电磁兼容测试20100925

1、第二部分 电磁兼容测试北京交通大学电磁兼容国家认证中心 沙斐1.电磁兼容测试综述1.1 电磁兼容测试的重要性电磁兼容主要研究电磁干扰和抗干扰的问题，目的是使在同一电磁环境下工作的各种电子电气器件、电路、设备和系统，都能正常工作，互不干扰，达到兼容状态。构成电磁干扰的三要素为骚扰源、传输途径和敏感设备。骚扰源发出的电磁能量有二条传输途径，可以通过空间辐射以电磁波的形式向外传输，也可以通过连接导线的传导以电压和电流的形式向外传输，即辐射发射和传导发射。敏感设备从空间和连接导线上接收到这些电磁骚扰能量以后，可能引起设备的性能下降甚至于损坏，产生了干扰。因此如何降低骚扰源的发射水平、切断骚扰的传输途径

2、、提高敏感设备的抗干扰能力是电磁兼容的主要研究课题。电磁骚扰源有自然骚扰源和人为骚扰源。自然骚扰源是由自然界的电磁现象产生的电磁噪声，比较典型的有雷电和静电放电（ESD）。特别应该指出的是任何电子电气设备都是人为骚扰源，同时也可能是敏感设备。因此电子电气设备的电磁兼容性（EMC）应包括它作为骚扰源的骚扰发射特性（EMI）和作为敏感设备的抗干扰特性（EMS），设备的抗干扰能力可用敏感度或抗扰度表示，对骚扰的敏感度越低，则抗扰度越高。骚扰源的研究包括骚扰源的定位、骚扰发生的机理、骚扰的时域定量描述波形、骚扰的频域定量描述频谱、如何从源端来抑制骚扰的发射。敏感设备的研究包括敏感点的定位、干扰发生的机

3、理、干扰的时域定量描述波形、干扰的频域定量描述频谱、如何提高设备的抗扰度。传输途径的研究包括干扰传输途径的确认、切断干扰传输途径的方法，最常用的屏蔽、滤波、接地等方法的抑制效果。以上对干扰三要素的研究必须通过电磁兼容测试来实现，因此可以说电磁兼容测试是使设备达到电磁兼容性要求的必不可少的手段，贯穿在产品的设计、开发、生产、使用和维护的整个生命周期。电磁兼容测试安照其目的可分为诊断（预）测试和符合性（一致性）测试。产品在研发阶段和送权威实验室检测之前进行的预测试、生产线上的质量控制测试、送检产品不合格后的整改测试等都属于诊断（预）测试，其目的是调查是否存在电磁兼容问题和产生的原因，确定产生骚扰和

4、被干扰的具体部位，在采取抑制措施后有否改进。诊断（预）测试并不要求完全按标准在正规实验室中进行。产品在定型和进人市场之前必须进行符合性（一致性）测试，即根据有关电磁兼容标准规定的方法对设备进行测试，评估其是否达到标准提出的要求。国家产品强制认证制度（3C 认证）规定的电磁兼容测试就是属于符合性测试。1.2 电磁兼容测试标准电磁兼容测试标准的内容一般包含以下内容:1. 测量场地 -各项测试必须在标准规定的场地上进行，例如开阔场地、半电波暗室、全电波暗室、屏蔽室 、TEMCELL、G-TEMCELL、混响室 等。这些场地为测试提供了一个稳定的可靠的测试环境，并尽量避免了测试环境和周围环境的相互影响

5、。有些标准还规定了这些场地的性能指标和测试方法。2. 被测设备（EUT）的配置和工作状态- EUT的配置指主机以外的负载、外设、辅助设备等，工作状态指EUT可能存在的各种各样的工况。配置和工作状态的选择应能代表实际中的典型应用情况，并且对于EMI测试，EUT应为发射最大的状况，对于EMS测试，EUT应为最敏感的状况。3. 测量仪器和设备-各项测试必须使用标准规定的测量仪器和设备进行，例如测量接收机、频谱分析仪以及天线、人工电源网络（LISN）、功率吸收钳、耦合去耦网络（CDN）等。有些标准还规定了这些测量仪器和设备的性能指标和测试方法。4. 测量方法-测量布置、试验程序 、注意事项。测量布置指

6、EUT的安放和布线、测量仪器和设备的安放和布线、二者之间的相互位置。试验程序包括EUT和测量仪器的开机、状态设定、校准、测量步骤、数据记录和注意事项等全过程。5. 数据处理和试验报告-根据标准规定的统计方法对实测数据进行处理，并对试验结果作出评估。试验报告应给出各项测试的不确定度。不确定度的评定比较复杂，牵涉到很多理论问题，有些标准对此做了相应的规定。6. 限值-标准分别规定了EMI测试限值和EMS测试限值。l EMI测试是测量被测设备向外界发射的骚扰，EMI测试限值用频域值表示，即限值是针对每一个频率而言的，所有频率点的骚扰测试结果必须低于限值才能判为合格。限值有准峰值限值、平均值限值、峰值

7、限值等。辐射发射限值用场强或功率表示，传导发射限值用电压、电流或功率表示。l EMS测试是给被测设备外加标准规定的各种骚扰，测试设备的抗扰度， EMS测试限值用试验等级和性能判据表示。测试结果必须满足限值要求的试验等级和性能判据才能判为合格。试验等级表示所加骚扰的严酷程度，分为1、2、3.X级，等级越高强度越大。性能判据反映加入骚扰后EUT性能下降的情况，性能判据可分为A、B、C、D四级：A：EUT工作完全正常；B：EUT工作指标或功能出现非期望偏离，但仍在允许的范围之内，并且当骚扰去除后可自行恢复；C：EUT工作指标或功能出现非期望偏离，骚扰源去除后不能自行恢复，必须依靠操作人员的介入，例如

