电磁兼容测试场地和设备介绍

电磁兼容的测试场地有开阔试验场、半电波暗室、全电波暗室、屏蔽室、横电磁波室、混响室和带状线等。

开阔试验场是一个平坦空旷、地面电导率均匀良好、无任何反射物的椭圆形试验场地，其长轴是焦距的2倍，短轴是焦距的3倍，发射天线或受试设备与接收天线分别位于椭圆的焦点上，其距离通常为3m、10m、30m，相对应的测试场地被称为3米法、10米法、30米法测试试验场。开阔试验场示意图如图8-62所示。开阔试验场的性能指标用归一化场地衰减（NSA）来评估。

图8-62 开阔试验场示意图

电波暗室有半电波暗室和全电波暗室两种结构，半电波暗室是五面贴有吸波材料的屏蔽室且地面为反射平面，如图8-63所示；全电波暗室为六面贴有吸波材料的屏蔽室。电波暗室由屏蔽体、吸波材料（铁氧体和角锥吸波材料）、电源滤波器、信号/控制线滤波器、墙面接口板、通风波导窗、照明设备、防火报警系统、视频监控系统、转台和天线升降台及其控制器等设备构成。

图8-63 半电波暗室

屏蔽室是为了使室内的电磁场不泄漏到外部或外部电磁场不透入到室内的测试场所。屏蔽室分为拼装式和焊接式两种，其中拼装式壳体由成形钢板和螺栓固定模块构成，焊接式壳体由大片的钢片焊接而构成一个紧密的射频密封体。屏蔽室所使用的屏蔽门采用内凹三刀状接触结构，通过门上的钎刀插入固定到门框上的指状弹簧片来保证良好的电连接性。屏蔽室需要进行安全接地和工作接地处理，设计屏蔽门时需避开屏蔽室的谐振点。屏蔽室的性能通过屏蔽效能测试来评估。

电磁兼容典型的测试设备主要有测量接收机、频谱分析仪、场强测量仪和喀呖声分析仪等。

测量接收机是电磁兼容测试系统的核心设备，其实质是一种超外差式选频电压表，它能将由传感器输入的干扰信号中预先设定的频率分量以一定的通频带选择出来，传感器通常为人工电源网络、电压探头、电流探头、接收天线、功率吸收钳和阻抗稳定网络等。测量接收机实物图如图8-64所示。针对不同的测量项目，测量标准规定了接收机的多种检波方式及其限值。常用的检波方式有峰值（PK）检波器、准峰值（QP）检波器、平均值（AV）检波器。

频谱分析仪是当前频谱分析的主要工具，其作用是应用扫频技术，通过扫频信号源得到外差信号实现对信号的频域动态分析。频率分析仪实物图如图8-65所示。

图8-64 测量接收机实物图

图8-65 频率分析仪实物图

场强测量仪是用来测试电磁场场强的仪器，可用于测量工业、科学、医疗设备的漏磁场，辐射电磁场抗扰度和检查设备对高频敏感的部位等。

喀呖声分析仪是针对家用电器中使用的恒温控制器具、程序自动控制的机器在开关切换瞬间产生的断续骚扰而研制的测试装置。

辅助测量设备主要有人工电源网络、电压探头、电流探头、天线、功率吸收钳、用于传导电流抗扰度测量的耦合单元、用于信号线测量的耦合单元、各种抗扰度测试仪器设备等。

人工电源网络又称线路阻抗稳定网络（简称AMN或LISN），是进行传导发射电压测试时的必备装置。人工电源网络在射频范围内向受试设备端子之间提供一个规定的阻抗（50Ω），并能将试验电路和供电电源上的无用射频信号隔离开，进而将骚扰电压耦合到测量接收机上。人工电源网络有两种基本类型，分别为用于耦合非对称电压的V形和用于耦合对称电压与不对称电压的△形。人工电源网络通常有50Ω/50μH+5ΩV形人工电源网络、50Ω/50μHV形人工电源网络、50Ω/50μH+1ΩV形人工电源网络、150ΩV形人工电源网络、△形人工电源网络。人工电源网络原理图和实物图如图8-66和图8-67所示。

图8-66 人工电源网络原理图

图8-67 人工电源网络实物图

电压探头用于人工电源网络不能使用的场合，其主要作用为测量使用场合电网的干扰电压，常用于电信网络端口的骚扰测量或复杂系统的诊断测量。电压探头分为高阻抗电压探头和容性电压探头。电压探头由一个隔直电容器和一个电阻串联而成，隔直电容器和电阻的总阻值为1500Ω；容性电压探头由卡钳状容性耦合夹和跨阻放大器构成，可以在不与导线直接电连接和不调整电路的情况下测量电缆的不对称骚扰电压。电压探头如图8-68所示。

电流探头是将导线流过的电流转换为电压的耦合装置，用以测量或注入干扰电流，其实质是一个带有环形磁心的宽带降压变压器，电流探头设计为钳式结构，被测导线充当一匝的一次绕组，二次侧为多匝线圈且包含在电流探头中。电流探头在其测量频率范围通带内具有平坦的频率响应，其插入阻抗小于1Ω、传输阻抗控制在0.1～5Ω。典型电流探头的二次侧匝数为7～8匝，100kHz以下频段磁心宜采用工频铁磁材料，100kHz～400MHz频段宜采用铁氧体，400～1000MHz频段不宜采用磁心。电流探头如图8-69所示。

图8-68 电压探头

图8-69 电流探头

天线是辐射骚扰和辐射抗扰度测试所必须用到的辅助设备，其主要作用是用来接收或发射电磁波，在被试设备的周围空间内接收或产生固定的电磁场强度。天线的特性参数包括频率范围、增益、天线系数、方向性、输入阻抗、电压驻波比、最大输入功率、天线极化方向和天线的相位中心等。常用的天线包括环天线、调谐偶极子天线、双锥天线、对数周期天线、喇叭天线等，如图8-70所示。

