如何搭建电磁干扰测试系统 EMC自动测量的标准化进展

概述

本文描述了如何搭建一个自动的电磁干扰(EMI)测试系统，重点介绍了测试过程中出现的问题及其相应解决方法，并介绍了如何正确的配置系统及其参数。为规避错误及不同测试环境和测试员之间的差异，自动化EMI测量的标准化是很有必要的。

1.关于自动化电磁兼容(EMC)测量

1.1 效率

具有合适的测试及控制方法的自动EMC测量可提高实验室效率、避免浪费时间。通过自动测量可远离那些大量烦琐冗余的重复性EMI测量。

1.2 一致性

完整的测试系统消除了因人工读写和记录引起的误差，而且软件可以保持与仪器设置的一致性。因此，自动EMC测试系统能够给出高度可重现的测试结果。 从根本上来说，不管是人工测量还是软件控制下的测量，幅射电平的精确度是没有区别的。在两种情形下，测量的不确定性来自测试装置所使用的设备的精度标准。

另一方面，软件控制下的仪器的不同设置可产生不同的测试结果。所以，与自动EMI测量相关的标准正在兴起。在测量过程中，我们必须根据CISPR16-2标准来配置软件和仪器。

为确保测试结果的有效性，测试系统具有校正因子及自动监视功能。

1.3 测试结果和数据的管理

对软件来说能够非常方便和高效地创建一个数据库，以便保存和检查测试结果。

1.4 自动测量期间的问题

尽管使用自动测量有许多优点，但我们仍需强调可能导致错误结果的一些要点，诸如频率扫描过程中的问题、测量时间设置、关键数据简化与筛选、天线高度、校准及修正。

2. 用于EMI测量的扫描规则—参数配置

2.1 EMI测试的频率扫描步骤

在EMI测量过程中，测试员时常关注是否忽视了一些频点。在接收机模式中，测试频率按步进方式(逐点)扫描，因此为了避免忽略频点，如何设置步距是 非常重要的。在频谱分析仪模式中，测试频率是连续扫描的，但显示在频谱仪上的频点数却是有限的，因此如何定位峰值的真实频率至关重要。

在接收机模式中，该如何设置步距呢?步距必须小于中频(IF)带宽的一半，通常我们使用IF带宽的一半。

依据EMC标准，接收机的IF带宽定义为-6dB带宽。如果我们使用不合适的步距，则会有一些峰值丢失或出现错误结果。例如，若步距等于IF带宽， 一些频点(两相邻测试点的中间)的测试结果将比正确的测量值少6dB(图1);若步距少于1/2 IF带宽，则错误将会小于1dB(图2)。

依据EMC标准，我们可以使用带有-6dB IF带宽和预选择器的频谱分析仪。在分析仪模式中，显示频点的数目将影响测试结果。如果我们想在结果曲线上知道准确的频率值，则需要做局部扫描(放大频率 轴)。在局部扫描过程中，须设置为SPAN/(频点数)<1/2 RBW。

2.2 测量时间和扫描速率

测量与扫描接收机的测量次数与扫描速率应设置为可测量最大幅射电平。

在预扫描期间，通常使用最小扫描与保持时间。

针对峰值点的最终测量，每一频率的保持时间需足够长以便测量信号峰值。

3.EMI自动化测量的标准配置

3.1 一般过程

与人工操作相同的是，自动测试系统的第一步也是“预扫描”：在目标频率范围内扫描并搜索来自被测设备(EUT)的幅射信号。依据EMC标准，关键限值由准峰值检波器给出;但是在测试员感兴趣的全范围测试过程中，使用准峰值检波器将会导致过多的测试次数。感兴趣的频点须限制在被测幅射峰值幅度大于或接近幅射极限的频率，只有位于这些频点的幅射信号才被放大和测量(见图3)。

3.2 EMI测量过程中的预扫描方法

传导幅射：预扫描可在一个典型的导线上进行，例如使用峰值和均值检波以最快扫描时间扫描电源线的“L”线。针对准峰值和均值检波器的两个限值将呼之欲出。

干扰功率：预扫描也可利用靠近EUT的吸收钳进行。应使用带极限的峰值与均值检波。

空间幅射：在9kHz到30MHz的频率范围内，当接收机在扫描幅射频谱时，需要旋转环形天线和EUT以找到最大场强。在30到1000 MHz的频率范围内，天线的高度需根据表2给定的值预先进行调整。

  3.3 数据简化方法

数据简化是用来减少预扫描过程中采集到的信号数目，并由此进一步缩短整个测量时间。

数据简化由可接受性分析和子范围最大化搜索功能组成。

关于可接受性分析，你可以(可选)为每个检波器选择一个限制线，该限制线还要用于最终测量中的电平评估。此外，还需定义可接受偏移量。

关于子范围最大化搜索，你可以在整个范围内定义一些频率子范围，并在每个子范围搜索峰值。

3.4 幅射最大化和最终测量

在通过数据简化搜索到的峰值点上，我们必须调整附件(如天线、转盘、LISN和吸收钳)的设置以便捕获最大幅射信号，并使用标准中定义的检波器进行测试。每个频率点的测量时间需足够长方可测量信号峰值。

3.5 校准和修正因子

自动测量的优点之一是其测试值可自动修正。为每个信号路径和附件进行校准是必要的。测试结果必须同校准数据一同提供。

3.6 测试报告

通常，测量的目的是为了获取测试报告。根据测试报告中的表格数值与图形可以获得测试结果。而且，产品标准要求的与测试系统自身相关的信息(如变频器和修正仪的使用、仪器配置、EUT装置的文档)也应成为测试报告内容的一部分。

本文小结

目前，大多数EMC实验室已采用自动测试系统进行EMC测量，不过正确地配置系统和软件非常重要。国标CISPR16标准化了自动EMI测量，所有操作人员及系统集成工程师务必遵守这些系列标准。这样，相同EUT在不同地方的测试结果具有一致性。