淺談電磁兼容及測試

張露文

摘 要：文章以淺顯易懂的語言介紹了電磁兼容的內涵、表現形式和分類，并較深入地解釋了幾個較為常用的電磁兼容測試。使讀者對電磁兼容有一些初步的了解。

關鍵詞：電磁兼容；電磁騷擾；電磁抗擾；輻射；傳導

中圖分類號：O441 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0030-02

1 電磁兼容（EMC）的內涵

1.1 電磁兼容的含義及由來

顧名思義，電磁兼容就是指不同設備發射的電磁波可以相互兼容，互不影響。當今社會隨著手機，無線路由器的廣泛應用， 各種無線通信技術滲透到人們的日常生活中，如GSM， CDMA， WCDMA， LTE， wifi， 藍牙，GPS導航等等，還有即將到來的5G時代，可以想象，人們的生活將日益與無線通信技術緊密聯系在一起。但是你是否知道，所有的無線通信背后都不離不開一樣東西，那就是電磁波。

1888年，德國物理學家赫茲用實驗的方式證明了電磁波的客觀存在。為了紀念他，人們就用赫茲作為波動頻率的單位。電磁波的發現，給人們生活帶來了包括無線通信在內的多種便利，如紅外探測，微波加熱，紫外殺菌，x光透視等等。但是電磁波也會帶來危害。比如，天氣干燥人靠近或接觸電器時，可以產生放電現象，瞬間電壓可達幾千甚至上萬伏，可能會使電器失靈；充電時，電源網絡的電壓波動，短時壓降，會產生低頻傳導干擾，也會損壞設備。另外，在戰爭時期，電磁武器產生的大功率干擾可是對方的電子及通信設備無法工作。所以，電磁兼容的概念隨著電磁波的發現也逐漸發展并被重視起來。

1.2 電磁兼容的分類

準確來講，電磁兼容有兩方面的含義。一方面，一個設備在正常工作時，它產生的電磁場必須低于一定的限值，不會干擾到其他設備的正常工作， 這個概念稱為電磁騷擾（EMI）；另一方面，一個設備必須具備一定的抗干擾能力，可保證在其他設備正常工作產生的電磁場中不被干擾，這個概念稱為電磁抗擾（EMS）。

電磁兼容按照電磁波傳輸方式的不同也可以分為傳導和輻射。傳導是指在電磁波以有線的方式在線纜中傳輸，輻射則是至電磁波在空間以無線的方式進行傳輸。

根據上述分類方法，電磁兼容問題可分為傳導騷擾，輻射騷擾，傳導抗擾度，輻射抗擾度，另外電磁兼容還包括靜電放電，電壓波動，諧波閃爍，電快速脈沖群，浪涌，電壓暫降以及磁場干擾方面的研究。

2 電磁兼容測試

為了驗證設備是否具備合格的電磁兼容性，并且可重復、可比較，各主要國家或地區都設立專門機構，制定電磁兼容標準，規范測試方法、測試環境以及測試設備。目前，世界范圍內接受程度最廣是國際電工委員會IEC制定的CISPR系列標準。下面，就來介紹一下標準中規定的幾個最常用的EMC實驗用例。

2.1 傳導騷擾

傳導騷擾指的是電流或數據在線纜中傳輸時，通過線纜，電源端口，控制端口對周圍環境產生的干擾。它的測試原理比較簡單，以電源端口為例。為了測到被測設備（EUT）在電源端口產生的騷擾，首先需要將人工電源網絡（AMN）連接到電源上，它可以濾除電源的雜波，并且給EUT提供穩定的匹配阻抗。然后，將EUT的電源與之相連，同時測量騷擾的接收機也連在AMN上。為避免EUT在上電期間產生大幅度的瞬態信號，從而對接收機造成損壞，還需要在AMN和接收機之間加上限幅器。對于非落地設備，像手機，電視機等EUT， 測試時需要放置在80cm高，至少1m×1.5m的非導電的桌子上（一般為純木質）；對于落地設備，需要放置在地面進行測試，但是在地面和EUT之間需要放置最高15cm的絕緣層。具體配置如圖1所示。

