CN2869870Y - 用于电磁兼容性近场测试的电场探头 - Google Patents

Abstract

一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，其中本体上缠绕所述导体或本体上直接固定所述导体以及电连接的适配器。本实用新型采用于本体上缠绕导体或本体上直接固定导体的多种结构方案；克服了直线偶极天线增益低、不能有效地拾取电场分量的缺陷；解决了单偶极子天线辐射阻抗不足够大的问题。使之具有寻找、孤立和较强排除电磁干扰的功能且结构简单，方便携带，探测灵敏度高，空间分辨能力强，可达到对辐射信号进行近场检测和区分出印制电路板、电缆和电子组件上的“热点”，能确定辐射源的位置和辐射强度，可测量重复性高。适用于诊断电子线路上各元器件及屏蔽外壳等的泄漏以及类似的电磁干扰源的辐射发射，还可通过EMI测试接收机与计算机连接。

Description

用于电磁兼容性近场测试的电场探头

技术领域

本实用新型涉及一种电磁兼容性检测装置，特别涉及一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头。

背景技术

电磁波在日常生活中无时不在，无刻不在，从物理学的角度看电磁波，它是电磁场的一种运动形态，电可以生成磁，磁也能带来电，变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，即电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波。不同形式的电磁波，虽然它们的本质完全相同，但其波长和频率有很大的差别，这就给电磁干扰的抑制和防止带来了一定的困难。电磁兼容(EMC)是指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。随着各种电子设备、光电、计算机、通信及信息处理类设备的广泛使用，使其应用的电磁环境越来越复杂，因而对各种电气及电子设备的电磁兼容性要求越来越高，这些电气及电子设备的电磁兼容性已成为产品交付时不可欠缺的重要技术指标之一，假若不在各种电气及电子设备的电路设计上于电磁兼容性方面采取有效技术措施，将会严重影响其应用电气及电子设备的这些设备及系统的正常运行，乃至影响整个产品的交付使用，故对其电磁兼容性的设计要求越来越高。

在产品开发初期，通过EMI诊断(即EMC预测试)，能够及早地发现设计中的问题，它既不需要苛刻的试验条件，也回避了购置昂贵测试设备的困难，因此它有强大的生命力。大部分的电磁兼容性问题虽可通过适当的技术设计方案得到解决，但有些电磁兼容性问题必须通过试验对电磁兼容性问题进行定点、定性、定量的检测分析，再根据测试结果进行有针对性的改进设计，才能较好地解决整个系统的电磁兼容性问题。EMC预测试在整个产品的研制生产中仍是重要的测试手段，可及时检验产品的EMC设计是否合理，所采取的EMI抑制措施是否奏效，使设计人员尽快了解要进一步抑制干扰需从哪些环节入手。所以，快捷地找出存在于基本电路及其元器件中的问题，能使产品开发的周期大大缩短，成本降低，可节约大量的人力、财力资源。但现有用于快捷诊断基础元器件电磁兼容性问题的设备结构复杂、价格昂贵，不便于推广和普及。因此，开发一种适用于各种电气及电子设备内部电磁环境摸底测试，能对电磁场辐射发射RE102(10KHz～1GHz)指标进行检测的装置及探头已很有必要。

发明内容

针对上述情况，本实用新型的目的是提供一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，它具有将电场辐射源频率信号经分布电容的耦合达到区分电子线路上是否存在超过电磁兼容性标准规定的辐射信号且结构既简单又便于携带还能与电磁兼容性检测装置配套使用。

为了实现上述目的，一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，该探头包含有本体、导体，其中所述本体上缠绕所述导体或所述本体上直接固定所述导体以及与其电连接的适配器。

为了实现结构优化和达到较理想的使用性能，其进一步的措施是：

所述本体为一绝缘棒，缠绕在该绝缘棒上的所述导体为一同轴电缆。

所述导体是呈双螺旋线缠绕在所述绝缘棒上。

所述双螺旋线缠绕为逆时钟、变螺距的双线缠绕。

所述本体为一同轴电缆的中心导体，直接固定在该中心导体的所述导体为一金属球。

所述金属球的直径为3.2cm。

所述适配器包括阻抗匹配网络、同轴电缆和BNC接头。

所述同轴电缆为50Ω半刚性同轴电缆。

本实用新型采用于本体上缠绕导体或采用于本体上直接固定导体的多种结构的技术方案；较好克服了现有直线偶极天线增益低、不能有效地拾取电场分量的缺陷；解决了单偶极子天线辐射阻抗不足够大的问题。使本实用新型具有寻找、孤立和较强排除电磁干扰的功能且结构简单，探测灵敏度高，空间分辨能力强，可达到对辐射信号进行近场检测和区分出印制电路板、电缆和电子组件上的“热点”，能根据电磁波的传播方向和能量确定辐射源的位置和辐射强度，排查出辐射较大的元器件或电路，可测量重复性高。适用于诊断电子线路上各元器件、印制电路板、集成电路、电缆、屏蔽外壳上的泄漏以及类似的电磁干扰源的辐射发射，其检测出的电磁干扰信号还可通过EMI测试接收机与计算机连接进行诊断分析。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1(a-1)(a-2)(b-1)(b-2)是本实用新型的结构原理及外形示意图。

