照明设备电磁辐射骚扰电波暗室法与吸收钳测量法的关系研究

王晶晶

引言

照明设备除了光学、安全等方面的基本性能测试外，重要的一项测试就是电磁兼容性（EMC）测试，其中电磁辐射骚扰是电磁兼容所要考察的最重要的内容之一，辐射骚扰是电子电气设备自身所产生并以电磁波的形式通过空间传播形成的电磁骚扰。而电波暗室法是被公认的最有代表性、最符合实际情况的电磁辐射骚扰的测量方法。

对于照明设备产品，GB/T17743《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》给出了辐射骚扰的两种测试方法，即电波暗室法和CDN测试法[1]，但在实际测试中，CDN法与电波暗室法的结果还是存在着较大的差异，部分电磁兼容检测实验室对CDN法的使用仍相对谨慎，目前（30-300）MHz频率的电磁辐射骚扰仍以电波暗室法为主，但是电波暗室法所需要的场地设备均十分昂贵，因此寻求一种简易有效的替代方法显得很有必要。

本文将吸收钳测量法引入照明电器产品的辐射骚扰测试中，从理论和实际测试两个方面来比较电波暗室法和吸收钳测量法的异同点。

两种测试方法的介绍和比较

1.吸收钳测量法

根据GB/T 6113.202《无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第2-2部分 ：无线电骚扰和抗扰度测量方法 骚扰功率测量》对吸收钳测量法给出了定义，吸收钳测量法（ACMM）是指用吸收钳装置测量EUT(被测样品)骚扰功率的测量方法，测量时将EUT的引线嵌入吸收钳[2]。

吸收钳测量法目前主要应用在家用电器产品和音视频产品的骚扰功率测试上，对于家用电器等设备，体积小，电源线长，在30MHz以上时，家用电器所产生的辐射骚扰能量主要是通过靠近器具的电源线向外辐射，而采用ACMM可以测试电子电气设备通过电源线、互连线及信号线辐射出来的电磁骚扰功率[3]。

目前，照明电器产品工作频率普遍较低，也就意味着干扰频率相对较低，干扰能量一般不通过产品内部接线和外壳向外发泄露，而主要通过电源线向外辐射。因此本文认为也可以采用ACMM测量照明电器产品对外的电磁骚扰。ACMM进行辐射发射测量的优点是缩短了测试时间和节省场地费用（可以在屏蔽室内进行）。

ACMM的测试原理图如图1所示，所需的试验配置有：

（1）测试设备：EMI接收机、功率吸收钳、去耦钳、滑轨、测试软件等。

（2）测试环境：电磁屏蔽室（长度不小于8m）。

图1 吸收钳测量法示意图

测试时，可以把EUT电源线看作是一个辐射天线，此时骚扰功率近似等于吸收钳处于共模电流为最大值的位置时测量的EUT提供给受试线（LUT）的功率。为了找到“共模电流最大值”，需要吸收钳能移动，因此在测试系统中需要一个长度为6m的吸收钳滑轨。

图2 吸收钳测量法实物图

2.电波暗室法

根据GB/T 6113.104《无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第1-4部分 ：无线电骚扰和抗扰度测量设备 辐射骚扰测量用天线和试验场地》中的定义，半电波暗室指除金属地面外其余内表面装有吸波材料的屏蔽室，该吸波材料能够吸收所关注频率范围内的电磁能量[4]。半电波暗室主要用于模拟开阔场，作为辐射骚扰的测试场地。辐射骚扰主要是指能量以电磁波的形式由源发射到空间，并在空间传播的现象，对周围环境中的设备可能造成严重干扰。

电波暗室法的测试示意图如图3所示，所需的试验配置有：

（1）测试设备：EMI接收机、接收天线测试系统、前置放大器、测试软件等。

（2）测试环境：电波暗室。

图3 电波暗室法示意图

电波暗室法则是考察通过整个EUT发射到空间的真实场强大小来评定EUT辐射发射。在进行辐射骚扰场强测试时，EUT和周边设备及它们之间的连接线被看成一个整体。电波暗室法既可以测到从EUT外接线辐射出来的能量，又可以测到从其壳体辐射出来的骚扰能量。测试时，EUT在0~360°旋转，天线高度在1m~4m间变化，得到整个EUT最大的发射场强。

图4 电波暗室法实物图

3.电波暗室法和吸收钳测量法之间的比较

作为替代户外开阔场而建立的电波暗室，因其性能完善而获得了广泛的应用，与吸收钳测量法相比，电波暗室法把整个产品（EUT）看成一个整体，测试到的既有沿着电源线辐射的能量，也有从整个壳体辐射出的能量。但由于造价和必须配备的设备昂贵，阻碍了它向中小企业的发展。

