電磁兼容性(E1ectromagnetic Compatibility, EMC)是指電子、電氣設備共處一個環(huán)境中能互不干擾、兼容工作的能力。對于一個設備，既要求它不產生過大的干擾使其它設備工作失常，也要求它具有一定的抗干擾能力，以保證在其它設備發(fā)出的干擾環(huán)境下能正常工作。
1、為了獲得一個產品(設備、系統(tǒng))優(yōu)良的EMC，其中之一是預測產品可能存在的EMC問題。它包括了以下二個方面：
⑴電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)特性、干擾耦合路徑特性、受試設備的電磁敏感度(Electromagnetic Susceptibility, EMS)特性的物理模擬預測與數學模擬預測；
⑵研究科學可行的EMC測試與試驗技術，即包括測試方法與測試設備。值此，本文將對EMC預測試技術特征與新型測試設備及其測試應用實例作分析說明。
2、 EMC預測試必不可少
一個產品EMC的評價終歸結為是否符合相應的EMC標準，實施這種評價稱為EMC鑒定測試(CompliaHce Measurement)。它是在一個產品投放市場前的后階段完成的。其實，按照一個產品研發(fā)、生產全過程中所需要的EMC測試量而言。鑒定測試只占了不到10%，90%的測試工作量是在此前完成的，包括準電路的板卡、原理樣機、初樣到正樣研制的過程中，通過不斷的EMC測試逐步實現產品良好的電磁兼容性。將這90%的測試工作總稱為EMC預測試。預測試可以比鑒定測試度低些、粗略一些，以便迅速找出問題并不使測試設施費用過高。
預測試儀表在保證必需的精度的同時，縮短測量時間是一個不可忽視的因素。如采用頻譜分析儀既可以保證與EMI接收機有相似的精度，又可顯著提高測量速度，而且價格不足EMI接收機的一半。因此，預測試常采用頻譜分析儀代替EMI接收機，如圖2（b）所示。也就是說，預測試系統(tǒng)可以使單位具有全程的EMC檢測手段，可以提高產品的EMC特性。
3、如何建立EMC預測試系統(tǒng)
所謂預測試系統(tǒng)，實際上也是嚴格按照各種EMC標準進行的，包括設備、方法等等。但是，預測試系統(tǒng)具有區(qū)別于鑒定測試的特點主要如下：其一是對環(huán)境要求較低，EMC標準對于環(huán)境的要求比較嚴格，一般必須在屏蔽室或暗室中進行，但預測試的主要目的在于初步摸底，只要找到問題所在即可，所以對環(huán)境要求可以低一些，屏蔽室和暗室的尺寸、指標可以低于認證測試；其二是核心測量儀器利用高性能頻譜分析儀，高性能的頻譜分析儀完全具備了EMC檢測的能力，可以取代傳統(tǒng)的EMI接收機，目前有一個共識，頻譜分析儀是建立預測試系統(tǒng)的選擇；其三是的中文軟件；其四是EMC預測試系統(tǒng)的靈魂是測試軟件與測試附件(傳感器/天線、LISN、衰減器等)。
3.1、EMI預測試系統(tǒng)的基本組成。
EMI測試系統(tǒng)的總體結構如圖1所示。
系統(tǒng)主要按照GJBl51A的CEl01、CEi02、REi01和REl02對電子、電氣或機電產品的EMI性能進行測試，檢查受試設備的相關EMI性能是否合格。如果不合格必須指出頻率點及其對應的幅度值，以備產品設計人員有針對性地提出解決辦法，將問題較早地消除，為產品進入市場前能通過EMI標準測試奠定堅實的基礎。
系統(tǒng)所采取的測試方法按照前述GJBl52A中有關部分所規(guī)定的程序進行，包括標準的檢查配置、正式測試配置、校準步驟、測試步驟和測試完畢所應提交的數據。
基本的系統(tǒng)測量指標：頻率范圍3Hz-26.5GHz；距離容差±5%；頻率容差±2%；，測量接收機幅度容差±2dB；測量系統(tǒng)(包括測量接收機、傳感器、電纜等)容差±3dB；時間(波形)容差±5%。
3.2、系統(tǒng)主要分為硬件和軟件兩部分
⑴ 硬件部分
