CN101349729B - 一种电磁兼容发射测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁兼容发射测试方法，采用标准规定的测量带宽进行发射测试试验前，增加测量带宽，保证此时EMI接收机噪底在不大于标准规定的极限值的基础上进行预先测量，从测量结果与极限值曲线的比较上发现反应的电磁兼容问题。本发明有针对性地对超出极限值的频段范围部分再采用标准规定的测量带宽进行发射测试试验，从而提高了整体电磁兼容测试的速度，节省了测试所需时间，更加准确地、定量地对被试品发射测试的测试结果进行认定。

Description

一种电磁兼容发射测试方法

技术领域

本发明涉及电磁感应领域，具体涉及一种电磁兼容发射测试方法。

背景技术

电磁兼容(EMC)是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备或系统可以共存，并不致引起性能降级的一门科学。电磁兼容学科研究的宗旨就是：既不对相邻设备和环境构成干扰，也不会因受相邻设备干扰或环境影响而降低指标。随着电子技术的快速发展，集成化，小型化等设备的应用，尤其是复杂环境下，多用途，多功能的设备仪器共存，正常工作的要求越趋强烈，因此对产品、设备、系统的电磁兼容性越来越需重视。电磁兼容试验技术作为电磁兼容领域的支撑技术，正在受到越来越多的关注。我国遵循国际电工委员会等部门的一系列电磁兼容标准制定了详细的国家标准、军用标准等电磁兼容标准。这些标准化试验方法与要求是指导我们科学、合理、有效完成电磁兼容试验的依据。每个电磁兼容测量标准都包括许多测试项目，主要分为电磁干扰试验和电磁敏感度试验(军用标准中的称法，国家标准中称电磁骚扰和电磁抗扰度)，具体被试品(EUT)应该执行EMC测量标准的哪些测试项目，物理含义又如何，是测试前必须弄清楚的。

本发明技术主要对象是EMI测试试验，即电磁干扰测试试验。EMI试验测试的目的是希望设备自身产生的、于信息传输有害的电磁噪声和无用信号不要干扰其它设备的正常工作，或污染周围环境。在EMC标准中用极限值表示：测试EUT中在很宽的频带范围内产生的所有不希望有的发射的总和不能超过的一定量，用限制线将规定的或允许的电磁干扰在频域中表述，即指对应于规定标准测量方法的最大电磁骚扰允许电平。对于EMI试验分为传导发射和辐射发射两类试验项目，针对不同的测试项目标准中规定了相应的测试布置和要求等，基本测试方法操作：

1、测试系统自检；

2、检测背景环境电平；

3、被试品通电加热，使其达到稳定工作状态。按规定的测量带宽和最小测量时间(保证可以在一个测试频点上充分采集到信号点的最少停留时间)，不同的频率范围对应不同的驻留时间、最小测量时间，让测量接收机在规定的频带内扫描。

4、扫描测试后，分析测试结果：如果用规定方法测得被试品所有规定频率上电磁发射干，扰电平低于极限值，则认为此被试品通过电磁兼容的某个项目；如果测得某些频率点上的发射电平高于极限值，则认为此被试品未通过电磁兼容标准的某个项目。

为使不同测试设备对同一EUT的测量有可比性，从EMC标准的角度，EMI测量接收机的测量带宽规定是测量接收机的中频带宽。测量接收机测量的是输出到其端口的信号电压，为测场强或干扰电流需借助一个换能器，在其转换系数的帮助下，将测到的端口电压变换成场强、电流或功率。换能器依测试对象的不同可以为天线、电流探头、功率吸收钳或电源阻抗稳定网络等。

对EMI测量接收机来说小的带宽可提供最好的灵敏度，接收机灵敏度与接收机本底噪声相关，本底噪声由接收机带宽、输入衰减以及内部混频器转换效应和中频放大器的噪声系数决定。但从实际情况出发，一次扫描时间的延长会给测量带来新的问题。因此，带宽选择应顾及足够的灵敏度和最佳测试速度两个方面。单一地依据现有测量带宽的测试方法很难适应现在越来越多的电磁兼容测试试验的要求，因此保证测试结果精度，缩短测试时间，提高测试速度成为当今电磁兼容测试领域中追求的方向。

