汽车及车载电子设备的EMC标准以及系统实现

1、汽车及车载电子设备的EMC标准以及系统实现作者：罗德与施瓦瓷公司 张海军 李金顺摘要：本文介绍了汽车及其车载电子设备的EMC标准，以及符合测试标准的EMC测试系统。 关键词：汽车、EMC、标准、测试系统 目前在汽车及车载电子设备EMC测试领域，其标准主要有以下几类：汽车电磁兼容国际标准，如ISO、CISPR等；欧洲汽车电磁兼容标准；美国汽车工程学会（SAE）电磁兼容标准等。当然，相对比较发达的大的汽车原厂，有自己的EMC测试标准和规范。我们国家的汽车行业在近年发展较快，但是总体来讲我国在汽车电磁兼容测试标准和规范方面的发展相对滞后，不过近几年的相关标准的更新以及新标准的发布，都证明了在标准制定

2、方面的快速发展，以同步国内汽车行业的发展。对于原厂测试规范，各厂商的侧重点有所不同，有的厂商注重汽车电子设备的EMC及其安全性能，有的厂商则注重于汽车EMC及其机械性能。然而，随着汽车市场的国际化，汽车原厂在EMC标准及规范方面有统一的趋势，以国际标准CISPR和ISO作为设计规范参考。对于国内的汽车工业要走向国际化市场，需要对这方面的发展和变化作以跟踪，以适应其标准，这样才会在竞争中处于有利地位。随着科技的发展，汽车业的强劲增长，车载电子设备的增加，汽车EMC设计标准和规范就扮演着极为重要的角色。现在，汽车里的多媒体娱乐，蓝牙通讯，卫星定位，刹车，安全气囊等系统都有可能对外界发出干扰信号，或

3、者汽车进入强干扰区，因车载电子系统过于敏感而导致操作失灵，轻则造成驾驶不便，重则导致车祸，危及生命安全。所以，汽车电子电磁兼容包括干扰测试(EMI）和抗扰度测试(EMS)，两种测试都含有辐射及传导的测量要求。 基于上述标准和规范的发展趋势、汽车及车载电子设备EMC性能的要求，更加突出了ISO和CISPR标准的重要性，下面就是相关的主要测试标准和规范。 对于汽车整车测试标准，有ISO11451和CISPR12，其中标准ISO11451分为ISO11451-1-2000道路车辆.用窄带发射的电磁能量进行电子干扰.车辆试验方法.第1部分:总则和定义，ISO11451-2-2000道路车辆.用窄带发射

4、的电磁能量进行电子干扰.车辆试验方法.第2部分:终止车辆辐射源；而对应于标准CISPR12：1997，被国内等同采用，对应的国标为GB14023-2000车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法。 对于汽车零部件测试标准，有ISO11452和CISPR25，其中标准ISO11452分为ISO11452-1-2000道路车辆.用窄带发射的电磁能量进行电子干扰.部件试验方法.第1部分:总则和定义，ISO11452-2-2000道路车辆.用窄带发射的电磁能量进行电子干扰.部件试验方法.第2部分:吸收电磁室；而对应于标准CISPR25：1995，被国内等同采用，对应的国

5、标为GB18655-2002用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法。 只有根据车辆限值进行的整车试验才能被用于最终评价零部件的兼容性，因此部分标准对车辆和零部件的EMC性能提出了共同要求。 CISPR12和CISPR25是针对汽车和车载电子的骚扰特性的测量规范。内容涵盖了辐射及传导测试以及各项测试的方法要求、测试布置、极限等。辐射测试主要是针对汽车及其车载设备，对于辐射测试，通过接收天线和测试接收机来进行测试。频率为150kHz1GHz，并且这一测试频率的上限要进一步扩展，1GHz18GHz频段的测量方法正在考虑中。传导测试则根据被测产品供电的电源线及其回线的长度的不同，作出不同的

6、测试布置。 为了强调汽车的安全，在汽车EMC测试中，其抗扰度测试(EMS)标准的设计和规范显得更为重要。ISO11451和ISO11452是针对汽车与车载电子进行的抗扰度性能的标准和规范。其中，辐射抗扰度和大电流注入为连续波抗扰度。辐射抗扰度以一米的测试距离向测试产品施加场强，根据不同的测试等级，其场强要求不同，频率从10kHz18GHz，而不同等级的场强意味着被测件在紧急情况下，在汽车安全方面所呈现的重要性。换句话说，越是对安全有直接和重大影响的被测件，场强的要求就越高，一般都从100V/m或200V/m开始。大电流注入法(BCI)，一般都做到400MHz,注入电流为100mA200mA，采

7、用功率放大器放大的信号加到注入钳上，有分开环或闭环测试。根据测试要求，整车的辐射抗扰度测试要在暗室内进行，而部件的辐射抗扰度测试相对灵活，可以在暗室、带状线或者TEM小室内进行相关的测试。 总体来看，汽车与汽车电子市场在消费者需求的驱动下，将强劲地增长，同时会带动其它电子产业，而汽车安全系统是汽车电子领域增长最强劲的需求之一。所以，汽车电子电磁兼容是一项极为重要，不可忽视的领域。不论是以市场，经济或技术角度来看，它都是极有吸引力的。 针对汽车及车载电子设备的EMC要求，依据ISO以及CISPR的相关标准，罗德与施瓦茨公司提供了相应的EMC测试系统解决方案，完全能够满足汽车及车载电子设备的EMC