包括三個分系統(tǒng)：前端子系統(tǒng)(主要包括傳感器，如電流探頭、環(huán)形天線、桿天線、雙錐天線、雙脊喇叭天線；電源阻抗穩(wěn)定網絡；衰減器等)、接收機子系統(tǒng)(主要包括頻譜儀、射頻預選器和EMI分辨帶寬選件等)和主控計算機子系統(tǒng)(主要包括IBM兼容機、PC-GPIB卡、GPIB線纜)。
① 接收機子系統(tǒng)功能與指標
接收機子系統(tǒng)是采用新型的E4440A型EMI測量接收機(安捷倫公司產)。功能與指標如下。
E4440APSA系列頻譜分析儀與全新N9039A射頻預選器雙劍合璧且、快速、頻率高達50GHz的EMI測量接收機。這款新型接收機能夠進行和可重復的測量。測量系統(tǒng)可在整個測量帶寬上提供的幅度和頻率精度。該系統(tǒng)每次掃描8192個數據點，可以分析超寬掃寬，同時擁有CISPR所要求的分辨率。另外，全新的射頻預選器使系統(tǒng)完全符合CISPR標準?？梢詮呐月房焖偾袚Q到預選模式，以進行兼容性測量。EMI測量系統(tǒng)可提供需要的幅度性能和系統(tǒng)精度，以實現低投入高產出。
② EMI測量系統(tǒng)描述和元件
包含帶有EMI軟件的頻譜分析儀E4440A PSA系列、射頻預選器N9039A與N5181A系統(tǒng)調整信號發(fā)生器。
③ 進行發(fā)射分析所需的所有特性
9kHz至1GHz射頻預選；ClSPR帶寬(200Hz、9kHz、120kHz和1MHz)；檢波器(平均值、準峰值和峰值)；限制線和限制范圍；天線、線纜、放大器和其他設備的校正因數；利用外部信號源進行的預選濾波器校準；執(zhí)行發(fā)射保護的內置限制器；其靈敏的前置放大器；可從101個變到8192個的數據點。
④ 測量精度和可重復性
1GHz頻率內的輻射發(fā)射頻段靈敏度為152dBm；幅度精度為±1.0dB，9kHz至1GHz；輸入VSWR為1.2：1；預選TOI為+5dBm；100MHz掃寬時的掃寬精度：20kHz典型值。
⑵ 軟件部分
從功能上可以將該軟件系統(tǒng)劃分為五個模塊：系統(tǒng)管理模塊、系統(tǒng)檢測模塊、掃描模塊、數據處理模塊和測試結果輸出模塊。
4、實用新型的電磁兼容性(EMC)測試設備
4.1、EMSCAN電磁干擾掃描系統(tǒng)
采用陣列探頭和電子掃描技術的近場測量系統(tǒng)，能獲取被測物完整電磁場信息的測量系統(tǒng)，集EMC診斷和EMI測試為一體的電磁兼容綜合測量系統(tǒng)。
⑴ 的EMC診斷系統(tǒng)
由1218個探頭組成的陣列掃描器，實時看清電磁場，定位窄帶和寬帶電磁干擾源[見圖2(a)所示]，解決各類EMI問題；能實時顯示EMS測試對被測物內部電路的影響，快速解決EMS問題；快速準確評估機箱的屏蔽性能，能幫助工程師迅速積累正確的解決EMI/EMS問題的經驗。
⑵ 主要特征
寬頻率范圍的近場測試工具：50kHz-4GHz，具有頻譜掃描、空間掃描、頻譜/空間掃描，天線掃描等功能；具有單次掃描、連續(xù)掃描、同步掃描等方式，具有峰值保持功能；
高速掃描，利用連續(xù)掃描和峰值保持功能，能捕捉到一般手段所無法測量到的瞬態(tài)電磁干擾；頻譜/空間掃描能一次測量獲取被測物完整電磁場信息，能迅速準確定位電磁干擾源；測量任意體積和重量的被測物，包括PCB、電纜、機箱、機架等；呈人字形交叉排列的電磁場陣列掃描器，能測量各個方向的電磁場；功能強大的后臺分析和處理能力，可以把測量結果和PCB的光繪文件疊加在一起顯示。
⑶ EMI預兼容測試功能
圖2（b）為EMI預兼容測試系統(tǒng)示意圖。配套LISN(線路阻抗穩(wěn)定網絡)/電流探頭/吸收鉗/天線等附件后，EMSCAN能進行準確、的EMI預兼容測試，具有背景信號自動識別功能，特別適合企業(yè)在普通實驗室進行的EMI預兼容測試。
EMSCAN控制軟件的ASM(天線掃描模塊)，用于電磁預兼容測試。能依據CISPR 11/14/15/22/25/GJB152A-CEl02進行傳導發(fā)射測試。依據CISPR 11/14/22/25/GJB1 52A-REl02進行功率或者輻射發(fā)射測試。
4.2、Langer近場探頭.
