1、辐射抗扰度测试,指导老师：陈洁 作者：胡力元11721297 时间：2011年12月16号,主要内容,1.抗扰度测量 2.抗扰度试验准则和一般测量方法 3.电磁兼容测试场地 4.辐射敏感度的测量 5.辐射抗扰度测试实质 6.测试案例分析 7.参考文献,1.抗扰度测量,抗扰度是指装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行的能力。设备的抗扰度测试又称为设备的敏感度测试（EMS），目的是测试设备承受各种电磁骚扰的能力。当设备由于受到骚扰影响而性能下降时其性能判据可分为4级。（1）EUT工作完全正常（2）EUT工作指标或功能出现非期望偏离，但当骚扰去除后可自行恢复。（3）EUT工作指标或功能出现非期望偏离
2、，骚扰源去除后不能自行恢复，必须依靠操作人员介入，例如“复位”方可恢复（4）EUT的元器件损坏、数据丢失、软件故障等。,1.抗扰度测量,在测量中，所关心的是一些敏感设备在遇到辐射或传导干扰的影响是，敏感设备的工作状态会发生怎么样的变化。在试验中，通过测试设备将这些干扰模拟出来，再通过一些测试附加件，例如天线或传导注入所用的耦合部件等，讲上述干扰施加给EUT。EUT的工作状况根据其特点选择合适的方式进行监测。敏感性测量关注的是EUT刚呈现性能降低时，外部施加干扰量的描述；抗干扰度关注的是即将出现性能降低时，外部施加干扰量的描述。,2.抗扰度试验准则和一般测量方法,抗扰度测量通常是用对EUT施加有
3、用试验信号和无用试验信号的方法来进行的。如图,2.抗扰度试验准则和一般测量方法,EUT的布置应模拟正常工作状态，随着严酷度的增加而逐渐加大无用信号,直到检测到所规定的性能下降或施加的无用信号达到了规定的抗扰度电平为止，两者取其低者，也可以用直接辐射或电流/电压注入法来施加无用信号。性能下降评价方法：客观和主观客观评价：通过检测电压、电流、特定的信号和音频检波电平等方法来对EUT的抗扰度做评价。主观评价：对那些具有图像或声音或两种功能皆有的EUT采用监测其图像或声音的性能降低来进行评价。,2.抗扰度试验准则和一般测量方法,区别：不采用模拟的或数字的形式去直接记录特定的电信号或类似的信号电平，而用
4、人的感觉术语来表达性能降低。对于限值的测量，可能不需要测量实际的抗扰度电平，只要知道EUT是否满足限值就足够了。可将无用信号保持在某个限值电平上，而不是每个试验频率上做调节，并在整个试验范围内做频率扫描。如果在任何时刻，无论是客观上还是主观上均未观察到性能降低，则认为EUT满足该限值。这种方法通常称为“合格/不合格”试验法。,3.电磁兼容测试场地,1.开阔试验场（open area test site，OATS）结构大小：椭圆形场和圆形场合环境条件：测试场地应空旷，平整。在要求的范围内无明显高于地面的反射物；远离公路；场地上没有架空线。试验场周围的射频电平与EUT的电平相比应足够低，或者比标准
5、规定的限值至少低10dB。缺点：背景电磁噪声的影响已经无法满足国家标准中的测试条件。另外，开阔场地受气候条件的影响很大。,3.电磁兼容测试场地,2.电磁屏蔽室采用屏蔽体将元器件、电路、组合件或者整个系统等干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；采用屏蔽体将接受电路、设备或系统等包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。作用：隔离电磁场一个由低电阻金属材料制作的封闭室体，利用电磁波在金属体表面产生反射和涡流面起到屏蔽作用，当于大地连接后，同时能起到静电屏蔽的作用。一般可以使电磁波衰减60140dB。,3.电磁兼容测试场地,2.电磁屏蔽室具体功能：（1）阻止外部电磁干扰进入电磁屏蔽室（2）使用电磁屏
