 欧盟执行委员会即通过欧洲标准委员会 cen 制定出各种标准并颁布了指令 其中电机 电子产品的标准 包括电磁兼容标准 由欧洲电器标准委员会 cenelec 所制定 早期欧盟所制定的emc标准 主要取自于国际电工委员会 iec 及国际无线电干扰特别委员会 cispr 的标准 欧盟emc指令 即1989年所公布的89 336 eec指令 欧盟89 336 eecemc指令要求从1996年开始 凡欲进入欧共体市场的电子 电器和相关产品一定要符合有关电磁兼容标准要求 并在产品上粘贴符合性标记 ce 欧盟对有关产品的电磁兼容性要求一般包括电磁骚扰和抗扰度两个方面的内容 目前89 336 eecemc指令已经被2004 108 ecemc指令取代 23 04 1 2 1 2ce标记 欧洲联盟包括十五个国家 英 法 荷 比利时 西班牙 卢森堡 奥地利 芬兰 瑞典 丹麦 德 希腊 葡萄牙 爱尔兰 意大利 ce指令由欧盟总部所制订 于发布时并不具有强制执行意义但该指令落实到各会员国 由会员国立法成为国内法令之后 就具有强制性 而ce标记的 ce 二个字是法语欧共体的简写 ce标记是采取自我宣告 ecdeclarationofconformity doc 的方式 如果产品满足了emc要求 检测单位会将产品的型式试验 typetest 报告等证明文件给厂商此时厂商建立产品技术档案 自我宣告产品已符合相关指令 按规定做成ce标记 贴示于适当位置 23 04 1 2 2美国fcc要求 1 2 2 1fcc法规美国是世界比较早对电子 电器产品及相关设备的电磁兼容性进行控制的国家之一 并利用认证体系进行强制性管理 认证所依据的技术文件和管理条例便是具有法律效力的 联邦法规法典 codeoffederalregulation cfr 第47篇 fcc法规 fccrules fcc法规 即cfr47由美国联邦通信委员会 federalcommunicationscommission fcc 制定 fcc目前对有关产品的电磁兼容要求主要是电磁骚扰特性 分别包含在fccpart15 part18 part68之中 涉及射频设备 含广播接收机 数字设备等 工 科 医射频设备和通信设备的电磁骚扰特性内容 23 04 可能与国内厂商最有关的部份为fccpart15 本部分将设备分为非有意辐射 unintentional 与有意辐射 intentional 产品两大类 非有意辐射产品为信息产品 不含无线产品发射器 电视与收音机等 有意辐射产品为无线电遥控器 无线定位器等 可以发现 目前fcc制定电磁辐射干扰限值和测量方法已逐渐朝着国际无线电干扰特别委员会 cispr 的标准一致的方向发展 23 04 1 2 2 2fcc标记 fcc对产品的管理分两种方式 自我宣告 doc 模式和认证 certification 模式 自1996年8月起 部分产品采用通过制造商自我宣告 doc 的模式 只要厂商的产品在fcc法规分类中属于doc类 产品满足了emc要求后 便可以依检验单位提供的产品型式试验报告等证明文件 实行自我宣告 若厂商的产品在fcc法规分类中属于认证 certification 类产品 则厂商必须先加入fcc会员产品如满足emc要求 便可以依检验单位提供的产品型式试验报告等证明文件向fcc认可的tcb telecommunicationscertificationbody 申请fccid 按规定做成fcc标记 贴于产品适当位置 23 04 1 2 3日本vcci标记 日本自1985年起 由机械 电子等四个产业公会联合起来 成立一个类似财团法人团体vcci voluntarycontrolcouncilforinterference 制定出一个自愿性认证法 其中vcci法规的v 2便是电磁辐射干扰规定 1995年起 厂商只要加入vcci会员 并每年缴交年费 便可依检验单位提供的产品型式试验报告等证明文件 向日本vcci报备登录报备之后按规定做成vcci标记 贴于产品适当位置 日本对产品的电磁兼容管理方面的法规还有 电气取缔法 该法规对产品的电磁兼容的要求与cispr差异较多 而与fcc较接近 23 04 1 2 4新西兰与澳大利亚的认证要求 新西兰与澳大利亚的电磁兼容管理主要是依据1992年公告的无线电波法 radiocommunicationact 该法于1996年1月1日生效 并于1997年1月1日起强制实施 对信息技术设备产品需符合as nzs3548电磁辐射干扰规定 