8、性能测试要求。其对应的EMC测试系统为R&STS9994，现将其测试系统简介如下： 汽车及车载电子设备的EMC测试系统：R&STS9994 主要特性： 符合汽车EMC测试标准 模块化系统设计 -有多种模块备选 -适应未来需求的开放式设计 -可升级到完全符合认证的测试系统 研发实验室的理想选择 -结构紧凑的系统设计 -不需要特殊的基础设施 抗扰度(EMS)9kHz到2.5GHz,可达200V/m 发射(EMI)9kHz到3GHz 传导和辐射测量 覆盖了当前和未来的无线波段 成熟的解决方案 测试软件R&SEMC32 -图形化操作的设计思想（虚拟设备） -直观的用户指导 应用范围EMC测试系统R&S

9、TS9994可以在下列汽车零部件标准所规定的频率范围和限定值内，进行测量：ISO11452、CISPR25与SAEJ1113.由于采用了模块化的设计，R&STS9994可以在后期升级到一个完全符合认证的测试系统。 灵活的扩展性 用户可以根据自己的的需求，选择不同等级所对应的EMC扩展系统： 等级描述 1辐射发射（EMI）9kHz到3GHz发射（EMI） 2辐射9kHz到3GHz传导10kHz到108MHz 3辐射敏感度（EMS）9kHz到1GHz敏感度 4辐射9kHz到1GHz传导1MHz到400MHz(BCI) 5辐射传导EMC等级2和4的组合辐射敏感度（EMS） 61.7GHz到2.5GH

10、z等级4和5的扩充 等级6是在GHz范围内，对当前和未来无线服务（GSM，UMTS，Bluetooth等）的EMS测试的一个扩展。 测试系统软件R&SEMC32 测试软件R&SEMC32是系统的一部分，它易于操作且界面直观。实现了手动和全自动测试的完美结合。 EUT监控 系统提供了几种进行EUT监控的替代方案： 通过IEEE/IEC或RS-232-C接口 模拟和数字I/O板(NI) EMC是Electro Magnetic Compatibility的缩写，即电磁兼容。 顺便说一句，我国CCC认证标志后带EMC字母的才表示电磁兼容认证 我们看电视的时候，如果旁边有人使用电吹风或电剃须刀之类的家

11、用电器，屏幕上会出现令人烦感的雪花条纹。电饭锅煮不熟米饭，明明关闭了的空调器，过一会却又自己启动这些都是常见到的电磁干扰现象。更为严重的是，如果电磁干扰信号妨碍了正在监视病情的医疗电子设备或正在飞行的飞机时，则会造成不堪设想的后果。 电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。 所谓电磁干扰是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。而所谓电磁干

12、扰是指因电磁干扰而引起的设备或系统的性能下降。 EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部份，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。EMC测试的三个原则：计划，计划再计划 如果在新产品开始设计之前，你能花费一点儿时间到几个EMC测试实验室看一看，你可以了解到什么呢?那里的专家们将会帮你如何使你的产品符合市场要求，同时又帮助你节约时间和金钱。我们询问过几位专家，对来访者，他们会说些什么呢。下面就是他们的回答。建议包括：制定，EMC的相容性、产品设计的兼容性、预测试、安排实

13、验室测试阶段以及重做时间等等。 找一个EMC培训班在新产品设计之前，值得优先考虑的一件事情是去参加由EMC专家主持的在某个检测实验室举办的培训班。DLS电子系统公司的总经理布雷恩马特森说：“我们建议所有的设计工程师都应该接受EMC技术的培训，这可以通过继续教青课程来实现。”他说：“培训使设计者们了解有关EMC测试技术的知识以及实用的设计技术，以帮助他们通过未来的预合格测试和合格测试。然后在设计的先期阶段，通过EMC实验室的服务，研究测试计划和方法以使测试获得成功。”测试准备EMC测试实验室希望你的产品能够顺利通过他们的测试。当然，并不是每次都能如愿。但是你可以增加你成功的机会。Trace实验室

14、的高级工程师布鲁斯柯里先生提议，应该在设计PCB板(印刷电路板)和机壳之前就必须考虑EMC的要求。安排测试之前参观一下实验室，定义错误模式，并确定监控性能的最佳方式。TCV Rheinland公司的EMC项目经理蒂姆德威耶先生特别提到，在测试计划中应该让实验室成为你的合作伙伴。蒂姆德威耶先生解释说：“在设计时就应该为滤波器、屏蔽和接地元件留有余地，以帮助产品合格。将这些元件带到测试实验室备用。即使最终证明没有必要，它们仍然是一种有益的投资。”大多数测试实验室有规范的准备工作核对清单。利用它作为测试方式、操作时间、配置、附件、支持设备及电缆等各方面的提示。Elliontt实验室的技术主管托马斯帕

