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浅谈电磁兼容及测试

jf_60870435 来源:jf_60870435 作者:jf_60870435 2023-04-13 17:49 次阅读

文章以浅显易懂的语言介绍了电磁兼容的内涵、表现形式和分类,并较深入地解释了几个较为常用的电磁兼容测试。使读者对电磁兼容有一些初步的了解。

标签:电磁兼容;电磁骚扰;电磁抗扰;辐射;传导

1电磁兼容(EMC)的内涵

1.1电磁兼容的含义及由来

顾名思义,电磁兼容就是指不同设备发射的电磁波可以相互兼容,互不影响。当今社会随着手机,无线路由器的广泛应用,各种无线通信技术渗透到人们的日常生活中,如GSM,CDMAWCDMA,LTE,wifi,蓝牙,GPS导航等等,还有即将到来的5G时代,可以想象,人们的生活将日益与无线通信技术紧密联系在一起。但是你是否知道,所有的无线通信背后都不离不开一样东西,那就是电磁波。

1888年,德国物理学家赫兹用实验的方式证明了电磁波的客观存在。为了纪念他,人们就用赫兹作为波动频率的单位。电磁波的发现,给人们生活带来了包括无线通信在内的多种便利,如红外探测,微波加热,紫外杀菌,x光透视等等。但是电磁波也会带来危害。比如,天气干燥人靠近或接触电器时,可以产生放电现象,瞬间电压可达几千甚至上万伏,可能会使电器失灵;充电时,电源网络的电压波动,短时压降,会产生低频传导干扰,也会损坏设备。另外,在战争时期,电磁武器产生的大功率干扰可是对方的电子及通信设备无法工作。所以,电磁兼容的概念随着电磁波的发现也逐渐发展并被重视起来。

1.2电磁兼容的分类

准确来讲,电磁兼容有两方面的含义。一方面,一个设备在正常工作时,它产生的电磁场必须低于一定的限值,不会干扰到其他设备的正常工作,这个概念称为电磁骚扰(EMI);另一方面,一个设备必须具备一定的抗干扰能力,口保证在其他设备正常工作产生的电磁场中不被干扰,这个概念称为电磁抗扰(EMS)。

电磁兼容按照电磁波传输方式的不同也可以分為传导和辐射。传导是指在电磁波以有线的方式在线缆中传输,辐射则是至电磁波在空间以无线的方式进行传输。

根据上述分类方法,电磁兼容问题可分为传导骚扰,辐射骚扰,传导抗扰度,辐射抗扰度,另外电磁兼容还包括静电放电,电压波动,谐波闪烁,电快速脉冲群,浪涌,电压暂降以及磁场干扰方面的研究。

2.电磁兼容测试

为了验证设备是否具备合格的电磁兼容性,并且可重复、可比较,各主要国家或地区都设立专门机构,制定电磁兼容标准,规范测试方法、测试环境以及测试设备。目前,世界范围内接受程度最广是国际电工委员会IEC制定的CISPR系列标准。下面,就来介绍一下标准中规定的几个最常用的EMC实验用例。

2.1 传导骚扰

传导骚扰指的是电流或数据在线缆中传输时,通过线缆,电源端口,控制端口对周围环境产生的干扰。它的测试原理比较简单,以电源端口为例。为了测到被测设备(EUT)在电源端口产生的骚扰,首先需要将人工电源网络(AMN)连接到电源上,它可以滤除电源的杂波,并且给EUT提供稳定的匹配阻抗。然后,将EUT的电源与之相连,同时测量骚扰的接收机也连在AMN上。为避免 EUT在上电期间产生大幅度的瞬态信号,从而对接收机造成损坏,还需要在AMN和接收机之间加上限幅器。对于非落地设备,像手机,电视机等EUT,测试时需要放置在80cm高,至少lmx1.5m的非导电的桌子上(一般为纯木质);对于落地设备,需要放置在地面进行测试,但是在地面和EUT之间需要放置最高15cm的绝缘层。具体配置如图1所示。