在进行电磁干扰测试试验时，一般加快电磁兼容测试的办法是，增大带宽快速扫描，这种方法的具体做法是：应用比标准规定的带宽要大的带宽设置进行扫频预测试；然后对测试结果进行分析，高过标准规定的极限值的频段范围进行重新测试；重新测试超过极限值的部分应用标准规定的带宽进行测试；最后对重新测试的频段分析有无超标频段，以及查找可能造成超标的原因，完成测试报告。虽然在一定程度上可以达到缩短测试时间的目的，但根据频段不同，标准要求规定的带宽和极限值也不同，这种方法缺少理论基础的信服力，增大带宽多少没有理论依据，并未给出根据不同频段范围，增加带宽的倍数与极限值和EMI接收机噪底之间的定量关系。即未注意设定的标准曲线与EMI接收机噪底的关系，以及增加带宽的倍数在不同频段上是有所不同的特点。因此会造成测试结果准确度较差。

现有的加快测试技术的方法虽然也是增加带宽来加快测试速度，但在对测试结果进行筛选超标频段点时，仅仅凭经验设定一条待比较的基准曲线(如：标准规定的极限值曲线)，对测试结果中超过此基准曲线的频段范围再使用标准规定的带宽进行扫频测试，未超出的范围即认为标准带宽测试时也不会有问题，因此省略此部分的测试时间。但是对基准比较曲线的选取没有理论支撑，试验时凭经验去设定基准曲线，不可能达到增加带宽后最大缩短测试时间的目的，更不能对增加带宽后的测试结果的认可度，所以认为超过此曲线为超标的说法准确度欠缺。这样虽然节省了测试时间，但测试的准确度不够了。

发明内容

本发明提供了一种电磁兼容发射测试方法，采用标准规定的测量带宽进行发射测试试验前，增加测量带宽，保证此时EMI接收机噪底在不大于标准规定的极限值的基础上进行预先测量，从测量结果与极限值曲线的比较上发现反应的电磁兼容问题。本发明有针对性地对超出极限值的频段范围部分再采用标准规定的测量带宽进行发射测试试验，从而提高了整体电磁兼容测试的速度，节省了测试所需时间，更加准确地、定量地对被试品发射测试的测试结果进行认定。

一种电磁兼容发射测试方法，包括如下步骤：

步骤1：未加入被试品的情况下，按实验要求连接好测试设备，在EMI测量接收机上设定好标准规定的带宽值，先对测试场地背景环境噪声进行测量，在接收机内存储好测试频段范围内的环境噪声曲线；

步骤2：比较测量到的噪声与相应测试项目标准规定的极限值，若噪声大于极限值则认为对测试结果无意义，会影响正常信号的接收方法结束；否则计算出不同频段极限值与噪声的差值，从而得出频段范围内接收测试信号允许增加带宽的倍数；

步骤3：按照测试项目要求布置测试设备和待测物，连接好被试品及相应设备；

步骤4：在测量接收机中设置各频段范围内允许增加到的带宽数值，进行接收天线所在频域内的发射测试试验；

步骤5：增大带宽测试结束后，根据该频段内各处的极限值计算，得到该频段内相应的基准值，并使该频段内基准值恒定；

步骤6：比较测试结果与极限值，如果测试结果已小于极限值，则在应用标准规定的带宽进行测试时，是不会超标的范围，不必再次测试；如果测试结果大于基准值，则在应用标准规定的带宽进行测试时，是会超标的部分，不必再次测试；如果测试结果在极限值和基准值之间，则该频段不能确定是否超标，应用标准规定的带宽进行再次测试；