澳洲在emc方面管制的架构与欧盟ce marking大致雷同 均采用自我认证的方式 依产品标准执行且通过测试后 签署一自我宣告书 doc 即可 所不同的是宣告书必须由澳洲境内的进口商 供货商或制造商签署宣告 另澳洲政府还要求每一澳洲本地的供货商或进口商必须向其执行单位aca australiancommunicationsauthority 登录 按规定做成c tick标记 贴于产品适当位置 23 04 1 2 5台湾地区的认证要求 台湾 标准检验局 bsmi 为了岛内电子 电机产品的电磁辐射干扰 于1995年5月公布 商品电磁兼容性管理办法 并于1996年7月正式公告自1997年1月1日起管制复印机等产品的电磁兼容性能之后陆续管制信息周边产品 家电与广播音响产品 而 标准检验局 也依据cispr与iec的emc标准 逐渐修订岛内相应标准cns 例如cns13438就是信息类产品的标准 岛内申请厂商其产品符合了emc要求后 便可以依检验单位提供的产品电磁兼容型式试验报告正本一份 含外观及内部结构照片 并加附下列资料 中文使用手册及规格 登录号码 id 标示位置及式样说明 电路方框图 对策元件及干扰源一览表 再填具申请书后 向所在地检验机构申请 由检验机构核发检磁号码证书 23 04 1 3我国电磁兼容的质量管理及电磁兼容认证 中国强制性产品认证 3c认证 1 3 1什么叫3c认证3c认证即强制性产品认证 该认证标志的名称为 中国强制认证 其英文名称为 chinacompulsorycertification 英文缩写为 ccc 所以该认证也简称为3c认证 23 04 1 3 23c认证的来源 为了减少电磁干扰所造成的危害 提高产品的电磁兼容性能 保护人身健康 设备安全和电磁环境 保护用户和消费者的利益 自二十世纪八十年代以来 中国国家质量技术监督局开始系统地组织制定有关电磁兼容的国家标准 到目前已制定了一百个左右 这些标准的实施 为提高产品和系统的电磁兼容性能起到了极大的促进作用 随着这些电磁兼容国家标准的制定和实施 我国从九十年代开始逐步开始对电子电器及其他相关产品的电磁兼容性能进行相应的管理 欧盟自一九九六年开始对进入欧盟的电子电气产品要求必须符合相应的电磁兼容标准要求我国相应的质量管理部门当时主要通过以下几种方法来逐步展开对电磁兼容的质量管理 23 04 对国内生产销售的产品主要通过 国家或地方 行业质量管理部门组织的产品质量市场监督抽查 工业产品生产许可证制度 电磁兼容认证等方式进行管理 对进口产品 则通过进口商品安全质量许可证制度和电磁兼容强制检验来进行管理 自2000年开始对六种进口商品 个人计算机 显示器 打印机 开关电源 电视机和音响设备 实施电磁兼容强制检验 即对这六种进口商品的电磁兼容强制检验作为对进口商品实施进口商品安全质量许可证制度的一部分内容来管理 23 04 到本世纪初 随着我国的经济的进一步发展和对外开放的持续深入的实施 我国在进口产品质量安全许可和强制性产品认证工作上存在内外不一致的问题日益突出 这既不符合wto的基本原则 也不符合我国经济发展的需要 为此 国务院领导做出了对进口产品质量安全许可制度和国产品强制性认证制度实行 四个统一 的批示即 统一标准 技术法规和合格评定程序 统一目录 统一标志 统一收费 这一批示已经作为我国入世谈判wto tbt协议项下的承诺 因此 制定有关国家强制性产品认证方面的管理规定对我国加入wto 适应国际经济一体化和落实国务院领导 四个统一 的批示有着重要意义 基于以上理由 由国家质量监督检验检疫总局和国家认证认可监督管理委员会共同制定的 强制性产品认证管理规定 以下简称为 规定 于2001年11月21日国家质量监督检验检疫总局局务会审议通过 自2002年5月1日起施行 过渡期为一年 23 04 1 3 33c认证的相关内容 认证目的 为完善和规范强制性产品认证工作 切实维护国家 社会和公众利益认证依据 国家产品安全质量许可 产品质量认证的法律法规的规定制定单位 国家质量监督检验检疫总局和国家认证认可监督管理委员会实行对象 涉及人类健康和安全 动植物生命和健康 以及环境保护和公共安全的产品实行强制性认证制度 主管单位 国家认证认可监督管理委员会四个统一 公布统一的 中华人民共和国实施强制性产品认证的产品目录 以下简称 目录 确定统一适用的国家标准 技术规则和实施程序 制定和发布统一的标志 规定统一的收费标准 强制实施 凡列入 目录 的产品 必须经国家指定的认证机构认证合格 取得指定认证机构颁发的认证证书 