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詳解EMC輻射發(fā)射、傳導發(fā)射測試
日期：2024-06-26 11:07
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摘要：電子產(chǎn)品為什么要做 EMC 電磁兼容測試，EMC 測試要怎么做，自始至終是硬件、PCB 工程師做電子設計必不可少的重要環(huán)節。
據了解，全世界幾乎所有國家的 IT、 無(wú)線(xiàn)電和電信產(chǎn)品，在成為電子合格產(chǎn)品并在市面流通前，都需要進(jìn)行電磁兼容 EMC 測試。EMC 測試過(guò)程，旨在驗證產(chǎn)品傳輸的電磁干擾是否在可接受范圍內，并且確保你的產(chǎn)品及功能本身不會(huì )受到電磁干擾的負面影響。
既然電磁兼容（EMC）那么重要，我們做產(chǎn)品的 EMC 項目測試時(shí)，需要怎么做呢？
一個(gè)完整的產(chǎn)品項目 EMC 測試，具體包括以下幾個(gè)步驟：
? EMC 輻...
電子產(chǎn)品為什么要做 EMC 電磁兼容測試，EMC 測試要怎么做，自始至終是硬件、PCB 工程師做電子設計必不可少的重要環(huán)節。
據了解，全世界幾乎所有國家的 IT、 無(wú)線(xiàn)電和電信產(chǎn)品，在成為電子合格產(chǎn)品并在市面流通前，都需要進(jìn)行電磁兼容 EMC 測試。EMC 測試過(guò)程，旨在驗證產(chǎn)品傳輸的電磁干擾是否在可接受范圍內，并且確保你的產(chǎn)品及功能本身不會(huì )受到電磁干擾的負面影響。
既然電磁兼容（EMC）那么重要，我們做產(chǎn)品的 EMC 項目測試時(shí)，需要怎么做呢？
一個(gè)完整的產(chǎn)品項目 EMC 測試，具體包括以下幾個(gè)步驟：
? EMC 輻射發(fā)射測試：測量電磁干擾（EMI）的測試通過(guò)電氣設備
? EMC 抗擾度測試：測量產(chǎn)品對其他來(lái)源的電磁干擾的敏感性的測試
? 靜電放電（ESD）測試：當兩個(gè)物體接觸時(shí)釋放靜電。ESD 的例子包括在衣物烘干機或閃電中烘干衣物后有時(shí)會(huì )感覺(jué)到的靜電。
? 傳導抗擾度測試：將電流注入被測系統的輸入和輸出電纜
? 傳導發(fā)射測試：從電氣設備通過(guò)電源線(xiàn)傳輸回電氣系統的射頻能量
? 射頻兼容性測試：射頻是能量的電磁輻射對通信有用的頻率。我們提供的測試側重于在系統內運行的天線(xiàn)連接 RF 接收器 / 發(fā)射器子系統正常運行而不會(huì )因天線(xiàn)到天線(xiàn)耦合而導致性能下降的能力
今天我們來(lái)詳細講解一下 EMC 輻射發(fā)射測試、傳導發(fā)射測試：
EMC 對外發(fā)射測試
定義：對外發(fā)射主要測試設備在正常工作時(shí)自身對外界的輻射干擾強度，按照在客戶(hù)端的典型安裝要求對受試設備進(jìn)行布置，線(xiàn)材要遵從規格書(shū)規定的長(cháng)度和型號；除了 36.201.1a 規定的設備外，其他設備和系統應根據 GB4824（工業(yè)、科學(xué)和醫療（ISM）射頻設備騷擾特性限值和測量方法）進(jìn)行分組、分類(lèi)和測試。
范圍：對外發(fā)射包含頻率為 9kHz—18GHz
（1）9KHz—30MHz 頻段
在這個(gè)頻段測量磁場(chǎng) H，當 EUT 較小時(shí)，放在大磁環(huán)天線(xiàn)（LLA）中，測量騷擾磁場(chǎng)的感應電流；當 EUT 較大時(shí)，采用遠天線(xiàn)法，用單小環(huán)在規定距離測量騷擾的磁場(chǎng)強度。