8、“复位”（不包括技术人员进行的硬件维修和软件重装）方可恢复；D：EUT的元器件损坏，数据丢失、软件故障等。电磁兼容测试的标准可分为以下几类：1、基础标准-例如：CISPR16-2(GB/T6113.2)无线电骚扰和抗扰度测量方法、 IEC61000-4-1 （GB/T17626.1 ）电磁兼容 试验和测量技术 抗扰度试验总论 等标准。2、通用标准-例如：A类(工业环境)、B类(居民区、商业区及轻工业环境) 等标准。3、产品类标准-例如：信息技术设备 、家用电器/电动工具 、工科医设备、声音和电视广播接收机等标准。4、产品标准基础标准的内容包括测量场地、被测设备（EUT）的配置和工作状态、测量仪

9、器和设备、测量方法、数据处理和试验报告等基础规定，但不包括限值。限值由产品标准、产品类标准和通用标准规定。这些标准都采用了基础标准，并在此基础上针对产品的实际情况作出了进一步的规定。对产品进行电磁兼容测试时如果没有专门的产品标准可以遵循，则一般按产品类标准测试；如果产品类标准也不适合，则可按通用标准测试。应该指出的是电磁兼容测试并不仅仅是根据标准的规定进行的简单操作。同样的测量仪器、场地和测试步骤，不同的人操作得出的结果可能大相径庭，这主要取决于操作人员的素质。电磁兼容测试人员应具备：1、广泛的理论知识，因为电磁兼容问题涉及到电磁场、微波、传输线、天线、电波传播、电路、计算机等基础理论。2、应

10、能熟练操作各种测量仪器和设备并了解其工作原理。3、对标准规定的方法要进行仔细的研究，知其然，还要知其所以然，对标准制订中所体现的：科学合理、贴近实际、便于操作、提高精度等精神有所领会。4、在实际测试中，能对测试结果进行正确的分析和评估。如果发现是测试本身存在问题，则应能及时修正。如果是EUT不合格，则能提出适当的整改意见。1.3 设备的等效天线电磁兼容标准规定的测试方法是根据电子电气设备作为骚扰源的骚扰发射方式和作为敏感设备的接收干扰的方式制订的，因此有必要先对这种发射方式和接受方式进行简要的阐述。在考察骚扰通过空间的传输途径进行相互干扰时，电子电气设备可以等效成磁场天线和电场天线。这些天线既

11、可以向周围空间发射骚扰电磁波，在空间产生的总场强是这些等效天线发射的场强的矢量迭加，即考虑幅度、相位、方向后的迭加；也可以接收周围空间的骚扰电磁波，从而引起干扰。（如图1、图2所示） 图1磁场发射天线和接收天线 图2 电场发射天线和接收天线 1. 设备可以等效成磁场天线电子电气设备内部存在大量的信号回路。无论是数字电路还是模拟电路，只要电路中有交变的电流流过，在电路周围就会产生交变的磁场。根据麦克斯韦方程式，交变的磁场会产生交变的电场，交变的电场又会产生交变的磁场，如此周而复始，电磁能量就会以电磁波的方式向外辐射传播。因此，每个信号回路都构成一个交变电流的环路，就都可以看成是一个磁场天线。供电

12、环路（即使是直流供电环路）也可等效为磁场天线，这是因为芯片或晶体管等任何非线性器件在工作时也会向电源中注入交变的电流。在大规模集成电路芯片中集成了大量的电路，故而集成电路芯片也可等效成大量磁场天线的总合。磁场天线（如图3所示的平行双线环路）的发射场强E（V/m），可用下式表示： （1）E（V/m）与环路中的电流强度I（A）、环路面积A（m2）、频率平方f2(Hz2)成正比，与距离r(m)成反比。当一个环路的A=1cm2，I=100mA，f=50MHz，r=3m时，环路产生的场强E=40.8dB(µV/m)超过了信息技术设备标准（GB9254）规定的B级产品的辐射限值40dB(

13、1;V/m)。此例说明了电磁兼容问题的严峻性。因此尽量减小环路面积是电磁兼容设计中的重点，特别是对于高频高速电路尤为重要。为了减少设备的辐射发射，常常用金属机箱作为屏蔽层。完整的金属层通常屏蔽效能可达到100dB，即使是在工程塑料上喷涂一层薄薄的金属，其屏蔽效能也能达到60dB以上。但只要金属层上开有孔缝，屏蔽效能就可能大大降低，而机箱是不可能没有孔缝的。设备内部的磁场天线辐射的电磁波可以通过机箱孔缝漏泄到周围空间去。 图3 平行双线环路的磁场发射天线和磁场接收天线反之，空间的骚扰磁场也可以通过孔缝穿过金属屏蔽机箱，直接作用到各个电路（磁场天线）上。天线是互易的，既可发射，也可接收，磁场会在闭

14、合环路中产生感应电压e，从而对电路产生干扰。 （2）2. 设备可以等效成电场天线这里先举一个例子。在测量台式计算机的辐射发射RE时发现：如果计算机是标准配置（主机、CRT显示器、键盘、鼠标），测量结果是合格的（如图4）；但一旦插上一根打印机电缆（另一端悬空，未接打印机），RE测量结果就会在相当多频率点超标（如图5）。 图4标准配置的RE测量结果 图5标准配置加打印机电缆的RE测量结果类似的情况也可能发生在插上网线、串口线、并口线等其他线缆时，这种现象相当普遍。很多设备都有外部连接线，包括信号线、控制线、I/O线、电源线等，这些外部连接线就构成了电场天线的一部分。电场天线的另一部分往往是印刷电路