并加施认证标志后 方可出厂销售 进口和在经营性活动中使用 23 04 职责分工 国家质量监督检验检疫总局根据国家有关法律法规 制定国家强制性产品认证的规章和制度 批准 发布 目录 国家认证认可监督管理委员会负责全国强制性产品认证制度的管理和组织实施工作 各地质检行政部门负责履行以下职责 一 按照法定职责 对所辖地区 目录 中产品实施监督 二 对强制性产品认证违法行为进行查处 指定认证机构的职责 一 在指定的工作范围内按照产品认证实施规则开展认证工作 二 对获得认证的产品 颁发认证证书 三 对获得认证的产品进行跟踪检查 四 受理有关的认证投诉 申诉工作 五 依法暂停 注销和撤销认证证书 23 04 1 3 43c认证目录 国家质量监督检验检疫总局和国家认证认可监督管理委员会于二 一年十二月三日发布 第一批实施强制性产品认证的产品目录 目录共有19类132种产品 对列入目录内的商品 从2002年5月1日起受理申请 自2003年5月1日起 后因客观原因推迟到8月1日 未获得强制性产品认证证书和未加施中国强制性认证标志的产品不得出厂 进口 销售 第一批实施强制性产品认证的产品目录 一 电线电缆 共5种 二 电路开关及保护或连接用电器装置 共6种 三 低压电器 共9种 四 小功率电动机 共1种 五 电动工具 共16种 六 电焊机 共15种 23 04 七 家用和类似用途设备 共18种 八 音视频设备类 不包括广播级音响设备和汽车音响设备 共16种 九 信息技术设备 共12种 十 照明设备 共2种 不包括电压低于36v的照明设备 十一 电信终端设备 共9种 十二 机动车辆及安全附件 共4种 十三 机动车辆轮胎 共3种 十四 安全玻璃 共3种 十五 农机产品 共1种 十六 乳胶制品 共1种 十七 医疗器械产品 共7种 十八 消防产品 共3种 十九 安全技术防范产品 共1种 23 04 1 3 53c认证模式 目录 中产品认证适用以下单一的认证模式或者若干认证模式的组合 具体包括 一 设计鉴定 二 型式试验 三 制造现场抽取样品检测或者检查 四 市场抽样检测或者检查 五 企业质量保证体系审核 六 获得认证的后续跟踪检查 产品认证模式依据产品的性能 对人体健康 环境和公共安全等方面可能产生的危害程度 产品的生命周期特性等综合因素 按照科学 便利等原则予以确定 具体的产品认证模式在认证实施规则中规定 23 04 1 3 63c认证程序 目录 中产品认证的程序包括以下全部或者部分环节 一 认证申请和受理 二 型式试验 三 工厂审查 四 抽样检测 五 认证结果评价和批准 六 获得认证后的监督 23 04 1 3 73c认证标志 1 3 7 1认证标志的式样 认证标志的名称为 中国强制认证 英文缩写 ccc 认证标志的图案由基本图案 认证种类标注组成 在认证标志基本图案的右部印制认证种类标注 证明产品所获得的认证种类共四种 认证种类标注由代表认证种类的英文单词的缩写字母组成 如图二中的 s 代表安全认证 s e 代表安全与电磁兼容认证 f 代表消防认证 认证标志的式样见图1 图2所示 23 04 图1 认证标志基本图案 图2a 安全认证标志图案 图2b 安全与emc认证标志图案 图2c 消防认证标志图案 23 04 1 3 7 2认证标志的管理 国家认证认可监督管理委员会根据认证工作需要制定和发布有关认证种类标注 国家认证认可监督管理委员会统一制定 发布认证标志 对认证标志实施监督管理 列入 目录 的产品 必须获得国家认证认可监督管理委员会指定的认证机构 以下简称指定认证机构 颁发的认证证书 并在认证有效期内 符合认证要求 方可使用认证标志 列入 目录 的产品必须经认证合格 加施认证标志后 方可出厂 进口 销售和在经营活动中使用 获得认证证书的产品可以在产品及外包装上加施认证标志 在境外生产 并获得认证的产品必须在进口前加施认证标志 在境内生产 并获得认证的产品必须在出厂前加施认证标志 23 04 1 3 7 3认证标志的制作 申请和发放 统一印制的标准规格认证标志的制作由国家认证认可监督管理委员会指定的印制机构承担 自行制作认证标志的印刷 模压设计方案应当由认证标志的申请人 以下简称申请人 向国家认证认可监督管理委员会指定的机构 以下简称指定的机构 提出申请 经国家认证认可监督管理委员会审批后 方可自行制作 23 04 1 3 83c认证的管理 认证及检测机构 3c认证的管理机构为国家认证认可监督管理委员会 cnal 负责我国3c认证的管理组织和实施工作 