6、蔽室内的电磁能量不能外泄。,3.电磁兼容测试场地,3.电波暗室（Anechoic Chamber）结构：（1）全电波暗室（FAC），可用作天线测量、仿真试验、天线罩测量。（2）半电波暗室（SAC），目前EMC检测都是在半电波暗室条件下进行的。作为开阔测试场地的替代场地，符合开阔场地的基本特征。基本形式：矩形暗室和锥形暗室,3.电磁兼容测试场地,3.电波暗室（Anechoic Chamber）图片,3.电磁兼容测试场地,3.电波暗室（Anechoic Chamber）矩形暗室设计成接近自由空间，采用高性能的吸波材料来减少试验区的反射量。特别是对于入射角度大的情况，更要求吸波材料性能好。锥形暗室广
7、泛应用在1GHz以下，可低至30KHz。不仅低频性能好，而且成本低，暗室的表面吸波材料用量少，但是也有局限性，不适合绝对场强和增益的测量（因为它提供的不是自由空间的路径损耗）。,3.电磁兼容测试场地,3.电波暗室（Anechoic Chamber）技术要求和性能指标（简单介绍）（1）频率范围10KHz18GHz（半电波暗室）（2）尺寸进行电磁兼容测试时，EUT布置在暗室的静区范围之内。暗室静区是以转台旋转轴为轴线，一定直径的圆柱体。它是射频吸波室内受反射干扰最弱的区域。例如，3m法测试距离的静区是一个直径为2m的主体区域。（3m，10m，30m）,3.电磁兼容测试场地,3.电波暗室（Anech
8、oic Chamber）技术要求和性能指标（简单介绍）（3）屏蔽效能电波暗室的屏蔽性能采用屏蔽效能来衡量。屏蔽效能时模拟干扰源置于屏蔽壳体外时，屏蔽体安装前后的电场强度、磁场强度或功率的比值。（4）场均匀性为暗室中进行电磁辐射敏感度测量而制定。敏感度测量需要在被测设备处产生规定的场强（3-10V/m），考察是否会引起EUT工作性能下降。因为EUT表面有一定的范围，静区地板上0.8m高度规定了一个1.51.5m的假想垂直平面，即均匀场。在这个平面中，场的变化非常小。,3.电磁兼容测试场地,3.电波暗室（Anechoic Chamber）半电波暗室和全电波暗室的区别：半电波暗室五面贴吸波材料，主要
9、模拟开阔试验场地，即电波传播时只有直射波和地面反射波；全电波暗室六面贴吸波材料，模拟自由空间传播环境。使用目的：全电波暗室主要用于微波电线系统的指标测量。使用频率范围：全电波暗室用于微波段；半电波暗室的频率下限扩展到几十兆赫以下时，吸波材料吸波性能下降。,3.电磁兼容测试场地,4.横电磁波室（TEM Cell）1974年 新型标准电磁场装置美国国家标准局（NBS），克兰福尔德（M.L.Cranford）本质：扩展的同轴传输线，在其内部可以传输均匀的横电磁波以模拟自由空间的平面波。 TEM Cell的截面：矩形或正方形外表导电性能良好的金属板构成的封闭体电子设备电场辐射敏感度试验的理想装置（射频
10、连续波敏感度试验；脉冲波的敏感度试验）,3.电磁兼容测试场地,4.横电磁波室（TEM Cell）缺点：高端截止频率受结构尺寸的影响，尺寸越大，截止频率越低。为了获得较高截止频率，TEM小室的尺寸就不能太大，导致EUT的尺寸也不能过大。EUT的高度应小于TEM Cell芯板到上（下）壁板距离的1/3,否则就会严重影响TEM Cell内部场的均匀性。形式：对称(如图),不对称,3.电磁兼容测试场地,4.横电磁波室（TEM Cell）,3.电磁兼容测试场地,4.横电磁波室（TEM Cell）当输入功率一定时，室内的电场强度与距离（中心隔板到上壁板或小壁板的距离）成反比，电场强度的计算式为：式中，E表
11、示内部场强；u表示信号电压；d表示芯板到底板的距离；P 表示信号源输入功率；Z表示特性阻抗（50）。,3.电磁兼容测试场地,5.吉赫兹横电磁波室（GTEM Cell）利用TEM Cell的可利用空间与其高端频率反射率成正比的情况，是一种由TEM Cell与电波暗室混合而成的结构形式。为避免内部电磁波的反射和谐振，外形上设计成尖锥形。截面：矩形的锥形结构后面：吸波材料和电阻负载组成的复合终端负载内部传输的类似球面形状的波，端面贴有吸波材料，吸收高端频率的电磁波，端面为分布式混合终端负载，从而成为无反射终端，对电磁波不产生任何几何性质的畸变。,3.电磁兼容测试场地,5.吉赫兹横电磁波室（GTEM