15、板（PCB）的地线、散热片、金属支撑架、机箱等。这二部分等效于一副不对称的振子天线。机箱本来是起屏蔽作用的，此时却变成了电场天线的一部分，一起参与辐射发射（见图6）。外接电缆一般较长，当未接外接电缆时电场天线缺了一部分，发射效率差，所以RE可能不超标；但接上后电场天线的发射效率大大增加，从而使RE超标。 （3） 图6 外接电缆和机箱构成的电场发射天线设备外接电缆作为等效电场天线的一部分，其上流过的共模电流并非处处相等，而是以驻波形式分布的。即天线顶端的电流为零，与频率无关。顶端指向源端的幅度以正弦形式变化，峰值-峰值和谷值-谷值之间的长度为/2，峰值-谷值之间的长度为/4，因此不同频率的电流分

16、布也不一样。等效电场天线是由共模骚扰源驱动的。在电路原理图上该共模骚扰源并不存在，它是在产品设计时没有充分考虑电磁兼容设计原则而产生的。有用的信号源可以通过电流驱动模式或电压驱动模式产生共模骚扰源。当电路的频率高、电流大、设计时环路面积过大，回流地的分布电感量大，大信号电流就会在回流地上产生电压降，该电压降就是共模骚扰源。如回流地有外连接线，它就构成了天线的一部分，就会有高频共模电流在该线上流出。通常该线往往是一匝线缆中的一根或者是某条多芯电缆中的一条芯线，该匝电缆中还有其他的线，通过线与线间的分布电容，高频共模电流就会耦合到该匝的其他线上，因而整个外接电缆都有高频共模电流流过。这种驱动方式是

17、由于大信号电流在回流地的分布电感上产生的共模骚扰源，称为电流驱动模式。当有用信号源的的高电位端与PCB上方的悬空金属体（例如散热片、金属支架、集成电路的空管脚等）直接连接或者通过分布电容形成高频连接时，该有用信号源就变成共模骚扰源。此时，天线的一部分是PCB上方的这些悬空金属体，由于有用信号源的低电位端一般是接地的，所以天线的另一部分为回流地及其延伸到机箱外的电缆，这种驱动方式称为电压驱动模式。设备的等效电场天线也是互易的，既可发射，也可接收。 图7 外接电缆和机箱构成的电场接收天线外部连接电缆（电源线、信号线、控制线） 作为等效电场天线也可接收空间干扰电磁场，产生感应电流（或电压）通过传导方

18、式侵入设备内部。（见图7）电场天线的接收电压（场-电缆的干扰）为： e=El(有效长度） （4）1.4 共模电流和差模电流在考察骚扰通过导线的传输途径相互干扰时，应先搞清电流在导线上传输的两种方式：共模方式和差模方式。一对导线上若流过差模电流，则两条线上的电流大小相等，方向相反，驱动源是线线之间的差模源。一般有用信号都是差模电流。一对导线上若流过共模电流，则两条线上的电流方向相同（但不一定相等），驱动源是线地之间的共模源。骚扰电流在传输线上既可能以差模方式出现，也可能以共模方式出现。例如AC/DC开关电源在火线L和零线N之间的工作电流是差模电流。由开关电源产生的，通过设备电源线向外发射的骚扰，

19、或由外部通过设备电源线进入开关电源的骚扰，如发生在L-N线之间是差模电流，如发生在L-PE（保护地线）或N-PE线之间是共模电流。传输线对上的电流形式可以方便地用电流钳来判定。电流钳由一个分成两半环的高磁导率磁芯组成，磁芯上绕有若干匝线圈作为接收线圈。当电流钳卡到被测导线上时，被测导线上的电流在磁芯上产生磁通，磁通在接收线圈上产生感应电压，把这个感应电压接到频谱仪或示波器上就可以测得被测电流的幅度、波形、频谱等，一般电磁兼容用的电流钳都具有很宽的频带。如把电流钳卡在单根导线上（如图8所示），测到的是该根导线上所有电流的矢量迭加结果，包括工作电流、骚扰差模电流和骚扰共模电流。如把电流钳卡在导线对

20、上，测到的仅是导线对上的共模电流，因为差模电流同时穿过电流钳时在磁芯上产生的磁通大小相同，方向相反，互相抵消。 图8 电流钳判定电流形式 图9磁场探头判定共模电流如果没有电流钳，用磁场探头也可判别是否有共模电流（如图9所示），磁场探头实际上就是一个多匝线圈，当磁力线穿过线圈环面时线圈产生感应电压，测量该电压就能计算出磁场来。实际应用时导线对往往是紧靠在一起的，差模电流在周围产生的场很小甚至互相抵消，所以把磁场探头靠在导线对的旁边，如能测得较强的磁场时，说明导线对上肯定有共模电流。磁场探头应该放在导线对旁边，不能放在导线对上面，因为这样放置，将会有等量的但方向相反的磁力线穿过探头。 1.5 电磁

