常用的EMC測(cè)試儀器簡(jiǎn)介

電流感應(yīng)器
電流感應(yīng)器是引用荷爾效應(yīng)(Hall effect)，從流動(dòng)導(dǎo)線之電流穿過(guò)電流感應(yīng)器產(chǎn)生磁場(chǎng)，執(zhí)行CE101/CE102等傳導(dǎo)干擾測(cè)試時(shí)，利用電流感應(yīng)器來(lái)感應(yīng)偵測(cè)導(dǎo)線所溢放射出之雜訊。

電源阻抗模擬網(wǎng)路(LISN)
電源阻抗模擬網(wǎng)路是一種耦合電路，主要用來(lái)提供干凈之DC/AC電源品質(zhì)，阻擋待測(cè)件雜訊回饋至電源及RF耦合，內(nèi)部電路架構(gòu)與阻抗特性曲線詳如圖。早期軍規(guī)傳導(dǎo)干擾測(cè)試是以10厲貫穿電容為主，電源阻抗模擬網(wǎng)路(LISN) 為輔，1993年以來(lái)，軍規(guī)MIL-STD-462D要求改以LISN為主，所用導(dǎo)電桌或木桌上接地平面 (Ground Plane)皆配備LISN作測(cè)試，而CISPR商規(guī)要求所用木桌上也配備LISN作測(cè)試。

EMI測(cè)試接收機(jī)
EMI測(cè)試接收機(jī)是EMC試驗(yàn)中最常用之基本測(cè)試儀器，EMI測(cè)試接收機(jī)實(shí)際上是含高頻選頻放大之超外差接收機(jī)，其靈敏度可通過(guò)輸入回路之可調(diào)衰減器來(lái)調(diào)變，由于測(cè)試訊號(hào)輸入常常是極寬之頻譜訊號(hào)，運(yùn)用可調(diào)諧高頻選擇器對(duì)輸入訊號(hào)進(jìn)行預(yù)選，可以改善混頻器之工作狀況，中頻放大器和中頻選擇器用來(lái)確定儀器之通行頻帶，并對(duì)訊號(hào)進(jìn)行功率放大。基于測(cè)試接收機(jī)之頻率響應(yīng)特性要求，按CISPR16規(guī)定，測(cè)試接收機(jī)應(yīng)有四種基本檢波方式︰準(zhǔn)峰值檢波、均方根值檢波、峰值檢波及平均值檢波。然而，大多數(shù)電磁干擾都是脈沖干擾，它們對(duì)音頻影響之客觀效果是隨著重復(fù)頻率之增高而增大，具有特定時(shí)間常數(shù)之準(zhǔn)峰值檢波器之輸出特性，可以近似反應(yīng)這種影響。因此在無(wú)線廣播頻率領(lǐng)域，CISPR所推薦之電磁相容性規(guī)范採(cǎi)用準(zhǔn)峰值檢波。由于準(zhǔn)峰值檢波既要利用干擾訊號(hào)之幅度，又要反映它之時(shí)間分布，因此其充電時(shí)間常數(shù)比峰值檢波器大，而放電時(shí)間常數(shù)比峰值檢波器小，對(duì)不同頻譜段應(yīng)有不同之充放電時(shí)間常數(shù)，這兩種檢波方式主要用于脈沖干擾測(cè)試。瞬間變化及重復(fù)頻率很低之脈沖干擾源已成為主流，使用準(zhǔn)峰值檢波器已不能客觀評(píng)估此類(lèi)干擾之特性，軍規(guī)測(cè)試EMC對(duì)于單一脈沖或重復(fù)頻率很低之脈沖進(jìn)行檢測(cè)，常用峰值檢波，由于峰值檢波是要測(cè)試出干擾訊號(hào)振幅之最大值，故它只取決于訊號(hào)之幅度而與時(shí)間無(wú)關(guān)，其充電放電時(shí)間常數(shù)比值 TC/TD 要足夠小，通常TC/TD為幾百分之一。平均值檢波主要用來(lái)測(cè)試窄頻之連續(xù)波、調(diào)諧波干擾，其充放電時(shí)間常數(shù)比值TC/TD為1。
若是干擾經(jīng)常由許多獨(dú)立之脈沖源產(chǎn)生，而往往是隨機(jī)的，則最好使用均方根檢波器。選用檢波器取決于被測(cè)受干擾源之性質(zhì)以及所受保護(hù)之對(duì)象，對(duì)于同一干擾雜訊用不同檢波器測(cè)得之值是不同，而各種檢波器對(duì)脈沖干擾之相對(duì)響應(yīng)也是不同。但將測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)轉(zhuǎn)換后，仍可得出一致之結(jié)果，有些接收機(jī)只有峰值或準(zhǔn)峰值檢波器，此時(shí)只需通過(guò)準(zhǔn)峰值或峰值轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，就能滿足不同之測(cè)試要求。