认证机构负责受理申请人的认证申请 根据认证实施规则的规定 安排型式试验 工厂审查 抽样检测等活动 做出认证决定 向获得认证的产品颁发认证证书 认证机构在一般情况下 应当自受理申请人认证申请的90日内 做出认证决定并通知申请人 检测机构按照认证的要求对申请认证的产品按认证规则要求对产品进行检测 给出检测结果 第一批获准从事3c强制认证的认证机构共9家 各自在其指定的业务范围内承担强制性产品认证工作 第一批获准从事3c检测的实验室 检测机构 68家 各自在其指定的业务范围内承担强制性产品认证的检测工作 23 04 1 3 9现阶段我国电磁兼容的质量管理 现阶段 我国相应的质量管理部门主要以以下几种方法来展开对电磁兼容的质量管理 对列入3c目录的产品 通过3c认证的方式进行管理 对未列入3c目录的产品 则通过自愿认证的方式进行管理 另外 无论产品是否列入3c目录 只要在国内生产或销售 都需要接受国家或地方的行业或质量管理部门组织的产品质量市场监督抽查和行业监督抽查 对抽查产品的电磁兼容检测按国家相应的强制实施标准进行 23 04 2 电磁兼容测试 电磁兼容是一门与测试技术紧密结合的学科 或者说电磁兼容测试技术是电磁兼容的重要组成部分 影响电磁兼容测试结果的因素要比一般的测试多得多 为了使测试结果具有可比性 需要确定测试项目 统一测试场地 规定测试仪器和设备 在欧盟 按照其emc指令要求 对电子 电器及相关产品既要进行电磁发射测量 还要进行抗扰度测试 但在其他大多数国家或地区 一般只要求电磁发射的测量 包括中国的ccc认证和美国的fcc 但随着时间的推移 预计抗扰度测试的需求将会扩大 下面重点介绍电磁兼容测试场地 测试仪器与测试设备 测试项目和相应的测试方法 以及测量的不确定度 23 04 2 1电磁兼容主要测试场地 2 1 1电磁屏蔽室电磁屏蔽室是对电磁场起隔离作用的设备 有关标准要求许多试验项目必须在屏蔽室内完成 它是一个由低电阻金属材料制作的封闭室体 利用电磁波在金属体表面产生反射和涡流而起到屏蔽作用作用 当它与大地连接后 同时能起到静电屏蔽作用 屏蔽室广泛用于小信号高灵敏度要求的场合及计算机房等 理论上 金属材料均可作为屏蔽室材料 但从电导率 成本及腐蚀等多方面综合考虑 一般采用钢和铜两种材料 常用的有钢 铜 板屏蔽室和丝网屏蔽室 钢板屏蔽室分为焊接式和板块拼装式 用于电磁兼容测量的电磁屏蔽室应有良好屏蔽性能 由于屏蔽门 通风波导 电源滤波器和信号滤波器及接地等是影响屏蔽室总体性能关键部件或重要辅助设施 因此 对不同性能的电磁屏蔽室 需配备相应性能的辅助设施 23 04 1 屏蔽室的屏蔽效能 屏蔽体的屏蔽性能是指模拟干扰源置于屏蔽室外时屏蔽室安放前后室内某点的电场强度 磁场强度或功率之比 屏蔽效能用下式表示 式中h1 e1 p1 无屏蔽体时的磁场强度 电场强度和场功率 h2 e2 p2 有屏蔽体时被屏蔽空间该点的磁场强度 电场强度和场功率 屏蔽室的屏蔽效能按照使用要求和周围环境的电磁场强度来确定 一般使用要求为60 80db 屏蔽效能大于100db称为高性能屏蔽室 屏蔽效能与频率有关 在低频段 如10 100hz 屏蔽效能比高频段差 而当频率高达微波段 如1ghz以上 屏蔽效能也会下降 这与屏蔽体的材料 加工制作工艺和屏蔽室的几何尺寸有关 23 04 2 与电磁屏蔽室有关的辅助设施 a 屏蔽门 屏蔽门是屏蔽室的关键部件 必须精心设计 精心加工 有些材料还需经过特殊工艺处理 如镀银等 小的屏蔽门大都采用手动 而结构尺寸大的屏蔽门一般采用电动或气动 不管大小 当门关闭时 都必须使门 门框与屏蔽室体紧密接触 防止电磁波从门缝处泄漏 的大小 屏蔽门是影响屏蔽效能的主要因素 b 通风波导 又称截止波导 电磁屏蔽室作为一个金属封闭体 室内的通风是通过截止波导来实现的 波导的孔径 深度等几何尺寸根据电磁屏蔽室的屏蔽效能来确定 即在要求的截止频率以下能提供与屏蔽效能相适应的隔离度 空气的流量是按屏蔽室体的空间大小 温度调节范围来进行计算的 一个尺寸较大屏蔽室一般都会有多个通风波导 23 04 c 滤波器 滤波器的作用是滤除线路中传输的高频信号分量 凡进出电磁屏蔽室的所有电缆 包括电源线 信号线 控制线等均需通过滤波器 以滤除其中无用的高频分量 接到电源线上的滤波器称电源滤波器 而与信号控制线连接的滤波器称信号滤波器 滤波器对高频信号的抑制性能用 插入损耗 来衡量 插入损耗不仅取决于滤波器本身的电路结构参数 还取决于与它相连的端接阻抗 负载电流 负载电压及其它因素 23 