（2）30MHz—18GHz 頻段
在這個(gè)頻段測量電場(chǎng) E：1GHz 以下，即 30MHz—1GHz 所需設備場(chǎng)地大致如下：場(chǎng)地選擇在開(kāi)闊場(chǎng)地或半電波暗室，模擬半自由空間，0.8m 高木桌，可 360 度旋轉轉臺，測量距離為 3、10m 和相應的限值，天線(xiàn) 1—4m 高可調，進(jìn)行天線(xiàn)垂直極化和水平極化測試，寬帶天線(xiàn)、同軸電纜、騷擾測量?jì)x組成 50Ω匹配傳輸系統，天線(xiàn)的阻抗、同軸電纜的阻抗和干擾測量?jì)x的輸入阻抗都應相等，阻抗不匹配將引起反射，形成駐波，影響讀數準確性。騷擾測量?jì)x特性判斷，采用準峰值或者峰值測量。
1GHz 以上，即 1GHz—18GHz 所需設備場(chǎng)地大致如下在全電波暗室，模擬自由空間，接收天線(xiàn)設置在與 EUT 統一高度上，轉臺仍需 360 度轉動(dòng)，測試距離為 3m，采用小口徑定向天線(xiàn)，水平和垂直兩種狀態(tài)都要測量，垂直放置時(shí)天線(xiàn)的*低端離地應大于 25cm，以免影響天線(xiàn)的性能，采用頻譜分析儀設在*大保持方式和對數 dB 顯示方式，測量結果用電場(chǎng)強度的峰值或平均值標示（不用準峰值），峰值測量時(shí)采用 1MHz 的分辨率帶寬和視頻帶寬，平均值測量時(shí)仍采用 1MHz 的分辨率帶寬但視頻帶寬應大大縮小至 10Hz，相當于加了一個(gè)低通濾波器。
輻射發(fā)射 - 測試步驟：
在距 EUT（受試設備）外墻 3m 處放置天線(xiàn)和接收機，將天線(xiàn)中心調至離地面 2m 高度；先關(guān)閉受試設備，測試環(huán)境噪聲電平；開(kāi)啟受試設備，調整布線(xiàn)方式（包括天線(xiàn)的高度、天線(xiàn)的極化方向以及轉臺的角度），選擇*大輻射點(diǎn)；執行受試設備不同功能，尋找*大輻射模式；旋轉天線(xiàn)，分別測試水平和垂直方向輻射騷擾；以受試設備為中心移動(dòng)天線(xiàn)，盡可能多的選取測試點(diǎn)進(jìn)行測量；選取*高輻射電平作為測量結果；試驗可在開(kāi)闊場(chǎng)和半電波暗室內進(jìn)行；關(guān)閉設備。
EMC 傳導發(fā)射測試
傳導發(fā)射（Conducted Emission）測試，簡(jiǎn)稱(chēng) CE，也被稱(chēng)為傳導騷擾，是指系統內部的電壓或電流通過(guò)信號電纜、電源線(xiàn)或地線(xiàn)傳輸出去而成為其他系統或設備干擾源的一種電磁現象。傳導發(fā)射測試通常也會(huì )被稱(chēng)為騷擾電壓測試，只要有電源線(xiàn)的產(chǎn)品都會(huì )涉及到，包括許多直流供電產(chǎn)品，另外，信號 / 控制線(xiàn)在不少標準中也有傳導發(fā)射的要求，通常用騷擾電壓或騷擾電流的限值（兩者有相互轉換關(guān)系）來(lái)表示。
傳導發(fā)射 - 測試配置、步驟：
EUT 應該放在距離地面 80~90cm 高的實(shí)驗臺上，實(shí)驗臺表面為鋪金屬接地板的導電平面或非導電平面，一般以 EUT 實(shí)際使用的環(huán)境、地點(diǎn)來(lái)選擇使用導電或非導電的實(shí)驗臺，比如便攜式設備可置于非導電實(shí)驗臺上，安裝在船艙內的設備需在金屬導電實(shí)驗臺上進(jìn)行測試。被測電源線(xiàn)通過(guò)電源阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )接到電網(wǎng)上，被測件的電纜可按所依據標準的要求擺放，選擇不同的長(cháng)度敷設。
臺式設備的傳導發(fā)射試驗的標準試驗配置如下所示。
