安捷倫近場(chǎng)電磁干擾源探測(cè)定位解決方案

概述

　　如果一個(gè)新產(chǎn)品在電磁干擾（EMI ）預(yù)兼容測(cè)試或者標(biāo)準(zhǔn)兼容測(cè)試中失敗，進(jìn)行故障診斷和改進(jìn)是當(dāng)務(wù)之急。而近場(chǎng)探頭配合頻譜分析儀查找干擾源，并驗(yàn)證改進(jìn)效果是最常見(jiàn)易行的方法。

　　圖一 安捷倫X系列信號(hào)分析儀和N9311X-100 近場(chǎng)探頭

　　近場(chǎng)測(cè)試綜述

　　在認(rèn)證機(jī)構(gòu)中，使用經(jīng)過(guò)各類(lèi)校準(zhǔn)的天線進(jìn)行輻射泄露測(cè)試，都是進(jìn)行的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射泄漏測(cè)試，可以準(zhǔn)確定量的告訴我們被測(cè)件是否符合相應(yīng)的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。但是遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試無(wú)法告訴工程師，嚴(yán)重的輻射問(wèn)題到底是來(lái)自于殼體的縫隙，還是來(lái)自連接的電纜，或USB ，LAN 之類(lèi)的通信接口。在這種情況下，我們可以通過(guò)近場(chǎng)測(cè)試的方法來(lái)定位輻射的真正來(lái)源。

　　近場(chǎng) EMI 測(cè)量的問(wèn)題在于使用近場(chǎng)探頭的測(cè)量結(jié)果和使用天線進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量的結(jié)果無(wú)法直接進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。但是存在一個(gè)基本原理：近場(chǎng)的輻射越大，遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射也必然越大。所以使用近場(chǎng)探頭測(cè)量，實(shí)際上是一個(gè)相對(duì)量的測(cè)量，而不是精確的絕對(duì)量測(cè)量。使用近場(chǎng)探頭進(jìn)行 EMI 預(yù)兼容測(cè)試時(shí)，我們常常把新被測(cè)件測(cè)試結(jié)果和一個(gè)已知合格被測(cè)件的近場(chǎng)探頭測(cè)試（近場(chǎng)測(cè)試）結(jié)果進(jìn)行比較，來(lái)預(yù)測(cè)EMI 輻射泄漏測(cè)試（遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試）的結(jié)果，而不是直接和符合EMI兼容標(biāo)準(zhǔn)的限制線進(jìn)行比較。同時(shí)，測(cè)試的絕對(duì)數(shù)值意義也不大，因?yàn)檫@個(gè)測(cè)試結(jié)果和諸多變量，包括探頭的位置方向、被測(cè)件的形狀等會(huì)密切相關(guān)。

近場(chǎng)探頭的種類(lèi)及主要特點(diǎn)

　　電磁場(chǎng)是由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。在近場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同存在，其強(qiáng)度不構(gòu)成固定關(guān)系。以電場(chǎng)為主還是磁場(chǎng)為主，主要是由發(fā)射源的類(lèi)型決定的。簡(jiǎn)而言之，在高電壓，低電流的區(qū)域，電場(chǎng)大于磁場(chǎng)。高電流，低電壓的區(qū)域，磁場(chǎng)大于電場(chǎng)。同時(shí)在主要的EMI 測(cè)試頻段，磁場(chǎng)隨著距離的變化要快于電場(chǎng)。

　　因?yàn)榇艌?chǎng)是由電流產(chǎn)生的，所以最常見(jiàn)的發(fā)射源包括芯片，器件的管腳、PCB 上的布線、電源線及信號(hào)線纜。最常見(jiàn)的磁場(chǎng)探頭多為環(huán)狀，當(dāng)磁場(chǎng)傳播線和探頭環(huán)面垂直的時(shí)候，測(cè)量數(shù)值最大。所以在測(cè)量過(guò)程中，工程師一般需要旋轉(zhuǎn)探頭的方向來(lái)測(cè)量到最大的磁場(chǎng)數(shù)值，同時(shí)避免遺漏重要的發(fā)射源。

　　電場(chǎng)是由電壓產(chǎn)生，主要的發(fā)射源包括一些未端接器件的線纜 、連接高阻器件的PCB 布線等。最簡(jiǎn)單的電場(chǎng)探頭類(lèi)似一根小天線。有人甚至把同軸電纜前端的一小段屏蔽層剝開(kāi)，露出芯線來(lái)構(gòu)成簡(jiǎn)單的電場(chǎng)探頭進(jìn)行使用。在沒(méi)有屏蔽設(shè)備的情況下，電場(chǎng)探頭的問(wèn)題是比較容易拾取到環(huán)境中存在的電磁波信號(hào)，如蜂窩通信的上下行信號(hào)，從而影響到整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。

　　選擇近場(chǎng)探頭往往要考慮幾個(gè)重要因素，包括分辨率 、靈敏度和頻率響應(yīng)等。

　　近場(chǎng)探頭的靈敏度不是一個(gè)絕對(duì)的指標(biāo)，關(guān)鍵是看探頭和配合使用的頻譜分析儀或者接收機(jī)能不能容易的測(cè)量到輻射泄漏信號(hào)，并且有足夠的裕量去觀察改進(jìn)后的變化。如果頻譜儀的靈敏度很高，我們可以選擇靈敏度相對(duì)較低一些的探頭。反之就必須選擇靈敏度高的探頭，甚至考慮外接前置放大器提高整體系統(tǒng)的靈敏度。

　　分辨率也就是探頭分辨干擾源位置的能力。而通常來(lái)說(shuō)分辨率和靈敏度是一對(duì)矛盾體。以我們最常用的環(huán)狀磁場(chǎng)探頭為例，尺寸越大的環(huán)狀探頭，靈敏度往往越高，測(cè)試面積越大，從而分辨率就會(huì)越低。而比較推薦的辦法是選用一組多個(gè)尺寸的探頭，在大范圍測(cè)試的時(shí)候