电磁兼容测试电磁兼容测试北京交通大学 抗电磁干扰研究中心沙斐 1什么是电磁兼容？什么是电磁兼容？电磁兼容（EMC-Electromagnetic CompatibilityEMC-Electromagnetic Compatibility）是一门新兴的综合性学科，主要研究电磁干扰和抗干扰的问题。即怎样使在同一电磁环境下工作的各种电子电气设备、器件或系统，都能正常工作，互不干扰，达到兼容状态。2构成电磁兼容问题的三要素构成电磁兼容问题的三要素n电磁骚扰源、传输途径和敏感设备。 n任何电子设备既可能是骚扰源， 又可能是敏感设备。n骚扰的传输途径骚扰的传输途径:通过空间辐射和通过导线传导3EMC测试测试:符合性测试、诊断测符合性测试、诊断测试试符合性测试包括以下内容：（一）EMI测试 RE，CE，功率，喀呖声 ，谐波 ，电压波动和闪烁 等。（二）EMS测试 RS，CS，ESD，EFT，浪涌 ，振铃波浪涌 ，电压暂降、短时中断和电压变化 ，工频磁场，脉冲磁场等。4电磁兼容标准和规范 目前国际上有权威性的电磁兼容标准和从事目前国际上有权威性的电磁兼容标准和从事EMCEMC准制订工作的专业委员会有：准制订工作的专业委员会有：n n 国际电工委员会：国际电工委员会：CISPR CISPR 标准和标准和IECIEC标准标准（TC77TC77）n n 欧共体：欧共体：ENEN标准标准(CENELEC)(CENELEC)和和ETSETS标准标准(ETSI)(ETSI)n n 德国：德国：VDEVDE标准标准n n 美国：美国：FCCFCC标准和军用标准标准和军用标准MIL-STDMIL-STDn n 日本：日本：VCCIVCCI标准标准 这些标准正在逐步走向国际统一。这些标准正在逐步走向国际统一。5规定的频率段范围规定的频率段范围n n A频段9150kHz；n n B频段30MHz；n n C频段30300MHz；n n D频段3001000MHz；6骚扰的辐射发射测试（骚扰的辐射发射测试（9KHz18GHz） n n30MHz30MHz18GHz18GHz，测量，测量E E。 #1GHz #1GHz以下，开阔场地或半电波暗室，半自以下，开阔场地或半电波暗室，半自由空间。由空间。 # 1GHz # 1GHz以上，全电波暗室，模拟自由空间。以上，全电波暗室，模拟自由空间。 # # 替代法测量，可用开阔场地、半电波暗室或替代法测量，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。全电波暗室，测量结果用发射功率表示。n n9KHz9KHz30MHz30MHz，测量，测量H H。 #EUT #EUT较小，放在大磁环天线（较小，放在大磁环天线（LLALLA）中，测）中，测量骚扰磁场的感应电流。量骚扰磁场的感应电流。 #EUT #EUT较大，采用远天线法，用单小环在规定较大，采用远天线法，用单小环在规定距离测量骚扰的磁场强度。距离测量骚扰的磁场强度。730MHz1000MHz的辐射发射测试的辐射发射测试8远场条件下的测试距离远场条件下的测试距离dn na) d /2, 如EUT被看作是偶极子天线，则误差为3dB。n nb) d ， 可看作是平面波，如EUT被看作是偶极子天线，则误差为。n nc) d 2D2/， D为EUT的最大尺寸，该条件仅适用于D的情况。9 B级级ITE10m法限法限值与与3m限限值的的转换 E f / d， E1 / E2 = d1 / d2频率范围（MHz）准峰值限值dB(V/m)10m3m3023030402301000374710n n测试距离误差的考虑，高频影响大。 Ef/d2. d + 1/d . fn n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。 11 12n n测量时应把天线水平放置测水平极化分量，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。n n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。 