15、克先生提醒我们：“了解你的产品打算销售到何处，并掌握该市场所在地采用的测试标准。计划如何对付官方的障碍，确定最难通过的测试项目。最初应该尽可能多的采取措施以符合EMC的要求，然后再删除你认为不必要的措施。”NorthwestEMC的总经理迪安戈海森先生把对无线发射机性能的严格规定作为复杂标准的例子，以及对实验室有重大的潜在影响的例子。迪安戈海森先生说：“在开发测试项目之前，实验室必须对标准的要求具有透彻的理解。包括了解所有计划生产该产品的国家，以及研究这些国家的测试要求。”与测试实验室合作，让你的产品能够在当地实现预期的工作模式，并提供所有的外设和电缆。Garwood公司EMC实验室总监埃里克

16、恩盖耶先生解释道：“您要确保设备在实验室接收之前运转正常，告诉实验室人员该设备如何构成及其功能。还得留出时间来解决测试过程中发现的问题。”在测试现场没有弄虚作假的情况。合格的产品每次都能通过测试，不合格的产品则无法通过。U.S.Technologies公司市场销售部主任斯科特普劳菲特先生说：“你必须把电磁兼容性设计到产品之中，而没有其他捷径可走。”斯科特普劳菲特先生和其他一些专家已经见过很多因忘记这一事实而苦恼的设计者。抢先一步如果在设计过程中能够对产品进行粗略的预合格测试，可以大大提高该产品在独立实验室通过EMC测试的可能性。这些测试并不十分昂贵，而且从长远来看还可以节约时间和金钱，并且可以

17、免除你的后顾之忧。普劳菲特先生认为，不能忽视你所选择的EMC测试实验室，预合格测试应该在实验室的指导下进行。他说：“你可以在实验室和产地分别对产品进行测试，并比较测试结果。当然，在两个地点的测试结果并不是想象中的完全相同，因为在两个实验场地的反射和环境噪声各不相同。正确规划的预合格测试通常能帮您通过产品检测。”有些时候，你可能试图省略预合格测试来缩短产品占领市场的时间。这不是一个明智的想法。TUV Rheinland公司德威耶先生提醒道：“这样做通常会出现适得其反的结果。因为在预合格测试中发现的问题，可能需要重新设计、重新改造以及重新测试才能解决。我们鼓励客户在设计阶段就向我们咨询，并尽早用一

18、台样机甚至是一个相似的产品实施预合格测试。延长计划是没有必要的，我们可以实施很有益的抗扰度和发射预测试，并预付适当的费用。”U.S.Technologies公司普劳菲特先生继续对这一主题发表看法：“当然，后来所做的修改会使先前的测试数据无效。但是，这些测试数据有助于产品的进一步改进。”对设备的挑战请记住，你的产品测试要求只是众多要求中的二种。在EMC实验室中每个测试流程都是唯一的。有些测试流程是简单的、麻烦较少的，而有些则具有非常有趣的挑战性一一有时甚至是难题。例如，一个超大型的系统会使测试实验室的工程师们费尽心机。马特森先生讲述了DLS Elmtronic Systems公司对上述难题的一些

19、处理方法。“为了在开阔场地进行测试，我们建造两座很大的带侧楼的大楼，我们还安装了承重达16000磅的大型 转台，为敏感度测试购置了一座带有9间屏蔽室的大楼。另外，我们也扩建了电波暗室。对于上述设施，我们都配备了大型的门和装卸设备。”然而还有一些极端的情况。马特森先生继续说：“当被测设备太大太笨重，以致于大型设备也不够用时，我们可能要把它拆开，分别测试，只要所有电器部件能被放进电波暗室，并且可以模拟出一种典型的工作模式。”“在最糟糕的情况下，上述办法也无法解决问题。我们就制定一个特殊的测试方案，以及对测试原理的书面解释报告。有一次，我们所测试的产品整整占据了客户的一个仓库。在检测计划获得主管部门

20、的批准之后，我们在现场进行了测试。”在U.S.Technologies公司，有一次要使用几台叉式万能升降装卸车协同工作才能调动一个被测产品。另外，一个地面通讯站的天线基座则需要独特的测试方案。National Technical System公司甚至还架设了起重机搬运产品，并在客户的制造工厂进行测试，因为尺寸太大过于影响测试的方便性。对于大型而又复杂的产品，实验室人员非常愿意参观你的设备，并与你共同计划测试程序，他们还可能建议在现场做一些测试。产品的复杂性可能产生另外一种挑战。有些测试需要特别的固定装置。Elliott实验室的帕克先生说：“尽量提前准备通常是必要的。复杂的激光系统包括高功率、独

21、特的检查和排除故障的设备和技术。无线产品的技术要求与其它产品的测试要求不完全一致，而且每年都会出台更多的标准。”高频产品，尤其是应用了扩频技术的高频产品，需要特殊的实验设备完成测试工作。测试高功率发射机是一项艰巨的任务，为了预防非线性，必须非常谨慎地进行谐波测量。提前计划。没有什么能够替代在产品设计初期的审查工作。你不必花很多费用，也不必过于紧张，在产品性能或测试实验室要求的潜在问题，就能够在这一阶段得到充分的考虑和解决。 电磁相容性（EMC）测试 各式各样之三C整合系统设备带给人类生活无限方便利益, 却也造成复杂电磁杂讯环境。四十年前欧体IEC/CISPR等委员会之电磁相容性(Electro