12、Cell）,3.电磁兼容测试场地,5.吉赫兹横电磁波室（GTEM Cell）,3.电磁兼容测试场地,5.吉赫兹横电磁波室（GTEM Cell）工作原理GTEM小室中的电场强度与从N型接头输入信号电压U成正比，与芯板距底板垂直距离h成反比在 匹配的系统里，芯板对底板的电压与N型接头的信号输入功率之间的关系满足 场强考虑实测值与理论值之间的差异，上式还应乘一个系数k,则电场强度为所以，在GTEM小室中输入同样的功率，芯板的位置距底板的距离越近，则场强越大。注意：试验时，为了做到不因试品置入而过于影响场的均匀性，试品的高度不能超过选定位置芯板与底板间距的1/3,3.电磁兼容测试场地,5.吉赫兹横电磁
13、波室（GTEM Cell）特点：工作频率可以达到1GHz以上克服各种方法的局限性，综合其他测试场地的优点价格低，并可用于精密测量能最有效地使用空间,3.电磁兼容测试场地,5.吉赫兹横电磁波室（GTEM Cell）GTEM Cell和TEM Cell内场传播示意图,4.辐射敏感度的测量,1）用GTEM小室的测量优点：1.场强远大于天线的场强，价格低廉。用较小的 功率放大器可以产生很强的电场。2.不需要天线，方便自动测试，减少了测试时 间，降低了对试验人员的技术要求。,4.辐射敏感度的测量,1.电场辐射敏感度测量（1）测量设备信号发生器；功率放大器；场探头；场强监视器；计算机；测试软件；GTEM小
14、室等（2）电场敏感度测量方法测量仪器的配置如图,4.辐射敏感度的测量,1.电场辐射敏感度测量,4.辐射敏感度的测量,1）用GTEM小室的测量操作方法：1.将试品及场探头置于GTEM小室内2.外接信号源，通过功率放大器，在GTEM小室内建立均匀电场；3.确定测试频率范围及调制方法和调制深度；4.调整信号源输出电平5.通过场强监视计监测GTEM小室的场强，使之达到所需的强度；6.重复（3）（5）步骤，观测确定被试品的电磁辐射敏感度；,4.辐射敏感度的测量,2）用电波暗室的测量1.建立校准过的骚扰场强、极化方向和调制要求2.使 EUT的布置和运行于典型应用时相同，使EUT定位 到使其抗扰度响应达到最
15、大3.在每一个试验频率上改变发射信号电平，测量出性能降低时的电平或规定的抗扰度电平，两者取低者4.在试样方案的频率范围内扫描，以完成EUT的抗扰度分布图或者确定合格/不合格的符合情况5,记录性能降低和作为频率函数的相关场强电平及其他试验参数,4.辐射敏感度的测量,2）用电波暗室的测量,4.辐射敏感度的测量,3）用开阔试验场（OATS）的测量测量抗扰度场强所需的功率很大，因此EUT离天线越近，所需功率越小。所以大多数抗扰度开阔场试验场测量采用EUT/天线的间隔距离小于3m。对于大型的EUT，这个距离必须增加以使天线能照射到整个EUT。覆盖频率范围达1000MHz的功率放大器的费用和利用限制了大系
16、统的试验，在某些情况下，可采用组件或部分的EUT试验来替代整个试验，并对整个大型系统EUT的抗扰度做出判断。,4.辐射敏感度的测量,测试设施的比较电波暗室的优势在于其能够提供RS测试所需要的100dB量级的外部电磁隔离度。进行RS测试的有效测试空间受到静区空间的限值，静区空间的电场是高度均匀的，受试设备的尺寸就受到暗室尺寸的限值。而且进行测试所需的精密机械设备是相当高贵的。暗室的测试精度也由于它不能提供一个RS测试所需的真实的自由空间环境而有所限值。电波暗室通常用来进行200MHz10GHz的RS测试，当可用测试区域的尺寸与测试频率对应的波长可比拟时，或当装有吸波材料的墙面的反射作用不可忽略时
17、，低频段的测试就会受到限值。,4.辐射敏感度的测量,测试设施的比较TEM小室能够像电波暗室的屏蔽结构那样对外部的电磁环境进行隔离。建造便宜，易于搬动，而且测试不需要天线。TEM小室是一个宽带测试设备。但是TEM小室中的可用测试空间是有限的或比较小，更适合模块、印制线路板或小型设备的测试。GTEM小室能够解决TEM小室存在的频率和尺寸受限问题，但是造价昂贵复杂，能够消除其他几种测试系统所固有的反射和谐振现象。目前，GTEM小室及其能够对测试结果进行解释的计算机程序可以实现产品的快速测试，GTEM小室测试可以在实验室中使用，也可以用于产品生产阶段的质量控制。与电波暗室比，它只需要较小的功率就能产生
