电磁兼容测试之测量场地

电磁兼容测试之测量场地

引言：电磁兼容测量是电磁兼容领域主要的研究内容之一，电磁兼容测量是指利用仪器与设施等手段对设备、系统电磁兼容状态进行的测量。电磁兼容测量是获取设备、系统电磁兼容性能数据的最直接手段，也是掌握设备、系统电磁兼容性能、进行电磁兼容维护的基础。电磁兼容测量主要是通过测量电子设备和系统内部电路中的电流或者是空间的电磁波，围绕构成电磁干扰的三要素，即电磁干扰源、耦合通道和敏感设备，来开展研究的。常用的测量方法是：开阔试验场测量和电波暗室测量。

1、开阔试验场：
开阔试验场是电磁兼容辐射发测量的重要场地，它是众多测量标准中都建议使用的标准测量场地。在进行辐射骚扰发射测量时，是以空间直射波和地面反射波在接收点上相互叠加的理论为基础的，所以需要一个平坦、空旷、地面电导率均匀良好，周围无任何反射物的场地，以确保测量结果的有效性和重复性。

国际标准CISPR16-1：2004 规定把受试设备（EUT）与接收天线分别放置于两个焦点，以这两个焦点作的一个椭圆形试验场。椭圆的长轴是焦距的两倍，短轴为焦距的倍。椭圆两个焦点的间距 D即是所要求的测量距离，根据现有标准，可分为3m、10m和 30m。如需满足10m法试验，则场地长度不小于 20m，宽度不小于 18m。

图 1 开阔试验场示意图
开阔试验场应选在电磁环境干净、背景电平低的地方。由于城市中能辐射电磁波的各种电子设备密集，开阔试验场通常选在远离城市的地方。环境条件：开阔试验场的地形应空旷、水平，在其周围不能有如金属构架、钢筋水泥建筑物和高大树木等物体。且应远离公路，特别要避开车辆较多的公路干道。另外，在场地上空应没有架空输电线和高频通信线路，试验场地周围的射频电平与试品电平相比应足够低，或者应比标准规定的试品骚扰电平限值至少低10dB。


图2 美国ETS10m法开阔试验场
u 为了获得稳定的电波传输特性，开阔试验场必须有一个固定的、面积足够大的反射地面（或称接地平板）。
u CISPR 标准推荐采用金属材料建造，即可采用钢板、镀锌钢板、金属丝网等。选用板材时，板与板之间要用电焊连接，无大的漏缝或空洞；选用金属丝网时，孔径的最大尺寸必须小于波长的十分之一，频率为 1GHz时，孔径应小于 3cm。反射地面的尺寸以满足场地的有效性为准。
u 试验场应有单独的接地系统与接地平板相连，通常采用单点接地
开阔试验场使用的局限性
①鉴于被试品辐射骚扰试验对开阔试验场的要求，目前在一般城市已很难找到合适的场地，需要到远离城市的农村或山区才能找到合适的场地，因此交通不便，测试设备和被试品常在运输途中遭受损坏。
②当用开阔试验场进行辐射抗扰度试验时，由于需要建立人为的电磁场，可能会干扰周围其它设备的正常工作，如通信系统，所以要得到当地有关部门（如无线电管理委员会）的许可。
③采用开阔试验场的试验还常受到气候条件的限制。
④开阔试验场在电磁兼容领域大于1GHz 频率范围的应用 CISPR 尚在研究讨论之中。
⑤ CISPR16 标准规定用归一化场地衰减（NormalizedSite Attenuation，缩写NSA）来评定金属接地平板试验场的有效性。开阔试验场建成后，必须进行归一化场地衰减的测试。
⑥ 归一化场地衰减定义为：一对天线通过电缆分别与发射源和接收机连接，天线按垂直和水平极化分别放置。则发射天线源电压 UT与接收天线终端测得的接收电压 UR之差为开阔试验场的场地衰减（dB）。用场地衰减减去两个天线的天线系数 AFT 和AFR，所得结果称为归一化场地衰减。
⑦ 如果测得的归一化场地衰减值与标准给出的理论计算值之差小于±4dB，则该场地条件合格。
开阔试验场的性能评价
NSA 测试主要有两种方法：
一种是离散频率法，即用调谐偶极子天线，仅在标准推荐的频率点进行测量；
另一种是扫描频率法，用宽带天线在规定的范围内扫过天线所有的频率和测量高度。这两种测量方法得到的结果基本相同。



3 测量的基本原理
表1 常用测试天线及其频率



图4 环形、双锥形、对数周期形、螺旋天线
2、电波暗室
开阔试验场造价较高，远离城区，使用不方便，于是代替开阔试验场的电波暗室成了最普遍的电磁兼容测量场地。电波暗室 Aechoic Chamber有两种结构形式，半电波和全电波暗室
- 电磁屏蔽半电波暗室（Electromagnetic ShieldedSemi-anechoic Chamber）简称半电波暗室或EMC 暗室。
- 半电波暗室的地面为金属反射面，其余五面贴有吸波材料，用于模拟电磁波在开阔场中的传播。当在地面上铺装吸波材料后，称为全电波暗室，可用于辐射电磁场的辐射抗扰度试验。
CISPR 和美国 FCC 标准均规定可用半电波暗室替换开阔试验场进行电磁兼容检测。

图5电波暗室
暗室设计考虑因素：
- 测试标准，是军标测试还是民标测试，军标测试频率很宽，可从10kHz到40GHz；
- 测试类型，是进行厂家内部预兼容及诊断测试，还是要进行第三方的认证测试；
- 被测物的尺寸，确定是3m法、5m法还是10m法测试；
- EMC 暗室吸波材料是暗室设计的关键，材料的吸波性能越好，反射率越小， 对暗室中场强测量产生的不确定度就越小。 作为 EMC试验用的电波暗室，吸收性能应大于或接近 20dB。
- 民用测量要求的暗室，直接采用铁氧体砖作为电波暗室的吸波材料即可。其工作频率范围为 30~1000MHz，吸收性能约为 15dB。
- 对于高性能暗室，近年多采用铁氧体砖与泡沫角锥复合构成。利用铁氧体材料在低频段和泡沫角锥在高频段的吸收性能，可将频率扩展到 18GHz，甚至可达 40GHz。
- 配套屏蔽室：为了保证 EMC 测试的顺利进行，必须根据需要，建造配套的屏蔽室，其用途如下：1）控制室，2）放大器室，3）辅助设备室。
- 电波暗室的关键部位：1） 屏蔽门 ，门扇与门框之间的屏蔽一般采用内凹三刀状接触结构，通过把门上的钎刀插入固定到门框上的指状弹簧片来保证。2） 转台和天线升降塔 ，3）暗室的接地 ，4） 电气照明 ，5） 消防探测系统与实时监控系统，6） 暗室的接口：一些重要的传输接口。

后续会为大家详细介绍电磁兼容的测量原理，测量设备，测量方法，以及相CAE仿真模拟，敬请关注！