浅谈电磁兼容及测试

张露文

摘 要：文章以浅显易懂的语言介绍了电磁兼容的内涵、表现形式和分类，并较深入地解释了几个较为常用的电磁兼容测试。使读者对电磁兼容有一些初步的了解。

关键词：电磁兼容；电磁骚扰；电磁抗扰；辐射；传导

中图分类号：O441 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0030-02

1 电磁兼容（EMC）的内涵

1.1 电磁兼容的含义及由来

顾名思义，电磁兼容就是指不同设备发射的电磁波可以相互兼容，互不影响。当今社会随着手机，无线路由器的广泛应用， 各种无线通信技术渗透到人们的日常生活中，如GSM， CDMA， WCDMA， LTE， wifi， 蓝牙，GPS导航等等，还有即将到来的5G时代，可以想象，人们的生活将日益与无线通信技术紧密联系在一起。但是你是否知道，所有的无线通信背后都不离不开一样东西，那就是电磁波。

1888年，德国物理学家赫兹用实验的方式证明了电磁波的客观存在。为了纪念他，人们就用赫兹作为波动频率的单位。电磁波的发现，给人们生活带来了包括无线通信在内的多种便利，如红外探测，微波加热，紫外杀菌，x光透视等等。但是电磁波也会带来危害。比如，天气干燥人靠近或接触电器时，可以产生放电现象，瞬间电压可达几千甚至上万伏，可能会使电器失灵；充电时，电源网络的电压波动，短时压降，会产生低频传导干扰，也会损坏设备。另外，在战争时期，电磁武器产生的大功率干扰可是对方的电子及通信设备无法工作。所以，电磁兼容的概念随着电磁波的发现也逐渐发展并被重视起来。

1.2 电磁兼容的分类

准确来讲，电磁兼容有两方面的含义。一方面，一个设备在正常工作时，它产生的电磁场必须低于一定的限值，不会干扰到其他设备的正常工作， 这个概念称为电磁骚扰（EMI）；另一方面，一个设备必须具备一定的抗干扰能力，可保证在其他设备正常工作产生的电磁场中不被干扰，这个概念称为电磁抗扰（EMS）。

电磁兼容按照电磁波传输方式的不同也可以分為传导和辐射。传导是指在电磁波以有线的方式在线缆中传输，辐射则是至电磁波在空间以无线的方式进行传输。

根据上述分类方法，电磁兼容问题可分为传导骚扰，辐射骚扰，传导抗扰度，辐射抗扰度，另外电磁兼容还包括静电放电，电压波动，谐波闪烁，电快速脉冲群，浪涌，电压暂降以及磁场干扰方面的研究。

2 电磁兼容测试

为了验证设备是否具备合格的电磁兼容性，并且可重复、可比较，各主要国家或地区都设立专门机构，制定电磁兼容标准，规范测试方法、测试环境以及测试设备。目前，世界范围内接受程度最广是国际电工委员会IEC制定的CISPR系列标准。下面，就来介绍一下标准中规定的几个最常用的EMC实验用例。

2.1 传导骚扰

传导骚扰指的是电流或数据在线缆中传输时，通过线缆，电源端口，控制端口对周围环境产生的干扰。它的测试原理比较简单，以电源端口为例。为了测到被测设备（EUT）在电源端口产生的骚扰，首先需要将人工电源网络（AMN）连接到电源上，它可以滤除电源的杂波，并且给EUT提供稳定的匹配阻抗。然后，将EUT的电源与之相连，同时测量骚扰的接收机也连在AMN上。为避免EUT在上电期间产生大幅度的瞬态信号，从而对接收机造成损坏，还需要在AMN和接收机之间加上限幅器。对于非落地设备，像手机，电视机等EUT， 测试时需要放置在80cm高，至少1m×1.5m的非导电的桌子上（一般为纯木质）；对于落地设备，需要放置在地面进行测试，但是在地面和EUT之间需要放置最高15cm的绝缘层。具体配置如图1所示。

2.2 传导抗扰度

射频发射机产生的电磁场，可以通过EUT的某个或某些线缆，如电源线，信号线，控制线等，耦合到设备内部从而产生干扰。传导抗扰度就是检验EUT抵抗这种干扰的能力。测试原理如图2所示：