21、兼容测试项目电磁兼容(EMC)测试安照其内容可分为电磁骚扰（EMI）发射测试和设备的抗扰度（EMS）测试。一般包括以下测试项目。EMI测试- 辐射发射（RE）、传导发射（CE）、骚扰功率、断续骚扰喀呖声、电源工频谐波、电源电压波动和闪烁等。EMS测试- 辐射抗扰度 （RS）、传导抗扰度（CS）、静电放电（ESD）、电快速瞬变脉冲群（EFT）、浪涌、振铃波浪涌、电源电压暂降及其短时中断和电压变化、工频磁场、脉冲磁场等。民用设备的电磁兼容测试一般按以下频率段进行：A频段9150kHz；B频段0.1530MHz；C频段30300MHz；D频段3001000MHz；1GHz以上频段。以下章节将对各项测

22、试进行较详细的分析。2.电磁骚扰发射测试电磁骚扰发射（EMI）包括辐射发射（RE）和传导发射（CE）。辐射发射测试是测量受试设备（EUT）通过空间传播的骚扰辐射场强。传导发射测试是测量受试设备（EUT）通过电源线或信号线向外发射的骚扰电压和电流。2.1 骚扰的辐射发射测试（9KHz18GHz）在30MHz18GHz频率段，测量骚扰的电场强度。1GHz以下使用开阔场地或半电波暗室，模拟半自由空间；1GHz以上使用全电波暗室，模拟自由空间。如采用替代法测量，则测试场地可用开阔场地、半电波暗室或全电波暗室，测量结果用发射功率表示。在9KHz30MHz频率段，测量骚扰的磁场强度。如果EUT较小，则将其

23、放在大磁环天线（LLA）中，测量骚扰磁场的感应电流。如果EUT较大，则采用远天线法，用单小环在规定距离测量骚扰的磁场强度。2.1.1 30MHz1000MHz频率段的辐射发射测试为了对辐射骚扰有一个统一的度量，标准不但对测量布置、测量方法作了规定，而且对骚扰测量仪、天线和测量场地都作了严格的规定，现分别加以讨论。.1 测量布置和测量方法标准要求测试在开阔场地或半电波暗室内进行，场地必须符合NSA（归一化场地衰减）的要求。测试布置如图10所示。测试天线和受试设备（EUT）之间的距离应符合远场条件，标准规定为3、10m或30m。远场的场结构比较简单，电场方向、磁场方向和电波传播方向三者互相垂直，波

24、阻抗即电场强度与磁场强度之比为377，场强随距离一次方衰减。近场的场结构比较复杂，在电波传播方向存在电场或磁场的分量，三者不一定互相垂直，波阻抗不为常数而是随距离变化，场强随距离平方或三次方衰减。图10 30MHz1000MHz辐射发射测试的布置比较近场和远场的特性可知，在远场条件下测量场强一致性和重复性较好，测量误差较小。在远场条件下测试距离d应满足下列情况：a) d /2, 如EUT被看作是偶极子天线，则误差为3dB。b) d ， 可看作是平面波，如EUT被看作是偶极子天线，则误差为0.5dB。c) d 2D2/， D为EUT的最大尺寸，该条件仅适用于D>>的情况。在30MHz

25、1000MHz频率段，为10m0.3m, d=3m、10m、30m时都符合上述远场条件。国内暗室绝大部分只能进行3m法测试,而标准上给出的限值很多都是针对10m法测试的,所以应该将它们转换为3m法的限值,转换公式为：L2 L1 (d1/d2)或L2 (dB) L1 (dB)+ 20lg(d1/d2) （5）式中L1和 L2分别为测试距离为d1 和d2时的辐射限值,例如GB9245中仅规定了信息技术设备在10m 测量距离处的辐射骚扰限值，由此可转换为3m处限值，如表1所示。表1 B级ITE在10m和3m处的辐射限值频率范围（MHz）准峰值限值dB(µV/m)10m3m302303040

26、23010003747一般不同频率段的限值是不一样的，过渡频率点应该采取较低的限值，表1中230MHz的限值应取较低值：30dB(µV/m)（10m法），40dB(µV/m)(3m法)。在确定测试距离时常遇到起始点和终止点的问题，起始点是被测设备（EUT）的边框，这在标准上有明确的规定。终止点应该在天线的什么部位？当天线是对称振子天线或双锥天线时，终止点在天线的中间部位。当天线是喇叭天线时,终止点应为喇叭口。但当天线是对数周期天线和混合宽带天线时，终止点就不好确定，标准中也没有明确规定。对数周期天线，根据其工作原理，在频率较高时是短振子起作用，；频率较低时是长振子起作用。如

27、果把终止点定在对数天线的顶端，则高频测量时距离约为3m，而低频测量时距离偏移较大。由于天线接收的场强Ef/d，而由距离引起的测量误差为Efd/d2，显然对于同样的距离偏移，频率越高，产生的场的测量误差就越高，所以笔者认为终止点放在对数周期天线的顶端比较合适。如果天线上已有天线中心的标记，则终止点放在天线中心的标记处。由于达标测试是测量EUT可能辐射的最大值，所以EUT应放在转台上（可360°旋转）以便寻找EUT的最大骚扰辐射方向。台式EUT离地面高度通常为0.8m，立式EUT则直接放置地面，接触点与地面应绝缘。接收天线的高度应该在14m（如测试距离为3m或10m）或26m 图11 辐

28、射电磁波的直达波和反射波 （如测试距离为30m）内扫描，记录最大辐射场强。EUT的辐射电磁波到达天线有两条途径(如图11所示)。一条是直达波，一条是通过地面的反射波，天线接收到的总场强为直达波和反射波的矢量和，即 （6）由于二条路径长度不同，电磁波到达天线所需时间不同，因此和有一定相位差，总场强与有关。如果和同相，则两者相加，总场强最大；如果和反相，则两者相减，总场强最小。与天线高度有关，当接收天线在14m之间移动时，接收到的场强也以驻波方式变化，波峰和波谷间的高度差约为/4，因此可以保证在30MHz仍能找到最大场强。由于骚扰场强的水平极化分量和垂直极化分量是不同的，所以测量时应把天线水平放置

