电磁兼容第7章.docx

1、电磁兼容第7章第七章 电磁兼容测量产品的电磁兼容性已成为衡量产品品质的一大重要指标。欧共体发布了89/336/EEC指令，不符合EMC标准的产品已不能进入欧洲市场。我国国家技术监督局与有关部委也正在积极筹划在我国实施电器、电子产品的电磁兼容性认证。电磁兼容方面的标准中对电器、电子产品规定了相应的干扰量的极限值和抗干扰能力指标，通过电磁兼容测量可以验证产品是否符合标准规定的指标。电磁兼容测量包括：发射测量； 敏感性测量； 抗干扰测量。发射测量的目的是测量发射机（干扰源）发出的电磁能量（强度、频谱等）。发射测量包括：干扰电压和电流； 干扰场强（电场、磁场、电磁波）； 干扰功率等。敏感性测量的目的是

2、测量被试品（接收机，如电子仪器）抵抗在当地出现的干扰量的能力。用各种干扰模拟器，模拟不同的干扰信号，通过适当的耦合装置，把干扰量施加于被试品，检测被试品能否抵抗这些干扰，保持正常工作。消干扰测量的目的是评价EMC组件的有效性。例如，滤波器的滤波效果；电缆外皮的屏蔽效果；屏蔽室的屏蔽效果等。7.1 发射测量干扰电压和电流干扰电压和电流指的是发射机（干扰源）通过与之相联的传输线（电源线、数据线）发射出来的干扰信号。这种干扰首先表现出来的是电流（干扰电流）；该电流在网络（电源网络、通讯网络等）的阻抗上产生电压降（干扰电压）。测量干扰电压时：要消除阻抗网络不同的影响。网络（电源、负载）阻抗不同时，干扰

3、电压不同。要阻止网络中已有的其他干扰对被试品干扰电压测量的影响。特别是在电源引线上测量时，更重要。因此要采用人工电源网络（Artificial Mains Network）或称传输线阻抗稳定网络（LISNLine Impedance Stabilization Network）。7.1.1 对称电压、非对称电压和不对称电压在第一章里讲了差模电压和共模电压。在GB/T 4365-1995电磁兼容术语中是这样定义的：差模电压：一组规定的带电导体中任意两根之间的电压。又称为对称电压（Symmetric Voltage）。共模电压：每个导体与规定参考点（通常是地或机壳）之间的相电压的平均值。又称为非对

4、称电压（Asymmetric Voltage）。怎么样测量差模干扰电压和共模干扰电压呢？以差模电压为例，可以直接测两根导线之间的电压，也可以分别测每根导线对地的电压然后求其差。从测量的角度，另一个国标GB/T 6113-19995无线电干扰和抗扰度测量设备规范里，又定义了对称电压、非对称电压和不对称电压。它们是这样定义的：对称电压：在两线电路中（如单相电源），对称电压就是指出现于两线间的射频干扰电压。有时也称为差模电压。如果用Va表示其中一个电源端子与地之间的电压矢量，Vb表示另一个电源端子与地之间的电压矢量，那么对称电压即差模电压为Va与Vb矢量之差，即。非对称电压：就是指出现于两电源端子电

5、气中点与地之间的射频干扰电压。有时也称为共模电压。其值为Va与Vb矢量之和之半，即。不对称电压：是指上面两条中定义的Va或Vb矢量电压的幅度。这一电压用V型人工电源网络测量。7.1.2 无线电干扰测量的频率范围无线电干扰测量的频率范围通常为9kHz1000MHz。测量干扰用的测量接收机按其工作频率范围可分为四个频段：A频段：9150kHzB频段：150kHz30MHzC频段：30300MHzD频段：3001000MHz频谱分析仪和扫描接收机频率范围为9kHz1000MHz。（也有的频谱分析仪其频率范围为1GHz18GHz）。7.1.3 人工电源网络按定义，人工电源网络应能在规定的射频范围内向受

