EMC半屏蔽測(cè)試場(chǎng)地的基本原理和使用方法

電子產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)的完善依賴測(cè)試場(chǎng)地、測(cè)試設(shè)備、診斷設(shè)備、EMC設(shè)計(jì)輔助工具、EMC工程師的工程經(jīng)驗(yàn)，其中測(cè)試場(chǎng)地和設(shè)備又是關(guān)鍵的固定資產(chǎn)投入。目前大部分企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)EMC都需要依賴第三方商業(yè)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試能力，導(dǎo)致在研發(fā)成本中EMC測(cè)試診斷費(fèi)用耗資巨大。部分企業(yè)基于降成本的目的自建電波暗室用于控制測(cè)試成本也由于巨大的一次性投入和持續(xù)的維護(hù)費(fèi)用而降低了財(cái)務(wù)優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試原理的分析研究，一種基于開闊場(chǎng)原理引申出來(lái)的半屏蔽測(cè)試場(chǎng)地對(duì)于研發(fā)團(tuán)隊(duì)解決EMC預(yù)測(cè)試資源問(wèn)題有一定借鑒意義。

標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證級(jí)EMC測(cè)試場(chǎng)地的分類和性能要求由基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)CISPR16-1-4定義，其中OATS(open area test site) 10米開闊場(chǎng)是標(biāo)準(zhǔn)定義的標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地，替代場(chǎng)地(alternative test sites)包括氣候遮蔽的開闊場(chǎng)和帶吸波材料的屏蔽室(Absorber-lined shielded room),其中半電波暗室SAC( Semi-anechoic chamber) 是多數(shù)產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)引用的最常見(jiàn)的暗室。

輻射發(fā)射測(cè)試基本原理是使用接收天線測(cè)量受測(cè)設(shè)備的直接發(fā)射和地面反射的最大值，因此開闊場(chǎng)是天然的最標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試場(chǎng)地，而半電波暗室用吸波材料吸收五個(gè)面的輻射來(lái)模擬開闊場(chǎng)。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試場(chǎng)地的測(cè)試距離、邊界、天線高度、NSA(Normalized site attenuation)歸一化場(chǎng)地衰減等相關(guān)指標(biāo)都在標(biāo)準(zhǔn)中做了規(guī)定。

輻射測(cè)試原理

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試場(chǎng)地距離和邊界定義

開闊場(chǎng)在電磁兼容早期發(fā)展階段性能優(yōu)異而且造價(jià)低，是最佳測(cè)試場(chǎng)地。但隨著電子設(shè)備日益廣泛應(yīng)用，已經(jīng)越來(lái)越難以找到滿足背景發(fā)射電平在限值以下6dB即30dBuV/m的場(chǎng)地來(lái)建造認(rèn)證測(cè)試開闊場(chǎng)了，昂貴的半電波暗室成為主流方案。

預(yù)測(cè)試的半屏蔽場(chǎng)地是作者在EMC研發(fā)活動(dòng)實(shí)踐中逐漸設(shè)計(jì)開發(fā)并完善的一種非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試場(chǎng)地，相比開闊場(chǎng)和半電波暗室在便利性、可靠性、準(zhǔn)確度和造價(jià)方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在近10年的工程應(yīng)用中發(fā)揮了很大的作用，在此對(duì)基本原理和使用方法進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，供大家借鑒。

半屏蔽場(chǎng)地測(cè)試輻射預(yù)測(cè)試示意圖(藍(lán)色射線示意兩個(gè)墻面的反射)

預(yù)測(cè)試的半屏蔽場(chǎng)原理參考標(biāo)準(zhǔn)10米開闊場(chǎng)，但與標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地有如下異同：

1.地面金屬板設(shè)計(jì)與開闊場(chǎng)相同，滿足天線接收直接發(fā)射和地面反射要求輻射測(cè)試原理;

2.相比開闊場(chǎng)，半屏蔽場(chǎng)地增加了兩面垂直金屬墻面，在一定程度遮擋天線主瓣空間環(huán)境中的噪聲源，同時(shí)保持了射頻空間的開放性，不會(huì)導(dǎo)致半電波暗室的腔體諧振問(wèn)題;

3.相比開闊場(chǎng)僅測(cè)試EUT的直接發(fā)射和地面反射，半屏蔽場(chǎng)地增加了兩個(gè)互相垂直的墻面反射EUT發(fā)射從而增大天線接收到的EUT信號(hào)提高信噪比，保證測(cè)試結(jié)果不小于標(biāo)準(zhǔn)開闊場(chǎng)測(cè)試結(jié)果;

4.相比開闊場(chǎng)10米的測(cè)試距離，半屏蔽場(chǎng)地測(cè)試距離減小到3米或者1米以提高信噪比和限值;