04 3 接地设施 将屏蔽室与大地用低电阻导体连接起来 称为接地 接地可分为三类 a 避雷接地 防雷电影响 b 电气接地 与电网的连接 保护设备和人身安全 c 高频接地 使高频信号与地构成通路 三类接地的目的用途不同 其接地要求也不一样 对于电磁屏蔽室 一般要求单点接地 23 04 4 通常对屏蔽室的接地要求 a 屏蔽室宜单点接地 以避免接地点电位不同造成屏蔽壁上的电流流动 此种电流流动 将会在屏蔽室内引起干扰 b 为了减少接地线阻抗 接地线应采用高导电率的扁平状导体 c 接地电阻应尽可能地小 一般分三个等级 小于4 小于2 和小于1 d 接地线应尽可能短 最好小于 20 对于设置在高层建筑上的微波屏蔽室 可采用浮地方案 e 必要时对接地线采取屏蔽措施 f 严禁接地线和输电线平行敷设 为了获得低的接地电阻 通常采用地线网络接地以及在铜板和连接铜带周围加降阻剂 效果好的可以做到小于1 23 04 5 屏蔽室的谐振 任何的封闭式金属空腔都可产生谐振现象 屏蔽室可视为一个大型的矩形波导谐振腔 根据波导谐振腔理论 其固有谐振频率按下式计算 式中 f0 屏蔽室的固有谐振频率 mhz l w h 屏蔽室的长 宽 高 m m n k 分别为0 1 2 等正整数 但不能同时取三个或两个为0 对于te型波 m不能为0 屏蔽室谐振是一个有害的现象 当激励源使屏蔽室产生谐振时 会使屏蔽室的屏蔽效能大大下降 导致信息的泄漏或造成很大的测量误差 为避免屏蔽室谐振引起的测量误差 应通过理论计算和实际测量来获得屏蔽室的主要谐振频率点 把它们记录在案 以便在以后的电磁兼容试验中 避开这些谐振频率 23 04 2 1 2电波暗室 1 概述电波暗室 anechoicchamber 是辐射骚扰场强和辐射抗扰度测量的常用场所 又称电波消声室 或电波无反射室 有两种结构形式 电磁屏蔽半电波暗室和全电波暗室 电磁屏蔽半电波暗室由电磁屏蔽室加射频吸波材料组成 侧面和室顶敷设射频吸波材料 地面为反射面 模拟开阔试验场用于辐射骚扰场强测量 若六个内表面全部敷设射频吸波材料 则称为全电波暗室 模拟自由空间用于辐射抗扰度测量 23 04 理想的开阔试验场选址不易 使用不便 建在市区又会因背景噪声电平大而影响测试 于是用于模拟开阔试验场的电磁屏蔽半电波暗室成了应用较普遍的测试场地 美国fcc ansic63 4 日本vcci以及iec cispr等标准准许用电磁屏蔽半电波暗室替代开阔试验场进行emi测试 电波暗室用于电磁辐射骚扰测量和电磁辐射敏感度测量 主要性能指标用归一化场地衰减nsa和测试面场均匀性来衡量 23 04 2 半电波暗室的结构 半电波暗室是用于要模拟开阔试验场的电磁波传播条件 因此其尺寸应以开阔试验场的要求为依据 即测试距离r为3m 10m等 测试空间的长度为2r 宽应为1 73r 3米法测试时 接收天线的高度要求在1 4m范围内改变 10米法测试时 天线高度要求在2 6m范围内改变 如采用垂直极化天线 室内高度应为4 6 m加上天线上半部尺寸和天线顶端与暗室顶部吸波材料尖端间的距离 吸波材料的选择直接关系到暗室的性能 材料的吸波性能越好 即入射电波的反射率越小 对暗室中场强测量产生的不确定度就越小 23 04 常用的吸波材料有单层铁氧体片 角锥形含碳海绵复合吸波材料和角锥形含碳苯板复合吸波材料 几种材料各有优缺点 铁氧体片的特点是低频性能好 占用空间体积小 缺点是高频性能差 另两种材料的特点是工作频率范围宽 高端可达40ghz 承受功率大 目前已有综合了两类材料优点的新型复合吸波材料 23 04 右图所示暗室就是五个内表面贴铁氧体片且在主要部分加含碳海绵复合吸波材料 1ghz以下主要靠铁氧体片起吸波作用 1ghz以上主要是含碳海绵复合吸波材料起作用 23 04 3 电波暗室的测试 暗室在完成屏蔽壳体的建造后 应进行屏蔽效能的测试 在粘贴吸波材料后 则应进行归一化场地衰减和测试面场均匀性的测试 4 归一化场地衰减测试 nsa 既然半电波暗室是为模拟开阔试验场而建造 暗室中的nsa就应和开阔场相一致 测试值与理论值之差小于 4db ansic63 4 cispr22对半电波暗室模拟开阔场的nsa测量作了规定 cispr22还给出了使用宽带天线和推荐尺寸的半电波暗室归一化场地衰减标准值 23 04 5 均匀域测试 均匀域 是一个假想的垂直平面 在该平面中电磁场的变化令人满意地小 该均匀域尺寸为1 5mx1 5m 在布置试验时 应使受试设备受照射的面与均匀域的垂直平面重合 由于靠近参考地平面不可能建立一个均匀场 