图2(a)是缠绕式探头在与螺旋轴垂直平面内的最大接收方向示意图。

图2(b)是缠绕式探头含螺旋轴平面内的最大接收方向示意图。

图3是本实用新型的缠绕式探头系数谱图。

图4是本实用新型的金属球式探头系数谱图。

图5是本实用新型用于检测装置中的低噪声放大器原理图。

图6是本实用新型用于辐射发射台式测试布置示意图。

图7是本实用新型用于插接件或屏蔽电缆的泄漏测试示意图。

图8是本实用新型用于寻找屏蔽体和电气垫衬中缝隙的泄漏示意图。

具体实施方式

如附图所示，一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，该探头包含有本体、导体以及电连接的适配器，其中本体1为一绝缘棒，缠绕在该绝缘棒上的导体2为一同轴电缆，此导体2是呈双螺旋线缠绕在绝缘棒上，此双螺旋线缠绕为逆时钟、变螺距的双线缠绕。同样，其中本体1为一同轴电缆的中心导体，直接固定在该中心导体的导体2为一金属球，该金属球的直径为3.2cm。为了增强探测效果，方便与低噪声放大器或EMI测试接收机的连接，适配器包括阻抗匹配网络3、50Ω半刚性同轴电缆4和BNC接头5。

本实用新型的工作原理：

图1(a-1)、(a-2)是本实用新型的缠绕式探头结构原理及外形示意图。图1(b-1)、(b-2)是本实用新型的金属球式探头结构原理及外形示意图。为了提高增益比，本实施例的缠绕式探头是由一根导体2对折成双线逆时钟缠绕在杆形绝缘棒上，且绕制时的螺距是变化的，导体2经阻抗匹配网络3、50Ω半刚性同轴电缆4连接到BNC接头5上，从而消除了存在电流流动的闭合回路，故只能拾取电分量；且双线逆时钟缠绕，馈电点相位差180°，它的增益比单绕螺旋高。双绕螺旋逆时钟绕制，产生线极化的方向因其螺旋直径比波长小得多，所以它是一个法向模螺旋天线，最大接收方向是在与螺旋轴垂直的平面内，且在此平面内的方向图是一个圆，如图2(a)所示，而在含螺旋轴平面内的方向图是一个∞字形，如图2(b)所示。由于电磁波沿螺旋传播的相速比直线偶极天线小，故其谐振长度可以缩短，与同样长度的单偶极子天线相比，其辐射阻抗大得多。本实施例的金属球式探头是由一根50Ω半刚性同轴电缆4和一个直径为3.2cm的金属球组成，同轴线的中心导体与3.2cm的金属球相接，金属球用作拾取电场分量的探测体，由于不存在闭合回路，所以能抑制磁分量，有效地拾取电场分量。图1中的阻抗匹配网络3用于将探头的输出阻抗匹配在50Ω，以便于与低噪声放大器或EMI测试接收机连接。

本实施例的电场探头是一个频率范围很宽的全向接收探头，当探头接近辐射源时，辐射源的信号通过分布电容耦合到探头上，从而达到对辐射信号进行近场检测的目的。其探测频率范围取决于与之连接的低噪声放大器或EMI测试接收机，缠绕式探头的典型探头系数TF(1/dB)如图3所示，金属球式探头的典型探头系数TF(1/dB)如图4所示。

图5所示的低噪声宽带放大器是具有很低的噪声系数和很宽的频率范围的专用放大器，当信号较弱时，将电场探头的输出先经过低噪声放大器放大，再送到EMI测试接收机。与电场探头适配的低噪声宽带放大器采用PLESSEY公司产品SL560C低噪声放大器为核心制成，SL560C系硅双极单片高频低噪声集成放大器电路，该电路采用四引线金属园形封装(T04)；具有频带宽、增益高、噪声低等特点，是一种通用型高频线性放大器，可作前置高频低噪声放大、射频放大等。其具体性能指标如下：