首先由信号发生器产生1kHz，80%AM调制的正弦波干扰信号，经放大，匹配，滤波，达到标准中规定的骚扰电压等级，通过注入设备加到EUT上。注入设备首选耦合/去耦合网络，一般做在一个盒子里，称为CDN。原因是CDN可以提供最好的测试可重复性，且保护辅助设备。目前有各种类型的CDN可适用于电源线，信号线等。但仍然有些情况下，CDN是不可用的， 就必须用其他的注入方式，如电流钳。测试在150k～80MHz的频率范围内以1%的步进方式执行，在每个频点上，对EUT的功能进行监控。

2.3 辐射骚扰

辐射骚扰的测量要比传导骚扰复杂得多。首先是场地要求。辐射骚扰通常需要在开阔场（OATS）内进行测试。理想的开阔场一片没有任何电磁波阻碍的场地。如，没有建筑物，电缆，树木等，地下也不能有管道，线缆等物。

这样的场地显然是不容易找到，尤其是在经济较发达地区。所以，标准中规定了其他可替代的场地：半电波暗室和全电波暗室。半电波暗室是指除地面以外四周和顶部都安装了吸波材料，因此除地面外其他地方几乎没有电磁波的反射。全电波暗室则是在半电波的基础上，在地面也加装了吸波材料，实际上是模拟了只有直射波的自由空间。通常，1G以下的辐射骚扰测试在半电波暗室进行，1G以上则使用全电波暗室。

测试前，EUT及其附件按照正常工作的状态放置在80cm高的桌子上（1G以上为1.5m高），至少1m×1.5m，且材质是非传导性的。EUT及其附件的边缘距天线的参考点为10m（1GHz以下）和3m（1GHz以上）。测试时，桌子连同放置的EUT及其附件进行360度旋转，并且在1～4m的范围内移动天线，以找到最大值。

2.4 辐射抗扰度

辐射抗扰度指的是将干扰信号通过天线辐射出去，在EUT周围的空间形成一定水平的场强，如3V/m，然后验证EUT是否会被干扰。原理与传导抗扰度类似，干扰源信号也是1KHz，80%AM调制的正弦波，不同的是需要在全电波暗室中进行，验证频率80MHz～6GHz，步进为1%。在第一次执行辐射抗扰度测试之前，需要进行场均运性验证（Uniform Field Area）。UFA是一个假想的1.5m×1.5m的平面，在这个平面上均匀划分了16个点。如图3所示。

驗证时，在每个点上，使用与测试相同的频率范围和步进，并不断调整功率，使得场强水平保持不变。完成后，在每一个频点上得到16个功率值。这16个值按高低排序，至少前12个点中的最大值与最小值之差在6dB以内，并记录该功率最大值为Pc。如果满足该条件，就说明EUT可以放置于该UFA中进行抗扰度测试。

测试时，在每一个频点上使用UFA验证时记录下来的Pc值，来控制信号发生器和功率放大器的输入。保证EUT暴露在所需的场强中。然后观察EUT是否工作正常。

2.5 其他EMC测试

其他的EMC测试用例，如ESD是用来模拟人体放电对EUT的影响；电压闪烁和谐波是验证EUT连接共用电网时对其他设备的影响；电快速脉冲群，浪涌和电压暂降则是模拟公共电网中各种常见干扰，来验证EUT对抗此类干扰的能力。由于篇幅有限，具体测试过程就不一一介绍了。

3 结束语

电磁兼容与人们的生活息息相关，尤其是现代社会各种无线技术飞速发展，环境噪声不断提高。电磁兼容问题日益突出，希望更多的人投入到该领域的研究。

参考文献：

[1]《CISPR 22-2008》：Information technology equipment-Radio disturb

ance characteristics-Limits and methods of measurement.

[2]《EN 61000-4-3-2006+A2-2010》：Electromagnetic compatibility （EMC）-Part 4-3： Testing and measurement techniques-Radiated， radio-frequency， electromagnetic field immunity test.

[3]《EN 61000-4-6-2009》：Electromagnetic compatibility（EMC）-Part 4-6：Testing and measurement techniques-Immunity to conducted disturbances， induced by radio-frequency field.

[4]《CISPR 16-1-4》：Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods-Part 1-4：Radio disturbance and immunity measuring apparatus-Ancillary equipment-Radiated disturba

nces.