EMC测试中的预符合性测试方法及其应用指南

虽然并不存在对预符合测试（有时称为前期一致性测试）的确切定义，但一个预符合测试应该使用的至少是在相关标准中所描述的测试技术。EMC标准通常要么会就测试方法进行描述或规定，要么会为读者介绍其他详细描述测试方法的文件。用来符合EMC指令要求或标准所使用的辐射发射测试方法通常会涉及在EN55022或EN55011（CISPR22或CISPR11）中所描述的测试方法。许多年以来，它们都要求在一个开阔测试场（OATS）进行测试。但随着外界环境变得越来越噪扰，特别是在大量使用数字广播的今天，要找到一个既合适又方便的场地来作为OATS，而又不具有非常高电平的外界噪声变得越来越困难。所以，现在也接受若干个特定的屏蔽环境作为可供选用的测试场地。

在本章的后面有关小节还要对完整的符合性测试方法进行描述。这类完整的符合性测试方法也散见于许多其他文章和教科书中。预符合测试与完整符合性测试方法相比较，除了为了节省开支和时间而作了一些简化以外没有什么实质上的不同。就预符合测试来讲，重要的是充分了解在这些简化过程中可能带来的误差。而通常称之为预符合测试本身就包含着所使用的可能是各种各样的方法（即没有一个统一的方法）。而这些方法的测试结果可以从非常不精确到相当不错，直到测试结果与完整的符合性测试结果基本上没有什么区别。因此正确的选用预符合测试方法本身就是重要的一环。

在EMC测试中通过预符合测试来达到节省时间和花费毫无疑问是一个良好的工程实践。许多公司都会从不同的供应商中选择一个来购买这些预符合测试设备和系统。这样的一个系统通常仅需要几个纸箱就能容纳所有需要的设备、天线和各种应用手册。但假如用户认为仅需要把所有的设备连接在一起，安装好天线，再按几下前面板的按钮就可以进行并完成测试所要求的测量的话，实践会告诉他们事情并不会如此的简单。假如仅是这样做的话，可以很容易造成高达±30dB的测量误差，在有些情况下甚至会更高。有些预符合测试设备制造厂商为它们的设备制定有综合性的应用指南。问题往往处在于即便有这样那样的综合性指南，几乎没有哪个用户公司会真正有人去仔细阅读它们，并按照其中所规定的步骤去做。测试人员也许有可能在不阅读有关应用说明的前提下掌握几个PC的应用软件或示波器的应用，但在EMC测试中，你几乎完全没有可能做到这一点。

不使用完全按要求规定的测试场地和测试方法或使用低成本的，本身就不符合CISPR16指令标准要求的设备意味着测量误差成为一个未知数。其结果不仅会导致浪费时间和精力（比如市场进入的推迟，预留过宽的工程宽裕度，高制造成本等），而且会使公司在产品的生产中承受大大超过预估的财务风险（比如产品的不可靠性，高返修率和保修成本地巨增，甚至于存在着无法在EU市场中生存的可能。不论是强制性的退出还是被迫退出）。具有巨大测量误差的低花费测试根本就不代表成本的降低！

可幸的是在既节省时间又不需要太大花费的前提下，仍然可以做到不需要做出太大努力就可以完成预符合测试，同时又不会承受商业上过高的经济风险。但要做到这一点，绝不只是简单的连接设备和安装天线就可以完成测量的。其关键是测试人员需要清楚的了解在即将进行的测量中会引入什么样的误差，而在测量完成后又如何能正确估算出这些误差值。

有两种方法用来预估预测试中出现的误差。

1）按照与用于完整符合性测试的完全相同的测试步骤。这包括对场地进行标准化场地衰减（NSA）的测量，获得所有设备，电缆和天线的校准数据以及使用NIS81（“The treatment of uncer_- tainty in EMC measurements”National Physical Laboratory）计算出测量中所出现的偏差。

2）使用下节将要描述的“金产品”测试方法。在使用“金产品”测试法时，并不一定要对你所使用的场所或测量的不确定性有所了解。因为在这里“金产品”是作为一个“转换标准”来使用的。通过它的使用，将在测试实验室中对它进行测量所获得的测量偏差（不确性）作为一个标准（完整符合性测试结果）使用于所使有的开阔场地的测量。完整符合性测试结果（标准结果）和在所使用有场地所获得的结果的差将被用来作为两者间的相关系数，并应用到在预符合测试现场所做的所有测量上。但这样的差仅严格局限和适用于具有相同辐射特征的产品。

然而，即便“金产品”测试法也无法克服可重复性问题。例如，你连续数日使用相同装置来测量被测的“金产品”，测量中会存在什么样的变化（不一致）？除非对电缆、天线以及测试场地及其局部环境有着完全的（或良好的）控制，测试（结果）的可重复性很可能会很差。并且更为重要的是，必须将测试的可重复性误差包括在整体测试的偏差（不确定性）中。

对于许多较小的公司而言，最好的方法很可能是一种将NSA校准，“金产品”测试和使用NIS81计算偏差（不确定性）混合使用的方法。测试人员能掌握有关场地和它的不确性的定量因素越多，“金产品”测试的可重复性就会越好。