频率范围：0.01MHz～1.2GHz；增益：≥15dB；增益平坦度：±1.5dB；噪声系数：≤1.8dB；输入/输出阻抗：50Ω。

附图6是本实用新型应用于辐射发射台式测试布置示意图，探头直接位于受试设备EUT需要测试的部位，经低噪声放大器与接收机连接。结合附图6，电场探头与EMI接收机连接，而接收机通过串行接口与PC计算机连接。使用时，将电场探头用同轴电缆直接连接到EMI接收机或通过低噪声放大器连接到EMI接收机上；当信号较弱时，将探头的输出先经过低噪声放大器放大，再送到EMI接收机。低噪声放大器可置于靠近EMI接收机端或靠近探头端，其操作步骤如下：

(1)将探头输出接到低噪声放大器的输入(IN)端；(2)接入放大器电源，闭合放大器电源开关，确认放大器电源指示灯亮，待放大器上电稳定后，将放大器的输出(OUT)端连接至EMI接收机的RF输入端；(3)测试完毕后，必须先断开EMI接收机前面板上“RF输入”输入线，再断开放大器电源。

电磁兼容性的诊断探查时，(1)先用电场探头在待测件(EUT)上移动，通过上位PC计算机观察EUT的辐射信号(此时，接收机通过软件设置为手动测量方式)，确定最强干扰源或感兴趣的信号存在的区域。(2)用EMI接收机配合电磁兼容测试软件自动测量干扰信号的最大幅度，测量并记录干扰信号的频率和幅度。(3)根据电磁兼容性标准允许的极限值，重新设计有问题的EUT电路，例如改变或增加滤波、屏蔽和接地线等措施，再按照前面步骤重新测量EUT电路，并与改造前的测量数据进行比较。(4)诊断测试时，使用峰值检波比用准峰值检波和平均值检波测量速度快，同时峰值检波方式下测得的信号总是大于或等于准峰值和平均值的测量值。

本实用新型应用于电磁兼容性近场测试的几个实施例：

如图7所示的配置，本实用新型用于插接件或屏蔽体的泄漏测试。在EMI设计中，同轴电缆或其它电缆从屏蔽体向外引出时，必须通过滤波器，由于接地噪声和杂散电容的电场耦合，如果滤波器与屏蔽体接触不良，则此共模电流在屏蔽体外也产生辐射，使用该探头可检查、诊断其泄漏。

如图8所示的配置，本实用新型用于寻找屏蔽体和电气垫衬中缝隙的泄漏。对于一个存在电磁兼容问题的EUT受试设备，使用本实用新型的探头沿着屏蔽体缝隙移动可找出泄漏最大的位置，而且可根据电磁波的频谱，采取相应的电磁兼容性措施，如：(1)根除干扰源，(2)切断干扰的传播途径。而且可根据EUT屏蔽体缝隙的大小，可分别选用不同的电场探头进行诊断测试，缠绕式探头用于缝隙较小的EUT屏蔽体测试，金属球式探头用于缝隙较大的EUT屏蔽体测试。

还有对辐射源进行的测试。通常在印制电路板(PCB)上，信号在环形印制线中流动是PCB板上主要的辐射源，此时辐射主要是环附近的电磁场。使用本实用新型的探头可寻找电路板的电磁干扰源，测试时，可按附图6所示的辐射发射台式测试布置示意图的配置进行测试，找到辐射根源所在，重新设计有问题的电路，例如改变或增加滤波、屏蔽和接地线等措施。

值得指出的是：根据本实用新型的构思，还可以作出若干类似方案的改进与变换，如本体与导体的连接结构方案的变换，当属本实用新型的实质和范围。

Claims (8)

1、一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，该探头包含有本体、导体，其特征在于所述本体(1)上缠绕所述导体(2)或所述本体(1)上直接固定所述导体(2)以及与其电连接的适配器。

2、根据权利要求1所述的一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，其特征在于所述本体(1)为一绝缘棒，缠绕在该绝缘棒上的所述导体(2)为一同轴电缆。

3、根据权利要求2所述的一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，其特征在于所述导体(2)是呈双螺旋线缠绕在所述绝缘棒上。

4、根据权利要求3所述的一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，其特征在于所述双螺旋线缠绕为逆时钟、变螺距的双线缠绕。

5、根据权利要求1所述的一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，其特征在于所述本体(1)为一同轴电缆的中心导体，直接固定在该中心导体的所述导体(2)为一金属球。

6、根据权利要求5所述的一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，其特征在于所述金属球的直径为3.2cm。

7、根据权利要求1所述的一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，其特征在于所述适配器包括阻抗匹配网络(3)、同轴电缆(4)和BNC接头(5)。

8、根据权利要求2、5或7所述的一种用于电磁兼容性近场测试的电场探头，其特征在于所述同轴电缆为50Ω半刚性同轴电缆。

Images