①超長(cháng)的電纜要進(jìn)行捆扎，折成 30~40cm 的線(xiàn)束；
②不用的 I/O 信號電纜末端接終端電阻，進(jìn)行終端匹配，不能懸空，這一點(diǎn)尤其重要；
③EUT 與 LISN 之間的間隔在地面上的投影距離為 80cm；
④所有的電纜與 GND 之間的間距在 10cm 以上；
⑤懸垂電纜末端距 GND 為 40cm 以上，以保證不會(huì )有過(guò)分的空間耦合。
立式設備的傳導發(fā)射試驗的標準試驗配置如下所示。
①超長(cháng)的電纜要進(jìn)行捆扎，折成 30~40cm 的線(xiàn)束；
②不用的 I/O 信號電纜末端接終端電阻，進(jìn)行終端匹配，不能懸空，這一點(diǎn)尤其重要；
③EUT 與 GND 之間要絕緣；
④所有的電纜與 GND 之間的間距在 10cm 以上（這一點(diǎn)影響非常大，因為電纜上的共模電流會(huì )發(fā)生大變化）。
?
傳導發(fā)射試驗的目的在于依據統一的標準（限值）對電子產(chǎn)品通過(guò)電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、控制線(xiàn)或地線(xiàn)向外發(fā)射的傳導電磁騷擾水平進(jìn)行評估和規范。
當電子設備的噪聲頻率小于 30MHz 時(shí)，主要干擾音頻頻段。電子設備的電纜對于這類(lèi)低頻的電磁波來(lái)說(shuō)，還不是一個(gè)波的波長(cháng)（30MHz 的波長(cháng)為 10m），它向空中輻射的效率很低。這樣，若能測得電纜上感應的噪聲電壓，就能衡量這一頻段的電磁噪聲干擾程度。這類(lèi)噪聲就是傳導噪聲，像間斷噪聲、電熨斗、洗衣機、電飯煲的喀嚦聲等等。這里所測得的干擾噪聲只是針對頻率在 30MHz 以下的連續騷擾電壓進(jìn)行測試。如下圖 1.1 所示為在輸入端口進(jìn)行傳導騷擾測試的試驗配置，LISN 為線(xiàn)性阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )，EUT 為受試設備，LOAD 為輸出端口的負載，下圖 1.2 所示為在輸出端口進(jìn)行傳導騷擾測試的試驗配置。
?
圖 1.1 輸入端口進(jìn)行傳導騷擾測試示意圖
?
圖 1.2 輸出端口進(jìn)行傳導騷擾測試示意圖
據了解，全世界幾乎所有國家的 IT、 無(wú)線(xiàn)電和電信產(chǎn)品，在成為電子合格產(chǎn)品并在市面流通前，都需要進(jìn)行電磁兼容 EMC 測試。EMC 測試過(guò)程，旨在驗證產(chǎn)品傳輸的電磁干擾是否在可接受范圍內，并且確保你的產(chǎn)品及功能本身不會(huì )受到電磁干擾的負面影響。
既然電磁兼容（EMC）那么重要，我們做產(chǎn)品的 EMC 項目測試時(shí)，需要怎么做呢？
一個(gè)完整的產(chǎn)品項目 EMC 測試，具體包括以下幾個(gè)步驟：
? EMC 輻射發(fā)射測試：測量電磁干擾（EMI）的測試通過(guò)電氣設備
? EMC 抗擾度測試：測量產(chǎn)品對其他來(lái)源的電磁干擾的敏感性的測試
? 靜電放電（ESD）測試：當兩個(gè)物體接觸時(shí)釋放靜電。ESD 的例子包括在衣物烘干機或閃電中烘干衣物后有時(shí)會(huì )感覺(jué)到的靜電。
? 傳導抗擾度測試：將電流注入被測系統的輸入和輸出電纜
? 傳導發(fā)射測試：從電氣設備通過(guò)電源線(xiàn)傳輸回電氣系統的射頻能量
? 射頻兼容性測試：射頻是能量的電磁輻射對通信有用的頻率。我們提供的測試側重于在系統內運行的天線(xiàn)連接 RF 接收器 / 發(fā)射器子系統正常運行而不會(huì )因天線(xiàn)到天線(xiàn)耦合而導致性能下降的能力
