1.9 电磁骚扰检测原理及方法

1.9.1 骚扰限值的含义

在电磁干扰测量过程中，对批量产品，通常用（80% /80%）来概括发射限值的含义。它是一个统计上的含义，即“在统计的基础上，大量生产的产品至少有80%符合限值的要求，且置信度不低于80%”。也就是说，被判定为合格的一批产品并不意味着所有的发射都能满足限值的要求，只要80%的产品低于标准规定的限值即可，且置信度不低于80%。

当该限值是用来判别单件产品是否满足标准要求时，情况比较复杂。如图1-9所示，假设测量值为x，限值为A，该测量项目的测量扩展不确定度半宽为a。那么，当x＜A-a时，可判定被测样品测试合格；当x＞A+a时，可判断被测样品测试不合格；当A-a≤x≤A+a时，可认为测试结果不能确定。

1.9.2 被测样品（EUT）工作状态的选择

EUT工作状态的选择是开始测试的第一步，工作状态直接影响测试结果。工作状态的选择应遵循以下基本原则：

（1）使其能够代表实际中的典型应用情况；使其发射最大。

（2）如果没有给定试运行时间，在试验之前，EUT应运行足够的时间，以便保证其运行的状态和方式是寿命期限内的典型状态。对于某些EUT的特定试验条件可能规定在有关的设备说明书中。

（3）EUT应在额定的电源电压下工作。如果骚扰电平随电源电压显著地变化，则应在0.9～1.1倍额定电压下，重复测量；如果EUT的额定电压不止一种，应在产生最大骚扰的额定电压下进行试验。

（4）如果骚扰电平不稳定，那么每次测量时，测量接收机的读数观察时间应不少于15s，并应记录最高读数。对任何孤立的测量，可忽略不计。

（5）如果骚扰电平总体上是不稳定的，如在15s内显示的电平连续上升或下降超过2dB时，那么应该在更长的时间内观察该骚扰电平。

（6）如果EUT是一个可以频繁开关的设备或者其旋转方向可以相反，那么在每一个测量频率点上刚好接通EUT或将它反转，并且在每次测量之后立即将它关断，在每一个测量频率上，应记录最初一分钟内所获得的最大电平。

（7）如果EUT在正常使用时要运转较长的时间，那么它在整个试验期间都应接通，在每一个测量频率上，只在获得稳定的读数（按照（2）的规定）后才记录该骚扰电平。

实际在大多数情况下，很难一下就找到EUT最大发射时的工作状态。在这种情况下，试验人员需要不断变换EUT的工作状态（或运行程序），进行反复试验，直至找出最大发射时的状态，通过积累，逐渐确定某一类产品最大发射时的工作状态。

1.9.3 EUT的配置

EUT的配置主要由以下因素确定：

（1）所需连接的电缆负载（或装置）的数量、型号和长度；

（2）所需安装的模块（如各类插卡，底板）的数量和类型；

（3）由数个独立单元组成的系统中，有代表性的、最小单元的组合和数量（也称为最小配置）；

（4）既能成为系统的组成部分，又能自成分系统的设备单元，试验时可独立于系统进行；

（5）对于功能上有交互作用的，连接实际负载或能代表其电气特性的模拟负载；

（6）为增强宿主单元组成功能而在市场上独立销售的印制电路板组件，在试验时，应在由制造商选择的有代表性的宿主单元内进行。

对于个人计算机，以下组合被认为是有代表性的最小配置：① 个人计算机；② 键盘；③视频显示单元；④ 两种不同类型（如并行、串行等）的现有I/O协议用的每一种外围设备；⑤ 与专用端口相连的装置，如鼠标或游戏棒。

从上述可以看出，对于个人计算机而言，要想模拟实际使用情况，与其有交互作用的外设，如键盘、显示器和鼠标，都是必不可少的，但这并不意味着在所有的通信端口都需要端接外设。也就是说，作为最小配置，同一端口类型的外设可只连接其中之一。

这里所说的“最小配置”不同于平常所说的计算机主频、内存、硬盘容量和运行速度等诸如此类的配置，而是指能使EUT正常运行时系统中最简单的硬件组合。因此，对于制造商或试验员来说，如果能对EUT的基本功能和国标中配置的含义有所了解，再结合产品说明书，则可较容易地确定EUT的最小配置。