13骚扰测量仪的电路框图骚扰测量仪的电路框图 14 骚扰测量仪的骚扰测量仪的4大类指标大类指标 指指标标名称名称频频段段A AB BC C和和D D6 6分分贝处贝处的的带宽带宽200Hz200Hz9kHz9kHz120kH120kHz z准峰准峰值电压值电压表的充表的充电时间电时间常数常数45ms45ms1ms1ms1ms1ms准峰准峰值电压值电压表的放表的放电时间电时间常数常数500ms500ms160ms160ms550ms550ms临临界阻尼指示界阻尼指示仪仪器的机械器的机械时间时间常数常数160ms160ms160ms160ms100ms100ms检检波器前波器前电电路的路的过载过载系数（高于使指示器系数（高于使指示器产产生最大偏生最大偏转转的正弦波信号的的正弦波信号的电电平）平）24dB24dB30dB30dB43.5d43.5dB B接入接入检检波器与指示波器与指示仪仪器之器之间间直流放大器的直流放大器的过载过载系数系数（高于相（高于相应应于指示于指示仪仪器器满满刻度偏刻度偏转转的直流的直流电压电电压电平）平）6dB6dB12dB12dB6dB6dB15骚扰测量仪的绝对脉冲特性骚扰测量仪的绝对脉冲特性 频频段段a a（VsVs）b b（MHzMHz）c c（HzHz）频频段段a a（VsVs）b b（MHzMHz）c c（HzHz）A A13.513.50.150.152525C C0.0440.044300300100100B B0.3160.3163030100100D D0.0440.0441000100010010016骚扰测量仪的相对脉冲特性骚扰测量仪的相对脉冲特性 重复重复频频率率（HzHz）脉冲的脉冲的现对现对等效等效电电平（平（dBdB）重复重复频频率率（HzHz）脉冲的脉冲的现对现对等效等效电电平（平（dBdB）A A频频段段B B频频段段C C和和D D频频段段A A频频段段B B频频段段C C和和D D频频段段10001000- -4.5-4.51010-8.00-8.001.01.010104.04.01.01.010.010.01.51.514.014.01.51.51001004.04.01.01.00 0（基准）（基准）0 0（基准）（基准）5 57.57.51.01.0- - -60603.03.01.01.0- - -2 213.013.02.02.020.520.52.02.026.026.02.02.025250 0（基准）（基准）- - -1 117.017.02.02.022.522.52.02.028.528.52.02.02020- -+6.5+6.51.01.0+9.0+9.01.01.0孤立脉孤立脉冲冲19.019.02.02.023.523.52.02.031.531.52.02.017骚扰测量仪峰值测量时的指标骚扰测量仪峰值测量时的指标 频频段段A AB BC C和和D DTD/TCTD/TC1.89101.89104 41.25101.25106 61.67101.67107 7B B6 6带宽带宽100300Hz100300Hz810kHz810kHz100500kHz100500kHz优选带宽优选带宽200Hz200Hz9kHz9kHz120kHz120kHz18峰值测量时的绝对脉冲特性峰值测量时的绝对脉冲特性 频频段段脉冲重复脉冲重复频频率率(Hz)(Hz)脉冲脉冲强强度度（m ms s）脉冲脉冲带宽带宽BimpBimp（z z）峰峰值值与准峰与准峰值值表表头头指示指示比比A A25256.67x106.67x10-3-30.21x100.21x103 36.16.1B B1001000.148x100.148x10-3-39.45x109.45x103 36.66.6C C和和D D1001000.011x100.011x10-3-3126.0x10126.0x103 3121219峰值、准峰值和平均值测量的比较峰值、准峰值和平均值测量的比较n nB Bimp imp B B6 6 ， =脉冲强度脉冲强度 , , n nP(P()=)=准峰准峰值检值检波效率波效率, , f fPRPR= =脉冲重复频率脉冲重复频率信号类型信号类型峰值测量峰值测量准峰值测量准峰值测量平均值测量平均值测量正弦波正弦波 E E E E E E周期脉冲周期脉冲1.41.4 B Bimpimp1.41.4 B BimpimpP(P( ) )1.41.4 f fPRPR20准峰值检波效率P()21相同带宽条件下准峰值和相同带宽条件下准峰值和平均值表头读数之比值平均值表头读数之比值 频频段段脉冲重复脉冲重复频频率（率（HzHz）2525100100100010001000010000A A12.412.44.54.5- - -B B- -32.932.917.417.4- -C C和和D D- -50.150.138.138.120.820.822峰值和准峰值检波器的峰值和准峰值检波器的充放电时间常数充放电时间常数频段频段A AB BC C和和D D峰值检波的峰值检波的TD/TCTD/TC1.89x101.89x104 41.25x101.25x106 