18、同样的场强。,4.辐射敏感度的测量,2.磁场辐射敏感度测量（1）测量设备亥姆霍兹线圈、低频信号发生器、功率放大器等亥姆霍兹线圈如图半径为R的圆线圈在其中心轴线上r处产生的磁场为,4.辐射敏感度的测量,2.磁场辐射敏感度测量其中N是线圈匝数。两线圈中心处的磁场例如一亥姆霍兹线圈，R=0.75m，单个线圈的匝数为10+20+20+20+20匝（几个线组），导线是直径 =1.62mm的漆包线。中心均匀磁场区域为0.5m0.5m0.5m,磁场起伏不大于0.5dB，为了防止绕组导线电位产生的电场的影响，线圈加电屏蔽。,4.辐射敏感度的测量,2.磁场辐射敏感度测量若要产生的磁场峰-峰值为 ,则代入上式，
19、, 的电流，可以产生峰-峰值为 的磁场。（2）测量方法如图,4.辐射敏感度的测量,2.磁场辐射敏感度测量,5.辐射抗扰度测试实质,辐射抗扰度测试实质上是与辐射发射测试相反的一个测试过程。每一个信号的传送都包含着一个环路。当外界的电磁场穿过次环路时，就会在这个环路中产生感应电压。如图,5.辐射抗扰度测试实质,单匝回路中对通过其磁场的感应电压可以根据下式计算平面波穿过环路时，环路中也会产生感应电压例如在一个PCB中存在一个回路面积为 的电路，当该电路在电场强度为 的电磁场中进行辐射抗干扰度测试时，在 频点上，该回路中产生的感应电压U1可以通过计算得,5.辐射抗扰度测试实质,这就是辐射抗扰度测试时，
20、产品中的电路受干扰的其中一个原因。 实践中也发现按照这种原理所产生的干扰现象并不常见。 当EUT处于辐射抗扰度测试环境中，EUT中的电缆或其他长尺寸导体都会成为接收电磁场的天线，这些电缆或长尺寸导体端口都会感应出电压，同时这些电缆或长尺寸导体上会感应出电流。 与辐射发射一样，当EUT中成为接收等效天线的电缆放置在离参考接地平面h高度时，会有：,5.辐射抗扰度测试实质,当当h ，h为辐射发射等效天线的电缆放置在离参考接地平面h的高度， 为自由空间的电场强度， 为被地平面衰减后的等效电场强度。 这就意味着产品中的信号线、信号电缆越靠近机柜壁或参考接地板，其所受到的辐射影响就越小。,6.测试案例分析
21、,小电容解决困扰多时的辐射抗扰度问题 现象描述某医疗产品，用来接收植入人体内部辅助器官向外发送的信号，来监控被植入的人造辅助器官工作状态及相应测试数据。在进行辐射抗扰度测试时，该产品不停地接收模拟信号源产生一定频率的信号，要求产品在测试中始终保持正常工作状态，接收数据不能遗漏。在测试中，该产品在某几段频率下并没有接收到正确信息。重复试验发现，出现故障的频率并不固定。,6.测试案例分析,小电容解决困扰多时的辐射抗扰度问题 原因分析从EMS的角度来讲，必须防止PCB布线、线圈、电缆等变成接收天线。当PCB布线、电缆的长度或环路与波长可比拟时，就会出现接收天线效应。接收一些干扰信号，影响设备正常工作
22、。,6.测试案例分析,小电容解决困扰多时的辐射抗扰度问题 原因分析根据麦克斯韦方程，可变磁场通过闭环回路时，将产生感应电流，闭环感应电流强度与磁场变化量有关本产品结构图,6.测试案例分析,小电容解决困扰多时的辐射抗扰度问题 原因分析产品收发器部分电路，该线圈也将接收到辐射抗扰度测试时的高频辐射场，并与有用信号叠加。当辐射干扰所导致的感应电压与有用信号电压在幅度与宽度上可以比拟时，将对信号产生干扰，使后一级芯片很难判断，从而出现前述现象。,6.测试案例分析,小电容解决困扰多时的辐射抗扰度问题 处理措施A点并联旁路电容100pF 思考与启示线圈属于电磁场的敏感器件，很容易接收空间的电磁干扰信号，实际应用上要特别注意。要禁止线圈的工作频率与测试的干扰频率同频。,7.参考文献,1. 阚润田. 电磁兼容测试技术. 北京：人民邮电出版社,2009.1 2. 邹澎，周晓萍. 电磁兼容原理、技术和应用.北京：清华大学出版社,2007.7 3.郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析.北京：电子工业出版社，2010.1 4.V.Prasad Kodali.工程电磁兼容.北京：人民邮电出版社，2006.10 5.Tim.Williams.电磁兼容设计与测试.北京：电子工业出版社，2008.3,谢谢大家！,