步骤7：更换接收天线，进行下一频段被试品的发射信号的接收，转到步骤5，直至所有待测频段测试完毕；

步骤8：对各测试频段进行有无超标频段分析，完成测试报告。

所述步骤2中，增大接收测试信号的带宽时，各频段范围内的噪声应不大于相应测试项目标准规定的极限值。

所述步骤2中，接收测试信号前，各频段范围内的噪声应低于相应测试项目标准规定的极限值6dB。

所述步骤4和步骤7中，接收天线更换为电流探头，电流钳等传感测试设备，并按标准规定的传导发射测试项目的测试布置连接设备，可使本方法应用于传导发射测试试验。

本发明一种电磁兼容发射测试方法的优点在于：

(1)本发明加快了电磁兼容辐射发射测试试验的测试速度，快速地发现被试品可能出现电磁兼容问题的频段范围，大大地缩短测量时间。使用标准规定的测试带宽试验耗费时间越多的试验，测试时间节省得越多。如RE102试验，按照国军标规定的测试带宽进行发射测试试验，大约需要耗费1个半小时的时间，而采用了本发明方法可以节省大概三分之二的时间，大大提高了测试速度。

(2)本发明以理论为支撑，推导出根据不同频段范围，增加带宽的倍数与极限值和EMI接收机噪底之间的定量关系，使增大带宽提高测试速度更加准确。

(3)本发明对于增大带宽进行测试的结果分析，定量地推导出合理的筛选公式，有效且准确地把测试结果划分为三部分区域，明确三部分表示的意义，使增大带宽提高测试速度更加准确。

附图说明

图1为本发明应用的适用于地面设备的RE102极限图；

图2为本发明一种电磁兼容发射测试方法的试验原理图；

图3为本发明一种电磁兼容发射测试方法的流程图；

图4为本发明一种电磁兼容发射测试方法的EMI接收机接收到环境噪声电平值；

图5为本发明一种电磁兼容发射测试方法的EMI接收机接收到的增大带宽后的30MHz～200MHz时测量信号电平曲线；

图6为本发明一种电磁兼容发射测试方法的EMI接收机接收到的增大带宽后的30MHz～200MHz时同一坐标系下的测量信号电平曲线、基准曲线和极限曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

以下具体实施方法以国军标RE102为例说明，以适用于空军和海军(固定的)地面设备为例。如图1所示，为此适用范围时要求规定的极限值曲线，极限值曲线1在10k-100MHz时极限恒定为44dBμV/m，在18G-100GHz时，极限恒定为89dBμV/m，在100MHz-18GHz内极限为从44dBμV/m至89dBμV/m的单调增加变化。

使用设备及其用到的参数：

此方法主要使用在电磁干扰测试试验中，以RE102为例，如图2所示，双锥天线接收EUT(Equipment Under Test被试品)的无用的信号发射出的电场场强，并将接收到的信号通过同轴电缆传送到EMI接收机。

发送RE102试验要求用来检验来自EUT及其有关电线、电缆的电场发射是否超过规定的要求，适用于发射机的基频或天线的辐射。

EMI测量接收机：RS公司，型号为ESIB40；

双锥天线：ETS公司，型号为3140C；

电源阻抗稳定网络LISN：Solar公司，型号为9233-50-TS-50-N；

具有分析软件的计算机。

不同频率点上测试到的噪声电平低于发射限值的程度会不一样，且不同频段使用不同形式的天线测量，因此本例应用的测量频段为：30～200MHz，使用的天线类型为：双锥天线。

如果在布置设备时，接收天线更换为电流探头，电流钳等传感测试设备，并按标准规定的传导发射测试项目的测试布置连接设备，这样，本方法就可应用于传导发射测试试验。

针对本发明下面详细阐述具体实施过程，如图3所示：

步骤一：按照上述原理框图，按测试项目要求完成基本的测试布置。当未加入被试品的情况时，应用标准规定的带宽对测试场地环境噪声进行测量，本实施例中，频段范围标准规定要求6dB带宽为100kHz，驻留时间为0.015s。

其中，按照标准规定的发射测试时的带宽进行扫频，测试EMI接收机噪底值与极限值曲线关系。对于同一半电波暗室测试场地来说，这种关系一般不会有大的变化，可以在半年内做一次系统校准时，记录储存好它们之间关系以作使用。

