EMC 预测试技术是保证产品质量不可少的手段

1 引言
电磁兼容性(E1ectromagnetic Compatibility, EMC)是指电子、电气设备共处一个环境中能互不干扰、兼容工作的能力。对于一个设备，既要求它不产生过大的干扰使其它设备工作失常，也要求它具有一定的抗干扰能力，以保证在其它设备发出的干扰环境下能正常工作。
为了获得一个产品(设备、系统)优良的EMC，其中之一是预测产品可能存在的EMC问题。它包括了以下二个方面：⑴电磁干扰(Electromagnetic Interference, EMI)特性、干扰耦合路径特性、受试设备的电磁敏感度(Electromagnetic Susceptibility, EMS)特性的物理模拟预测与数学模拟预测；⑵研究科学可行的EMC测试与试验技术，即包括测试方法与测试设备。值此，本文将对EMC预测试技术特征与新型测试设备及其测试应用实例作分析说明。

2 EMC预测试必不可少
一个产品EMC的评价最终归结为是否符合相应的EMC标准，实施这种评价称为EMC鉴定测试(CompliaHce Measurement)。它是在一个产品投放市场前的最后阶段完成的。其实，按照一个产品研发、生产全过程中所需要的EMC测试量而言。鉴定测试只占了不到10%，90%的测试工作量是在此前完成的，包括准电路的板卡、原理样机、初样到正样研制的过程中，通过不断的EMC测试逐步实现产品良好的电磁兼容性。将这90%的测试工作总称为EMC预测试。预测试可以比鉴定测试精确度低些、粗略一些，以便迅速找出问题并不使测试设施费用过高。
预测试仪表在保证必需的精度的同时，缩短测量时间是一个不可忽视的因素。如采用频谱分析仪既可以保证与EMI接收机有相似的精度，又可显著提高测量速度，而且价格不足EMI接收机的一半。因此，预测试常采用频谱分析仪代替EMI接收机，如图2（b）所示。也就是说，预测试系统可以使单位具有全程的EMC检测手段，可以全面提高产品的EMC特性。

3 如何建立EMC预测试系统
所谓预测试系统，实际上也是严格按照国家各种EMC标准进行的，包括设备、方法等等。但是，预测试系统具有区别于鉴定测试的特点主要如下：其一是对环境要求较低，EMC标准对于环境的要求比较严格，一般必须在屏蔽室或暗室中进行，但预测试的主要目的在于初步摸底，只要找到问题所在即可，所以对环境要求可以低一些，屏蔽室和暗室的尺寸、指标可以低于认证测试；其二是核心测量仪器利用高性能频谱分析仪，高性能的频谱分析仪完全具备了EMC检测的能力，可以取代传统的EMI接收机，目前有一个共识，频谱分析仪是建立预测试系统的最佳选择；其三是专用的中文软件；其四是EMC预测试系统的灵魂是测试软件与测试附件(传感器/天线、LISN、衰减器等)。
3.1 EMI预测试系统的基本组成。
EMI测试系统的总体结构如图1所示。

图1 EMI测试系统的总体结构示意图

系统主要按照GJBl51A的CEl01、CEi02、REi01和REl02对电子、电气或机电产品的EMI性能进行测试，检查受试设备的相关EMI性能是否合格。如果不合格必须指出频率点及其对应的幅度值，以备产品设计人员有针对性地提出解决办法，将问题较早地消除，为产品进入市场前能通过EMI标准测试奠定坚实的基础。
系统所采取的测试方法按照前述GJBl52A中有关部分所规定的程序进行，包括标准的检查配置、正式测试配置、校准步骤、测试步骤和测试完毕所应提交的数据。
基本的系统测量指标：频率范围3Hz-26.5GHz；距离容差±5%；频率容差±2%；，测量接收机幅度容差±2dB；测量系统(包括测量接收机、传感器、电缆等)容差±3dB；时间(波形)容差±5%。

3.2 系统主要分为硬件和软件两部分
⑴ 硬件部分
包括三个分系统：前端子系统(主要包括传感器，如电流探头、环形天线、杆天线、双锥天线、双脊喇叭天线；电源阻抗稳定网络；衰减器等)、接收机子系统(主要包括频谱仪、射频预选器和EMI分辨带宽选件等)和主控计算机子系统(主要包括IBM兼容机、PC-GPIB卡、GPIB线缆)。
① 接收机子系统功能与指标
接收机子系统是采用新型的E4440A型EMI测量接收机(安捷伦公司产)。功能与指标如下。
E4440APSA系列频谱分析仪与全新N9039A射频预选器双剑合璧且精确、快速、频率高达50GHz的EMI测量接收机。这款新型接收机能够进行精确和可重复的测量。测量系统可在整个测量带宽上提供最佳的幅度和频率精度。该系统每次扫描8192个数据点，可以分析超宽扫宽，同时拥有CISPR所要求的分辨率。另外，全新的射频预选器使系统完全符合CISPR标准。可以从旁路快速切换到预选模式，以进行兼容性测量。EMI测量系统可提供需要的幅度性能和系统精度，以实现低投入高产出。
② EMI测量系统描述和元件
包含带有EMI专用软件的频谱分析仪E4440A PSA系列、射频预选器N9039A与N5181A系统调整信号发生器。
③ 进行发射分析所需的所有特性
9kHz至1GHz射频预选；ClSPR带宽(200Hz、9kHz、120kHz和1MHz)；检波器(平均值、准峰值和峰值)；限制线和限制范围；天线、线缆、放大器和其他设备的校正因数；利用外部信号源进行的预选滤波器校准；执行发射保护的内置限制器；极其灵敏的前置放大器；可从101个变到8192个的数据点。
④ 测量精度和可重复性
1GHz频率内的辐射发射频段灵敏度为152dBm；绝对幅度精度为±1.0dB，9kHz至1GHz；输入VSWR为1.2：1；预选TOI为+5dBm；100MHz扫宽时的扫宽精度：20kHz典型值。
⑵ 软件部分
从功能上可以将该软件系统划分为五个模块：系统管理模块、系统检测模块、扫描模块、数据处理模块和测试结果输出模块。

4 实用新型的电磁兼容性(EMC)测试设备
4.1 EMSCAN电磁干扰扫描系统
采用阵列探头和电子扫描技术的近场测量系统，能获取被测物完整电磁场信息的测量系统，集EMC诊断和EMI测试为一体的电磁兼容综合测量系统。
⑴ 独特的EMC诊断系统
由1218个探头组成的阵列扫描器，实时看清电磁场，精确定位窄带和宽带电磁干扰源[见图2(a)所示]，解决各类EMI问题；能实时显示EMS测试对被测物内部电路的影响，快速解决EMS问题；快速准确评估机箱的屏蔽性能，能帮助工程师迅速积累正确的解决EMI/EMS问题的经验。

图2 (a) 独特的EMC诊断系统示意图