29、测水平极化分量，垂直放置测垂直极化分量。垂直放置时天线的最低端离地应大于25cm,以免影响天线的性能。整个测试系统是同轴传输系统，应该保持阻抗匹配，即天线的阻扰、同轴电缆的特性阻抗和干扰测量仪的输入阻抗都应相等，一般为50。阻抗不匹配将引起反射，从而影响读数的准确性。目前自动化的EMI测试系统己普遍使用，测量仪、天线塔、转台都用GPIB（IEEE-488）接口连接，由计算机控制，进行自动测试、数据处理和报告生成。当设备的电磁辐射发射量超过相关电磁兼容标准规定的限值后，许多人常常想当然地把超标原因归结为屏蔽问题，于是把机箱上所有的孔缝都用带导电胶的金属箔封闭，把机箱用导线和测试室的金属地板连接，

30、以加强所谓的“屏蔽接地”效果。但测试结果仍然超标，有时结果甚至更差，超标的频率点也可能发生变化。因此有必要首先分析一下设备辐射发射的机理。根据以上所述，设备的辐射发射可能由等效磁场天线发射，通过机箱的孔缝泄漏到空间，也可能由等效电场天线通过机箱外接电缆向空间发射。在RE测试时接收天线测到的是这二种天线发出的场强的矢量迭加。所以当RE测试结果超标时，应先判断那种天线的发射是主要因素。如果外接电缆允许插拔，可以简单地通过插拔外接电缆来判断：如果插拔时骚扰强度有明显的变化，则可判断是电场天线起主要作用。但有时外接电缆不允许插拔，例如设备正常工作必须依靠外接电缆和辅助设备连接，或者设备的电源线不能拔掉

31、。这时可用“电流钳”夹住电缆，如电缆上有共模电流，则电流钳就会有电压输出，把输出接到频谱仪，就可看到共模电流的频谱。大量实践表明，该频谱和RE测试时天线接收到的频谱有很强的相关性。如果插拔外接电缆无明显变化，或用“电流钳”测不到共模电流，则辐射发射主要是由机箱泄漏引起的。这时可用近场磁场探头接频谱仪，探测机箱上的孔缝。如发现某孔缝漏泄较大，可用带导电胶的金属箔封闭该孔缝（注意金属箔应与机箱导电面良好搭接），考察RE测试结果是否改善，从而确定漏泄的孔缝。注意探测孔缝漏泄应该用近场磁场探头，不用近场电场探头，因为孔缝漏泄主要是磁场漏泄。金属体一般是等电位的，电场探头测到的值变化较小，不易判断。 .

32、2 骚扰测量仪骚扰测量仪实际上是一台超外差式选频电压表。骚扰波形通常是由很多频率组成的，骚扰测量仪可用来测量这些频率的电压幅值。图12是其电路方框图。其电路结构类似于半导体收音机。测量时先将测量仪调谐，对准某个频率fi。该频率经高频衰减器和高频放大器后进人混频器，与本地振荡器的频率fl混频，产生很多混频信号。经过中频滤波器以后仅得到中频f0flfi。中频信号经中频衰减器、中频放大器后，由包络检波器进行包络检波，滤去中频得到其低频包络信号A（t）。A（t）再进一步进行加权检波，加权可根据需要获得A（t）的峰值（Peak）、有效值（rms）、平均值（Ave）或准峰值（QP），这些值经低频放大后可推

33、动电表指示。测量前如果用校准信号发生器的信号进行预先校准， 则可以直接读数。骚扰信号的读数等效于正弦信号的有效植。图12 骚扰测量仪的电路框图由于很多骚扰都是脉冲性的，所以骚扰测量仪应能测量脉冲信号，这是它与一般电压表的不同之处。设输人信号是幅度为A、宽度为、周期为T的脉冲信号。由图12可见其中频信号波形（b）点为载波频率为中频f0的调幅信号，其包络幅度为2AGB，G为中频放大器和以前各级电路的增益，B为中频带宽；包络主瓣宽度为2/B，两个主瓣之间间隔为T包络检波器后的波形（c）点只不过是滤去中频载波后的中频包络。由于包络的宽度和幅度都与中频带宽B有关，因此测量仪的中频带宽一定要有统一的规定

34、否则对于同一脉冲信号，由于中频带宽不同，测量结果可能不同，这是与仅能测量正弦波的电压表的一个不同之处。对同一个脉冲输人信号的中频输出波形进行不同形式的加权检波，可能得到不同的值，一般包络的峰值准峰值有效值平均值。骚扰测量中的发射限值（即标准允许的最大骚扰发射量）绝大多数都是以准峰值形式规定的，因为准峰值可以反映人耳或人眼对脉冲骚扰的响应，当脉冲很快上升时，人耳不能立即反应，当脉冲跌落后，人耳的感觉仍有滞留效应。加权检波的形式是由检波电路的充放电时间常数决定的，充电慢、放电快得到的加权值就越低，所以对准峰值的充放电时间也要有统一规定。这是与仅能测量正弦波的电压表的又一个不同之处，因为对于正弦波输

