同步機(jī)傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試技術(shù)的研究

朱 斌，鄧紅艷

（中國(guó)工程物理研究院計(jì)量測(cè)試中心，四川 綿陽(yáng) 621900）

0 引 言

傳導(dǎo)發(fā)射是測(cè)量被測(cè)設(shè)備通過(guò)電源線或信號(hào)線向外發(fā)射的電磁干擾。而通過(guò)電源線對(duì)其他接入電網(wǎng)的儀器設(shè)備干擾，是傳導(dǎo)發(fā)射干擾中最主要的干擾形式[1]，干擾信號(hào)通過(guò)電源線進(jìn)入系統(tǒng)中其他共用電網(wǎng)的設(shè)備。如果系統(tǒng)中其他設(shè)備不能濾除能影響其正常工作的干擾信號(hào)的話，很容易造成儀器設(shè)備不能正常工作。利用同步機(jī)（VST-2型）進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試技術(shù)的研究，來(lái)獲取同步機(jī)在ESIB40電磁干擾測(cè)試系統(tǒng)上傳導(dǎo)發(fā)射預(yù)測(cè)試方法。

1 測(cè)量接收機(jī)進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試原理

ESIB40電磁干擾測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試時(shí)分為硬件和軟件兩部分。硬件部分如圖1所示，是通過(guò)LISN（線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)）將EUT（被測(cè)設(shè)備）與電網(wǎng)分隔，再通過(guò)LISN的信號(hào)輸出端將信號(hào)輸入測(cè)量接收機(jī)。這樣，測(cè)量到的干擾電壓僅為被測(cè)設(shè)備發(fā)射的，不會(huì)混入來(lái)自電網(wǎng)的干擾，也為測(cè)量提供一個(gè)穩(wěn)定的50 Ω阻抗，使測(cè)量的干擾電壓有統(tǒng)一的基準(zhǔn)。軟件部分是基于ES-K1（測(cè)量軟件），來(lái)進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，ES-K1主要有掃描程序（script，即腳本）、掃描表編輯器（scan editor）和系統(tǒng)換能編輯器（system transducer editor）3部分組成。掃描程序用于選擇運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)、掃描表和掃描的頻率范圍，掃描表編輯器是對(duì)每個(gè)頻段掃描時(shí)間、中頻濾波器的選擇、掃描步長(zhǎng)和系統(tǒng)路徑等進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)換能編輯器是對(duì)測(cè)量系統(tǒng)通路中所使用的電纜、衰減器和各種換能器的電參數(shù)進(jìn)行編輯，保存成各種系統(tǒng)路徑文件供掃描表編輯器調(diào)用。

圖1 測(cè)量系統(tǒng)方框圖

2 同步機(jī)傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試

2.1 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的傳導(dǎo)發(fā)射

目前同步機(jī)能夠參照的傳導(dǎo)發(fā)射國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)情況如下：

GB 4824-2004《工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療射頻設(shè)備電磁騷擾特性的測(cè)量方法和限制》[2]等同采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CISPR11：2003；GB 9254-1998《信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線電騷擾限值和測(cè)量方法》[3]等同采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CISPR22：1997。GB 4824-2004是在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療領(lǐng)域通用的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，在我國(guó)的電磁兼容國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中尚無(wú)同步機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。GB 9254-1998是針對(duì)信息技術(shù)設(shè)備，在有限的頻段規(guī)定了干擾限值，該限值保障無(wú)線電廣播和電信業(yè)務(wù)。一般情況，電磁干擾限值的選擇由用戶提供，而該課題中所采用的標(biāo)準(zhǔn)干擾限值是參照GB 4824-2004和GB 9254-1998。

2.2 場(chǎng)地選擇

測(cè)試在屏蔽室中進(jìn)行，可以將空間中的電磁干擾的影響降低到最小，從而保證對(duì)同步機(jī)傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試的準(zhǔn)確性。

2.3 系統(tǒng)配置

測(cè)量接收機(jī)為R&S公司引進(jìn)的ESIB40，測(cè)量軟件為R&S公司的 ES-K1，LISN為R&S公司的ESH3-Z5，衰減器為Weinschel公司的10dB衰減器。

2.4 測(cè)試步驟及測(cè)試方法

同步機(jī)VST-2型（序號(hào)：20030077）放在離地面80cm高的實(shí)驗(yàn)桌上，與LISN之間的平行距離80cm，儀器自帶電源線長(zhǎng)度1m，超長(zhǎng)部分折疊為0.4m長(zhǎng)，LISN應(yīng)接地良好，這樣可以有效降低EUT的電源線通過(guò)空間對(duì)輸入測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)干擾[4]。硬件連接如圖1所示，接收機(jī)前端接10dB衰減器，是因?yàn)長(zhǎng)ISN測(cè)量連續(xù)波傳導(dǎo)干擾需特別注意過(guò)載問(wèn)題，被測(cè)件因開關(guān)或瞬時(shí)斷電會(huì)引起瞬態(tài)尖峰，其幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)接收機(jī)的測(cè)量范圍，很容易損壞接收機(jī)，所以接收機(jī)前端接10dB衰減器作為過(guò)載保護(hù)。