6、试设备端子之间提供一规定阻抗；并能将试验电路同电源上的无用射频信号隔离开来；进而将干扰电压耦合到测量接收机上。其中“向受试设备端子之间提供一规定阻抗”是指“干扰输出端”端接50负载阻抗时，在“设备端”测到的相对于参考地的阻抗的模。见图。 测量试品电源端干扰时，人工电源网络联接如实线所示 测量试品负载端干扰时，人工电源网络联接如虚线所示人工电源网络有两种基本的类型：V型：用于耦合不对称电压，能够分别测量每个导体对地电压的人工电源网络。型：用于耦合对称电压和非对称电压，能够分别测单相电路中共模及差模电压的人工电源网络。国标GB/T 6113-1995（系等效采用CISPR 16-1/1993）、给

7、出的50/50H+5 V型人工电源网络示例见下页。“50/50H+5”是指：当“干扰输出端”端接50负载阻抗时，在“设备端”测到的相对于参考地的阻抗（亦称人工电源网络的“网络阻抗”）。该人工电源网络适用于A频段(9150kHz)。连接设备的电源端 连接受试设备的设备端 连接测试设备的干扰输出端C1C2C3R1R2R3R4R5L1L28F4F 0.25F5101k505050H250H50/50H，50/50H1或150 V型人工电源网络示例：C1C2R1R2R3R4R5L1作为50/50H网络元件值，0.1530MHz1F0.1F 100050050050H50/5H1网络元件值，150k30

8、MHz，Imax400A*2F0.1F 10005005015H作为150网络元件值,150k30MHz1F0.1F 1000150100500* 注：*最小值， *能够达到规定阻抗的适当的值S：1：对称分量（测差模干扰）；2：非对称分量（测共模干扰）。C1C2R1R2L11F0.1F 3001007500H150、型人工电源网络，二线供电试品，测量频率仅限于1605Hz以下。为避免影响网络的阻抗，干扰测量仪与人工电源网络联接通过平衡变压器接入，其输入阻抗Zi不小于1000。GB/T 6113-1995给出了150、型人工电源网络示例，见下图。元件参数表：C1L1C2R1R2R3R4R5R6R

9、6*F*H0.1F1501203902701102250注：C1、L1为能够达到规定阻抗的适当值。该人工电源网络用于具有非平衡输入的测量设备。适用于150kHz30MHz频率范围。按表中电阻值计算出的网络性能如下：衰减20dB，网络阻抗150。7.1.4 干扰测量接收机人工电源网络的作用是将干扰电压取出来，或者说将干扰电压耦合到测量接收机上。测量干扰电压可以用：干扰测量接收机、频谱分析仪或示波器。关于干扰的“表述”问题：用示波器可以把干扰电压随时间变化的波形测出来。这是其优点。但是在有关无线电干扰的标准里规定使用的测量接收机一般不用它，而是用干扰测量接收机或频谱分析仪。任何波形的电压都可以是由

10、不同频率和幅值的正弦波所组成。“干扰测量接收机” 实际上是一个选频电压表。它用来测出干扰电压中某一频率（可选）电压分量的大小。“频谱分析仪”的原理和“干扰测量接收机”相同。干扰测量接收机一次只测一个频率的电压分量，频谱分析仪则把各种频率的电压分量都测出来，其结果表示在示波器的屏上。干扰测量接收机和频谱分析仪各有优缺点，可以互相补充。前者准确度较高，但只能测出一个频率的电压分量。后者准确度不如前者，但能得到各种频率的电压分量。EMC有关标准中规定：当两者的测量结果不一致时，以前者为主。在本节里，对干扰测量接收机以及电压大小的几种表示方法（峰值、准峰值、平均值、有效值等）作简要介绍。GB/T 61

11、13-1995中说明测量接收机的特性由其工作频率范围来决定。四台测量接收机的工作频率范围分别覆盖A频段9k150kHz、B频段150k30MHz、C频段30M300MHz和D频段300M1000MHz。它实际上是一个具有选频能力的电压表。其工作原理与收音机和电视机一样，都是超外差原理。1. 输入衰减器（对所有频率）2. 调谐输入回路（调谐到所测频率的带通滤波器）3. 中频发生器。本机振荡器与调谐输入回路2同步调谐，使之产生的高频信号的频率与2 的频率之差为固定的值（中频）。混频器把2送来的信号和本机振荡器产生的信号混频。其输出为包含被测频率电压大小信息的中频电压。4. 中频放大器（固定中频的选