這是電磁兼容工程師的基本工具，多達19個各種形狀的探頭，可以完成幾乎所有的電磁場測試任務：具有多種分辨率的探頭，實現從粗略定位到精細定位；低成本高性能；頻率范圍覆蓋100kHz-3GHz；適用于檢查機箱泄漏、PCB內部電磁場分布、電纜上的電磁場分布等；使用簡單，攜帶方便。
近場探頭的用途：主要應用于查找干擾源，判定干擾產生的原因；可以檢測器件或者是表面的磁場方向及強度；可以檢測磁場耦合的通道，從而調整連接器或者元器件的位置；可以檢測PCB附近的磁場環(huán)境。
為了降低干擾，尋找到真正的干擾源或者是其傳播的途徑是非常有必要的。通過近場測量可以很方便的實現定位的功能，甚至可以到IC引腳以及具體的走線。圖3（a）所示為環(huán)形探頭，分辨率從1mm到25mm，適合檢測機箱泄漏、電流方向等，檢測電纜及元器件連接處等產生的磁場。圖3（b）所示為檢測IC引腳的磁場分布，檢測IC下面或寬導體的圓形磁場。
4.3、虛擬暗室EMC測量系統(tǒng)(無需暗室/屏蔽室)
如果想在普通環(huán)境下測量被測設備(EUT)的電磁輻射，就必須設法“消除”背景噪聲的影響。當今己開發(fā)出多種虛擬暗室EMC測量系統(tǒng)，值此以CASSPER虛擬暗室系統(tǒng)為例作新概念說明。
當今的虛擬暗室系統(tǒng)，是的EMI測試系統(tǒng)。它具有的頻率同步及相位鎖定功能，是一個雙通道、多端口EMI接收機，符合CISPR-16標準要求。
其虛擬暗室系統(tǒng)接收機使用兩套時間與頻率都同步的通道同時去接收一個復雜系統(tǒng)中的信號，用來進行電磁發(fā)射的測量和電磁干擾源的定位。虛擬暗室系統(tǒng)把的數字信號處理技術(DSP)引入到了EMI測量中，能通過算法準確濾除背景噪聲，得到被測設備(EUT)實際的準確的電磁輻射情況。CASSPER不僅能濾除一般的背景噪聲，還能提取與背景噪聲相同頻率的EUT信號。即使背景噪聲的幅度或者頻率被調制了，其背景噪聲濾除性能也不會下降。虛擬暗室系統(tǒng)也能濾除來自多個地方的背景噪聲。能在市內區(qū)域測量電子設備的電磁發(fā)射。
⑴ 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由雙通道EMI接收機、高性能計算機、雙通道高速DSP卡(內置于計算機)、天線、近場探頭以及測量軟件等組成，見圖4(a)所示。
從圖4(a)可見該系統(tǒng)的接收機有A/B兩個通道，每個通道都在接收機的前面板上設有2至4個端口，不同頻段的天線可以接到不同的端口上，系統(tǒng)可以對不同頻段的天線進行自動切換。接收機把收到的信號經過中頻處理后，由AD變換器轉換為數字信號，再由計算機內部的高速雙通道DSP卡對兩個通道的數據按照有技術的算法進行數據處理，終由計算機進行分析、存儲、顯示、打印等處理。
圖4 (a) 虛擬暗室EMC測量系統(tǒng)；
(b)“時間/頻率/相位”同步識別技術應用示意圖
⑵ 普通環(huán)境下的電磁預兼容測試
在被測設備(EUT)的前方一定距離(d)處放置一天線并連接到通道A，負責接收來自EUT以及背景共同作用的信號。另外一個天線則放置在離EUT較遠的地方，其距離至少是d的十倍，并連接到通道B，負責測量來自整個背景的噪聲情況。
同步的雙通道EMI接收機，可以保證背景信號能同時被接收機的兩個通道分別收到。從而可以將收到的共同具有的背景噪聲記錄下來并濾除掉，這就創(chuàng)建了一個虛擬的第三個測量通道，這種測量方法可以很真實地反映被測設備的電磁輻射情況。
系統(tǒng)在“消除”背景噪聲方面．采用了“時間/頻率/相位”同步識別技術，通過相位識別，把背景噪聲用傅立葉計算方法剔除掉，并能提取被調制的EUT的信號，也能提取與背景噪聲頻率一致的EUT信號，見圖4(b)所示。