5.相比開闊場(chǎng)輻射發(fā)射限值，半屏蔽場(chǎng)地需要按測(cè)試距離反比計(jì)算轉(zhuǎn)換限值，即3m測(cè)試距離限值比10m限值提高10dB，2m測(cè)試距離限值比10m限值提高14dB ，1m測(cè)試距離限值比10米提高20dB;

6.相比開闊場(chǎng)背景噪聲30dBuV/m的要求，半屏蔽場(chǎng)地背景噪聲要求3米距離40dBuV/m或1米距離50dBuV/m;

7.接收天線置于與三個(gè)面交角均為45度的延長(zhǎng)線上，保證能接收3個(gè)面的反射和EUT直射;

8.相比開闊場(chǎng)的組合天線，半屏蔽場(chǎng)地使用雙錐和對(duì)數(shù)天線更緊湊靈活靈敏;

9.相比開闊場(chǎng)的低不確定度，半屏蔽場(chǎng)地300MHz以下6-10dB裕量在實(shí)踐中更為穩(wěn)妥。

通過(guò)以上對(duì)比可以看出，半屏蔽場(chǎng)地借鑒了標(biāo)準(zhǔn)開闊場(chǎng)的原理，通過(guò)增加反射和減小測(cè)試距離將EUT信號(hào)從環(huán)境背景噪聲中凸顯出來(lái)，在不進(jìn)行屏蔽和吸波設(shè)計(jì)的條件下實(shí)現(xiàn)了輻射信號(hào)的測(cè)量，是一種依托標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的實(shí)踐擴(kuò)展，并非無(wú)源之水無(wú)本之木。半屏蔽場(chǎng)地不屬于開闊場(chǎng)，不能用于標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證測(cè)試，僅可以應(yīng)用于EMC研發(fā)工程實(shí)踐中的預(yù)測(cè)試，且該場(chǎng)地的預(yù)測(cè)試依賴經(jīng)驗(yàn)豐富的EMC工程師的進(jìn)行設(shè)備操作、參數(shù)設(shè)置以及核查校準(zhǔn)。但半屏蔽場(chǎng)地寬松的環(huán)境噪聲電平要求，靈活的場(chǎng)地設(shè)計(jì)以及極低成本天然適合大多數(shù)企業(yè)內(nèi)部建設(shè)。依托經(jīng)驗(yàn)豐富的EMC工程師進(jìn)行應(yīng)用擴(kuò)展可以在工程實(shí)踐中盡早發(fā)現(xiàn)EMC問(wèn)題，在實(shí)踐中是很有意義的。

半屏蔽場(chǎng)地的應(yīng)用既可以通過(guò)轉(zhuǎn)換限值和系數(shù)進(jìn)行輻射預(yù)測(cè)試也可以擴(kuò)展為子系統(tǒng)/PCB板級(jí)預(yù)測(cè)試診斷整改場(chǎng)地——通過(guò)使用天線測(cè)試遠(yuǎn)場(chǎng)電場(chǎng)，近場(chǎng)探頭測(cè)量近場(chǎng)，電流探頭測(cè)量線纜發(fā)射，用顯示器放大頻譜曲線方便比對(duì)觀察等方法。 如上圖所示，硬件工程師對(duì)PCB板同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)1米處的電場(chǎng)測(cè)試和近場(chǎng)探頭的探測(cè)，通過(guò)兩者直觀的比較，可以在設(shè)計(jì)初期精確掌握初級(jí)研發(fā)樣品的EMC性能全景，以便直接評(píng)估和優(yōu)化改善設(shè)計(jì)，有效減少了溝通成本和EMC檢視的工作量。

半屏蔽場(chǎng)地的應(yīng)用并不依賴昂貴的接收機(jī)和自動(dòng)化測(cè)試軟件，使用頻譜儀就能完成對(duì)輻射發(fā)射的預(yù)測(cè)試和診斷，因此預(yù)算成本投入非常小，但對(duì)EMC工程師的能力和經(jīng)驗(yàn)要求較高。

半屏蔽場(chǎng)地的深入擴(kuò)展在配備頻譜儀、天線、傳導(dǎo)阻抗網(wǎng)絡(luò) (用于傳導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試)、電流探頭( 用于線纜EMI診斷)、電壓探頭( 用于射頻電壓測(cè)試，頻譜測(cè)試)、近場(chǎng)探頭 (用于EMI診斷探測(cè))、插損夾具 (用于探頭校準(zhǔn)和插損測(cè)試)、ESD槍( 用于ESD標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試)、傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試系統(tǒng) (用于傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試)、SURGE/EFT組合波發(fā)生器及耦合網(wǎng)絡(luò) 用于浪涌和脈沖群標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，可以獲得大部分EMC測(cè)試診斷能力，尤其是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試暗室不具備的分析診斷能力。實(shí)踐中該場(chǎng)地在EMC的預(yù)測(cè)試和診斷分析中都取得很好的應(yīng)用效果，在此推薦給大家。

審核編輯：湯梓紅