關于直流電源端口的傳導騷擾抗擾度校準方法的研究

張 科，王文儉，郭 雨

（1.國家無線電監測中心 北京 100037；2.國家無線電監測中心檢測中心 北京 100037）

1 引言

直流電源端口的傳導抗擾度測量是射頻場感應的傳導騷擾抗擾度試驗的重要部分。《GB/T 17626.6—2008電磁兼容 試驗和測量技術 射頻場感應的傳導騷擾抗擾度》（以下簡稱GB/T 17626.6—2008）中對于除高功率（電流≥16 A）和復雜電源系統（多相或各種并聯電源電壓）設備外，其余設備的電源端口測量推薦使用耦合/去耦網絡。為了使EUT端子獲得準確的騷擾電壓，試驗校準必不可少。本文以直流電源端口為例，簡要說明使用耦合/去耦網絡（coupling/decoupling network，CDN）測量直流電源端口傳導抗擾度試驗的校準過程，并提出了需要注意的關鍵點。

2 測試配置

對于直流電源端口的射頻場感應引起的傳導騷擾抗擾度試驗，主要采用耦合/去耦網絡注入的方法使得受試設備（equipment under test，EUT）端口獲得試驗等級要求的電壓。用于校準耦合/去耦網絡EUT端口電平設置的配置如圖1所示。整個校準系統由測試信號源、耦合/去耦網絡、接地參考平面、150Ω到50Ω適配器及電壓測量設備（如電壓表、功率計）等組成。耦合/去耦網絡放置在接地參考平面上，信號發生器通過N型轉接頭注入耦合/去耦網絡中，耦合/去耦裝置的EUT端口通過150Ω到50Ω適配器連接至電壓測量設備（如電壓表、功率計），輔助設備（auxiliary equipment，AE）端口接 150Ω 電阻并與接地參考平面相接。其中150Ω到50Ω適配器應放置在接地參考平面上，接地參考平面的尺寸應超出測試配置的所有邊界幾何投影至少0.2 m。

3 測試要求

直流電源端口的傳導騷擾抗擾度校準系統對其參與到校準過程中的附件和儀表提出了相應的技術要求。其中，圖1中所表明的測試信號源、耦合/去耦裝置及150Ω到50Ω適配器應分別滿足下列要求。

3.1 測試信號源

測試信號源用來給受試設備提供一個良好穩定的騷擾信號，它由射頻信號發生器、功率放大器、濾波器、可變衰減器、固定衰減器和開關組成，如圖2所示。射頻信號發生器在試驗覆蓋頻率范圍內可以提供調幅幅度為80%的1 kHz正弦波，用于正式實驗過程提供騷擾電壓，在校準過程中無需調制；功率放大器要擁有足夠大的放大能力以保證到達注入端口的騷擾電壓滿足試驗等級要求；固定衰減器T2為鏈路提供衰減以減少騷擾信號從功率放大器注入網絡的失配。低通或高通濾波器（LPF/HPF）對通過功率放大器的信號進行過濾，用來避免受試設備被干擾。

3.2 耦合/去耦網絡

耦合/去耦網絡的作用是使騷擾信號能夠耦合到受試設備的電纜上，同時又避免對同一電源供電的非受試設備產生影響。其指標主要包括端口共模阻抗和耦合/去耦網絡耦合系數。其中，共模阻抗是指受試設備端口上共模電壓與共模電流之比；耦合系數是指在耦合裝置的受試設備端口所獲得的開路電壓與信號發生器輸出的開路電壓之比（標準中未對其指標進行詳細規定）。GB/T 17626.6—2008規定了共模阻抗的模值|Zce|要符合表1的要求。

表1 共模阻抗模值要求

電源端口的耦合/去耦網絡的結構如圖3所示。供電電源從AE端口輸入，經過共模電感，傳輸電流至EUT端口。共模電感，也叫模扼流圈，是在一個閉合磁環上對稱繞制方向相反，匝數相同的線圈。理想的共模扼流圈對L(或N)與E之間的共模干擾具有抑制作用，而對L與N之間存在的差模干擾無電感抑制作用。共模電感實質上是一個雙向濾波器，它可以傳輸差模信號，直流和頻率很低的差模信號都可以通過，而對高頻共模噪聲則呈現很大的阻抗；信號電流或電源電流在兩個繞組中流過時方向相反，產生的磁通量相互抵消，扼流圈呈現低阻抗。共模噪聲電流流經兩個繞組時方向相同，產生的磁通量同向相加，扼流圈呈現高阻抗，從而起到抑制共模噪聲的作用。

干擾信號通過輸入端口注入CDN內部，通過電阻R和電容接入，一路通向EUT端口，一路通向共模扼流圈。由于共模扼流圈的抑制作用，所以注入信號直接通過電阻通向EUT。

在供電電流通過共模電感后，由于電容C1的高容抗，所以電流不會通過輸入端口反向流向騷擾源。在GB/T17626.6—2008中，在常用的CDN中，電感、電容和電阻的參數如下：