61.68x101.68x108 8准峰值检波准峰值检波的的TD/TCTD/TC11.111.116016055055023最小扫频时间最小扫频时间频段频段A A9KHz-150KHz9KHz-150KHzB B150KHz-150KHz-30MHz30MHzC C和和D D30-1000MHz30-1000MHz峰值检波峰值检波100ms/KHz100ms/KHz20ms/200Hz20ms/200Hz1.41s1.41s100ms/MHz100ms/MHz0.9ms/9KHz0.9ms/9KHz2.99s2.99s1ms/MHz1ms/MHz0.12ms/120KH0.12ms/120KHz z0.97s0.97s准峰值检波准峰值检波20s/KHz20s/KHz4s/200Hz4s/200Hz2820s(0.78h)2820s(0.78h)200s/MHz200s/MHz1.8s/9KHz1.8s/9KHz5790s(1.7h)5790s(1.7h)20s/MHz20s/MHz2.4s/120KHz2.4s/120KHz19400s(5.4h)19400s(5.4h)24骚扰场强dB（Vm）测量仪读数dB（V）十天线系数（dB）电缆损耗（dB）2526271GHz18GHz频率段的辐射发射测试频率段的辐射发射测试 n n使用全电波暗室使用全电波暗室; ;n n接收天线设置在与接收天线设置在与EUTEUT同一高度上同一高度上; ;n n转台仍需转台仍需360360度转动，测试距离为度转动，测试距离为3 3米米; ;n n采用小口径定向天线，水平和垂直二种状态都要采用小口径定向天线，水平和垂直二种状态都要测量测量; ;n n测量采用频谱分析仪，应设在最大保持方式和对测量采用频谱分析仪，应设在最大保持方式和对数数dBdB显示方式。测量结果用电场强度的峰值或平显示方式。测量结果用电场强度的峰值或平均值表示（不用准峰值）。峰值测量时采用均值表示（不用准峰值）。峰值测量时采用1MHz1MHz的分辨率带宽和视频带宽，平均值测量时仍采用的分辨率带宽和视频带宽，平均值测量时仍采用1MHz1MHz的分辨率带宽，但是视频带宽应大大缩小至的分辨率带宽，但是视频带宽应大大缩小至10Hz10Hz，相当于加入一个低通滤波器，相当于加入一个低通滤波器 。2830MHz18GHz的辐射发射替代法测试的辐射发射替代法测试 291.1.替代法仅仅测试EUT的壳体辐射 ,用标准天线的输出功率 来等效。2.2.h1m ，d应符合远场条件，EUT在X、Y、Z方向上分别旋转360度，找最大值。 3.3.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 都用线性极化的喇叭天线。4.4. 30n n替代法的校准应在水平极化和垂直极化状态进行。n n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）。n n以后测试时可直接将测到的最大骚扰电压加校准系数K（f），得到壳体辐射功率，不必再做替代试验。319KHz30MHz的磁场辐射发射测试的磁场辐射发射测试 2m的LLA可测量的最大尺寸为；EUT的磁场辐射强度等效于标准天线的辐射强度；测量结果用大环上的磁感应电流dB(A)表示 32远天线法的辐射磁场测量远天线法的辐射磁场测量n n使用直径的单小环天线，垂直地面放置，最低部高于地面1m（典型值），测量距离3m。n n测量得到的是环天线处的磁场的水平分量，但是由于测量处于近场条件，地面又有反射，所以测量所得的值仍然反映了EUT的水平和垂直偶极距的情况。33辐射发射测试方法的一些新发展辐射发射测试方法的一些新发展 n n在TEM-CELL、G-TEMCELL、混响室 中进行辐射发射测试。n n同一EUT在各种不同类型的场地所测得的辐射量之间的转换是相当困难的，各种场地的测试结果都采用各自的骚扰限值。n n各种场地中的电波传播模式不同,开阔场地和半电波暗室是半自由空间,全电波暗室是自由空间，TEMCELL和G-TEMCELL是导波系统,混响室则是扰模系统。34APD(幅度概率分布幅度概率分布) n nAPD定义：幅度超过某个电平的时间概率的累积分布 。n nAPD分析仪连接在骚扰测量仪（测试接收机或频谱仪）的中频包络检波输出端。n nAPD用于评价数字系统的误码率 。35 用用APD作符合性测试的方法作符合性测试的方法36台台式式设设备备的的传传导导骚骚扰扰测测量量布布置置图图 37 测量频率30MHz，测量在屏蔽室内进行； 测量时需要在电网和EUT之间插入人工电源网络（LISN或AMN），作用是隔离电网和EUT和提供一个稳定的阻抗。 