2.2 传导抗扰度

射频发射机产生的申磁场,可以通过EUT的某个或某些线缆,如申源线,信号线,控制线等,耦合到设备内部从而产生干扰。传导抗扰度就是检验 EUT抵抗这种干扰的能力。测试原理如图2所示:

首先由信号发生器产生1kHz,80%AM调制的正弦波干扰信号,经放大,兀配,滤波,达到标准中规定的骚扰电压等级,通过注入设备加到 EUT 上。注入设备首选耦合/去耦合网络,一般做在一个盒子里,称为CDN。原因是CDN可以提供最好的测试可重复性,且保护辅助设备。目前有各种类型的CDN可适用于电源线,信号线等。但仍然有些情况下,CDN是不可用的,就必须用其他的注入方式,如电流钳。测试在150k~80MHz的频率范围内以1%的步进方式执行,在每个频点上,对 EUT的功能进行监控。

2.3辐射骚扰

辐射骚扰的测量要比传导骚扰复杂得多。首先是场地要求。辐射骚扰通常需要在开阔场(OATS)内进行测试。理想的开阔场一片没有任何电磁波阻碍的场地。如,没有建筑物,申缆,树木等,地下也不能有管道,线缆等物。

这样的场地显然是不容易找到,尤其是在经济较发达地区。所以,标准中规定了其他可替代的场地:半电波暗室和全电波暗室。半电波暗室是指除地面以外四周和顶部都安装了吸波材料,因此除地面外其他地方几乎没有电磁波的反射。全电波暗室则是在半电波的基础上,在地面也加装了吸波材料,实际上是模拟

只有直射波的自由空间。通常,1G以下的辐射骚扰测试在半电波暗室进行,1G以上则使用全电波暗室。

测试前,EUT及其附件按照正常工作的状态放置在80cm高的桌子上(1G以上为1.5m高),至少lmx1.5m,且材质是非传导性的。EUT 及其附件的边缘距天线的参考点为10m(1GHz以下)和3m(1GHz以。测试时,桌子连后放置的EUT及其附件进行360度旋转,并且在1~4m的范围内移动天线,以找到最大值。

2.4 辐射抗扰度

辐射抗扰度指的是将于扰信号通过天线辐射出去,在 EUT周围的空间形成一定水平的场强,如3V/m,然后验证EUT是否会被干扰。原理与传导抗扰度类似,干扰源信号也是1KHz,80%AM 调制的正弦波,不同的是需要在全电波暗室中进行,验证频率80MHz~6GHz,步进为1%。在第一次执行辐射抗扰度测试之前,需要进行场均运性验证(UniformFieldArea)。UFA是一个假想的

1.5mx1.5m的平面,在这个平面上均匀划分了 16个点。如图3所示。驗证时,在每个点上,使用与测试相同的频率范围和步进,并不断调整功率,使得场强水平保持不变。完成后,在每一个频点上得到16个功率值。这16个值按高低排序,至少前12个点中的最大值与最小值之差在6dB以内,并记录该功率最大值为Pc。如果满足该条件,就说明EUT可以放置于该UFA中进行抗扰度测试。

测试时,在每一个频点上使用UFA验证时记录下来的Pc值,来控制信号发生器和功率放大器的输入。保证EUT暴露在所需的场强中。然后观察EUT是否工作正常。

2.5其他EMC测试

其他的EMC测试用例,如ESD是用来模拟人体放电对EUT的影响;电压闪烁和谐波是验证 EUT连接共用电网时对其他设备的影响:电快速脉冲群,浪涌和电压暂降则是模拟公共电网中各种常见干扰,来验证EUT对抗此类干扰的能力。由于篇幅有限,具体测试过程就不一一介绍了。

3 结束语

电磁兼容与人们的生活息息相关,尤其是现代社会各种无线技术飞速发展,环境噪声不断提高。电磁兼容问题日益突出,希望更多的人投入到该领域的研究。

审核编辑黄宇

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