如何使用和选择近场探头?-电子发烧友网

近场电磁干扰（EMI）测试是电磁兼容性（EMC）辐射发射预兼容测试的关键部分。EMI测试机构利用经过精确校准的天线和EMI接收机，在3米或10米的距离上对设备进行测试，这被称为远场测量。电磁场的特性主要由被测设备（DUT）及其与接收机和天线的距离决定。远场辐射发射测量能够准确判断被测设备是否符合相关的EMC/EMI标准。

然而，远场测试存在局限性，它无法明确指出严重的辐射问题是由通信接口（如USB、LAN）、壳体缝隙、连接电缆还是电源线引起的。在这种情况下，需要使用频谱分析仪和近场探头通过近场测试来定位发射源。近场测试是一种相对量测试，它需要将被测设备的测试结果与基准设备的测试结果进行比较，以预测被测设备通过一致性测试的可能性。需要注意的是，将近场测试结果与EMI标准测试极限进行比较是没有意义的，因为测试读数受多种因素影响，包括探头位置和被测设备的形状等。

本应用指南将介绍各种近场探头的特点，并解释它们在定位、评估可能的发射源以及进行故障诊断方面的特殊优势：搜寻电磁干扰源，用于电磁干扰的故障诊断和设计验证。

近场探头简介

电磁场由电场（E场）和磁场（H场）组成。工程师可以使用各种探头来检测每种场中的发射。

磁场探头

磁场发射源通常来自芯片组引脚、印刷电路板导线、电源线或信号线，或没有良好接地的金属盖。磁场探头的感应元件是一个与发射导线或电线电感耦合的简易线圈。当磁场探头的回路与载流电线对齐时，它为频谱分析仪提供最大输出电压。在诊断EMI故障时，工程师需要在被测设备的表面旋转和移动探头，以确定探头在功率读数达到最大值时的位置，同时避免遗漏重要的发射源。

电场探头

电场主要来源于未使用负载端接的电缆和电线，以及通向高阻抗逻辑电路的印刷电路板导线（可能是逻辑集成电路的高阻抗输入或三相输出）。最简单的电场探头实际上是一个小型天线。电场探头能够方便地探测空中信号，例如蜂窝下行链路信号。这些大功率空中信号可能需要增加衰减，以防频谱分析仪过载。不过，增加衰减将会影响频谱分析仪的灵敏度。

选择探头类型

在远场测试中，被测设备和天线之间的距离决定了场强的大小。当探头靠近发射源时，电流、电压、形状和材料等特性将成为决定场强的主要因素。如果辐射来自高电压、弱电流的电路或元器件，那么电场在EMI近场中将起到主要作用。如果部分被测设备中电流很强而电压较低，那么磁场将起到主要作用。在近场测试中，当探头逐渐远离被测设备时，磁场衰落的速度比电场更快。因此，磁场探头更多地用于在近场测试中定位发射目标。

选择磁场探头

选择近场测试探头时，需要考虑几个重要因素，包括探头灵敏度、分辨率和频率响应等。

灵敏度：与频谱分析仪不同，近场探头的灵敏度不是一个绝对值。因此，工程师需要将频谱分析仪和探头视为一个整体系统来测试其灵敏度。整个系统应能够轻松地探测到很小的发射，并有足够的裕量来观测硬件变动前后发射的变化。

分辨率：探头的分辨率对于定位发射源至关重要。通常来说，探头的灵敏度和分辨率是一对矛盾体。例如，尺寸越大的磁场探头，灵敏度往往越高，探测发射的区域越大，但其分辨率会越低，从而难以准确地分辨发射源。因此，最好是先使用尺寸较大、灵敏度较高的探头来执行EMI测试，捕获和确定发射源的大致区域，然后使用尺寸较小但分辨率较高的探头来确定发射源的准确位置。为此，推荐您配备多种探头。

频率响应：频率响应是一个经常会被忽略的重要因素。频率响应是给定探头在测量相同幅度、不同频率的信号时得到的幅度差。当使用天线测试磁场时，更重要的是精确测量场强，而不是测量频率响应。在进行近场测试的过程中，探头的角度以及探头与被测设备之间的距离都会改变，因此使测量场强的绝对值失去了意义。数据结果的比较非常重要，它可以帮助工程师找到产生最大发射的频率点。例如，如果频率响应在一个特定频率上出现很大衰减，那么在该频率上的高发射可能远远低于信号分析仪上的发射，因而被忽视。

其它特性：探头的形状和多样性也是选择探头时需要考虑的重要因素。除了上面介绍的常规的电场和磁场探头之外，工程师可能还需要一些专用探头，用来实施先进的EMI故障诊断。专用探头通常用于寻找并屏蔽可能的发射源。例如：工程师可能需要借助专用的探头，才能发现耦合到电缆或电线，并辐射到被测设备其他部分的发射。如果干扰信号通过电缆发射，那么使用常规的磁场和电场探头是很难探测到这些干扰信号的。