2.2 傳導抗擾度

射頻發射機產生的電磁場，可以通過EUT的某個或某些線纜，如電源線，信號線，控制線等，耦合到設備內部從而產生干擾。傳導抗擾度就是檢驗EUT抵抗這種干擾的能力。測試原理如圖2所示：

首先由信號發生器產生1kHz，80%AM調制的正弦波干擾信號，經放大，匹配，濾波，達到標準中規定的騷擾電壓等級，通過注入設備加到EUT上。注入設備首選耦合/去耦合網絡，一般做在一個盒子里，稱為CDN。原因是CDN可以提供最好的測試可重復性，且保護輔助設備。目前有各種類型的CDN可適用于電源線，信號線等。但仍然有些情況下，CDN是不可用的， 就必須用其他的注入方式，如電流鉗。測試在150k～80MHz的頻率范圍內以1%的步進方式執行，在每個頻點上，對EUT的功能進行監控。

2.3 輻射騷擾

輻射騷擾的測量要比傳導騷擾復雜得多。首先是場地要求。輻射騷擾通常需要在開闊場（OATS）內進行測試。理想的開闊場一片沒有任何電磁波阻礙的場地。如，沒有建筑物，電纜，樹木等，地下也不能有管道，線纜等物。

這樣的場地顯然是不容易找到，尤其是在經濟較發達地區。所以，標準中規定了其他可替代的場地：半電波暗室和全電波暗室。半電波暗室是指除地面以外四周和頂部都安裝了吸波材料，因此除地面外其他地方幾乎沒有電磁波的反射。全電波暗室則是在半電波的基礎上，在地面也加裝了吸波材料，實際上是模擬了只有直射波的自由空間。通常，1G以下的輻射騷擾測試在半電波暗室進行，1G以上則使用全電波暗室。

測試前，EUT及其附件按照正常工作的狀態放置在80cm高的桌子上（1G以上為1.5m高），至少1m×1.5m，且材質是非傳導性的。EUT及其附件的邊緣距天線的參考點為10m（1GHz以下）和3m（1GHz以上）。測試時，桌子連同放置的EUT及其附件進行360度旋轉，并且在1～4m的范圍內移動天線，以找到最大值。

2.4 輻射抗擾度

輻射抗擾度指的是將干擾信號通過天線輻射出去，在EUT周圍的空間形成一定水平的場強，如3V/m，然后驗證EUT是否會被干擾。原理與傳導抗擾度類似，干擾源信號也是1KHz，80%AM調制的正弦波，不同的是需要在全電波暗室中進行，驗證頻率80MHz～6GHz，步進為1%。在第一次執行輻射抗擾度測試之前，需要進行場均運性驗證（Uniform Field Area）。UFA是一個假想的1.5m×1.5m的平面，在這個平面上均勻劃分了16個點。如圖3所示。

驗證時，在每個點上，使用與測試相同的頻率范圍和步進，并不斷調整功率，使得場強水平保持不變。完成后，在每一個頻點上得到16個功率值。這16個值按高低排序，至少前12個點中的最大值與最小值之差在6dB以內，并記錄該功率最大值為Pc。如果滿足該條件，就說明EUT可以放置于該UFA中進行抗擾度測試。

測試時，在每一個頻點上使用UFA驗證時記錄下來的Pc值，來控制信號發生器和功率放大器的輸入。保證EUT暴露在所需的場強中。然后觀察EUT是否工作正常。

2.5 其他EMC測試

其他的EMC測試用例，如ESD是用來模擬人體放電對EUT的影響；電壓閃爍和諧波是驗證EUT連接共用電網時對其他設備的影響；電快速脈沖群，浪涌和電壓暫降則是模擬公共電網中各種常見干擾，來驗證EUT對抗此類干擾的能力。由于篇幅有限，具體測試過程就不一一介紹了。

3 結束語

電磁兼容與人們的生活息息相關，尤其是現代社會各種無線技術飛速發展，環境噪聲不斷提高。電磁兼容問題日益突出，希望更多的人投入到該領域的研究。

參考文獻：

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