民用电子电气设备的电磁兼容测试系统设计分析

徐晓昂

（江苏省产品质量监督检验研究院 江苏省南京市 210007）

电磁兼容性测试研究电子电气设备适用中独立工作的电磁抗干扰能力，随着无线电设备大量出现，各类无线电收发设备相互电磁干扰情况严重。20世纪中期后，电子设备内部元器件小型化，各电子元器件占用空间拥挤，频谱资源占有率增加，需要提高频谱资源利用率。与EMC 相关法律有很多，发达国家相关组织有相关规定。我国电磁兼容测试为3C 强制认证，电子电气产品EMC 为法律规定要求，电子电气设备进入市场前需通过EMC。本文设计科学高效的民用电子电气设备EMC 系统，满足工程应用实践分析。设计系统可实现EMI 发射骚扰测试，可实现子系统分为RE 辐射发射等。

1 民用电磁兼容测试标准分析

设计符合标准规范的民用电磁兼容测试系统，需要了解对应测试方法要求等。EMI 接收机是电磁骚扰测试重要仪表，测试干扰信号有间发行等特点，EMI 接收机通常采用扫频测试进行逐点扫描测试[1]。GB/T6113.101 标准对EMI 测量接收机有明确指标要求。测量接收机内部放大器幅度特性需比测正弦信号有较大动态范围储备。应注意区分检波器功能与测试接收机上输出指示的意义，采用正弦波等效RMS 进行校准。

测试CE 传导发射骚扰电压时，需在被测试设备间增加规定人工电源网络。人工电源网络作用点包括将外部供电电路与被测设备电路隔离，电源供电端子提供测试阻抗。系统选用人工电源网络为耦合非对称电压V 型网络[2]。电探头在CE 传导发射骚扰电流测试使用，不需改变被测设备原有电路，适合测试复杂接线电路系统。系统设计使用高阻电压探头，可使用高阻电压探头测试优点是不影响供电网络下测试，缺点是需避免被测电路阻抗较高。高阻电压探头由电阻与电容组成，接地端子需良好接到参考地。EMI 天线接收空间强信号后，场强值与电压值比为天线系数。

电磁兼容无线电骚扰测量要注意具有可复现性，物相互作用。测量装置运行条件作出明确规定，需测量电平上有足够信噪比，扫频接收机测量适当考虑设备特殊工作特性。非源于EUI 产生骚扰，需在实验报告中记录[3]。测试EMI 干扰电平时需较长测试时间，EMI 接收机使用峰值检波器捕捉信号，仅对发射幅值接近的关键频率测量最大值。RE 辐射发射测试目的是针对机箱端口辐射骚扰测试，对多种电子电气产品，需测试辐射骚扰电磁场干扰，电场干扰需测试水平极化。辐射骚扰测量需考虑实验环境，环境噪声电平满足低于极限值6dB 要求。通用EMI 测试流程图如图1所示。

图1：通用EMI 测试流程图

2 民用电磁兼容测试系统设计

根据电磁兼容测试标准解析，通过测试项目分类得出民用EMC 测试系统主设备清单。EMI 测试机必须具备QP 准峰值检波器、AV 平均值检波器等，EMI 测试接收机选用德科技更厚实数字中频测量接收机。人工电源网络用语电磁骚扰电压测试，根据GB6113.102 等标准要求，选用NSLK8127 人工电源网络[4]。阻抗稳定网络用语电信骚扰电压测试，选用八线阻抗稳定网络ISNT8‐Caat6 阻抗稳定网络。

图2：民用电子电气设备电磁兼容测试系统

仪表选型根据出厂技术规格核对标准满足要求，EMC 测试系统需要有第三方实验室针出具计量报告，保证符合测试规范要求。由于测试系统整体完成自动测试，组成包括RS 辐射抗扰度测试路径等，射频测试路径需要可程控射频开关自动切换，程控路径考虑在屏蔽室进行光电信号转换通信。对CE 发射骚扰测试时，射频电缆衰减影响系统灵敏度。设备电缆功率影响系统安全性。选择射频电缆需从功率容限等方面考虑。

电磁兼容测试系统不同项目，进行理论测试值推导，包括干扰测试限值推导等。EMI 发射骚扰测试重要指标为系统灵敏度，CE传导骚扰测试频率范围为150kHZ‐30MHz，需保证测试频段底噪数据低于标准要求极限值‐20dB.CE 传导骚扰测试影响灵敏度测试值由脉冲限幅器，传感器修整等决定[5]。对系统测量场强分布采用仿真手段进行分析，使用天线为复合天线，仿真天线使用双锥天线，整体仿真包括几何尺寸建立，介质参数考量等。对RS 场强分布作出仿真案例分析。技术参数满足测试频率范围80MHz‐6GHz，测试场强最高达10V/m，测试距离为3 米，系统测试场强10V/m，校准场强为18v/m，校准场强范围为18‐36V/m。