這種測試方法允許背景噪聲是不穩(wěn)定的，如果背景噪聲在測試場地是“均勻”的，則測試結果能與標準EMC場地的測試結果保持基本一致。而在實際測試中，“背景噪聲均勻”的環(huán)境是很容易找到的。
⑶ 定位輻射源的測試
相同頻率的兩個信號，未必來自同一信號源。在定位輻射源的測試中，通道A接到一個放在EUT附近的遠場天線或者電流卡鉗，探測EUT產生的電磁干擾，通道B連接一個近場探頭。移動通道B的探頭，通過兩個信號的相關性來確定輻射源的位置。這就意味著即使不同的幾個發(fā)射器發(fā)出同樣頻率和幅度的信號，系統(tǒng)也可以加以區(qū)分，從而準確定位干擾源。
該系統(tǒng)由于能通過“時間/頻率/相位”來識別兩個天線接收到信號的相關性，所以在EMI定位方面，它能找到真正使遠場測試不合格的干擾源位置。找干擾源的時候，一個顯示窗口上同時顯示遠場數據(天線收到的信號)和近場數據(探頭收到的信號)，能在產生相同頻率的多個位置中找出與遠場信號相關聯(lián)的位置，可以節(jié)約大量的時間，能應用于從板級設計一直到系統(tǒng)級設計。
5、EMC診斷實施舉例
5.1 借助一些診斷工具進一步定位EMC問題
在通過EMC預測量發(fā)現設備(或分系統(tǒng))的EMC問題后，可以借助一些診斷工具進一步定位EMC問題。這有助于測試(設計)工程師有針對性的提出EMC對策，順利解決已經發(fā)現的EMC問題。以下介紹當前使用比較普遍的84105EM診斷系統(tǒng)。
其系統(tǒng)功能為用于表面電流、插槽、電纜和集成電路的磁場輻射測量。其系統(tǒng)組成是由三EMC分析儀、近場探頭和前置預放三部分組成。系統(tǒng)特點：對環(huán)境沒有特別要求(不需要屏蔽室或暗室)，可測頻段寬，測量精度高，只配置了磁場探頭，操作簡單、價格較低。
5.2、簡述電磁故障診斷84105EM故障診斷系統(tǒng)診斷內容與測量配置。
⑴ 診斷目的
針對已經檢測出的EMI不合格頻率點，采用近場檢測的方法進一步定位干擾發(fā)生點；針對已經檢測出的EMS不合格頻率點，進一步定位敏感度薄弱部位。
⑵ 診斷工具
采用安捷倫84105EM電磁兼容診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)由EMC分析儀E7401A(含選件跟蹤發(fā)生器前置放大器11909A)和近場探頭套(含11941A和11940A近場探頭)組成，參見圖5(a)。
近場探頭套所包含的探頭11941A的測量頻段為9kHz-30MHz，11940A的測量頻段為30MHz～1MHz，它們都采用雙環(huán)設計。探頭的兩個環(huán)天線在平衡/不平衡變換器(簡稱“巴侖”)合并變?yōu)椴黄胶廨敵?同軸線采用雙環(huán)可使它們的電場感應電壓分量反相，相互抵消，只保留磁場感應電壓分量)。理論分析明在近場探測情況下，電場探頭(如單或偶振子)不可避免或容性耦合周圍的雜散信號，難實現可重復的測量，而環(huán)天線的磁場探頭有很好的測量可重復性，并可抑制感應的電場，所以本系統(tǒng)采用這種雙環(huán)結構的磁場探頭。
為了進行敏感度測量，可采用E7402A分析儀配置的選件跟蹤發(fā)生器(1DS)，內置在EHC分析儀中。由于跟蹤發(fā)生器與測量接收機做成一體，兩者的頻率保持同步，這比采用單獨的掃捅要方便得多，尤其在濾波器傳輸特性的測量中可大大縮短測量時間。
每個近場探頭均用網絡分析儀校準，每個探頭在其頻段的5個頻率點測校正系數(dB(uA/m)/uV)，將接收機讀數(dB uv)加上此校正系數就得出所測的磁磁場強度(dB(uA/m))。兩個近場探頭的校正系數已存儲在EMC分析儀的ROM中。
⑶ 診斷內容
尋找PCB板的“熱點”(即電磁輻射過強的部位)，記錄其頻率及幅值；尋找PCB的“敏感度空洞”(即電磁敏感度薄弱部位)，記錄其頻率及幅值；尋找屏蔽殼體上不應有的孔隙部位。圖5(b)為診斷屏蔽殼體上不應有的孔隙部位的測量配置示意圖。