12、频放大器）。把3送来的信号选频并放大。5. 检出器。检波器把中频信号中被测频率电压大小的信息检出。再由指示设备指示。被测电压的大小可以由几种指示值来表示。用不同的指示器可以检出不同的指示值。峰值检波器（peak detector）：其输出电压为所施加信号（中频放大器的输出）的峰值。注意，并不是整个干扰电压的峰值。峰值检波器由二极管和储能电容器组成。中频电压通过二极管对电容器充电到包络线的最大峰值。电容器保持最大峰值一直到能够由指示设备把峰值读出。以后经过开关手动或自动操作而放电。开关S也可由高阻值的放电电阻代替。准峰值检波器（quasi-peak detector）:具有规定的电气时间常数的检

13、波器。当施加规则的重复等幅脉冲时，其输出电压是脉冲峰值的分数（加权峰值），而且此分数随脉冲重复率增加趋向于1。检波器的充电时间常数主要取决于，系指输入端突然加上一个设计频率的正弦电压后，其输出端电压达到稳态值的（）所需要的时间。检波器的放电时间常数主要取决于，系指从突然切除正弦输入电压到检波器输出电压降至初始值的所需的时间。还有一个指示仪表M的机械时间常数。通常指示仪表都带有临界阻尼，其机械时间常数定义为，其中TL为去除全部阻尼之后的自由振荡周期。准峰值主要用来评价脉冲干扰信号对无线电干扰的程度。例如听收音机时，如果出现一个脉冲干扰，你会听到一个噼啪的干扰声。如果脉冲的宽度较大，干扰声的强度与

14、脉冲幅度成正比。如果脉冲的宽度很小，幅度不变，人耳感觉到的干扰声的强度会降低。如果窄脉冲出现的重复率增加，人耳感觉到的干扰声强度也会增加。书上p125，当脉冲的宽度很小时，指脉冲的中值宽度中频的周期。中频放大器输出的最大幅值为，其中，A为干扰脉冲的电压时间面积；V0为中频放大倍数；BZF为中频放大器的带宽。所以uR决定于脉冲的面积，而不是峰值。检波器有一定的充电和放电时间常数，故指示器M指示的值要小于脉冲峰值。相当于人耳感觉到的干扰强度较低。当这种干扰脉冲重复出现，M指示的值会逐渐增加，但不会超过峰值。为了使测量结果具有可比性，CISPR和国标对准峰值测量接收机的特性有严格的规定。准峰值测量接

15、收机的基本特性（CISPR、GB/T 6113-1995）特性频率范围A频段B频段C和D频段中频带宽（6dB）0.2kHz9kHz120kHz检波器充电时间常数45ms1ms1ms检波器放电时间常数500ms160ms550ms(临界阻尼)指示器机械时间常数TM160ms160ms100ms检波器前电路的过载系数24dB30dB43.5dB检波器与指示器之间的过载系数6dB12dB6dB注：过载系数指正弦输入信号最大幅值与指示仪表满刻度偏转时输入幅值之比。对应于这一最大输入信号，接收机检波器前电路的幅/幅特性偏离线性应不超过1dB。平均值检波器（average detector）：输出电压为所

16、加信号的包络线的平均值。原理示意如图。中频电压通过二极管对电容CS充电，使之达到包络线的瞬时值。由于RE相对较小，在包络线的任一瞬间CS上的电压均能跟踪。RL、CM构成低通滤波器，使单向整流电压变得光滑，CM上的电压即为算术平均值。平均值指示特别适用于带离散频率和调幅载频的干扰的测量。因为单个较大的干扰脉冲和调幅信号通过平均而被减弱了。有效值检波器（rms detector）：即均方根值检波器，输出电压为所施加信号的均方根值。7.1.5 模拟手（artificial hand）书上译成“假手”。用于模拟常规工作条件下，手持电器与地之间的人体阻抗的电网络。模拟手由（包裹在电器设备绝缘外壳上的）金