35、人信号，其中频输出波形的包络的峰值、准峰值、有效值、平均值都是相等的。图12中（d）点的波形是准峰值加权波形，（e）点是电表读数。由于电表具有一定的惯性（即电表机械时间常数）所以电表读数将受一定影响，因此标准规定电表应处于临界阻尼状态，并具有确定的机械时间常数。虽然现在大多使用数字化电表，该指标仍然保留，只要在A/D变换器后加一个二阶低通滤波器即可。由于骚扰测量仪以测量脉冲信号为主，脉冲幅度往往很大，所以测量仪还应该具有较大的过载能力，以免把脉冲顶部削掉。综上所述，骚扰测量仪必须具有统一的中频带宽、检波器充放电时间常数、电表机械时间常数和过载系数，这样才能保证在测量同一脉冲信号时得到一致的结果

36、。表2为GB/T6113.1规定的骚扰测量仪在各频率段的指标。表2 骚扰测量仪的四大类指标指标名称频段ABC和D6分贝处的带宽200Hz9kHz120kHz准峰值电压表的充电时间常数45ms1ms1ms准峰值电压表的放电时间常数500ms160ms550ms临界阻尼指示仪器的机械时间常数160ms160ms100ms检波器前电路的过载系数（高于使指示器产生最大偏转的正弦波信号的电平）24dB30dB43.5dB接入检波器与指示仪器之间直流放大器的过载系数（高于相应于指示仪器满刻度偏转的直流电压电平）6dB12dB6dB为了鉴别骚扰测量仪是否达到了表2规定的四大类指标，标准又进一步规定了骚扰测量

37、仪的绝对脉冲特性和相对脉冲特性。所谓绝对脉冲特性指输人规定的周期脉冲信号时骚扰测量仪的读数应达到规定的值。绝对脉冲特性见表3。表3 骚扰测量仪的绝对脉冲特性频段a（Vs）b（MHz）c（Hz）频段a（Vs）b（MHz）c（Hz）A13.50.1525C0.044300100B0.31630100D0.0441000100表3的含义是：在A、B、C、D各频段内，分别输入各自的标准周期脉冲，要求脉冲的幅度×宽度等于a（Vs），重复频率为c（Hz），该周期脉冲的频谱至少应该在b（MHz）以下是均匀的，脉冲信号发生器的源阻抗应和骚扰测量仪输入阻抗相等。对于该输人信号，骚扰测量仪在该频段的任何

38、频率上的读数都应该等于60dB（V）。所谓相对脉冲特性指输人周期性脉冲信号时，脉冲的重复频率越高，其读数越高，重复频率低，读数低。当读数不变时输人脉冲的幅度和重复频率的关系应符合表4的规定。表4中各频段的输入脉冲的相对等效电平，以绝对脉冲特性中的该频段的标准周期脉冲的幅值为基准（定义为0dB）。如果骚扰测量仪的绝对脉冲特性和相对脉冲特性都符合表3和表4的要求，则说明该骚扰测量仪的四大类指标基本符合表2的要求。表4 骚扰测量仪的相对脉冲特性重复频率（Hz）脉冲的相对等效电平（dB）重复频率（Hz）脉冲的相对等效电平（dB）A频段B频段C和D频段A频段B频段C和D频段1000-4.5±1

39、0-8.00±1.0104.0±1.010.0±1.514.0±1.51004.0±1.00（基准）0（基准）57.5±1.0-603.0±1.0-213.0±2.020.5±2.026.0±2.0250（基准）-117.0±2.022.5±2.028.5±2.020-+6.5±1.0+9.0±1.0孤立脉冲19.0±2.023.5±2.031.5±2.0骚扰测量仪除了具有准峰值测试功能外，一般还具有峰值和平均值测试

40、功能，峰值检波器的放电时间常数(TD)和充电时间常数（TC）的比值要远远大于准峰值检波器，各项段的TD/TC值如表5所示。表5. 骚扰测量仪峰值测量时的指标频段ABC和DTD/TC1.89×1041.25×1061.67×107B6带宽100300Hz810kHz100500kHz优选带宽200Hz9kHz120kHz峰值测量时中频带是可以选择的，其选择范围和优选值如表5所示，在给出骚扰电平时应标明所选带宽。对于非重叠骚扰，指中频段输出波形中的各个主瓣不重叠，见图3中（b）点波形，由于峰值测量结果和带宽成正比，所以测量结果也可用对于1MHz带宽的归一化值V1MHz

41、 (dB/MHz)来表示。V1MHz (dB/MHz)(dB)+20lg 1MHz/Bimp (7)式中Bimp为脉冲带宽,与6dB带宽B6 的关系为Bimp =1.05 B6。(dB)为使用Bimp带宽时的峰值测量读数, 20lg 1MHz/Bimp为1MHz和Bimp的比值的对数。峰值测量所需的过载系数比峰值测量小的多，检波器前电路的过载系数只需比1稍大些即可。峰值测量时的绝对脉冲特性的含义和准峰值测量是相同的，只不过输入的标准脉冲强度不同，标准规定为脉冲幅度×宽度=1.4/Bimp(ms), Bimp单位为Hz ,具体数值见表6。对于标准脉冲输入,测量仪在该频段上的任何频率上的

42、测量结果均应该等于60dB()。骚扰测量仪用于平均值测量时，带宽的选择同峰值测量方法。检波器前电路对于脉冲重复频率为fPR 的脉冲过载系数应该为Bimp/fPR，但是实际上当fPR很低时，接收机不可能提供足够的过载系数。平均值测量时要求的绝对脉冲特性和峰值基本一样,但各频段的重复频率不同，即输入标准强度为1.4/Bimp(ms),重复频率为频段：25Hz;B频段：500Hz;C和D频段:5KHz。对于标准脉冲输入,测量仪在该频段上的任何频率上的测量结果均应该等于60dB()。骚扰测量仪可以进行准峰值测量、峰值测量和平均值测量。当输入信号是正弦波时，无论用何种方式测量，得到的读数都是相同的，等于