22、Magnetic Compatibility, EMC)研究小组有鑑于此电磁杂讯环境趋势，发出 89/336/EEC EMC 指令(及后续修订版92/31/EEC，93/68/EEC)，说明电子电机设备相关产品必须符合辐射干扰与传导干扰发射规格外，同时陆续增订辐射耐受性与传导耐受性规格，要求1996年元旦起强制实施，国内各类电子电机产品厂商为强化所生产产品符合内外销相关EMC指令，促使EMC测试场地快速成长，较大规模之资讯厂都趋向自行筹建EMI (ElectroMagnetic Interference)除错场地，加速产品EMC设计达到外销各国相关EMC需求。然而为了验证电子电机设备电磁相容性

23、设计是否良好，就必须在研发之整个过程中，对各种电磁干扰源之发射杂讯、传输特性及受干扰设备能否负荷耐受性测试，验证设备是否符合相关电磁相容性标准和规范；找出设备设计及生产过程中，在电磁相容性方面之盲点。在客户安装和使用设备时，提供了既真实又有效之数据，因此，电磁相容性测试是电磁相容性设计所不可或缺之重要环节。本文将针对EMC测试最新之军规、商规、车辆规范等作一比较分析测试方法差异及相关经验。表一 . 常见美军军规, 欧美商规及车辆用电磁干扰(EMI)测试项目摘要比较电磁干扰测试EMI传导放射CEMIL-STD-461DEN/IEC-欧联FCC-美国车辆-全车或零组件CE-101, 30HZ10K

24、HZ电源线传导干扰与辐射干扰EN550-11工业, 科学与医疗仪器EN550-13 广播接收机EN550-14家电及手工具产品EN550-15灯具类产品EN 550-22资讯类产品EN61000-3-2电流谐波EN61000-3-3电压变动与闪烁 传导干扰与辐射干扰PART 15JPART 18传导干扰与辐射干扰CISPR 12SAE J551C72/245/EEC95/54/ECSAE J1113-23(扁条式天线)SAE J1113-25(平行板天线)CE-103, 10KHZ10MHZ电源线, 电压量测CE-06(VBW)天线端10KHZ40GHZ辐射放射RERE-101, 30HZ10

25、0KHZ磁场量测RE-102, 10KHZ18GHZ电场量测RE-103, 10KHZ40GHZ假波与谐波表二.常见美军军规, 欧美商规及车辆用磁用耐受性(EMS)测试项目摘要比较电磁耐受性测试EMS传导耐受性CSMIL-STD-461DEN/IEC-欧联FCC-美国车辆(全车或零组件CS-101,30HZ10KHZ, 电源线, Pmax=80WIEC 1000-4-2 ESD静电放电IEC 1000-4-3辐射耐受性IEC1000-4-4快速暂态与丛讯IEC1000-4-5雷击突波耐受性IEC 1000-4-6传导耐受性IEC 1000-4-8电源频率磁场IEC 1000-4-11瞬降瞬断电

26、压不适用ISO 11451-2(全车辐射)ISO 11451-3(全车)ISO 11451-4(全车BCI)ISO 11452-2(0.2-18GHZ)ISO 11452-3(TEM CELL)ISO 11452-4(零件BCI)ISO 11452-5(扁条式天线)ISO 11452-6(平行板天线)ISO 11452-7(射频电源注入)JASO 7637-1(12V电源)JASO 7637-2(24V电源)JASO 7637-3(12V-24V)95/54/ECISO 10605(静电放电)CS-103,15KHZ10GHZ交互调变CS-104,30HZ20GHZ消除不要讯号CS-105,3

27、0HZ20GHZ交叉调变CS-109,60HZ100KHZ结构电流CS-114, BCI, 10KHZ400MHZCS-115, BCI, 10KHZ脉冲激发CS-116, 阻尼式弦状波暂态辐射耐受性RSRS-101,30KHZ100KHZ磁场量测RS-103,10KHZ40GHZ电场量测RS-105暂态电磁场电磁相容性测试范围与所採用之标准和规范依据相应之电磁相容性标准和规范，电磁干扰(EMI)及电磁耐受性测试(EMS)在不同频率范围内，採用不同之方式进行。基于任意电子电机设备既可能是一个干扰源，也可能是被干扰者。因而，电磁相容性测试包含电磁干扰测试(EMI)及电磁耐受性测试(EMS)。由于

28、电磁相容性测试种类太多，实在无法逐一详细说明，本文就表及表摘要列举了几个典型EMC测试标准和规范(含常见美军军规、欧美商规及车辆用EMC标准)，在不同频率范围中之测试项目，从军规EMC标准之演变，就可观察到欧美商规EMC标准之趋势。近年来，车辆工业界面对二十一世纪车辆设计新颖要求，纷纷成立车辆研发中心，由于国内主要汽车制造厂均需符合相关车辆用EMC标准和规范，因此更需瞭解比较车辆EMC设计与测试验证之方法。此二表中CE表示可以传导发射(Conducted Emission)，CS表示传导耐受性(Conducted usceptibility)，RE表示辐射发射(Radiated Emissio

