电磁干扰辐射发射的测量

  Tess ·  2012-02-28 09:02  ·  25410 次点击
频率管理对于蜂窝通信设备供应商具有两种不同的意义。对于蜂窝网运行而言,它可以使大量用户共享有限的资源。然而,也许更为重要的是,需要防止由一种电子设备发射的信号干扰其它电子设备的工作。对电磁干扰(EMI)辐射的测量,可以对元线设备所“传输”的能量值进行规范,从根本上防止干扰的产生。
测量辐射电磁发射可能采取两种形式,即相容性测试和预相容性测试。相容性测试通常是在产品设计周期结束时,在已校准的测试实验室中进行。这种测试的时间较长,并且当发现产品超过政府制订的辐射发射条例标准范围时,即便进行重新设计,克服电磁辐射问题,但却往往延误了产品的上市时间和销售的“最佳”时机,给产品销售带来巨大压力。
预相容性测试是代表评估电气产品辐射电磁发射的一种更实用的方法。电气产品辐射发射的预相容性测试对由电子设备散发出的电磁辐射提供重要的初步检查,并帮助隔离和控制产品内部的各种电磁辐射源。与在经仔细控制和己校准环境下进行的相容性测试不同,预相容性测试通常是在制造厂商自己的工厂内部、在不太严格的受控条件下进行的,当然,进行两类测试的测量设备也可能相类似。
电磁干扰测试的传统方法对一台样机进行预相容性测试,希望其辐射发射水平处在规定的极限之下。相容性测试成本相当昂贵:在独立测试实验室进行相容性测试的产品费用每天可能达2000美元或更多,还不包括排除电磁干扰问题的附加产品开发费用。
相容性测试是按照由一些主管机构如美国的联邦通信委员会(FCC)和设在瑞士日内瓦的国际无线电干扰专门委员会(CISPR)所制订的技术指标来进行。预相容性测试可能遵循相同的辐射发射规则,以便在样机阶段和在产品进入生产线之前隔离和排除有关问题。特别是,随着计算机和其他微处理器驱动的电子设备中时钟频率的提高,在更高频率处出现不需要的发射的可能性也相应增加。例如,若在被测设备(EUT)中产生或使用的最高频率处在108~500MHz(5次谐波)范围,则目前FCC要求测试到2GHz。若被测设备产生或使用500~1000MHz范围的信号,则辐射发射测试必须进行到5GHz。测试的基础是对最高基本工作频率或40GHz两者中较低的一个的5次谐波信号电平进行分析。
由于相容性测试是在传统设计过程的结束处开始的,故最终产品设计在首次测试期间不能达到电磁相容性(EMC)目标的概率很高,而需要一些辅助工程手段,如添加衬垫材料,这是一种比较容易办到的事情;也可能会遇到巨大困难,如重新设计印制电路板(PCB),使起类似天线作用的电路板布线重新设计绕行。
预相容性测试适用于评估主管机构制订的规则未涉及到的电子设计,并能以相容性测试一部分费用来完成。预相容性测试的目的是实现可能的最高精度,以使十分接近相容性测试系统的性能。评估辐射发射的典型预相容性测试系统由EMC接收机或频谱分析仪,宽带天线、近场探头和测量软件组成。必要时,可以增加低噪声放大器(LNA),以提高接收机/分析仪的灵敏度。此外,对于传导发射测试,还需要使用线路阻抗稳定网络(LISN)。USN可对来自交流电源输入功率滤波,防止线路传导噪声到达被测设备,并传导发射从被测设备行进到测量接收机。
测量天线将人射电场或磁场强度变换成可由接收机加以测量的电压。场强与天线输出端的电压之比称为天线因子。通过将天线因子(dB/m)追加到接收机读数(dBμV)上,结果得到如在天线辐射元上测得的电场强度(dBμV/m)。
选择供EMI测试用的天线涉及到在天线增益与带宽之间进行折衷。给出高测量灵敏度的高天线增益只对有限带宽才有可能。因此,传统上EMI测量使用了两种天线,即用于30~300MHz频率的双锥形天线和用于200~1000MHz频率的对数周期天线。单一天线可以覆盖频率范围30~1000MHz,尽管这类天线的设计往往比双锥形天线对数周期天线的总价格更高。
由于天线相对于被测设备的移动对检测最坏情况的发射十分重要,故用在屏蔽室中的EMI测试天线的安装必须能旋转到某个角度(通常为90°)以改变其极化性能。在屏蔽罩内,天线则应升高到外罩的接地平面上方。高度应在1~4m之间可调,以便遵从一些重要的EMI条例(如CISPR制订的条例)。这些测试天线还应能以垂直极化和水平极化方式工作,以便易于检测最坏情况的电磁干扰信号。
除天线之外,当试图隔离和识别被测设备中的电磁辐射源时,可以用近场探头来进行诊断。顾名思义,近场探头常用在离被测设备几英寸范围内,以检测高场强。近场探头在规定频率上以磁场强度单位dBμA/m/μV加以校准。它们还能评估EMI的抗扰度以及封装和外罩的屏蔽效果。安捷伦科技公司生产的用于9kHz~30MHz的11941A型以及用于30MHz~1GHz的11940A型近场探头便是其中之一二。
用于辐射发射的EMI预相容性测试系统的最关键部分之一是测试接收机或频谱分析仪。EMI测试接收机能显示电压随频率变化的关系。测量结果通常以对数值给出,以便显示对1μV归一化(dBμV)的宽动态范围。按相应EMC主.

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