1.9.4 传导骚扰电压测量

1.测量设备、设施及要求

（1）测量接收机：9kHz～30MHz，具有峰值、准峰值和平均值检波功能；能满足GB/T 6113.101的要求。

（2）人工电源网络（AMN）（电源端测量用）：能满足GB/T6113.102相应的阻抗特性曲线的要求。

（3）电压探头和电流探头：不使用AMN测量时用。

（4）阻抗稳定网络（ISN）：电信端口测量用。

（5）比EUT边框大0.5m的接地平板：最小尺寸为2m×2m。

（6）“干净的”三相电源：能够分别为测试系统、EUT中的受试端口和支持设备（如辅助设备的电源端口）单独供电。

2.试验程序

以台式EUT为例，给出一般的试验程序，仅供参考。测试时可结合具体情况拟订试验大纲及试验程序，以保障测量的科学性、有效性和可重复性。

（1）严格按照产品/产品簇标准中的布置图进行试验布置和连接；

（2）测量环境电平，确认环境电平比相应限值低6dB；

（3）按标准要求或其他要求选择相应的限值；

（4）选择EUT的工作状态，并使之投入运行；

（5）在频率为150kHz～30MHz的范围内，依次对每根导线进行测量；

（6）先进行初测，找出最大骚扰所对应的工作状态和频率；

（7）进行最终测试，并记录测量数据。

3.注意事项

在试验过程中需要注意以下方面：

（1）保持受试单元之间的“相对位置”，注意连接线的走向、摆放和电源线的捆扎长度和方式；

（2）受试电源线必须单独与AMN相连，其他的可连接到多用插头上，再通过插头连接到另一个AMN上；

（3）AMN一定要实现良好的搭接，否则不仅会影响测量结果，还会损坏测量设备；

（4）放置在木制、规定高度（在半电波暗室或开阔场时，为40cm；在屏蔽室时，为80cm）的试验桌上，与AMN保持规定的距离；

（5）合理设置频率步进和动态范围，并有针对性地对已知信号（如开关频率信号、时钟信号）进行测量；为了准确，有时还需对较大的骚扰信号加以分析，反复核对；

（6）只有当测量到的峰值或准峰值低于平均值限值时，才可停止试验，否则还应继续进行平均值测量；

（7）对于落地式设备，EUT应直接放在接地平板上，接触点与正常使用相一致，但不能与金属接触。

4.测量的一般要求

（1）连接线及输入/输出端口的连接要符合阻抗匹配；

（2）人工电源网络（AMN）应通过低射频阻抗连接到参考地；

（3）端子电压测量仅以参考地为基准，应避免地环路，应采用诸如射频扼流圈和隔离变压器的措施来提供必要的射频隔离，以使测量设备至参考地之间的射频连接只有一条路径。

5.系统的去耦

在一个系统中，导致传导测量不准确的一个原因是存在地环路电流。在EUT的安全接地线中，安装一个频率范围为0.15～30MHz的50μH的AMN，可能会阻断这个地环路电流。

产生地环流的另一个原因是各设备之间互连电缆的屏蔽层。因此，这些设备的安全接地线也应用50μH的AMN来隔离。

为了防止地环路，测量接收机应仅在测量点作参考接地（注意：如果没有给测量接收机提供隔离变压器，就可能有电击的危险）。

只要有可能，就应使用AMN来测量系统导线的骚扰电压。对于没有一个适当的AMN时，电压探头也可用于传导测量。而对某些测量，在有关的产品（簇）EMC标准中则可能规定使用电流探头。

6.使用电压探头的测量

为了对带有数根连接导线或可以连接数根导线的装置和系统进行测量，在那些不能用人工电源网络进行测量的导线端（例如，与电源分离的部分元器件之间的连接线）与天线控制线，以及负载线的连接插座上的骚扰电压，必须使用高输入阻抗（1500Ω或者更大）的电压探头来测量，以便保证探头不加载到被测线上。

然而，对于上述情况，初级电源输入线必须被隔离并用AMN连接射频端。不使用电压探头来测量的那些导线，在布置和长度方面则必须遵守各自的产品（簇）标准，以便为各个设备规定运行条件。电压探头应通过同轴电缆连接到测量接收机上，它的屏蔽层被连接到参考地和电压探头外壳。从这个外壳到EUT的带电部件不得有直接的连接。

凡输入阻抗大于1500Ω的电压探头，其软性接地线长度不应超过最大测量频率对应波长的十分之一，并应该以可能的最短路径接到作为参考地的金属表面上。为了避免由探头的屏蔽层引入到测量点附加容性负载，探头的探针长度应不超过30mm。凡连接到测量接收机的屏蔽连接线布置，必须使EUT相对于参考地的电容不会变化。