29、n)，RS表示辐射耐受性(Radiated Susceptibility)。一般电磁干扰(EMI，包括CE及RE)测试主要内容有电子电机产品和设备在各种电磁杂讯环境中之传导干扰和辐射干扰发射量之测试(例如电子电机设备之交换式电源之脉冲干扰和连续干扰)及各种讯号传输时，干扰传递特性之测试(例如如各种传输线之传输特性和屏蔽效果)。而电磁耐受性(EMS，包括CS及RS)测试主要内容则有1.对电场、磁场之辐射耐受性测试2.对电源线、控制线、讯号线、地线等注入干扰之传导耐受性测试3.对静电放电和各种暂态电磁波(突波或电性快速暂态)之耐受性测试EMC测试场地之一般要求如何有效地量测出实际待测产品设备溢出之

30、杂讯，与产生类似EMI之干扰源，用来验证待测产品设备之电磁耐受性，都是EMC工程人员所必须掌握。因此，为了模拟复杂电磁杂讯环境及保证EMC测试结果之重复性、准确性和可靠性，EMC测试对环境有较高之需求，测试场地可分为隔离室(包含 TEM/GTEM Cell等积向电磁波EMC测试室)、电波暗室和室外开放测试区之场地(open Area Test Site，OATS)等。这些EMC测试场地之功能、建材和限制条件简述如下就隔离室而言，隔离室之作法一方面是对外来电子电机干扰加以屏蔽，从而保证室内电磁杂讯环境满足要求，另一方面是对内部如天线等发射源进行屏蔽而不对外界造成干扰。MIL-STD-461及其它

31、相关电磁相容性标准规定，许多测试项目必须在隔离室内进行，隔离室为一个由金属材料做成之六面体，其建材形式为镀锌钢板式、铜网式、多层复合金板式等等不胜枚举。影响隔离室性能之主要原因有屏蔽门、屏蔽材料、电源滤波器、通风波导、安装及焊接接缝、接地等。从屏蔽效益来看，钢板式最好，在10kHz至18GHz频率范围，可满足屏蔽效益80120dB之要求。在使用隔离室进行电磁相容性测试时，要注意隔离室之共振及反射。根据电磁理论，隔离室是一个很大之方形波导共振腔，具有一系列之电磁共振频率，当隔离室发生共振时，将会影响屏蔽效益及测试结果，隔离室基本共振频率公式为：式中为共振频率(MHz)，a，b，c为隔离室之长、宽

32、、高度(公尺)；m，n，p为及正整数，三者中最多只能一个为零，对于TE波m不能为零，举例来说，商规长、宽、高9*6*6立方公尺之隔离室基本TE101波之共振频率约为30MHz。由式(1)可见，隔离室有许多个共振频率，当隔离室共振时，其屏蔽效益大幅下降，并且会造成很大之测试误差，因此在进行EMC测试时应避免这些共振频率。天线等发射源将会在隔离室壁面上产生多重反射，从而影响测试结果，往往误差大到3040dB，为此在条件许可之各种状况下，在体积较大之隔离室内进行测试，同时使待测件在保证入射为平面波之前提下，缩短待测件与接收天线之距离，对于最近之反射路径，针对反射点局部加贴吸波材料，可以减少反射波。就

33、电波暗室(全电波暗室或半电波暗室)而言，全电波暗室是针对一般隔离室各内壁面反射，将会影响测试结果，因而在六个壁面上，加装吸波材料而形成之隔离室(为了模拟室外开放测试区之场地测试，接地地板上不贴吸波材料之电波暗室称为半电波暗室)。吸波材料一般採用介质损耗型(如聚氨脂类之泡沫塑料，亚铁磁砖等)，为了确保其耐燃烧特性需在碳酸溶液中渗透，吸波材料通常作成圆锥状、稜角锥状及方楔形状，以保持连续渐变之焦耳阻抗。军规MIL-STD-462D对吸波材料之最小吸收量有所规定，即频率80MHz250MHz至少6dB，频率大于250MHz则至少10dB以上。而为了保证内部测试场之均匀，吸波体之长度相对于隔离室工作频

34、率下限，所对应之波长要足够长(1/4波长效果较好)，吸波体之体积也会限制吸波材料之有效工作频率(一般在30MHz以上)减小了隔离室之有效空间，电波暗室之屏蔽效益要求与隔离室相同。此外，商规EMC测试对电波暗室之场地衰减 (Site Attenuation，SA) 规定NSA (Normalized SA)要在理论值4dB之范围；对电波暗室内部测试场强之均匀度，则要求执行16点场强之均匀度校正试验，此试验之测试方法详加说明如图，发射天线与待测场强之均匀面(1.5m1.5m)相距3公尺，16点均匀面正方形(4点4点，点距0.5m)场强之均匀度，至少要求其中12点 (75%) 要符合规格需求，这种测

35、试方法与1993年版之军规MIL-STD-462D要求相当就室外开放测试区之场地(OATS)而言，开放测试区之场地通常用于精确测量待测件之发射极限值，OATS要求平坦开阔，远离建筑标地、塔台、电线、树林、地下电缆和金属管道，环境电磁干扰背景要很小(如一般电磁相容性标准和规范要求至少低于允许之极限值6dB)，接地地板可为钢板或其他低阻金属结构，场地尺寸在不同之EMC标准和规范要求不尽相同。EMC测试所需基本仪器之要求及其配备在前节所述EMC测试场地执行EMI/EMS测试时，所需基本仪器之要求及其配备，随着不同频率范围中之测试项目而有所差异，图划出典型EMI/EMS测试组合示意架构，其中测试所需不

