EMC半屏蔽測試場地的基本原理和使用方法

電子產(chǎn)品EMC設(shè)計的完善依賴測試場地、測試設(shè)備、診斷設(shè)備、EMC設(shè)計輔助工具、EMC工程師的工程經(jīng)驗，其中測試場地和設(shè)備又是關(guān)鍵的固定資產(chǎn)投入。目前大部分企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)EMC都需要依賴第三方商業(yè)實驗室的測試能力，導(dǎo)致在研發(fā)成本中EMC測試診斷費用耗資巨大。部分企業(yè)基于降成本的目的自建電波暗室用于控制測試成本也由于巨大的一次性投入和持續(xù)的維護費用而降低了財務(wù)優(yōu)勢。通過對基礎(chǔ)標準的測試原理的分析研究，一種基于開闊場原理引申出來的半屏蔽測試場地對于研發(fā)團隊解決EMC預(yù)測試資源問題有一定借鑒意義。

標準認證級EMC測試場地的分類和性能要求由基礎(chǔ)標準CISPR16-1-4定義，其中OATS(open area test site) 10米開闊場是標準定義的標準場地，替代場地(alternative test sites)包括氣候遮蔽的開闊場和帶吸波材料的屏蔽室(Absorber-lined shielded room),其中半電波暗室SAC( Semi-anechoic chamber) 是多數(shù)產(chǎn)品類標準引用的最常見的暗室。

輻射發(fā)射測試基本原理是使用接收天線測量受測設(shè)備的直接發(fā)射和地面反射的最大值，因此開闊場是天然的最標準的測試場地，而半電波暗室用吸波材料吸收五個面的輻射來模擬開闊場。標準測試場地的測試距離、邊界、天線高度、NSA(Normalized site attenuation)歸一化場地衰減等相關(guān)指標都在標準中做了規(guī)定。

輻射測試原理

標準測試場地距離和邊界定義

開闊場在電磁兼容早期發(fā)展階段性能優(yōu)異而且造價低，是最佳測試場地。但隨著電子設(shè)備日益廣泛應(yīng)用，已經(jīng)越來越難以找到滿足背景發(fā)射電平在限值以下6dB即30dBuV/m的場地來建造認證測試開闊場了，昂貴的半電波暗室成為主流方案。

預(yù)測試的半屏蔽場地是作者在EMC研發(fā)活動實踐中逐漸設(shè)計開發(fā)并完善的一種非標準測試場地，相比開闊場和半電波暗室在便利性、可靠性、準確度和造價方面有獨特的優(yōu)勢，在近10年的工程應(yīng)用中發(fā)揮了很大的作用，在此對基本原理和使用方法進行簡要說明，供大家借鑒。

半屏蔽場地測試輻射預(yù)測試示意圖(藍色射線示意兩個墻面的反射)

預(yù)測試的半屏蔽場原理參考標準10米開闊場，但與標準場地有如下異同：

1.地面金屬板設(shè)計與開闊場相同，滿足天線接收直接發(fā)射和地面反射要求輻射測試原理;

2.相比開闊場，半屏蔽場地增加了兩面垂直金屬墻面，在一定程度遮擋天線主瓣空間環(huán)境中的噪聲源，同時保持了射頻空間的開放性，不會導(dǎo)致半電波暗室的腔體諧振問題;

3.相比開闊場僅測試EUT的直接發(fā)射和地面反射，半屏蔽場地增加了兩個互相垂直的墻面反射EUT發(fā)射從而增大天線接收到的EUT信號提高信噪比，保證測試結(jié)果不小于標準開闊場測試結(jié)果;

4.相比開闊場10米的測試距離，半屏蔽場地測試距離減小到3米或者1米以提高信噪比和限值;

5.相比開闊場輻射發(fā)射限值，半屏蔽場地需要按測試距離反比計算轉(zhuǎn)換限值，即3m測試距離限值比10m限值提高10dB，2m測試距離限值比10m限值提高14dB ，1m測試距離限值比10米提高20dB;

6.相比開闊場背景噪聲30dBuV/m的要求，半屏蔽場地背景噪聲要求3米距離40dBuV/m或1米距離50dBuV/m;

7.接收天線置于與三個面交角均為45度的延長線上，保證能接收3個面的反射和EUT直射;

8.相比開闊場的組合天線，半屏蔽場地使用雙錐和對數(shù)天線更緊湊靈活靈敏;

9.相比開闊場的低不確定度，半屏蔽場地300MHz以下6-10dB裕量在實踐中更為穩(wěn)妥。

通過以上對比可以看出，半屏蔽場地借鑒了標準開闊場的原理，通過增加反射和減小測試距離將EUT信號從環(huán)境背景噪聲中凸顯出來，在不進行屏蔽和吸波設(shè)計的條件下實現(xiàn)了輻射信號的測量，是一種依托標準進行的實踐擴展，并非無源之水無本之木。半屏蔽場地不屬于開闊場，不能用于標準認證測試，僅可以應(yīng)用于EMC研發(fā)工程實踐中的預(yù)測試，且該場地的預(yù)測試依賴經(jīng)驗豐富的EMC工程師的進行設(shè)備操作、參數(shù)設(shè)置以及核查校準。但半屏蔽場地寬松的環(huán)境噪聲電平要求，靈活的場地設(shè)計以及極低成本天然適合大多數(shù)企業(yè)內(nèi)部建設(shè)。依托經(jīng)驗豐富的EMC工程師進行應(yīng)用擴展可以在工程實踐中盡早發(fā)現(xiàn)EMC問題，在實踐中是很有意義的。

半屏蔽場地的應(yīng)用既可以通過轉(zhuǎn)換限值和系數(shù)進行輻射預(yù)測試也可以擴展為子系統(tǒng)/PCB板級預(yù)測試診斷整改場地——通過使用天線測試遠場電場，近場探頭測量近場，電流探頭測量線纜發(fā)射，用顯示器放大頻譜曲線方便比對觀察等方法。 如上圖所示，硬件工程師對PCB板同時進行遠場1米處的電場測試和近場探頭的探測，通過兩者直觀的比較，可以在設(shè)計初期精確掌握初級研發(fā)樣品的EMC性能全景，以便直接評估和優(yōu)化改善設(shè)計，有效減少了溝通成本和EMC檢視的工作量。

半屏蔽場地的應(yīng)用并不依賴昂貴的接收機和自動化測試軟件，使用頻譜儀就能完成對輻射發(fā)射的預(yù)測試和診斷，因此預(yù)算成本投入非常小，但對EMC工程師的能力和經(jīng)驗要求較高。

半屏蔽場地的深入擴展在配備頻譜儀、天線、傳導(dǎo)阻抗網(wǎng)絡(luò) (用于傳導(dǎo)標準測試)、電流探頭( 用于線纜EMI診斷)、電壓探頭( 用于射頻電壓測試，頻譜測試)、近場探頭 (用于EMI診斷探測)、插損夾具 (用于探頭校準和插損測試)、ESD槍( 用于ESD標準測試)、傳導(dǎo)抗擾度測試系統(tǒng) (用于傳導(dǎo)抗擾度測試)、SURGE/EFT組合波發(fā)生器及耦合網(wǎng)絡(luò) 用于浪涌和脈沖群標準測試，可以獲得大部分EMC測試診斷能力，尤其是標準測試暗室不具備的分析診斷能力。實踐中該場地在EMC的預(yù)測試和診斷分析中都取得很好的應(yīng)用效果，在此推薦給大家。

審核編輯：湯梓紅