在30～200MHz频段范围内，如图4所示，噪声不断在40dBμV/m左右波动，随着频率升高，波动幅度有变大趋势。

步骤二：比较测量到的噪声与标准规定的此测试项目的极限值。根据不同频段极限值与噪声的差值，计算频段范围内可允许增加的带宽的倍数。根据电磁兼容测试标准规定EMI接收机的噪底要比极限值小6dB，因为增加带宽，必然使EMI接收机噪底提高，因此需先测试计算出每个频段范围内噪底与极限值的差值。

根据理论推导出噪底与极限值的差值和带宽增大的倍数之间的关系，理论经验公式为：

$A={10}^{\frac{L-N}{10}}$

其中，噪声为N(dBμV/m)，极限值为L(dBμV/m)，信号为S(dBμV/m)，带宽增加的倍数为A。

通过上述公式，得出每个频段范围内可以提高的带宽的倍数。确保噪底不超过极限值，再进行扫频测试。

本实施例中，极限值L在30MHz～200MHz时是在44～50dBμV/m之间，从噪声测量图中看到，除个别频点上的噪声突出高些，其它的噪声幅度N都在40dBμV/m左右。因此为保证增大带宽后，噪声曲线不超过极限值曲线，根据上述公式，噪声比极限值(L-N)低10dBμV/m，则带宽增加的倍数 $A={10}^{\frac{10}{10}}$ 带宽可增加10倍，因此由军标规定测试带宽为100kHz，确定此时可增加带宽到100kHz×10＝1MHz，它可确保噪底不超过极限值。

步骤三：按照测试项目要求布置测试场地，连接好被试品及相应设备，本实施例中，根据国军标RE102标准，将EUT供电后使其与双锥天线相距1米。

步骤四：在该频段依据步骤二中可允许增加的带宽倍数，进行发射测试试验扫描。增大了带宽进行测试，这样测试速度就会大大加快。在测量接收机中设置带宽为计算出的增加带宽后的带宽值1MHz，其它设备参数都没有变化。

步骤五：增大带宽测试结束后，根据该频段内各处的极限值计算，得到该频段内相应的基准值，并使该频段内基准值恒定；

根据该频段内各处的极限值计算，得到该频段内相应的基准值，理论推导公式如下：

按照增大的带宽进行测试，由场强计算公式 $\sqrt{{S\&prime;}^2+{N\&prime;}^2}<L\&prime;$

其中，201g S′＝S，201gL′＝L和201g N′＝N，L和L′均为极限值，S和S′均为测试信号值，N和N′均为噪声值；L、S、N的单位是dBμV/m，L′、S′、N′的单位是μV/m。

则可得 $\sqrt{{\left({10}^{\frac{S}{20}}\right)}^2+{\left({10}^{\frac{N}{20}}\right)}^2}<{10}^{\frac{L}{20}}.$ 当带宽增大时，噪声值N也增大，而极限值L保持不变，则在该式中，不等式左边的值变大后不等式仍然成立，则说明测试后未超过极限值的频段，测试信号一定在标准规定的带宽测试情况下也不会超标。

在一定频段范围内，基准值的设定为，比极限值大ndB的恒定值，此n值可由下式计算得到：

一般标准中，通常规定噪声比极限值低6dB，则有 $\sqrt{{\left({10}^{\frac{S}{20}}\right)}^2+{({10}^{\frac{L}{20}}-6\mathrm{dB})}^2}\&GreaterEqual;{10}^{\frac{L}{20}},$

取临界值整理公式得， $\sqrt{{\left({10}^{\frac{S}{20}}\right)}^2+{\left({10}^{\frac{L}{20}}\right)}^2}={10}^{\frac{L}{20}}+{10}^{\frac{n}{20}},$ 由此可以推断出n的值。

测试信号结果超过基准值的频段范围，在进行标准带宽测试时也一定是超标的，一般情况下，n的值可取范围在6～10dB。上述两种情况的频段范围，都可以不需再用标准规定的带宽进行发射测试，从而节省了测试时间，提高的测试速度。

由增大带宽后，如图5所示，为EMI接收机接收到的30MHz～200MHz时测量信号电平曲线：

从图中可以看到极限值是44～50dBμV/m之间：在100MHz～200MHz时得到44～50dBμV/m单增曲线，100MHz以下得到44dBμV/m的恒定极限值；