頻譜分析儀
頻譜分析儀之檢波器為峰值檢波，因而滿足軍規(guī)EMC測(cè)試要求，但不符合歐美EMC商規(guī)及我國(guó)電磁相容性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(CNS13430系列)規(guī)定之極限值測(cè)試。為此必須在輸入端配備預(yù)選器(Preselector)以防止混頻器飽和，改善頻譜分析儀之 S/N比，提高靈敏度，并且在中頻輸出端配備準(zhǔn)峰值轉(zhuǎn)換器或檢波器。則系統(tǒng)靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍也提高，就可以滿足軍規(guī)EMC測(cè)試及 CISPR標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。
EMI測(cè)試接收機(jī)與頻譜分析儀兩類(lèi)設(shè)備各有優(yōu)缺點(diǎn)︰測(cè)試接收機(jī)之優(yōu)點(diǎn)有測(cè)試準(zhǔn)確度高、動(dòng)態(tài)范圍大、頻率分辨率高、靈敏度高、互調(diào)干擾小及有四種基本檢波方式；缺點(diǎn)就是不能像頻譜儀分析儀在很寬之頻率范圍內(nèi)展開(kāi)觀察，而對(duì)被測(cè)訊號(hào)無(wú)法快速進(jìn)行頻譜分析和振幅測(cè)試。頻譜分析儀之優(yōu)點(diǎn)是能在很寬廣之頻率范圍內(nèi)觀察而迅速地對(duì)被測(cè)訊號(hào)進(jìn)行頻譜分析和振幅測(cè)試、測(cè)試設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單及測(cè)試比較方便；缺點(diǎn)就是測(cè)試準(zhǔn)確度相對(duì)差一些、頻率分辨率較低、互調(diào)干擾大、選擇性較差及祇有單一峰值檢波方式。
EMC測(cè)試用天線
電磁相容性測(cè)試頻率范圍從幾10Hz到幾10GHz，在這么寬之頻率范圍內(nèi)作電磁干擾及電磁耐受性測(cè)試，所用天線種類(lèi)繁多，且必須借助各種探測(cè)天線把被測(cè)場(chǎng)強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電壓。電磁相容性試驗(yàn)中各頻段優(yōu)先使用之天線，包括在150Hz～30MHz採(cǎi)用棒狀與環(huán)路天線，30MHz～300MHz採(cǎi)用偶極與雙錐天線，300MHz～1GHz採(cǎi)用偶極、對(duì)數(shù)週期及對(duì)數(shù)螺旋天線，1GHz～40GHz採(cǎi)用喇叭天線，這些天線之相關(guān)參數(shù)與理論可參考制造廠商提供天線出廠之資料。電磁相容性測(cè)試用天線具有下列特點(diǎn)︰廣泛的應(yīng)用到寬頻帶天線，為了提高測(cè)試速度，不得不採(cǎi)用寬頻帶天線，除非只對(duì)少數(shù)已知之干擾頻率點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。寬頻頻帶天線在出廠前提供校正曲線，使用時(shí)需輸入此天線因素。天線增益不高，方向性不甚明顯。不少試驗(yàn)用天線都工作在近場(chǎng)區(qū)，測(cè)試結(jié)果對(duì)測(cè)試距離很敏感，為此試驗(yàn)中必須嚴(yán)格按試驗(yàn)規(guī)定進(jìn)行。其次，在近場(chǎng)區(qū)電場(chǎng)、磁場(chǎng)之比(波阻抗)不再是個(gè)常數(shù)，所以有些天線雖然給了電場(chǎng)、磁場(chǎng)之校正系數(shù)，但只有當(dāng)這些天線作遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)才有效，測(cè)試近場(chǎng)干擾時(shí)，電場(chǎng)與磁場(chǎng)測(cè)試結(jié)果不能再按此換算，這是在試驗(yàn)中容易忽略之問(wèn)題。天線之場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍較寬，應(yīng)根據(jù)測(cè)試對(duì)象正確選用，電磁相容性試驗(yàn)之場(chǎng)強(qiáng)相差很大，對(duì)強(qiáng)大場(chǎng)強(qiáng)雖然可用衰減器擴(kuò)大天線量測(cè)范圍，但應(yīng)以不損壞天線轉(zhuǎn)換器為前提。收、發(fā)天線有時(shí)是不能互易，如同為雙錐天線，收、發(fā)用天線有區(qū)別，收、發(fā)環(huán)路天線也不同，使用時(shí)不能互換。