所以校准的区域在离参考地平面上方不低于0 8m处 以后实际测量时 受试设备也尽可能置于同样的高度上 均匀域的校准在空的屏蔽暗室中进行 在规定的区域内75 的表面上场的幅值偏差在标称值的0db 6db范围内 即认为该场地是均匀的 验证采用16点法 若测量16个点 其中至少有12个点在容差范围内即可 23 04 2 1 3开阔场 cispr所编制的产品辐射骚扰发射试验标准 以及与之对应的我国国家标准 其中30 1000mhz高频辐射电磁场 都是以空间直射波和地面反射波在接收点上相互叠加的理论为基础的 首选的测试场地当数开阔试验场了 开阔场一个平坦 空旷 地面电导率均匀良好 周围无任何反射物的测试场地 为了确保受试设备骚扰场强测试的有效性和重复性 对开阔试验场的传输特性 面积 环境条件 周围的反射体 场地地面及试验场中有关的辅助设施都有一定的限制和规定 1 面积开阔试验场一般应能进行辐射骚扰的3m法 10m法及30m法试验 亦即试品前端表面与天线顶端之间的距离要达到3m 10m及30m 23 04 为此cispr规定把试品和天线分别作为开阔试验场的两个焦点 开阔试验场本身至少是以这两个点为焦点的一个椭圆 椭圆的长轴为焦距的两倍 短轴为焦距的在倍 如下图所示 这样的场地也叫cispr椭圆 23 04 2 环境条件 开阔试验场具有空旷 水平的地形特点 在其周围应不存在如金属构架 钢筋水泥建筑物和高大树木等物体 且应远离公路 特别要避开车辆较多的公路干道 另外 在场地上空应没有架空电线 尤其要避开高频通信电缆及高压线 试验场地周围的射频电平与被测样品电平相比应足够低 或者应比标准规定的试品骚扰电平限值至少低10db 23 04 3 反射地面 开阔试验场为了获得稳定的电波传输特性 必须有一个固定的 面积相当大的反射地面 或称接地平板 反射面用金属材料制成 可由钢板 包括镀锌钢板 金属丝网等构成 板与极之间要用电焊连接 无大的漏缝或孔洞 用金属丝网时 孔径的最大尺寸必须小于波长的十分之一 对于1ghz孔径应小于3cm 反射地面的尺寸以满足场地的有效性为准 场地表面必须平整 同时要考虑排水设施 4 环境保护罩免受气候影响 在试品工作区 一般是转台所在区 应设置一个保护罩 对保护罩的要求是 它对电磁波的传输损耗要小 保护罩的材料可以是薄玻璃纤维板 塑料或经过特殊处理的木头和纤维材料 谨防罩上积聚导电微粒 水及冰粒 保护罩要足够大 能为检测人员的工作留有足够空间 为保护天线及天线升降机构 应当把它们包容在相应的保护罩内 23 04 5 转台 转台是安装样品的专用工作台 转台应能承受样品的重量 为便于测试样品各个方向上的骚扰信号 转台至少应能旋转360 转台表面应平整 台面与反射地面应同在一个平面上 6 天线升降设备按照cispr标准的要求 在进行样品的辐射骚扰试验时 要求接收天线在离地面1 4m 做3m和10m法测试时 或2 6m 做30m法测试时 范围内升降 以便搜索样品辐射骚扰的最大值 在用开阔试验场进行试验时 必须配备能自动升降天线的设备 天线升降速度可调 以配合不同测试仪器对天线升降速度的需求 7 测试仪器的安置在用开阔试验场进行试品的辐射骚扰试验时 测试仪器本身的干扰与抗干扰问题也必须避免 为此 有些试验场地干脆把测试仪器安放在接地板的下方的地下室里 测试人员也在地下室里工作 23 04 8 开阔试验场使用的局限性 开阔试验场简单 且完全符合cispr标准的试验需要 但由于下述原因使开阔试验场的使用受到限制 1 鉴于样品辐射骚扰试验对开阔试验场的要求 在目前一般城市已很难找到合适的场地 需要到远离城市的农村或山区才能找到合适的场地 因此交通不便 测试设备和样品常在运输途中遭受损坏 2 当用开阔试验场进行辐射敏感度试验时 由于需要建立人为的电磁场 可能会干扰周围其他设备的正常工作 妨碍通信 所以要得到当地有关部门 如无线电管理委员会 的许可 3 采用开阔试验场的试验还经常受到气候条件的限制 23 04 2 1 4gtem小室简介 这是近十年才发展起来的电磁兼容测试设备 是根据同轴非对称矩形传输线原理设计的设备 为避免内部电磁波反射和谐振 在外形上设计成尖锥形 输入端采用n型同轴接头 随后渐变为非对称的矩形均匀场区 为使球面波 严格说 由n型接头向gtem室传播的是球面波 但由于尖锥体的张角很小 因而该球面波近似于平面波 从输入端到负载端有良好的传输特性 终端采用电阻式匹配网络与吸收材料共同组成复合负载 前者作为低端频率的电流负载 