图8-70 天线

a）环天线 b）双锥天线 c）对数周期天线 d）喇叭天线

电磁兼容测试的频率范围分为9～150kHz、150～30MHz、30～300MHz、300～1000MHz和1～18GHz。频段9～150kHz主要为磁场分量，采用电屏蔽的环天线或铁氧体棒天线；频段150kHz～30MHz既有电场分量、也有磁场分量，常用的电场天线为1米长的单极天线，常用的磁场天线为有源环天线；频段30～300MHz主要为电场分量，常用的测量天线为调谐偶极子天线、短偶极子天线和宽带天线；频段300～1000MHz主要为电场分量，常用的测量天线为单极性对数周期天线和双极性对数周期天线；频段1～18GHz主要应用在军工行业，常用的天线为喇叭天线。随着测试技术的发展，工程上也出现了一些宽带复合天线，比如将双锥天线和对数周期天线组合在一起构成对数周期天线，其频段可覆盖频段30～1000MHz。

不考虑受试设备直接辐射的影响，设备的骚扰能力可通过测取与其连线的起辐射天线作用的电缆提供的功率来衡量，该功率近似等于由受试设备提供给环绕电缆放置并处于最大吸收功率位置上的功率吸收钳的功率。骚扰功率的测量以测量被试设备所产生的不对称电流为基础，在吸收钳的输入端使用了一个电流探头。环绕受试电缆的吸收钳铁氧体将电源的骚扰源同被试设备的骚扰隔离开来，并沿着拉直的起发射作用的电缆线移动吸收钳以寻找最大电流。受试线将吸收钳的输入阻抗转换为受试设备的输出端，经过调整后可在电流探头处得到最大的骚扰电流。吸收钳是测量30～1000MHz辐射骚扰的一种方法。功率吸收钳的外观如图8-71所示。功率吸收钳由宽带射频电流变换器、功率吸收钳和受试线的阻抗稳定器、吸收套筒、6dB衰减器和连接至接收机的同轴电缆构成。具体如图8-72所示。

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图8-71 功率吸收钳

图8-72 功率吸收钳的结构

用于传导电流抗扰度测量的耦合单元可将骚扰电流注入受试引线上并将来自于受试设备相连接的其他引线和设备的电流隔离。耦合单元的性能在150kHz～30MHz频段内用阻抗检验，在30～150MHz频段内用插入损耗检验。耦合单元的类型主要有用于同轴天线输入的A型耦合单元、用于电源线的M型耦合单元、用于扬声器引线的L型耦合单元、用于音频信号的S_W型耦合单元、用于音视频和控制信号的S_W型耦合单元。

电机的抗扰度测试设备包括静电放电抗扰度测试仪、电快速瞬变脉冲群抗扰度测试仪、雷击浪涌抗扰度测试仪、振铃波抗扰度测试仪、电压暂降/短时中断/电压变化的抗扰度测试仪、工频磁场/脉冲磁场/阻尼振荡磁场抗扰度测试仪等。目前市场上这类产品较多、技术上较为成熟，可选择的品牌较多。

静电放电抗扰度测试仪是按照GB/T 17626.2/IEC61000-4-2（现行版本）而设计的标准测试仪器，其主要功能是向被测设备提供一种能“模拟带静电的物体进行放电时产生的发电波形”。静电放电抗扰度测试仪的典型波形与原理简图如图8-73和图8-74所示。Mizoo公司静电放电抗扰度测试仪技术参数见表8-7。

图8-73 静电放电抗扰度测试仪的典型波形

图8-74 静电放电抗扰度测试仪的简图

表8-7 Mizoo公司静电放电抗扰度测试仪技术参数

电快速瞬变脉冲群抗扰度测试仪是按照GB/T 17626.4/IEC61000-4-4（现行版本）而设计的标准测试仪器，其主要功能是向被测设备提供一种“以脉冲群形态出现的暂态骚扰电压”。电快速瞬变脉冲群抗扰度测试仪的简图如图8-75所示，电快速瞬变脉冲群抗扰度测试仪的波形如图8-76所示。

图8-75 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试仪的原理简图

R_s—波形形成电阻 R_c—充电电阻 R_m—阻抗匹配电阻 C_c—储能电容 C_d—隔直电容

Mizoo公司电快速瞬变脉冲群抗扰度测试仪技术参数见表8-8。

表8-8 Mizoo公司电快速瞬变脉冲群抗扰度测试仪技术参数

（续）

图8-76 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试仪的波形

a）脉冲群周期 b）单个脉冲群重复周期 b）单个脉冲群波形

雷击浪涌抗扰度测试仪是按照GB/T 17626.5/IEC61000-4-5（现行版本）而设计的标准测试仪器，其主要功能是向被测设备提供一种“雷击浪涌组合波形”，电源线的组合波为1.2/50μs（开路电压）和8/20μs（短路电流），通信线的组合波为10/700μs（开路电压）和5/320μs（短路电流）。雷击浪涌抗扰度测试仪的简图如图8-77所示，雷击浪涌抗扰度测试仪的波形如图8-78所示。

图8-77 雷击浪涌抗扰度测试仪的原理简图

R_s1、Rs2—波形形成电阻 R_c—充电电阻 R_m—阻抗匹配电阻 C_c—储能电容 L_r—波形形成电感

图8-78 雷击浪涌抗扰度测试仪的波形

Mizoo公司雷击浪涌抗扰度测试仪技术参数见表8-9。

表8-9 Mizoo公司雷击浪涌抗扰度测试仪技术参数

（续）