7.使用电流探头的测量

由于某些原因，骚扰电流测量可能是有用的。首先，在某些设备中也许不可能插入AMN。当对固定安装的系统或者大电流的EUT进行测量时尤其如此。其次，使用电流探头的原因是在频率范围的低端，电源阻抗变得很低，导致骚扰源成为一个电流发生器。因此就可以用电流互感器来测量这个电流，而无须中断或拆开电源的接连。

在测量时，如果只有一根导线被包围住，那么测量的是差模和共模骚扰电流分量和叠加值，此时如果存在任何大的工作电流（200A以上），那么由于电流探头的磁芯可能饱和而有数据不真实的风险。

1.9.5 骚扰功率测量

使用吸收钳来测量某些类型设备的电缆辐射骚扰功率，要取决于设备的结构和尺寸。在每一个产品（簇）EMC标准中都应规定严谨的测量程序及其适用范围。如果不带连接导线的EUT的尺寸接近测量频率的四分之一波长时，就可能产生机壳直接辐射。因此使用吸收钳测量的方法不适合于评价EUT的全辐射能力。一般，这种方法适用于小型EUT和30～300MHz频率范围内的骚扰测试。

在频率为30～300MHz范围内，设备内部的各种骚扰能以辐射方式从连接的屏蔽或非屏蔽导线向外辐射骚扰能量，吸收钳可对这些导线进行测试。

频率在300MHz以上，直到1000MHz的导线辐射，也可以用一种合适的吸收钳来测量，这些测量也适用于诊断测试。然而，要注意设备此时也可能直接产生辐射。

1.试验设备及要求

（1）测量接收机：频率为30～300MHz的范围内具有峰值、准峰值和平均值检波，能满足GB/T6113.101的要求。

（2）吸收钳：性能应符合如下的要求：吸收钳对于被测器具呈现的阻抗为100～200Ω，电抗分量小于20%；吸收钳输出阻抗为50Ω；频率范围为30～300MHz；插入损耗为17dB；吸收钳对于来自电网的骚扰能提供足够的衰减；被测器具的工作电流通过时，吸收钳的磁路不应饱和。

2.测量方法

在使用吸收钳测量时，EUT应放置在高40cm的非金属台上。被测导线沿水平方向拉成直线放置，以便吸收钳能沿着导线移动从而找出最大指示值。该导线至少应为最低测量频率的半波长加上吸收钳的长度和可能需要的第二个吸收钳的长度：在30MHz时，该导线的长度应为6m，而有第二个（用于滤波的）吸收钳时则必须至少是7m。短于1m的导线不适合用吸收钳测量（标准要求为长度≥25cm的导线均要测试，此时可改用长度大于1m的连接线）。

如图1-10所示，吸收钳环绕着被测导线放置。对于每个试验频率，沿导线方向上放置的吸收钳应从EUT开始移动，位移自零变化到半个波长的距离。与吸收钳相连接的测量接收机获得的最大指示值正比于能得到的骚扰功率。

当对有一根以上附属导线的EUT进行测量时，应卸去一些可拆下的导线，不能拆下的导线，则用放置有损耗铁氧体环或紧靠着EUT环绕该导线放上另一个吸收钳来隔离。

在测量装置80cm以内不应有人或金属物体。吸收钳的移动可以用滑轮和在远处运转的电动机操纵绳索来完成。

1.9.6 辐射骚扰场强测量

试验场地的特性将直接影响辐射测量的结果，应尽可能地采取一些有效措施，确保场地的有效性和测量的一致性。

1.试验设备、设施及要求

（1）椭圆形开阔场或半电波暗室：水平和垂直场地衰减测量值与理想场地之差不得超过±4dB。

（2）测量接收机：30MHz～1GHz频率范围，具有峰值、准峰值检波，能满足 GB/T 6113.101要求。

（3）宽带天线：30MHz～1GHz频率范围。

2.测量距离

EUT应在符合辐射骚扰限值的规定距离上进行测量，除非因为设备的大小等因素而不允许这样做。测量距离是EUT最接近天线的那一点到天线频率中点在地面上的投影之间的距离。在某些试验装置中，这个距离是从天线到EUT的辐射中心来测定的。测量距离为10m及以上时，这两种方法均可采用。

在大多数的室外场地中，优先采用10m距离，因为在这个距离上预计的被测骚扰电平会远高于允许进行试验的一般环境电平。通常不采用小于3m或大于30m的距离。如果有必要采用规定以外的测量距离，那么应当采用产品（簇）EMC标准中规定的方法来外推测量结果。如果没有给出外推指引，则必须提供适当的外推理由。一般，外推法并不遵循简单反比距离的定律。