·CDN-M1（單線），在 150 kHz時，L≥280 μH，C1=10 nF，C2=47 nF，R=100Ω；

·CDN-M2（雙線），在 150 kHz時，L≥280 μH，C1=10 nF，C2=47 nF，R=200Ω；

·CDN-M3（三線），在 150 kHz時，L≥280 μH，C1=10 nF，C2=47 nF，R=300Ω。

為了驗證耦合/去耦網絡滿足要求，需要對其共模阻抗進行校準。校準系統由網絡分析儀和阻抗參考平面及接地參考平面組成。耦合/去耦網絡的共模阻抗主要是指從受試設備端口看進去的共模阻抗的模值，共模阻抗校準測試原理如圖3所示。

耦合/去耦網絡放置在接地參考平面上，網絡分析儀通過阻抗參考平面上的N型同軸連接器連接到耦合/去耦網絡的EUT端口，耦合/去耦網絡的AE端口接地或開路，耦合/去耦網絡的輸入端口接50Ω負載阻抗。阻抗參考平面上的N型連接器距離接地參考平面3 cm處。

首先在耦合/去耦網絡的工作頻段內，在阻抗參考平面上分別用開路器、短路器和50Ω負載對網絡分析儀進行校準。校準完成后，按照圖4來連接校準系統。在耦合/去耦網絡的工作頻段內選擇適當的頻率點進行校準測試，得到共模阻抗參數，然后對其實部和虛部求模即得到共模阻抗的阻抗值|Zce|。測試結果見表2。

由表1可知，當測試頻率處于0.15～26 MHz時，共模阻抗的指標要求130～170Ω；當測試頻率處于26～80 MHz時，共模阻抗的指標要求阻抗值在105～210Ω。由表2可知，耦合/去耦網絡的共模阻抗值滿足要求。

表2 共模阻抗測試值

3.3 150Ω到50Ω適配器

150Ω到50Ω適配器的插入損耗校準是指線纜串聯2個10dB衰減器后所得電壓與線纜再插入2個串聯的150Ω到50Ω適配器時所得的電壓之比。150Ω到50Ω適配器的插入損耗校準連接如圖5所示。

適配器應放置在接地參考平面上，接地參考平面的尺寸超出測試配置的所有邊界幾何投影至少0.2 m。信號源通過兩個阻抗為50Ω的10 dB衰減器與頻譜分析儀相連，如圖5（a）所示，在0.15～80 MHz，設置信號源的輸出功率和頻率，記錄頻譜儀上對應的功率值U1。將兩個150Ω到50Ω適配器串聯進電路中，連接配置參照圖5（b）所示，保持信號源的輸出功率不變，記錄此狀態下頻譜儀上的讀數U2。

則有：150Ω到50Ω適配器的插入損耗（dB）=U1（dBμV）-U2（dBμV）。

測試結果見表3。

表3 150Ω到50Ω適配器的插入損耗

GB/T 17626.6—2008中，根據150Ω到50Ω適配器的插入損耗校準原理圖測量的150Ω到50Ω適配器的插入損耗值應在9.5±0.5 dB范圍內。由表3的測試結果可以看出，150Ω到50Ω適配器滿足插入損耗的指標要求。

4 耦合/去耦網絡的受試設備端口上輸出電平的設置

如圖1所示，試驗信號發生器應連接到耦合裝置的射頻輸入端口，耦合裝置的受試設備端口以共模方式通過150Ω到50Ω適配器連接到輸入阻抗為50Ω的測試儀上。由于從CDN輸出端口向測試儀看過去的負載相匹配，所以CDN輸出端電平是信號源電動勢的一半，又由于端接阻抗為50Ω的頻譜儀與150Ω到50Ω適配器產生分壓，分壓比為150Ω/50Ω=3∶1，所以頻譜儀的讀數為信號源電動勢的1/6，即頻譜儀測得的電壓比信號源電動勢小了15.6 dB。

在圖1電路中，已知測度信號源中的固定衰減器的參數、耦合/去耦網絡在EUT端與注入端的分壓系數及功率放大器的增益，通過軟件測試就可以計算出對應實驗等級的測試對應的信號源的輸出，如有必要，線纜的衰減也要計算在內。在這里要注意信號源端口輸出的是未調制的正弦波，在實驗過程中要保證功率放大器的輸出信號諧波值要至少低于載波信號15 dB且功率放大器本身未達到飽和（可以通過檢驗功率放大器的1 dB壓縮點來實現）。

5 結束語

直流電源端口的傳導騷擾抗擾度校準過程對參與到校準過程中的設備及附件提出了明確的技術要求，在明確這些技術要求和測量原理的前提下，能夠對實驗過程中騷擾信號的耦合路徑、傳輸形式、電壓大小、匹配模式有清晰的概念，同時對直流電源端口的傳導騷擾抗擾度試驗的理解更加透徹。

1 GB/T 17626.6—2008.電磁兼容 試驗和測量技術 射頻場感應的傳導騷擾抗擾度.中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會，2008