36、同仪器之基本配备则如下列说明。1. 隔离室屏蔽效益(Shielding Effectiveness，SE)测试所需仪器之基本配备参考IEEE-299-1997和MIL-STD-285等测试隔离室屏蔽效益之标准，在不同频率范围内将隔离室屏蔽效益分为磁场屏蔽(低阻抗场)，电场屏蔽(高阻抗场)平面波电磁场屏蔽和微波屏蔽，其测试仪器之基本配备为频谱分析仪或EMI测试接收机、场强监视系统、各类讯号产生器、功率放大器、各类衰减器、定向耦合器及各类发射、接收天线(棒状天线、环路天线、对数螺旋天线、喇叭天线等)及输出变压器。 2. 电磁干扰EMI测试所需仪器之基本配备需求 由于使用测试仪器时也会产生一定电磁干

37、扰，为了保证测试之准确性，CISPR16要求测试仪器之干扰量至少比待测装置干扰电压或电流小20dB，且比允许之干扰量小40dB。测试仪器精确度要求为电压测试时误差不超过正负2dB，场强测试时误差不超过正负3dB。测试仪器之屏蔽效益至少要有60dB，测试仪器接入测试系统后，既不应改变被测电子电机设备之工作状态，也不应对被测干援源有分压分流效应，测试仪器本身之干扰耐受性应远低于可能受到之干扰量。常用之电磁干扰EMI(含RE及CE)测试仪器配备有 EMI自动测试控制系统(电脑及其介面单元) EMI测试接收机(或频谱分析仪) 各式天线(主动、被动棒状天线、大小形状环路天线、功率双锥天线、对数螺旋天线、

38、喇叭天线)及天线控制单元等 电流注入感应器(Current Probe)、电压感应器、隔离变压器 电源阻抗模拟网路(Line Impedance Stabilization Network，LISN)贯穿电容，储存式示波器，各型滤波器、定向耦合器等 3.电磁耐受性(EMS)测试仪器之基本配备需求常用之电磁耐受性EMS(含RS及CS)测试仪器之基本配备需求有 EMS自动测试控制系统(电脑及其介面单元) EMI测试接收机(或频谱分析仪) 各式发射、接收天线 讯号产生器2功率放大器、场强监视系统 储存式示波器，注入隔离变压器，各型滤波器、定向耦合器 电源阻抗模拟网路，射频抑制滤波器，光纤数据传输系统

39、 4.简介常用之EMC测试重点仪器和设备电磁相容性测试除了通用测试仪器外，还需许多特殊仪器和设备，下面将简介一些电流感应器、电源阻抗模拟网路、EMI测试接收机、频谱分析仪、各式发射接收天线、平行板线、及TEM/GTEM Cell等横向电磁波测试室等主要仪器设备之工作原理和使用特点。电流感应器电流感应器是引用荷尔效应(Hall effect)，从流动导线之电流穿过电流感应器产生磁场，执行CE101/CE102等传导干扰测试时，利用电流感应器来感应侦测导线所溢放射出之杂讯。电源阻抗模拟网路(LISN)电源阻抗模拟网路是一种耦合电路，主要用来提供干净之DC/AC电源品质，阻挡待测件杂讯回馈至电源及R

40、F耦合，内部电路架构与阻抗特性曲线详如图。早期军规传导干扰测试是以10厉贯穿电容为主，电源阻抗模拟网路(LISN) 为辅，1993年以来，军规MIL-STD-462D要求改以LISN为主，所用导电桌或木桌上接地平面(Ground Plane)皆配备LISN作测试，而CISPR商规要求所用木桌上也配备LISN作测试。EMI测试接收机EMI测试接收机是EMC试验中最常用之基本测试仪器，EMI测试接收机实际上是含高频选频放大之超外差接收机，其灵敏度可通过输入回路之可调衰减器来调变，由于测试讯号输入常常是极宽之频谱讯号，运用可调谐高频选择器对输入讯号进行预选，可以改善混频器之工作状况，中频放大器和中频

41、选择器用来确定仪器之通行频带，并对讯号进行功率放大。基于测试接收机之频率响应特性要求，按CISPR16规定，测试接收机应有四种基本检波方式准峰值检波、均方根值检波、峰值检波及平均值检波。然而，大多数电磁干扰都是脉冲干扰，它们对音频影响之客观效果是随着重復频率之增高而增大，具有特定时间常数之准峰值检波器之输出特性，可以近似反应这种影响。因此在无线广播频率领域，CISPR所推荐之电磁相容性规范採用准峰值检波。由于准峰值检波既要利用干扰讯号之幅度，又要反映它之时间分布，因此其充电时间常数比峰值检波器大，而放电时间常数比峰值检波器小，对不同频谱段应有不同之充放电时间常数，这两种检波方式主要用于脉冲干扰