43、该正弦波的有效值，精度应优于±2dB。但是如果输入的是周期脉冲信号，则三种测量方法得到的读数是不一样的，其结果如表7所示。表6 峰值测量时的绝对脉冲特性频段脉冲重复频率(Hz)脉冲强度（ms）脉冲带宽Bimp（z）峰值与准峰值表头指示比A256.67x10-30.21x1036.1B1000.148x10-39.45x1036.6C和D1000.011x10-3126.0x10312表7 峰值、准峰值和平均值测量的结果比较信号类型峰值测量准峰值测量平均值测量正弦波EEE周期脉冲BimpBimpP()fPR表中 E正弦波的有效值；脉冲强度，等于脉冲幅度×脉冲宽度，单位：mSB

44、imp脉冲宽度；Bimp=1.05B6fPR脉冲重复频率；P()准峰值检波效率，与检波器的充、放电时间常数、脉冲重复频率和带宽有关，P()1。由表7可知，峰值测量结果准峰值测量结果。表6中列出了输入标准脉冲，在标准宽带情况下峰值与准峰值表头指示之比值。表8列出了具有相同带宽的准峰值和平均值表头指示之比值，由表可知，准峰值平均值。对于规则的周期性脉冲可以根据表7来进行峰值、准峰值、平均值之间的转换。但是一般骚扰都是随机的，很难进行彼此间的换算，因此有些标准同时规定了发射测量的准峰值限值和平均值限值。表8 在相同带宽条件下准峰值和平均值表头读数之比值频段脉冲重复频率（Hz）251001000100

45、00A12.44.5-B-32.917.4-C和D-50.138.120.8在准峰值测量时，如想要在某个频率点得到较稳定的测量值，则测量时间应大于检波器充放电时间和电表机械时间常数之和，并且测量不止一个周期，所以一般准峰值测量时间要求比较长。如果测量仪具有扫频测量功能，则设置的扫描时间应符合表9的规定。在实际测量中，往往先用峰值进行全频段测量，然后再对超过限值的频率点进行峰值测量，这样可以大大节省测量时间。表9 最小扫频时间频段峰值检波准峰值检波A（9150kHz）100ms/kHz20s/kHzB（0.1530MHz）100ms/MHz200s/MHzC和（301000MHz）1ms/MHz

46、20s/MHz综上所述骚扰测量仪由于规定了四大类指标和二个脉冲特性，所以可以测量脉冲信号和正弦信号，在测量正弦信号时无论采用哪一种检波方式，结果都是一样的。一般的电压表（包括场强仪）仅能测量正弦波，不能测量脉冲信号。骚扰测量仪目前市场上有二种基本类型，一种是测量接收机类型，它是单频点测量，灵敏度较高，自动化程度高的可以自动扫描各频点。另一种是频谱分析仪类型，可以显示整个频段，但灵敏度稍低些。但是无论什么类型的测量仪，只有符合GB/T6113.1规定的四大类指标和二个脉冲特性后才能进行EMI测量。.3 测量用天线天线用来接收骚扰电磁场，把场强转变成电压，骚扰测量仪测量的是转变后的电压值，所以测量

47、仪的读数只有加上天线系数后才能得到骚扰场强，如果连接天线和测量仪的同轴电缆有损耗，则还应加上损耗值，即骚扰场强dB（Vm）测量仪读数dB（V）十天线系数（dB）电缆损耗（dB）(8)每部天线都有天线系数，该系数与频率有关，曲线一般由天线制造商给出。电磁骚扰测量中常用的天线为宽带天线，便于自动化扫频测量。一般用双锥天线（30300MHz）和对数周期天线（2001000MHz），最近又推出把二种天线合二为一的宽带天线（301000MHz）。在测量1GHz以上的频率时常用喇叭天线，喇叭天线具有很强的方向性。有时EMI测量也用对称振子天线，其长度应该等于被测频率的半波长，由于改变测量频率时需同时改变振

48、子长度，所以这种天线不适合进行自动化扫频测量。以上这些天线的形状见图13。图13 EMI测量用的天线(a) 双锥天线 (b)对数周期天线 (c)混合宽带天线 (d)喇叭天线 (e)对称振子天线.4 测试场地标准规定的室外测试场地（开阔场）如图14所示，开阔场地至少应该在椭圆范围内没有任何可能反射电磁波的物体。EUT和天线放置于椭圆的两个焦点上，骚扰测量仪则放在椭圆外。地面应铺设金属板或金属栅网，板或网的连接处不应有电不连续点，孔、缝直径应小于0.1，为拟测试的最高频率的波长，对于频率为1GHz，孔、缝直径应小于30mm。开阔场的环境噪声越小越好，至少应比标准规定的EUT骚扰限值低6dB。但是由

49、于工业无线电噪声的日益严重和无线电业务的广泛使用，实际上已很难找到一块无电磁噪声的净土，所以提出了在屏蔽室内进行测试的方案。 图14 开阔场地的要求 图15组合吸波材料屏蔽室的四周由全属体包围，可良好隔离室内外的电磁场，一般拼装式的钢板屏蔽室屏蔽效能可达到一70dB以上（10kHz磁场）以及一100dB以上（200kHz18GHz）。但是EUT发出的电磁波将在各个金属面上发生反射和多次反射，到达接收天线的场强是直达波和所有这些反射波的矢量和，因此情况十分复杂，天线或EUT的位置稍有变化，测量结果就会有很大的不同。此外屏蔽室相当于一个矩形波导谐振腔，存在很多谐振频率，其表达式为 （MHz） (9