今天我們來(lái)詳細講解一下 EMC 輻射發(fā)射測試、傳導發(fā)射測試：
EMC 對外發(fā)射測試
定義：對外發(fā)射主要測試設備在正常工作時(shí)自身對外界的輻射干擾強度，按照在客戶(hù)端的典型安裝要求對受試設備進(jìn)行布置，線(xiàn)材要遵從規格書(shū)規定的長(cháng)度和型號；除了 36.201.1a 規定的設備外，其他設備和系統應根據 GB4824（工業(yè)、科學(xué)和醫療（ISM）射頻設備騷擾特性限值和測量方法）進(jìn)行分組、分類(lèi)和測試。
范圍：對外發(fā)射包含頻率為 9kHz—18GHz
（1）9KHz—30MHz 頻段
在這個(gè)頻段測量磁場(chǎng) H，當 EUT 較小時(shí)，放在大磁環(huán)天線(xiàn)（LLA）中，測量騷擾磁場(chǎng)的感應電流；當 EUT 較大時(shí)，采用遠天線(xiàn)法，用單小環(huán)在規定距離測量騷擾的磁場(chǎng)強度。
（2）30MHz—18GHz 頻段
在這個(gè)頻段測量電場(chǎng) E：1GHz 以下，即 30MHz—1GHz 所需設備場(chǎng)地大致如下：場(chǎng)地選擇在開(kāi)闊場(chǎng)地或半電波暗室，模擬半自由空間，0.8m 高木桌，可 360 度旋轉轉臺，測量距離為 3、10m 和相應的限值，天線(xiàn) 1—4m 高可調，進(jìn)行天線(xiàn)垂直極化和水平極化測試，寬帶天線(xiàn)、同軸電纜、騷擾測量?jì)x組成 50Ω匹配傳輸系統，天線(xiàn)的阻抗、同軸電纜的阻抗和干擾測量?jì)x的輸入阻抗都應相等，阻抗不匹配將引起反射，形成駐波，影響讀數準確性。騷擾測量?jì)x特性判斷，采用準峰值或者峰值測量。
1GHz 以上，即 1GHz—18GHz 所需設備場(chǎng)地大致如下在全電波暗室，模擬自由空間，接收天線(xiàn)設置在與 EUT 統一高度上，轉臺仍需 360 度轉動(dòng)，測試距離為 3m，采用小口徑定向天線(xiàn)，水平和垂直兩種狀態(tài)都要測量，垂直放置時(shí)天線(xiàn)的*低端離地應大于 25cm，以免影響天線(xiàn)的性能，采用頻譜分析儀設在*大保持方式和對數 dB 顯示方式，測量結果用電場(chǎng)強度的峰值或平均值標示（不用準峰值），峰值測量時(shí)采用 1MHz 的分辨率帶寬和視頻帶寬，平均值測量時(shí)仍采用 1MHz 的分辨率帶寬但視頻帶寬應大大縮小至 10Hz，相當于加了一個(gè)低通濾波器。
輻射發(fā)射 - 測試步驟：
在距 EUT（受試設備）外墻 3m 處放置天線(xiàn)和接收機，將天線(xiàn)中心調至離地面 2m 高度；先關(guān)閉受試設備，測試環(huán)境噪聲電平；開(kāi)啟受試設備，調整布線(xiàn)方式（包括天線(xiàn)的高度、天線(xiàn)的極化方向以及轉臺的角度），選擇*大輻射點(diǎn)；執行受試設備不同功能，尋找*大輻射模式；旋轉天線(xiàn)，分別測試水平和垂直方向輻射騷擾；以受試設備為中心移動(dòng)天線(xiàn)，盡可能多的選取測試點(diǎn)進(jìn)行測量；選取*高輻射電平作為測量結果；試驗可在開(kāi)闊場(chǎng)和半電波暗室內進(jìn)行；關(guān)閉設備。
EMC 傳導發(fā)射測試
傳導發(fā)射（Conducted Emission）測試，簡(jiǎn)稱(chēng) CE，也被稱(chēng)為傳導騷擾，是指系統內部的電壓或電流通過(guò)信號電纜、電源線(xiàn)或地線(xiàn)傳輸出去而成為其他系統或設備干擾源的一種電磁現象。傳導發(fā)射測試通常也會(huì )被稱(chēng)為騷擾電壓測試，只要有電源線(xiàn)的產(chǎn)品都會(huì )涉及到，包括許多直流供電產(chǎn)品，另外，信號 / 控制線(xiàn)在不少標準中也有傳導發(fā)射的要求，通常用騷擾電壓或騷擾電流的限值（兩者有相互轉換關(guān)系）來(lái)表示。