后者则是高端频率的电磁波吸收负载 23 04 gtem小室结构 23 04 gtem小室中心处的电场强度为 式中 e为电磁场的垂直分量 v m p0为馈至gtem小室的射频功率 w rc为gtem小室的特性阻抗 50 d为芯板以下底板之间的垂直距离 m 从式中可见 较小的gtem小室的芯板与下底板之间的距离 可获得较大的场强 举例说 采用8w的功放 当d的尺寸为1m时 可获得20v m的场强 此例未考虑80 的幅度调制 注意 为保证场的均匀性 试品高度不能超过芯与下底板垂直距离的三分之一 场的极化方向 通过旋转试品的摆放位置来解决 23 04 2 gtem小室抗扰度测试系统简介 由gtem小室构成的测试系统见下图 把受试设备放进小室 接上信号源 经射频功率放大后 即能在小室内建立场强 即可用于小室内的射频辐射电磁场抗扰度试验 23 04 2 2电磁骚扰测量的主要检测仪器和设备 2 2 1emi测量接收机接收机是电磁发射测量的最基本的设备 频率范围可从20hz到40ghz 除谐波电流和电压波动外 其他的电磁兼容发射项目的测试几乎都要用到它 测量接收机是一台具有符合emi测量特殊要求的 频谱分析仪 适用测量微弱的连续波信号 对其基本要求有本机噪声小 灵敏度高 动态范围大 过载能力强 而且在整个测量频段内测量精度能满足 2db要求 测量接收机的组成如图所示 23 04 1 各部分功能 a 传感器 被测信号的输入端口 可由lisn amn 人工电源网络 电压探头 电流探头 各类天线等部件组成 根据测量的目的 选用不同部件来拾取信号 以认为这部分是测量接收机的附件 b 输入衰减器 对外部进来的过大信号或干扰电平给予衰减 调节衰减量大小 保证测量接收机输入的电平在测量接收机测量范围之内 同时也可避免过电压或过流造成测量接收机损坏 它可人工调节或由测量接收机自动调节 c 校准信号源 与频谱分析仪相区别 测量接收机本身提供内部校准信号源 可随时对测量接收机的增益加以自我校准 以保证测量值的准确 d 射频放大器 利用选频放大原理 仅选择所需的测量信号 或骚扰信号 进入下级电路 其他无用信号则排除在外 23 04 e 混频器 将来自射频放大器的射频信号和来自本机振荡器的信号合成产生一个差频信号输入到中频放大级 由于差频信号的频率远低于射频信号频率 使得中频放大级增益得以提高 f 本机振荡器 提供一个频率稳定的高频振荡信号 用于与输入的信号进行差频产生中频 g 中频放大器 由于中频放大器的调谐电路可提供严格的频带宽度 又能获得较高的增益 保证了接收机的总选择性和整机灵敏度 h 检波器 通常具有1 4种检波方式 这四种检波方式为平均值检波 峰值检波 准峰值检波和均方根值检波 i 音频输出 为了给测试人员以明显的提示或感觉 测量接收机通常还内配一蜂鸣器或耳机插孔 j 输出指示 采用表头或显示屏指示电磁骚扰电平值 也可用通讯端口连接到电脑上 通过电脑显示器显示或打印 23 04 2 准峰值测量接收机 采用准峰值检波器的测量接收机称为准峰值测量接收机 准峰值测量接收机的工作频率范围分为 a频段 频率范围为9 150khz 6db带宽 200hzb频段 频率范围为150khz 30mhz 6db带宽 9khzc波段 频率范围为30 300mhz 6db带宽 120khzd波段 频率范围为300 1000mhz 6db带宽 120khz 23 04 3 其它测量接收机 采用平均值检波 峰值检波和均方根值检波的测量接收机分别称为平均值测量接收机 峰值测量接收机和均方根值测量接收机 虽然这些检波器的性能是利用其对规则重复脉冲的响应来规定的 但它们也可用于测量各类非脉冲性质的无线电骚扰信号 如宽带骚扰及某些类型的窄带骚扰 目前 iec cispr正在讨论使用均方根值测量接收机来测量数字式电子设备的无线电骚扰电平 此外 频谱分析仪和音频电压表也常被用于测量骚扰信号 23 04 4 使用注意事项 a 测量无线电骚扰电压 电流 功率及场强时 测量接收机必须与相应辅助测量设备组成系统 主要的辅助测量设备有人工电源网络 电流探头和电压探头 吸收式功率钳及测量场强的天线 为提高灵敏度可加前置放大器 为测量过强信号可加衰减器 b 测量接收机是精密的测量仪器 使用时应注意使用的条件 电源电压 频率 温度与湿度 振动及骚扰信号的量级等 都必须符合仪器的要求 输入端不能加直流电压 因前级电路易损坏 在测量天线端和射频输出端有用信号时应特别小心 某些卫星接收机的天线端有直流馈电 测量时应采取隔直措施 在测量过程中可能出现强脉冲信号的测量 