42、测试。瞬间变化及重復频率很低之脉冲干扰源已成为主流，使用准峰值检波器已不能客观评估此类干扰之特性，军规测试EMC对于单一脉冲或重復频率很低之脉冲进行检测，常用峰值检波，由于峰值检波是要测试出干扰讯号振幅之最大值，故它只取决于讯号之幅度而与时间无关，其充电放电时间常数比值 TC/TD 要足够小，通常TC/TD为几百分之一。平均值检波主要用来测试窄频之连续波、调谐波干扰，其充放电时间常数比值TC/TD为1。若是干扰经常由许多独立之脉冲源产生，而往往是随机的，则最好使用均方根检波器。选用检波器取决于被测受干扰源之性质以及所受保护之对象，对于同一干扰杂讯用不同检波器测得之值是不同，而各种检波器对脉冲干

43、扰之相对响应也是不同。但将测试数据通过转换后，仍可得出一致之结果，有些接收机只有峰值或准峰值检波器，此时只需通过准峰值或峰值转换器转换，就能满足不同之测试要求。频谱分析仪频谱分析仪之检波器为峰值检波，因而满足军规EMC测试要求，但不符合欧美EMC商规及我国电磁相容性国家标准(CNS13430系列)规定之极限值测试。为此必须在输入端配备预选器(Preselector)以防止混频器饱和，改善频谱分析仪之S/N比，提高灵敏度，并且在中频输出端配备准峰值转换器或检波器。则系统灵敏度、动态范围也提高，就可以满足军规EMC测试及CISPR标准测试。EMI测试接收机与频谱分析仪两类设备各有优缺点测试接收机之

44、优点有测试准确度高、动态范围大、频率分辨率高、灵敏度高、互调干扰小及有四种基本检波方式；缺点就是不能像频谱仪分析仪在很宽之频率范围内展开观察，而对被测讯号无法快速进行频谱分析和振幅测试。频谱分析仪之优点是能在很宽广之频率范围内观察而迅速地对被测讯号进行频谱分析和振幅测试、测试设备相对简单及测试比较方便；缺点就是测试准确度相对差一些、频率分辨率较低、互调干扰大、选择性较差及祇有单一峰值检波方式。EMC测试用天线电磁相容性测试频率范围从几10Hz到几10GHz，在这么宽之频率范围内作电磁干扰及电磁耐受性测试，所用天线种类繁多，且必须借助各种探测天线把被测场强转换成电压。电磁相容性试验中各频段优先使

45、用之天线，包括在150Hz30MHz採用棒状与环路天线，30MHz300MHz採用偶极与双锥天线，300MHz1GHz採用偶极、对数週期及对数螺旋天线，1GHz40GHz採用喇叭天线，这些天线之相关参数与理论可参考制造厂商提供天线出厂之资料。电磁相容性测试用天线具有下列特点广泛的应用到宽频带天线，为了提高测试速度，不得不採用宽频带天线，除非只对少数已知之干扰频率点进行测试。宽频频带天线在出厂前提供校正曲线，使用时需输入此天线因素。天线增益不高，方向性不甚明显。不少试验用天线都工作在近场区，测试结果对测试距离很敏感，为此试验中必须严格按试验规定进行。其次，在近场区电场、磁场之比(波阻抗)不再是个

46、常数，所以有些天线虽然给了电场、磁场之校正系数，但只有当这些天线作远场测试时才有效，测试近场干扰时，电场与磁场测试结果不能再按此换算，这是在试验中容易忽略之问题。天线之场强测试动态范围较宽，应根据测试对象正确选用，电磁相容性试验之场强相差很大，对强大场强虽然可用衰减器扩大天线量测范围，但应以不损坏天线转换器为前提。收、发天线有时是不能互易，如同为双锥天线，收、发用天线有区别，收、发环路天线也不同，使用时不能互换。平行板天线车辆零组件执行电磁场辐射耐受性试验(ISO 11452-6)时，需要均匀横电磁波之测量环境。利用平行板线，在其一端接相应之讯号产生器与功率放大器，另一端接匹配负载，可在两平行

47、板间产生横电磁波之行波状态(详见图)。当两板间距为d，所加电压为V时，平行板之电场强度E为 E = V / d （）平行板线之工作频率与终端负载之匹配情况有关，而且与平行板之间之距离d成反比，距离越大，上限工作频率越低。随频率上升，传输讯号之?/4送到平皮间距d时，平行板在其开放之侧面将产生强烈辐射，以致于影响周围其它测试设备之工作，甚至危害试验人员之健康。因此，当其内部电场较强时，应将其放在电磁隔离室内，或在其开放之侧面佈置适当之可移动吸波材料墙。当频率进一步提高时，板间将出现高次模，使板间电磁场发生畸变，一般把出现高次模之频率定为平行板线之上限频率。当待测件置于平行板时，原来之均匀电场将发

48、生畸变，为此通常规定待测件之体积应小于两板中间体积之1/3。与一般採用辐射天线对待测件进行电场辐射耐受性试验相比，平行板线有下列优点可在宽频段范围内产生平面波场；所有能量集中在平行板间，因而电磁能量利用率高，不需很大瓦特数之功率讯号放大器就可在板间产生高于25V/m之场强(车辆零组件规格)；平行板线之造价与其它产生场强，用以进行电磁耐受性试验之方法和装置相比，成本较低。其主要缺点是仅适用于如车辆零组件等小型设备之试验，对周围之辐射较为严重，影响监测仪器之功能及操作人员之健康。这些缺点限制了应用，从1980年以来，平行板线已逐渐被横电磁波室所取代，但在电磁脉沖(EMP)研究中，仍将其作为场强模拟