现在让我们来看一下在合理的辐射发射预符合性测量中为了节省开支和时间所采用的一些简化技术。虽然大多数EMC标准所使用的辐射发射测量距离多为10m，但用于预符合测试的最普通距离则为3m，并要将限值线增加10dB。但使用更短距离的测量技术可以使用更小的测试场地，并改善信噪比（这一点对使用较低成本的频谱分析仪或EMC接收机作为测量设备时特别有价值）。

当然将天线移至更为靠近的距离上也是可能的。比如说仅为1m。然后在测量结果上根据不同的距离增加限值线（这个限值线的增加正比于天线距离的倒数。比如距离缩短为原来的1/3时，限值线增加10dB）。但由于天线与EUT之间存在着耦合，所以这是一种很不可靠的估算方法。即便是如前所述的将距离从10m缩短到3m的情况下，采用10dB的相关系数也经常并不那么精确。从3m缩短到1m场合，则更无法证明技术上是合理的。在使用长天线时所存在的一个问题是无法对天线中心点做出准确的定义。因此，距天线端头1m的距离上，一个覆盖频率为200MHz到1GHz的对数周期天线的真正测量距离会根据频率的不同可以从1m到2m之间变化。实际上，这也蕴含了限值线修正对频率的依赖性。(www.xing528.com)

一个（测试）现场的NSA会受到地平面的质量，邻近的金属表面和物体反射的影响。图4-1-9所显示的是EN55022（CISPR22）中所规定的通用10m OATS装置的示意图。

图4-1-9 EN55022中的通用OATS要求

这样一类的OATS装置的设置和安装既不困难花费也不高（请参阅图4-1-10a、b）。这类场地甚至可以采用临时铺设金属栅网地平面结构的办法。在测试完成后可以将它卷起来储存以便再次使用。晚间或周末的汽车停车场是相当理想的临时OATS。这不仅是因为场地本身既平坦又开阔，更重要的是晚间或周末的外界干扰也会相对较少和较小。

为了获得来自地面的可重复性反射，要对金属地平面做出规定。在不同高度上进行扫描的目的是要使天线捕获最大的反射和直接信号。有相当一部分人似乎在预符合测试设备装置中并没有考虑所使用的地平面的影响，还有些人还会觉得进行高度扫描过于麻烦而根本没有将它列入预符合测试步骤中。也有些人会采用在不考虑地平面/高度扫描条件下对所获得的测试结果给予6dB补偿的做法。但即便是这样极为粗略的做法也仍然没有将会引起场与场相互抵消的地面反射考虑其中。在有些场合，这样做可能导致测量结果低于正常测量值高达25dB。有些预符合测试将天线安装在仅具有两个不同高度的三角架或其他类型支架上。比如说，两个相差为1m的高度。为了避免上述的场与场相互抵消的影响，在测量中不仅要对两个高度都完成测量，而且要对所有的覆盖频率范围进行扫描，以找出并选用最差的情况作为测量结果。换句话讲，即便不能在全高度上进行扫描的话，至少也要在两个相差1m的高度上分别进行扫描，从而寻找出并记录测试中出现的最差情况。

也有些人会在建筑物内使用预符合设备。显然，此时要形成CISPR椭圆是不可能的。测量结果不仅将会受到无法预知的反射的影响，对每个反射以及人们对设备的移动和家具位置的改变还会造成取决于频率的，在+6dB～-25dB之间的测量误差。在这样的环境中，定期对CNE或（最好是使用）一个“金产品”进行检查将有助于我们发现问题并解决它们。同时还会使测试的可重复性在某种程度上获得改善。

在建筑物内进行测量的另一个问题是由其他电气设备所引起的外界噪声。倘若外界噪声在很宽的频谱范围上都会超过限值线时，这种预符合测试就变得完全不可能的了。将测试移至外部的汽车停车场、运动场地或开阔地形将会大大降低由建筑物内设备所引起的外界噪声。但另一方面则带来了一些外部场地所有的来自不同源的环境噪声。在本篇后面的第1.1.10节中我们将会专门讨论如何克服这类外界环境问题以及它们的解决办法。

图4-1-10 两个10m OATS的测试场地照片

要在低成本的设备中找到一个精确的CISPR16QP检波器是有困难的（它是专门的辐射发射测量所要求的）。甚至在价格高达10000英镑的频谱分析仪中也并不一定会具有完整的符合CIS_-PR16的QP检波器。虽然对来自时钟谐波和类似源的发射进行测量时，低成本的频谱分析仪或接收机经常可以给出相当好的结果。但对诸如来自DC电机电刷等（比如每秒闪光一次的脉闪灯工作时所产生的）的宽带发射的测量就很可能会具有很大的误差。对由于产品中所使用的不同的技术而引起的不同种类的发射而言，在预符合或低成本测试装置中测试一个“金产品”是对检波器进行校准的一个很好的方法。

正如所有的有经验的工程师都知道，不论是什么设备，诸如天线、导线、连接器都存在有脱落、断裂或损坏的可能。同样，一个电子设备也会发生意外的故障。因此至少每星期一次（或无论在任何错误操作或部件更换以后），通过CNE或对一个“金产品”进行检查性测试，以确保能获得稳定的结果。同时，每年度对所有的设备进行年检和校准也是必不可少的。（其中不要忘记天线、传感器、电缆和连接器）无论在什么情况下，要想获得精确的预符合测试，定期对设备进行校准是基本的操作规范之一。