傳導發(fā)射 - 測試配置、步驟：
EUT 應該放在距離地面 80~90cm 高的實(shí)驗臺上，實(shí)驗臺表面為鋪金屬接地板的導電平面或非導電平面，一般以 EUT 實(shí)際使用的環(huán)境、地點(diǎn)來(lái)選擇使用導電或非導電的實(shí)驗臺，比如便攜式設備可置于非導電實(shí)驗臺上，安裝在船艙內的設備需在金屬導電實(shí)驗臺上進(jìn)行測試。被測電源線(xiàn)通過(guò)電源阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )接到電網(wǎng)上，被測件的電纜可按所依據標準的要求擺放，選擇不同的長(cháng)度敷設。
臺式設備的傳導發(fā)射試驗的標準試驗配置如下所示。
①超長(cháng)的電纜要進(jìn)行捆扎，折成 30~40cm 的線(xiàn)束；
②不用的 I/O 信號電纜末端接終端電阻，進(jìn)行終端匹配，不能懸空，這一點(diǎn)尤其重要；
③EUT 與 LISN 之間的間隔在地面上的投影距離為 80cm；
④所有的電纜與 GND 之間的間距在 10cm 以上；
⑤懸垂電纜末端距 GND 為 40cm 以上，以保證不會(huì )有過(guò)分的空間耦合。
立式設備的傳導發(fā)射試驗的標準試驗配置如下所示。
①超長(cháng)的電纜要進(jìn)行捆扎，折成 30~40cm 的線(xiàn)束；
②不用的 I/O 信號電纜末端接終端電阻，進(jìn)行終端匹配，不能懸空，這一點(diǎn)尤其重要；
③EUT 與 GND 之間要絕緣；
④所有的電纜與 GND 之間的間距在 10cm 以上（這一點(diǎn)影響非常大，因為電纜上的共模電流會(huì )發(fā)生大變化）。
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傳導發(fā)射試驗的目的在于依據統一的標準（限值）對電子產(chǎn)品通過(guò)電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、控制線(xiàn)或地線(xiàn)向外發(fā)射的傳導電磁騷擾水平進(jìn)行評估和規范。
當電子設備的噪聲頻率小于 30MHz 時(shí)，主要干擾音頻頻段。電子設備的電纜對于這類(lèi)低頻的電磁波來(lái)說(shuō)，還不是一個(gè)波的波長(cháng)（30MHz 的波長(cháng)為 10m），它向空中輻射的效率很低。這樣，若能測得電纜上感應的噪聲電壓，就能衡量這一頻段的電磁噪聲干擾程度。這類(lèi)噪聲就是傳導噪聲，像間斷噪聲、電熨斗、洗衣機、電飯煲的喀嚦聲等等。這里所測得的干擾噪聲只是針對頻率在 30MHz 以下的連續騷擾電壓進(jìn)行測試。如下圖 1.1 所示為在輸入端口進(jìn)行傳導騷擾測試的試驗配置，LISN 為線(xiàn)性阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )，EUT 為受試設備，LOAD 為輸出端口的負載，下圖 1.2 所示為在輸出端口進(jìn)行傳導騷擾測試的試驗配置。
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圖 1.1 輸入端口進(jìn)行傳導騷擾測試示意圖
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圖 1.2 輸出端口進(jìn)行傳導騷擾測試示意圖