吸收钳测量法（ACMM）用吸收钳确定产品（EUT）通过电源线辐射的能量。吸收钳测量法（ACMM）进行辐射发射测量的优点主要是缩短测试时间和节省场地花费。但是吸收钳测量法（ACMM）适用的范围有限，仅适用体积小，结构简单，工作频率低的样品。

表1 电波暗室法和吸收钳测量法之间的比较

试验数据比对验证

由于使用ACMM测量得到的结果是功率，而使用电波暗室法测量得到的结果是场强，而功率和场强是两个不同的物理量，无法直接进行转换，因此两种方法的测量结果无法进行直接的比较。本文从实际应用的角度出发，对两种不同的方法测试的结果分别和各自的限值进行分析比较，考察在对应的频率范围内两种方法的测量结果（测量值与限值的余量）的一致性。

本文共选择了20个不同类型、不同功率的照明产品，其中包含了10个批次的电光源产品和10个批次的灯具产品。

1.电波暗室法测试

辐射测试时，被测样品的电源线、信号线、控制线、壳体及器件本身都可等效为相应的发射天线，产生不同的极化波。而大部分产品的AC电源线、控制线缆、外设等线缆在测试时摆放方式、以及结构缝隙，都是垂直于参考地，这样的极化损失为最小，因此，一般情况下，天线的垂直极化方向测试值比较大。我们选择将电波暗室法的垂直极化测试结果与ACMM法测试结果进行比较[5]。

按照电波暗室法试验布置，选择一个6w的自镇流LED灯样品进行测试，样品到天线之间的距离为3m。垂直极化方向，测试结果如图5。

图5 自镇流LED灯（6w）电波暗室法测试曲线（垂直极化方向）

2.吸收钳测量法测试

按照吸收钳测量法试验布置，采用吸收钳测量法测试该自镇流LED灯样品的辐射能量。测试结果如图6。

图6 自镇流LED灯（6w）吸收钳测量法测试的曲线图

两种方法的测试曲线走势基本一致，出现波峰的频率点位置也基本吻合，例如采用电波暗室法出现波峰的几个频点分别为54.6400MHz、86.2400MHz、147.5600MHz，采用吸收钳法出现波峰的几个频点分别为 55.0560MHz、88.9140MHz、145.5600MHz，采用两种方法测试值与限值的差值分别为1.9dB、0.8dB、0.7dB，可以说，对于这个样品，两种方法的测试结果基本一致（见表2）。

表2 电波暗室法和吸收钳测试法实际测试数据比对（6w自镇流LED灯）

其他典型的比对曲线如图6所示，从这些曲线中可以看出，采用这两种方法测试，大部分的曲线走势是一致的，但也存在一定的差异性，导致差异的原因大致有以下：

（1）由测试设备、测试场地、测试人员以及环境条件等客观因素所构成的测量不确定度引起，这些差异往往是固有的、不可消除的。

（2）电波暗室法把整个产品（EUT）看成一个整体，测试到的既有沿着电源线辐射的能量，也有从整个壳体辐射出的能量。而吸收钳测量法（ACMM）用吸收钳确定产品（EUT）通过电源线辐射的能量。两者之间的差异客观存在。

图7 两种方法的测试曲线（自镇流LED灯（3w））

图8 两种方法的测试曲线（自镇流LED灯（5w））

图9 两种方法的测试曲线（LEDPAR灯（20w））

图10 两种方法的测试曲线（35w筒灯）

图11 两种方法的测试曲线（36w地埋灯）

图12 两种方法的测试曲线（60w隧道灯）

图13 两种方法的测试曲线（120w投光灯）

图14 两种方法的测试曲线（160w高天棚灯）

结论

照明电器产品工作频率普遍较低，也就意味着干扰频率相对较低，干扰能量一般不通过产品内部接线和外壳向外发泄露，而主要通过电源线向外辐射。而吸收钳测量法（ACMM）是采用吸收钳确定产品（EUT）通过电源线辐射的能量，因此，本文将吸收钳测量法（ACMM）作为电波暗室法的预测试方法，引入照明电器产品的辐射骚扰测试，通过多组测试数据的比对，得出结论。

1.对于不同的照明电器产品，采用吸收钳测量法测试得到的曲线走势与电波暗室法大部分一致，吸收钳测量法的测试结果大部分能反映电波暗室法的测试结果，吸收钳测量法可以作为电波暗室法的预测试方法。

2.对于结构简单、体积小的照明电器产品，两种方法的测试结果一致性高于结构复杂、体积较大的照明电器产品。

3.由于电波暗室法成本花费巨大，特别是对一些中小型企业，是一种负担，而在产品研发早期，设计人员急需一种低成本的测试方法，以快速获得产品变化的反馈，吸收钳测量法就是一种好的选择。