17、属箔和电阻电容元件串联而成。金属箔宽度为6cm。在进行手持式、不接地试品的干扰电压测量时，要把模拟手接在试品和地之间。模拟手的RC元件可装在人工电源网络的盒子内，在这种情况下盒上有两个接线端。需使用时将其中一个接线端（电容端）与裹在被试设备上的金属箔相联；另一个接线端（电阻端）接地。7.1.6 干扰电压测量（GB 3907-83工业无线电干涉基本测量方法）1. 非手持式、不接地试品的干扰电压测量。试品置于2m2m接地平板上方40cm高的非金属支架上。试品与任何其他接地平面的距离至少为80cm。试品与网络之间用一根不长于1m的导线相联。带有不可拆卸软电缆或软线的试品，当电缆或软线长度超过80cm

18、时， 应将超长部分折叠成3040cm的线束。2. 手持式。不接地试品干扰电压测量。首先按上面1进行测试。然后接上模拟手进行附加测试。模拟手如上节所述。3. 接地试品的干扰电压测量。试品与人工电源网络之间用长度等于或小于1m的导线联接。试品外壳与网络外壳间用相同长度的地线联接。电源线与地线之间应平行布线，两者间距小于10cm。见图。7.1.7 干扰电流测量电流探头（GB/T 6113-1995）：用专门改进的卡式电流传感器就可以测量线上的非对称干扰电流，而不需与源导线导电接触，也不用改变其电路。被测导线充当一匝的初级线圈，次级线圈则包含在电流探头中。电流探头附加屏蔽结构（阻止静电耦合）后，就可以

19、测量非对称（共模）干扰电流或者对称（差模）干扰电流。用于干扰测量的典型电流探头的次级线圈匝数为78匝。它是一个最佳匝数比，能够获得最宽的平坦频率范围和1欧或更低的插入阻抗。在100kHz以下的频率范围，应使用叠片硅钢铁心；在100k400MHz的频率范围，应使用铁氧体心；在200M1000MHz的频率范围，应使用空心，并配有平衡不平衡50输出变换器。电流探头通常作为干扰测量的传感部件。因此，电流探头被设计成将干扰电流转变成测量接收机可以检测的电压。电流探头的灵敏度可以方便地用传输阻抗表示。如果灵敏度为1V的测量接收机，传输阻抗为10的探头，则最小可测电流为0.1A。为得到最高灵敏度，传输阻抗应

20、尽可能的高。 干扰电流测试示意图，电流探头卡住相线，可测得I1，卡住中线，可测得I2。 非对称电流IC测试电路示意图如下：高通滤波器用于抑制电源频率电流。衰减器6dB，因为。对称电流ID测试电路示意图7.2 发射测量电场、磁场各种干扰测量的基本方法是用合适的测量变换器（传感器）最终归结为电压信号，再用干扰测量机（或频谱分析仪、示波器）进行测量。场强的测量主要用天线接收E或H。GB 3907-83无线电干扰基本测量方法是推荐性国标。1050kHz频段内，干扰场主要是磁场分量。测量磁场分量使用带有屏蔽的环状天线（，也可采用合适的铁氵金氧磁棒天线。0.1530MHz频段内，电场和磁场都有。磁场天线采

21、用带有屏蔽的环状天线；电场天线使用对称或不对称天线。30300MHz频段内，主要测电场。电场天线应用对称偶极子天线。3001000MHz频段内，主要测电场，电场天线可用简单偶极子天线。考虑到简单天线在此频段内灵敏度过低，允许采用复杂天线（如对数周期天线，螺旋线天线等）。国标中对场地条件、测量布置、测量距离等都有相应的规定。7.3 敏感性测量敏感性测量是用来研究电子仪器对抗在当地出现的干扰量能力的方法。主要是干扰模拟器、通过耦合把干扰量施加于被试品、根据标准进行检验。用各种干扰模拟器模拟不同的干扰信号。模拟直接的电耦合模拟E场、H场，电磁波模拟静电放电干扰的类型有： 低压电网中的低频干扰（ms级）脉冲； 操作电压干扰； 高能过电压； 静电放电； 狭带干扰。介绍商用模拟器。 介绍狭带干扰场； 介绍宽带电磁波场； 介绍注入电流的似稳场和电磁波。通过适当的耦合装置，把干扰量施加于被试品。 电容耦合； 电感性耦合； 靠电容性间隙耦合。根据标准检验被试品能否抵抗这些干扰，保持正常工作。