目前国内实验室普遍采用3米半电波暗室进行辐射骚扰场强测试。

在条件允许的情况下，应在远场条件下进行测量。远场区由下列条件来确定。

测量距离d选择为

（1）d≥λ/6，在此距离上，E/H=Z0=120π=377Ω。即电场强度分量和磁场强度分量是互相正交的。如果该EUT被认为是一个调谐的偶极子天线，则测量误差约为3dB；

（2）d≥λ，作为平面波的条件，如果EUT被认为是一个调谐的偶极子天线，则误差约为0.5dB；

（3）d≥2D2/λ，式中，D为EUT的最大尺寸，或为照射EUT所确定的天线最小尺寸，它适用于D≫λ的那些情况。

3.天线高度变化

对于电场强度测量，天线距离地平面的高度应在规定的范围内变化，以便获得直射波和反射波同相位时出现的最大读数。作为测量电场强度的一般规律，对于测量距离小于或等于10m时，天线高度最好在1～4m变化；在大于10m小于或等于30m的较大测量距离时，天线高度最好在2～6m变化。为了获得最大的读数，可能要把地面以上的天线最小高度调到1m以下，这些高度扫描适用于水平极化和垂直极化。对于垂直极化，最小高度应调到使天线的最低点距离开场地地面至少25cm。

使用单环磁场天线测量磁场强度时，接收天线的高度可以固定在规定的标高上（从地面到环天线底部的典型值为1m）。环天线或EUT应进行方位旋转，以便找到最大的被测骚扰。

如果在规定的测量范围内，一些频率上的环境电平超过了限值，那么可以采用下列替代方法：

（1）在较近的距离上进行测量，再将结果外推到规定限值的那个距离上，外推公式应是产品（簇）EMC标准中推荐的，或是在不同距离（不少于三个）上经测量验证过的。

（2）在广播电台停播和工业设备的环境电平较低时，在原先环境电平超过规定的频段上进行测量。

（3）在屏蔽室或装有吸波材料的屏蔽室内，把试验频率上EUT的骚扰幅度与邻近频率上的骚扰幅度进行比较，可以用测到的邻近频率的骚扰幅度来估计试验频率上EUT的骚扰幅度并加以比较。

（4）在确定开阔试验场的轴线时，要考虑强环境信号的方向，以便使试验场上的接收天线通过改变方向尽可能地区分出这样的强信号。

（5）对于发生在射频信号附近的EUT窄带骚扰，在两者都落入标准频带内时，可能要用较窄的仪器带宽进行测量。

4.EUT的布置

试验单个或多个部件的系统应满足下列两个条件：

① 系统按典型应用的情况布置；

② 系统要按产生最大骚扰的方式布置。

“系统”是指EUT及与EUT相连的部件和所有需要连接的电缆的组合。“布置”是指EUT系统的其他部件、互连电缆及组成该系统的电源线的定位或取向。“典型应用”用来描述EUT实际使用中是如何布置的。在所有的测量中，系统的布置都应调整到使“系统”和“布置”得以满足（首先满足“系统”，然后满足“布置”）。

5.试验程序

下面以台式EUT、采用宽带天线并在3m半电波暗室内进行的自动测量为例，来说明一般的试验程序。对于落地式或台式与落地式组合起来的EUT，试验人员可参照以下内容实施。

（1）按照标准布置图进行试验布置和连接。

（2）对EUT，选择相应的限值。

（3）对环境电平分别进行水平极化和垂直极化测量，确认比相应的骚扰限值低6dB。（正规的EMC实验室应定期检验试验场地的有效性。）

（4）按前述原则选择EUT的工作状态，并使EUT投入运行。

（5）进行水平极化测量。

（6）按手动或自动测量程序进行测量，在30～1000MHz频率范围内进行初测（一般用峰值检波且用最大值保持模式），在0°～360°旋转转台，在1～4m高度范围内升降天线。充分考虑转台角度、天线高度和EUT的工作循环三个变量的组合，初步确定骚扰较大的频率点。

（7）对每一个有怀疑的频率点（可以定为小于限值10dB以内的频率点），在0°～360°旋转转台，寻找最大骚扰电平（准峰值），然后继续在1～4m高度范围内升降天线，寻找该频率点上EUT的最大骚扰电平（准峰值）。直到确认该骚扰场强值是转台角度、天线高度和EUT的工作循环三个变量范围内的最大值。

（8）在所有较大的骚扰电平所对应的频率点上重复（7）。

（9）改变天线的极化方向为垂直极化，重复（6）～（8）。