由于n的值可取范围在6～10dB，故在30MHz～200MHz频段内，基准值设为55dBμV/m。

步骤六：增大带宽测试结束后，比较测试结果D与极限值L。如果测试结果小于极限值，即D<L的频段，则可认为此部分在应用标准规定的带宽进行测试时，也一定是不会超标的范围；如图6所示，粗虚线以下的测试信号所属频段范围为肯定不超标范围。

如果测试结果大于基准值，即D>L+n的频段，则该频段对应的比较结果大于基准值，认为在应用标准规定的带宽进行测试时，也是肯定是超标的部分；图6中在恒定加粗直线以上的测试信号所属频段范围为肯定超标范围。

如果测试结果在极限值和基准值之间，即L<D<L+n的频段不能确定是否超标，对于此部分需要应用标准规定的带宽进行再次测试，以确定按标准规定的测试要求哪部分真正为超标范围。图6中用双箭头方向表示的区域为此不能确定是否为超标的频段，需以标准要求的带宽再次进行测试，以确定到底那些频段有无超标。

其中理论推导支撑，可以把所得测试结果划分成三部分内容进行有无超标的筛选，即肯定超标范围；肯定不超标范围；不确定是否超标范围。其中前两种情况范围可认可增大带宽后测试结果测量的结论。因此，仅仅对不确定是否超标范围使用标准规定的测试带宽进行扫描测试即可。

步骤七：更换接收天线，进行200MHz-1GHz频段中被试品中不希望有的发射信号的接收，转到步骤五，直至所有待测频段测试完毕；

步骤八：对各测试频段进行有无超标频段分析，分析哪些频段超标，并分析超标原因，完成测试报告。

通过上述过程，增大带宽的方法可以很快，且准确地测试出信号超标的频段范围，达到了提高测试速度的目的。

Claims (4)

1.一种电磁兼容发射测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：未加入被试品的情况下，按实验要求连接好测试设备，在EMI测量接收机上设定好标准规定的带宽值，先对测试场地背景环境噪声进行测量，在EMI测量接收机内存储好测试频段范围内的环境噪声曲线；

步骤二：比较测量到的噪声与相应测试项目标准规定的极限值，若噪声大于极限值则认为对测试结果无意义，会影响正常信号的接收，方法结束；否则计算出不同频段极限值与噪声的差值，从而得出频段范围内接收测试信号允许增加带宽的倍数；

步骤三：按照测试项目要求布置测试设备和被试品，连接好被试品及相应设备；

步骤四：在EMI测量接收机中设置各频段范围内允许增加到的带宽数值，进行接收天线所在频域内的发射测试试验；

步骤五：增大带宽测试结束后，根据该频段内各处的极限值计算，得到该频段内相应的基准值，并使该频段内基准值恒定；

步骤六：比较测试结果与极限值，如果测试结果已小于极限值，则在应用标准规定的带宽进行测试时，是不会超标的范围，不必再次测试；如果测试结果大于基准值，则在应用标准规定的带宽进行测试时，是会超标的部分，不必再次测试；如果测试结果在极限值和基准值之间，则该频段不能确定是否超标，应用标准规定的带宽进行再次测试；

步骤七：更换接收天线，进行下一频段被试品的发射信号的接收，转到步骤五，直至所有待测频段测试完毕；

步骤八：对各测试频段进行有无超标频段分析，完成测试报告。

2.根据权利要求1所述一种电磁兼容发射测试方法，其特征在于：所述步骤二中，增大接收测试信号的带宽时，各频段范围内的噪声应不大于相应测试项目标准规定的极限值。

3.根据权利要求1所述一种电磁兼容发射测试方法，其特征在于：所述步骤二中，接收测试信号前，各频段范围内的噪声应低于相应测试项目标准规定的极限值6dB。

4.根据权利要求1所述一种电磁兼容发射测试方法，其特征在于：所述步骤四和步骤七中，接收天线更换为电流探头或电流钳，并按标准规定的传导发射测试项目的测试布置连接设备，可使本方法应用于传导发射测试试验。

Images