安捷伦近场电磁干扰源探测定位解决方案

概述

　　如果一个新产品在电磁干扰（EMI ）预兼容测试或者标准兼容测试中失败，进行故障诊断和改进是当务之急。而近场探头配合频谱分析仪查找干扰源，并验证改进效果是最常见易行的方法。

　　图一 安捷伦X系列信号分析仪和N9311X-100 近场探头

　　近场测试综述

　　在认证机构中，使用经过各类校准的天线进行辐射泄露测试，都是进行的远场测量。标准的远场辐射泄漏测试，可以准确定量的告诉我们被测件是否符合相应的 EMI 标准。但是远场测试无法告诉工程师，严重的辐射问题到底是来自于壳体的缝隙，还是来自连接的电缆，或USB ，LAN 之类的通信接口。在这种情况下，我们可以通过近场测试的方法来定位辐射的真正来源。

　　近场 EMI 测量的问题在于使用近场探头的测量结果和使用天线进行远场测量的结果无法直接进行数学转换。但是存在一个基本原理：近场的辐射越大，远场的辐射也必然越大。所以使用近场探头测量，实际上是一个相对量的测量，而不是精确的绝对量测量。使用近场探头进行 EMI 预兼容测试时，我们常常把新被测件测试结果和一个已知合格被测件的近场探头测试（近场测试）结果进行比较，来预测EMI 辐射泄漏测试（远场测试）的结果，而不是直接和符合EMI兼容标准的限制线进行比较。同时，测试的绝对数值意义也不大，因为这个测试结果和诸多变量，包括探头的位置方向、被测件的形状等会密切相关。

近场探头的种类及主要特点

　　电磁场是由电场和磁场构成。在近场，电场和磁场共同存在，其强度不构成固定关系。以电场为主还是磁场为主，主要是由发射源的类型决定的。简而言之，在高电压，低电流的区域，电场大于磁场。高电流，低电压的区域，磁场大于电场。同时在主要的EMI 测试频段，磁场随着距离的变化要快于电场。

　　因为磁场是由电流产生的，所以最常见的发射源包括芯片，器件的管脚、PCB 上的布线、电源线及信号线缆。最常见的磁场探头多为环状，当磁场传播线和探头环面垂直的时候，测量数值最大。所以在测量过程中，工程师一般需要旋转探头的方向来测量到最大的磁场数值，同时避免遗漏重要的发射源。

　　电场是由电压产生，主要的发射源包括一些未端接器件的线缆 、连接高阻器件的PCB 布线等。最简单的电场探头类似一根小天线。有人甚至把同轴电缆前端的一小段屏蔽层剥开，露出芯线来构成简单的电场探头进行使用。在没有屏蔽设备的情况下，电场探头的问题是比较容易拾取到环境中存在的电磁波信号，如蜂窝通信的上下行信号，从而影响到整个测试系统的测量动态范围。

　　选择近场探头往往要考虑几个重要因素，包括分辨率 、灵敏度和频率响应等。

　　近场探头的灵敏度不是一个绝对的指标，关键是看探头和配合使用的频谱分析仪或者接收机能不能容易的测量到辐射泄漏信号，并且有足够的裕量去观察改进后的变化。如果频谱仪的灵敏度很高，我们可以选择灵敏度相对较低一些的探头。反之就必须选择灵敏度高的探头，甚至考虑外接前置放大器提高整体系统的灵敏度。

　　分辨率也就是探头分辨干扰源位置的能力。而通常来说分辨率和灵敏度是一对矛盾体。以我们最常用的环状磁场探头为例，尺寸越大的环状探头，灵敏度往往越高，测试面积越大，从而分辨率就会越低。而比较推荐的办法是选用一组多个尺寸的探头，在大范围测试的时候用较大的探头，找到疑似区域，再逐渐减小探头尺寸，最终定位到干扰源。

　　频率响应是一个往往会被大家忽略的重要因素。所谓的频率响应就是探头测量同样幅度，不同频率的信号，所得到的幅值差异。我们在前文提到过，使用探头进行EMI 分析，是一种相对，定性的测试。但是如果探头的频率响应较差或不够平坦，会使全频段的测试结果不直观，让我们忽略一些重要的辐射泄漏信号。

　　探头的形状以及多样性也是重要的因素。除了常规的电场、磁场探头，在进行EMI 分析的时候，我们还往往需要一些特殊的探头。工程师经常会遇到这样一种情况，在找到一个干扰源位置并进行屏蔽处理后，发现整机的辐射泄漏并没得到足够的改善。那么最常见的原因就是这个干扰信号通过信号线缆或者电源线缆传播到了其他区域，并最终辐射到了空间。常规的近场探头很难对线缆内部的干扰进行探测，就往往需要使用下面会介绍到的N9311X-100 近场探头组中的4号探头专门用于线缆干扰的测试。

　　安捷伦N9311X-100 近场探头组

　　为了配合具有强大EMI 分析功能的安捷伦X系列信号分析仪，并快捷的完成干扰源的定位，安捷伦最新推出了一组覆盖30 MHz 至3 GHz的近场探头，选件N9311X-100 。该探头组包括4个磁场探头，向用户提供了综合灵敏度与分辨率的最佳选择。不仅可以用于电磁干扰源的探测和定位还能够满足专业的线缆干扰测试需求，可以帮助用户方便快捷的分析绝大多数EMI 问题。

表一 N9311X-100近场探头组技术指标

　　如果用户需要更高的测试灵敏度，安捷伦还提供了可以和N9311X-100近场探头配合使用的外置前置放大器，选件N9311X-110。该放大器在100 kHz至3 GHz频段噪声系数仅为4.5 dB ，提供30 dB增益。

图二 N9311X-100前置放大器

　　结论

　　安捷伦N9311X-100近场探头组以及配套的N9311X-110前置放大器，重量轻，安装快捷，使用方便。同时该探头具有很宽的频率范围，集良好的分辨率和灵敏度为一体，可以快速分析查找各类EMI 干扰源。配合安捷伦X系列信号分析仪的良好性能及专业 EMI 测量分析功能，为用户提供了性价比最优的专业EMI 分析工具。

　　推荐配置

　　N9311X-100： 30 MHz至3 GHz近场探头组

　　N9311X-110： 外置前置放大器（选配）

　　安捷伦X系列信号分析仪及N6141A/W6141A EMI接收机软件

　　信号分析仪典型配置

　　N9000A-503 或507： 3 GHz或7.5 GHz CXA 信号分析仪

　　N9000A-P03 或P07： 3 GHz或7.5 GHz CXA 前置放大器

　　W6141A-2FP： EMI接收机应用软件