输入端可加限幅器和衰减器加以保护 接收机的输入端一般为英制的n型端口或bnc端口 应避免用公制的连接头连到输入端 而应选用匹配的n型连接头和bnc连接头进行对接 连上及断开连接头用力要均匀 否则易损坏输入端口 23 04 2 2 2人工电源网络 人工电源网络简称amn 或称线路阻抗稳定网络lisn 1 人工电源网络的作用人工电源网络是电源端子传导骚扰电压测量的主要设备 又称线路阻抗稳定网络 它能在射频范围内 在受试设备端子与参考地之间 或端子之间提供一稳定阻抗 同时它能将来自电源的无用信号与测量电路隔离开来 而仅将受试设备的骚扰电压耦合到测量接收机输入端 人工电源网络有两种基本类型 耦合不对称骚扰电压的v型网络和耦合对称骚扰电压和非对称骚扰电压的 型网络 人工电源网络一般配有三个端子 连接电源的电源端 连接受试设备的设备端和连接测试仪器的测量端 23 04 50 50 hv型人工电源网络电路原理图 23 04 2 人工电源网络的网络阻抗 当干扰输出端接50 负载 在设备端测得的相对于参考地的阻抗的模即为人工电源网络的网络阻抗 人工电源网络设备端的阻抗定义为受试设备呈现的终端阻抗 因此 当干扰输出端不与测量接收机相连时 该输出端应接50 的终端阻抗 下面介绍几种常用的人工电源网络 a 50 50 hv型人工电源网络 适用于0 15 30mhz频率范围 b 50 50 h 5 v型人工电源网络 适用于9 150khz频率范围 c 150 v型人工电源网络 适用于0 15 30mhz频率范围 该网络阻抗的模为150 20 相角不得超过20 d 150 型人工电源网络 适用于0 15 30mhz频率范围 23 04 3 隔离 为了确保在所有测试频率上存在于供电电源上的无用信号不影响测量 也许需要在人工电源网络和供电电源之间插入附加的射频低通滤波器 使用低通滤波器后 其阻抗值也应满足网络阻抗值的要求 4 接地人工电源网络应通过低射频阻抗连接到参考地 接地不好 会严重影响测试结果 良好的接地可将amn的外壳与参考地或屏蔽室的一个参考壁直接搭接 或用一个尽可能短宽的 最大长宽比3 1 低阻抗导体来连接 23 04 2 2 3电流探头 电流探头是测量传导骚扰的一种特殊的测量传感器 部分产品标准明确规定用电流探头测量传导骚扰 其优点是不需与源导线导电接触 也不用改变其电路 这种方法的实用性是不言而喻的 用专门改进的卡式电流传感器可以测量线上的非对称骚扰电流 对复杂的导线系统 电子线路等的骚扰测量可以在不打乱正常工作或正常布置的状态下进行 电流探头频率范围可达30hz 1000mhz 当测量常规电源系统100mhz以上的持续骚扰电流时 应将电流探头置于电流最大位置 电流探头在通带内具有平坦的频响 低于通带的频率范围 仍可进行精确测量 只是由于传输阻抗的减少降低了灵敏度 高于通带的频率范围 由于电流探头产生谐振 测量将不精确 电流探头附加屏蔽结构后 可以测量非对称 共模 骚扰电流或者对称 差模 骚扰电流 23 04 1 构造 电流探头的构造能方便地卡住被测导线 被测导线充当一匝的初级线圈 次级线圈则包含在电流探头中 电流探头的卡式构造保证能在不断开电源线的情况下进行测量 23 04 2 特性 插入阻抗 1 传输阻抗 在平坦线性范围 0 1 5 低于平坦线性范围 0 001 0 1 电流探头端接50 附加的并联电容 在电流探头外壳与被测导线之间 小于25pf 频率响应 在规定的频率范围内校准传输阻抗 磁饱和 应规定误差不超过1db时初级导线中最大直流或最大交流电源电流值 外磁场的影响 当将载流导线从探头孔径内移至探头外附近时 指示器应至少减少40db 外电场的影响 对于10v m以下的电场不敏感 位置的影响 使用探头时 任何尺寸的导线放置在孔径内任何部位 在30mhz以下 1db 在30 1000mhz范围内 2 5db 电流探头的孔径 至少15mm 23 04 2 2 4电压探头 电压探头由一个隔直电容器c和一个电阻r串连组成 使得测量线与地之间的总电阻为1500 此探头也可用来测量电源线上和信号线的电压 此时可能需要增加探头的输入阻抗 以避免高阻抗电路过载 电压探头的插入损耗应在9khz 30mhz的频率范围50 系统中校准 任何测量用保护装置对测量精度的影响都不得超过1db 否则应予以校准 要确保被测骚扰电平远大于环境噪声电平 否则测量就没有意义了 连接探头的导线 被测量线和参考地之间形成的环应尽可能的小 以减少强磁场的影响 23 04 2 2 5