38连续骚扰的功率测试连续骚扰的功率测试 39n n吸收钳法测到的是连接被测电缆的等效共模源的骚扰功率，用50标准信号源的功率dB(pW)表示。n n用吸收钳法来评价EUT全部辐射能力的限制条件是：EUT尺寸/4、30300MHz频率段、单电缆连接。n n由于被测电缆相当于辐射天线，所以测试时人应远离测试装置，吸收钳和测量接收机之间的连接电缆最好也套上磁环。40n n测试应在屏蔽室内进行，电源线长度应大于6m，即大于30MHz的半波长加上吸收钳的长度。n n对于每一个测试频率点，吸收钳都应沿着电源线移动，找出最大值，因为共模电流在导线上是以驻波形式出现的。n n功率吸收钳测量系统应事前进行校准，得到修正因子频率曲线。 41功功率率吸吸收收钳钳的的校校准准布布置置 42断续骚扰喀呖声测试断续骚扰喀呖声测试 n n判断是否喀判断是否喀呖声，根据呖声，根据喀呖声喀呖声 率确率确定喀呖声限定喀呖声限值值LgLg ；n n按按“ “上四分上四分位法位法” ”判断判断产品是否合产品是否合格。格。 43 44谐波测试谐波测试 n nEUT的供电电源S要求为纯净电源 ；n nEUT产生的谐波电流由分流器Zm取样，送入谐波分析仪M进行测量； n n一般测到第19次谐波 ；n nEUT开关电源瞬时（10s）之内产生的谐波可不作考虑。 45电压波动和闪烁的测试电压波动和闪烁的测试 n n电压波动反映突然的较大的电压变化程度，电压波动反映突然的较大的电压变化程度，n n闪烁反映一段时间内连续的电压变化情况。闪烁反映一段时间内连续的电压变化情况。 46 短期闪烁（Pst）：在10分钟内估算出的闪烁危害度，标准要求Pst1; 长期闪烁（Plt）：2小时内相继发生的Pst值，估算出的闪烁危害程度，47设备的抗扰度测试设备的抗扰度测试 n n又称为设备的敏感度测度（EMS），目的是测试设备承受各种电磁骚扰的能力。 n n施加骚扰的强度由试验等级决定，等级越高强度越大。n nEMS试验结果应标明试验等级和性能判据。 48性能判据可分为四级性能判据可分为四级n nA A：EUTEUT工作完全正常；工作完全正常；n nB B：EUTEUT工作指标或功能出现非期望偏离，但当骚工作指标或功能出现非期望偏离，但当骚扰去除后可自行恢复；扰去除后可自行恢复；n nC C：EUTEUT工作指标或功能出现非期望偏离，骚扰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源去除后不能自行恢复，必须依靠操作人员的介入，例如入，例如“ “复位复位” ”（不包括技术人员进行的硬件（不包括技术人员进行的硬件维修和软件得装）方可恢复；维修和软件得装）方可恢复；n nD D：EUTEUT的元器件损坏，数据丢失、软件故障等。的元器件损坏，数据丢失、软件故障等。49辐射电磁场抗扰度试验辐射电磁场抗扰度试验 载波频率为801000MHz，调制信号为1kHz，调幅度为80%； 测试在电波暗室中进行，地面上铺设吸波材料 5051SMART 80Dual Z-Fold Tuners : 80MHz射频场感应传导骚扰抗扰度试验射频场感应传导骚扰抗扰度试验 载波频率为150KHz80MHz ，幅度调制信号为1KHz正弦波，调幅度80%。骚扰信号通过CDN、电流夹钳、电磁夹钳以共模方式耦合到EUT。53如果是屏蔽电缆，骚扰电流注入到电缆的屏蔽层上，如果是非屏蔽电缆，骚扰信号直接注入到各条线上。标准规定CDN由EUT端口视入的共模阻抗应为150。 54静电放电抗扰度试验静电放电抗扰度试验 5556电快速瞬变脉冲群抗扰度试验电快速瞬变脉冲群抗扰度试验5758试验试验等等级级点源端口点源端口I/OI/O、信号、数据、控制端口、信号、数据、控制端口开路开路输输出出试试验电压验电压峰峰值值（kVkV）脉冲重复脉冲重复频频率率（kHzkHz）开路开路输输出出试试验电压验电压峰峰值值（kVkV）脉冲重复脉冲重复频频率率（kHzkHz）1 10.50.55 50.250.255 52 21 15 50.50.55 53 32 25 51 15 54 44 42.52.52 25 5 特定特定特定特定特定特定特定特定59浪涌（冲击）抗扰度试验浪涌（冲击）抗扰度试验 6061振铃波浪涌抗扰度试验振铃波浪涌抗扰度试验 62电压暂降、短时中断和电压变化的电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验抗扰度试验 63工频磁场抗扰度试验工频磁场抗扰度试验64脉冲磁场抗扰度试验脉冲磁场抗扰度试验 65 谢谢 谢！谢！66