50、)式中、l、h分别为屏蔽室的宽、长、高，单位为m。k、m、n取0、1、2，分别为横电波TEkmn沿着宽、长、高的场的半个正弦波的数目，取不同k、m、n就可以求得屏蔽室内存在的不同的固有谐振频率。如果被测辐射源的频率恰好等于屏蔽室的固有谐振频率，则引起谐振，幅值加大，从而带来很大的测量误差。在屏蔽室内测量EMI常可能获得高达2030dB的误差。减少反射的方法是在屏蔽室的四壁和天花板上挂吸波材料，使到达这些面的电磁波被吸收，从而使屏蔽室变成半电波吸波暗室，所谓“半”指地而不铺吸波材料，仍是反射面，因此半吸波暗室可以模拟室外的开阔场地。金属板产生反射的原因是金属板的波阻抗比空气的波阻抗小得多，电磁波

51、由空气入射到金属板时由于阻抗不匹配而产生反射。吸波材料夹在空气和金属板之间，使波阻抗逐渐过渡从而减小反射。吸波材料通常用泡沫尖劈型介质材料，在碳胶液中渗透碳，使其尖端的波阻抗等于空气波阻抗，然后逐渐减小。由于渗了碳，吸波材料可以把进人内部的电磁波以热量形式耗散。尖壁长度越长，频率越高，吸波性能就越好。一般长度为l的尖劈材料，其能够吸收的最低频率的波长为l4。为了缩短尖劈长度。节省所占空间，同时又能保持其低频吸收性能，常在尖劈后面放铁氧体瓦，做成组合式吸波材料，如图15所示。由于技术的发展目前30MHz1000MHz的电波暗室可以完全用铁氧体瓦作吸波材料，不需任何泡沫尖劈材料。在1000MHz以

52、上，仍需应用组合式吸波材料。半电波吸波暗室作为开阔场地的取代场地已被标准采纳，目前广泛使用的有3m法和10m法暗室。应该指出的是当对电波暗室中测量的数据有争议时，仍应以开阔场地的测量为依据。2.1.2 1GHz18GHz频率段的辐射发射测试1GHz18GHz频率段的辐射发射测试一般使用全电波暗室，现以工科医（ISM）设备为例说明。由于试验场地是自由空间，只有直达波，没有反射波，所以接收天线可以设置在与EUT同一高度上，不必上下移动。但是转台仍需360度转动，以获得最大值。测试距离为3米。天线应采用小口径定向天线，水平和垂直二种状态都要测试。测量采用频谱分析仪，因为工科医（ISM）设备在运行期间

53、工作频率可能会有明显变化，所以采用全景分析比较适宜。频谱分析仪应设在最大保持方式和对数dB显示方式。测量结果用电场强度的峰值或平均值表示（不用准峰值）。峰值测量时采用1MHz的分辨率带宽和视频带宽，平均值测量时仍采用1MHz的分辨率带宽，但是视频带宽应大大缩小至10Hz，相当于加入一个低通滤波器。2.1.3 30MHz18GHz频率段的辐射发射替代法测试替代法测试的目的是仅仅测试EUT机箱的壳体辐射,所以要求拆除所有可以拆卸的电缆,不能拆卸的电缆上要加铁氧体磁环,并放在不会影响测量结果的位置上。壳体辐射包括两部分,一部分是EUT内部的等效磁场天线通过机箱壳体的缝隙向外的辐射,另一部分是机箱壳体

54、作为等效电场天线的一部分向外的共模电流辐射。壳体辐射量用标准发射天线的输入端功率来表示。图16 辐射发射的替代法测试图16所示为替代法测试的方法和布置。首先用半波振子天线A和测量接收机测量出EUT的最大骚扰值，然后用半波振子天线B替代EUT。调节信号发生器输出功率，直至测量接收机达到同样的值。记录替代天线B的输入端功率，即为EUT的壳体辐射功率。由于采用替代法，所以对试验场地的要求比较宽松,只要求替代天线B在各方向上移动±10cm，测量值变化不超过±1.5dB既可。合格的开阔场地、半波暗室和全电波暗室都符合上述要求，都可以进行替代法测试。测试天线A的高度h应和EUT中心的高

55、度相同，只要求h>1m，测试天线A也不需上下移动。但要求EUT在常规放置位置和90o翻转位置上分别旋转翻360o，以便寻找EUT的最大骚扰值。测试距离d虽然没有明确要求，但最好还应符合远场条件。d的起始点为EUT的几何中心，终止点为测量天线A的天线中心。替代试验和校准试验时，替代天线B应置于EUT 的几何中心。对天线的要求：在30MHz1GHz频段，测量天线A可采用半波振子天线，也可采用宽带天线，但替代天线B则必须用半波振子天线。1GHz18GHz 用线性极化的喇叭天线。替代法的校准很重要。一般水平极化和垂直极化状态都要进行校准。校准时发射天线B与测量天线A平行放置，对于每个频率点，都要记录发射天线的输入功率和测量接收机的接收电压的关系曲线，找出校准系数K（f）。以后测试时就可以直接将测到的最大骚扰电压加入校准系数K（f）后得到壳体辐射功率，不必再做替代试验。2.1.4 9KHz30MHz频率段的磁场辐射发射测试9KHz30KHz频段用环型天线测量EUT辐射的磁场分量。测量方法有两种：一种是大环天线（LLA）法，见图17；一种是远天线法。采用何种方法主要是由EUT的尺寸决定的，例如对于工科医