3 系统不确定度评估

规范的民用电磁兼容测试系统需进行不确定度评估，对设计测试系统进行不确定度评估，建立不确定度基本模型，进行各参数分量不确定性计算。按照国家检定规范标准要求，通过分量对应概率分布情况统计为标准不确定度分量，通过测试得到统计标准偏差值，如若独立属性信息统计检验概率分布归类为B 类评估方法。采用B类评估计算其他不确定度来源引入不确定度[6]。在重复性条件下对测量独立性重复测量n 次，被测量X 最佳估计值是n 个独立测得值算数平均值x.A 类评定标准不确定度公式为：

屏蔽室内对电源端口传导骚扰测量，对待测设备进行频率150kHz‐30MHz 的传导连续骚扰测量，EUT 为落地式设备可立于地平面。根据传导连续骚扰测试系统连接方法确定不确定性数学模型。EMI 测量接收机测试结果随外界环境变化有部分偏差，标准不确定度为试验标准偏差，使用梳状信号发生器为被测设备进行重复测量，计算频率点标准差，测得150KHz 时标准差最大。使用网络分析仪进行路径校准，衰减量S21 校准结果在频段最大误差值为0.05dB，校准不确定度为0.15dB，分量标准不确定度为0.08dB。辐射骚扰测试灵敏度与极限值符合度对照表如表1。

表1：辐射骚扰测试灵敏度与极限值符合度对照表

30MHz‐1GHz 辐射骚扰测量在半电波暗室内进行，支撑物由低介电常数材料制成，EUT 可立于地面，天线距EUT 为3m，测试用接收机型号为N9038A。根据辐射连续骚扰测试系统连接方法，可确定不确定数学模型[7]。测试接收机读数变化由测量系统不稳定性等因素引起，标准不确定度为试验标准偏差，计算公式为：n 为测试次数，xi 为接收机单词测试值。使用信号源为被测设备进行10 次测量，不确定度为0.11dB。

合网络法进行射频场感应传导抗扰度测试，测试前需进行校准获得所需射频噪声信号强度。根据射频感应传导骚扰抗扰度校准测试方法，对测试引入不确定度，|VTest=VCal+δVMTt+δVLMCt+δ VTGM+VPAt+δVswt.δVswt 为测试中自动测试软件电平容差设置不确定度；δVTGM为信号源不确定度；δVLMCt为测试中功率探头不确定度，从原厂校准证书获得150Ω 转50Ω 适配器插入损耗最大差值X1=0.04dB，X1 为矩形分布，95%置信度时k=2，标准不确定度u(δVRCAL)=0.35dB，校准系统连接不确定度分量为正态分布。

4 系统实现验证

目前建设完成民用电子电气设备电磁兼容测试系统，包括RS辐射抗扰度测试等，如图 2所示。EMI 传导骚扰测试不接入测试样品时，实测值满足测试底噪满足低于极限值20dB 要求。测试结果未超限。EMI 辐射骚扰测试系统不接入测试样品，测试底噪满足低于极限值20dB 要求。样品测试结果未超限值。

CS 传导抗扰度测试系统频率范围150kHz‐230MHz,系统注入干扰值，可得出满足极限要求。各频段CS 传导抗扰度测试干扰电平精度范围，80‐230MHz 标称干扰电压值±0.3V，偏差范围在0.2V内。RS 辐射抗扰度测试系统频率范围80MHz‐6GHz，场地均匀面为1.5 米*1.5 米，系统注入干扰强度值可得出满足极限值要求。各频段RS 辐射抗扰度测试干扰场强精度范围，1000‐6000MHz 标称场强值±0.5V/m，偏差范围在0.3V/m 内。

电磁兼容自动测试系统设计完成后，对系统测量功能需进行实验。在满足标准要求下对样品进行测试，EMI 传导发射骚扰测试由于测试仪表影响大，统一使用梳状信号源为被测物测试。EMS 辐射抗扰度测试施加干扰电平准确性取决于检测端设备，监测端设备可通过第三方实验室出具计量报告为判定依据。比对计算结果|En|<=1，根据要求评定监检测系统符合测试要求。根据不确定计算结果，Uref=3.1dB，测试结果|En|<=1 满意。根据不确定计算结果，Uref=4.2dB，通过双方对比结果分析，根据要求评定系统符合测试要求。

5 结语

电磁兼容测试是电子电气产品必须进行的检验，是法律的硬性规定，需要科学的民用电子电气设备电磁兼容性能测试系统。以往国内同行电磁兼容测试系统设计中缺乏科学依据，通常为经验性方式进行。本文研究系统建设后测试数据有效性评估，测试系统通过科学方法进行不确定度评估，根据不确定度考虑CE，CS 测试项目不同确定度来源，得出各分系统综合不确定度。CR 抗扰度测试系统中功率放大器是重要仪表，通过理论计算可优化评估需使用的功放输出等级，减少设计成本。