平行板天線
車(chē)輛零組件執(zhí)行電磁場(chǎng)輻射耐受性試驗(yàn)(ISO 11452-6)時(shí)，需要均勻橫電磁波之測(cè)量環(huán)境。利用平行板線，在其一端接相應(yīng)之訊號(hào)產(chǎn)生器與功率放大器，另一端接匹配負(fù)載，可在兩平行板間產(chǎn)生橫電磁波之行波狀態(tài)，平行板線之工作頻率與終端負(fù)載之匹配情況有關(guān)，而且與平行板之間之距離d成反比，距離越大，上限工作頻率越低。隨頻率上升，傳輸訊號(hào)送到平皮間距d時(shí)，平行板在其開(kāi)放之側(cè)面將產(chǎn)生強(qiáng)烈輻射，以致于影響周?chē)渌鼫y(cè)試設(shè)備之工作，甚至危害試驗(yàn)人員之健康。
因此，當(dāng)其內(nèi)部電場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，應(yīng)將其放在電磁隔離室內(nèi)，或在其開(kāi)放之側(cè)面佈置適當(dāng)之可移動(dòng)吸波材料墻。當(dāng)頻率進(jìn)一步提高時(shí)，板間將出現(xiàn)高次模，使板間電磁場(chǎng)發(fā)生畸變，一般把出現(xiàn)高次模之頻率定為平行板線之上限頻率。當(dāng)待測(cè)件置于平行板時(shí)，原來(lái)之均勻電場(chǎng)將發(fā)生畸變，為此通常規(guī)定待測(cè)件之體積應(yīng)小于兩板中間體積之1/3。與一般採(cǎi)用輻射天線對(duì)待測(cè)件進(jìn)行電場(chǎng)輻射耐受性試驗(yàn)相比，平行板線有下列優(yōu)點(diǎn)︰可在寬頻段范圍內(nèi)產(chǎn)生平面波場(chǎng)；所有能量集中在平行板間，因而電磁能量利用率高，不需很大瓦特?cái)?shù)之功率訊號(hào)放大器就可在板間產(chǎn)生高于25V/m之場(chǎng)強(qiáng)(車(chē)輛零組件規(guī)格)；平行板線之造價(jià)與其它產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)，用以進(jìn)行電磁耐受性試驗(yàn)之方法和裝置相比，成本較低。其主要缺點(diǎn)是︰僅適用于如車(chē)輛零組件等小型設(shè)備之試驗(yàn)，對(duì)周?chē)椛漭^為嚴(yán)重，影響監(jiān)測(cè)儀器之功能及操作人員之健康。這些缺點(diǎn)限制了應(yīng)用，從1980年以來(lái)，平行板線已逐漸被橫電磁波室所取代，但在電磁脈沖(EMP)研究中，仍將其作為場(chǎng)強(qiáng)模擬裝置。

橫電磁波室 (TEM/GTWM CELL)
橫電磁波(Transverse Electro Magnetic，TEM)室是利用傳輸線原理，由同軸線演變而來(lái)，一種內(nèi)部能傳輸均勻橫電磁波之長(zhǎng)方形測(cè)試室。它是電子電機(jī)設(shè)備電場(chǎng)輻射耐受性試驗(yàn)之理想裝置，除了可進(jìn)行射頻連續(xù)波耐受性，脈沖波耐受性試驗(yàn)外，還可用于測(cè)試電子電機(jī)設(shè)備所產(chǎn)生之輻射干擾，及作為對(duì)各種近場(chǎng)測(cè)試探夾(如電流注入感應(yīng)器、電壓感應(yīng)器、場(chǎng)強(qiáng)感應(yīng)器等)進(jìn)行校正用之標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)源裝置。
橫電磁波室由矩形外導(dǎo)體和平板中心接地導(dǎo)電板所構(gòu)成，兩端通過(guò)四面尖錐過(guò)渡區(qū)與精密50咫冷型同軸連接器連接，接地導(dǎo)電板用絕緣支架固定，將橫電磁波室分成兩部分。待測(cè)件之供電系統(tǒng)通過(guò)電源濾波器進(jìn)入，長(zhǎng)方形橫電磁波室之優(yōu)點(diǎn)是腔體內(nèi)之場(chǎng)強(qiáng)比較均勻，而正方形橫電磁波室之優(yōu)點(diǎn)是在相同可用空間條件下，工作頻率范圍較寬，所需用料省，體積較小。與平行板線相類(lèi)似，待測(cè)件在橫電磁波室占有之空間一般不超過(guò)接地導(dǎo)電板到底板間距的三分之一和前后壁板間距的三分之一，橫電磁波室之工作頻率與終端負(fù)載之匹配情況有關(guān)，上限頻率依賴(lài)于接地導(dǎo)電板到上下底板間距之尺寸，而且與接地導(dǎo)電板到底板間距d成反比，距離越大，上限工作頻率越低。為了使橫電磁波室之工作頻率提高到 1GHz范圍，于是GTEM(Gigahertz TEM)橫電磁波室因應(yīng)而生，它之外型是斜面角錐狀，詳加說(shuō)明如圖，待測(cè)件放置方式與TEM橫電磁波室類(lèi)似，如圖所示，有各種不同之終端負(fù)載，因?yàn)楣ぷ黝l率與終端負(fù)載之匹配情況有關(guān)，目前歐美EMC商規(guī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用GTEM橫電磁波室來(lái)執(zhí)行輻射發(fā)射與輻射耐受性測(cè)試。