49、装置。横电磁波室 (TEM/GTWM CELL)横电磁波(Transverse Electro Magnetic，TEM)室是利用传输线原理，由同轴线演变而来，一种内部能传输均匀横电磁波之长方形测试室。它是电子电机设备电场辐射耐受性试验之理想装置，除了可进行射频连续波耐受性，脉沖波耐受性试验外，还可用于测试电子电机设备所产生之辐射干扰，及作为对各种近场测试探夹(如电流注入感应器、电压感应器、场强感应器等)进行校正用之标准场源装置。图为横电磁波室之示意图，如图所示，横电磁波室由矩形外导体和平板中心接地导电板所构成，两端通过四面尖锥过渡区与精密50咫冷型同轴连接器连接，接地导电板用绝缘支架固定，将

50、横电磁波室分成两部分。待测件之供电系统通过电源滤波器进入，长方形横电磁波室之优点是腔体内之场强比较均匀，而正方形横电磁波室之优点是在相同可用空间条件下，工作频率范围较宽，所需用料省，体积较小。与平行板线相类似，待测件在横电磁波室占有之空间一般不超过接地导电板到底板间距的三分之一和前后壁板间距的三分之一，横电磁波室之工作频率与终端负载之匹配情况有关，上限频率依赖于接地导电板到上下底板间距之尺寸，而且与接地导电板到底板间距d成反比，距离越大，上限工作频率越低。为了使横电磁波室之工作频率提高到1GHz范围，于是GTEM(Gigahertz TEM)横电磁波室因应而生，它之外型是斜面角锥状，详加说明如

51、图，待测件放置方式与TEM横电磁波室类似，如图所示，有各种不同之终端负载，因为工作频率与终端负载之匹配情况有关，目前欧美EMC商规已经广泛应用GTEM横电磁波室来执行辐射发射与辐射耐受性测试。典型军规、商规之电磁相容性测试无论是美军军规、欧美商规或车辆用电磁相容性测试标准与规范，都对EMI/EMS各类试验，就仪器之配备、场地布置、试验步骤、连接方式等都有严格之规定，试验时应严格按照规格要求执行。由表及表摘要得知电磁相容性测试种类太多，实在无法逐一详细说明，因此下面列举了几个典型CE、RE、CS及RS等EMC测试之试验方法。电源线传导干扰发射测试(Conducted Emission，CE)参考

52、规格MIL-STD-461D/462D，CE102(10kHz10MHz)，规格极限如图7 FCC Part 15 （450kHz30MHz）CISPR Pub 22（150kHz30MHz）从规格极限图就可知道以上各种CE规格之差异，实际摆设、电缆、引线和接地平板间之最小间隔亦有些差异，其中细节相关规格皆有阐述。电源线传导干扰测试目的待测件所有适用于上列参考规格之频率范围内交直流电源输入和输出线(包括设备内部不接地之中线)之传导干扰测试。电源线传导干扰测试所需配备如图所示，以CE102为例，电缆、引线和接地平板间之最间隔为5cm，从待测件LISN或到贯穿电容之电源线长度不超过2cm，待测设备

53、之每条电源线，从导线分界处到LISN或贯穿电容器之长度是2m，根据测试系统之灵敏度及宽频带测试要求选用阻抗匹配变换器和滤波器。电源线传导干扰测试步骤将电流探夹沿每根电源线之导线分界处到LISN或贯穿电容器之线段上移动，以使频谱分析仪或测试接收机之读数最大，并记录读数，所得结果与规格极限图比较即可知道是否合格。电场辐射干扰发射测试(Radiated Emission，RE)参考规格MIL-STD-461D/462D，RE102（10kHz18GHz）FCC Part 15（30MHz1GHz）CISPR Pub 22（30MHz1GHz）电场辐射干扰测试目的测试电子电机、电气和机电设备及其组件所

54、辐射之电磁发射，包括来自所有组件、电缆及连接线上之杂讯发射。它适用于发射机之基本波发射、假电讯发射、振盪器发射及宽频带发射，但不包括天线之辐射发射与交连导线上之电场辐射。电场辐射干扰测试所需配备如图所示，按照待测件之性质，可分为桌上型配备及落地型配备。以CISPR Pub 22之开放空间测试为例，旋转台上木桌高度80公分，天线与待测件距离10m，在1m至4m间昇降天线，同时待测件应在转台上旋转，找出最大辐射点。对不同频率，选择相应之测试天线，以上电场辐射试验亦可在隔离室内进行之。传导耐受性测试(Conducted Susceptibility，CS)参考规格MIL-STD-461D/462D，CS102(10kGHz10MHz)IEC 1000-4-6(150kHZ30MHz)传导耐受性测试如图10示，以IEC1000-4-6为例，RF电压直接注入电源线或讯号线，试验水准有三种1、3及10V；频率范围是150kHz80MHz，使用耦合去耦合网路，可加振幅调变。电场辐射耐受性测试(Radiated Susceptibility，RS)参考规格MIL-STD-461D/462D，RS103(10kHz18GHz)，IEC 1000-4-3(80MHz1GHz)电场辐射