測(cè)量系統(tǒng)的控制程序，首先在ES-K1的掃描表編輯器下，將測(cè)量系統(tǒng)中需要的LISN的插入損耗調(diào)入掃描表編輯器，再把回路中接入的衰減器和電纜等帶有插入損耗的附件用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得其插入損耗，通過(guò)ES-K1中的系統(tǒng)換能編輯器將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入后編輯成文件，添加到掃描表編輯器中相應(yīng)位置；其次，選擇好需要測(cè)試的頻率范圍、中頻帶寬、掃描時(shí)間和檢波方式等一系列需要測(cè)試的指標(biāo)，然后在相應(yīng)的傳導(dǎo)發(fā)射掃描程序中調(diào)用該掃描表進(jìn)行測(cè)試。這里需注意的是以上參數(shù)設(shè)置應(yīng)合理，否則測(cè)量結(jié)果的誤差會(huì)很大。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，在掃描表編輯器中掃頻范圍設(shè)置成150 kHz～30 MHz，中頻帶寬為9 kHz，而接收機(jī)的步長(zhǎng)（step size）約為中頻帶寬的一半為佳，故設(shè)為5kHz。設(shè)置檢波方式時(shí)，在參考了GB 4824-2004和GB 9254-1998后發(fā)現(xiàn)，對(duì)于150kHz～30MHz頻率段的標(biāo)準(zhǔn)限值均為準(zhǔn)峰值和平均值，如果要符合該類標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試時(shí)，就需使用相同的檢波方式。而準(zhǔn)峰值測(cè)試時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)（在150kHz～30MHz頻率段掃描一次約1h左右），所以一般采用峰值掃描。在參數(shù)設(shè)置中，將比電壓準(zhǔn)峰值限值線低6 dB以上的幅值做準(zhǔn)峰值測(cè)量，一次掃描做6個(gè)最大點(diǎn)。這樣，可以保證在進(jìn)行電壓值掃描時(shí)可以準(zhǔn)確知道是否符合電壓準(zhǔn)峰值限值線。最后，進(jìn)行限值線的設(shè)置。限值線是為了直觀反映，整個(gè)頻段掃描完成后是否符合所用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以讀出EUT電源線中零線、火線對(duì)地和本身的電磁干擾信號(hào)。在測(cè)試中使用的限值線是根據(jù)GB 4824-2004中的B類（A類為非家用設(shè)備，B類為家用設(shè)備，B類規(guī)定的限值更嚴(yán)格，因此選用B類）編輯的。另外，GB 9254-1998中B級(jí)（A級(jí)為工作環(huán)境中使用，B級(jí)為生活環(huán)境中使用）規(guī)定的限值等同于GB 4824-2004中的B類，均如表1所示。

表1 GB 4824-2004中的B類電壓干擾限值

3 測(cè)試及結(jié)果分析

環(huán)境底噪是指同步機(jī)未通電的情況下，測(cè)得LISN上耦合的電網(wǎng)干擾電壓。圖2～圖9中曲線含義均如圖2標(biāo)注所示。

在進(jìn)行環(huán)境底噪測(cè)試中，對(duì)線N（火線）和線L（零線）分別進(jìn)行了對(duì)地和浮地2次測(cè)試。如圖2～圖5所示，環(huán)境底噪均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值6dB，滿足GB 4824-2004和GB 9254-1998關(guān)于對(duì)測(cè)試環(huán)境的要求。

圖2 線L對(duì)地之間的環(huán)境底噪

圖3 線N對(duì)地之間的環(huán)境底噪

圖4 線L上的環(huán)境底噪

圖5 線N上的環(huán)境底噪

圖6 線L對(duì)地之間的電磁干擾

圖7 線N對(duì)地之間的電磁干擾

圖8 線L上的電磁干擾

圖9 線N上的電磁干擾

圖6～圖9是對(duì)同步機(jī)正常工作時(shí)所做的測(cè)試。從圖中可以看出，被測(cè)的同步機(jī)符合該次測(cè)試中所使用的標(biāo)準(zhǔn)限值。平均值測(cè)量曲線是選取了6個(gè)最大值進(jìn)行了標(biāo)注，而對(duì)于峰值測(cè)量曲線，是對(duì)6個(gè)最大值進(jìn)行準(zhǔn)峰值測(cè)量后給出的結(jié)果。這樣，6個(gè)最大的準(zhǔn)峰值點(diǎn)未超過(guò)準(zhǔn)峰值限值的話，那么其他點(diǎn)就不用進(jìn)行準(zhǔn)峰值測(cè)量，從而大大縮短了測(cè)量時(shí)間。

4 使用頻譜分析儀對(duì)測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證

考慮到同步機(jī)傳導(dǎo)發(fā)射產(chǎn)生的干擾信號(hào)是窄帶信號(hào)，預(yù)選器和檢波器的作用不明顯，采用不帶預(yù)選器的頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證是可行的[5]。

對(duì)于驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果的硬件連接，如圖10所示。由于同步機(jī)在測(cè)試中每一次開機(jī)在同一頻率點(diǎn)下干擾信號(hào)都會(huì)有所不同，這樣會(huì)影響驗(yàn)證測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以利用功分器，在同一次開機(jī)時(shí)，分別用接收機(jī)和頻譜儀對(duì)同一頻率點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，來(lái)加以驗(yàn)證。

在測(cè)量中，頻譜儀的單位為dBm，而接收機(jī)的使用單位為dBμV，為了便于比較，通過(guò)以下公式[6]進(jìn)行換算：

PdBm=UdBμV-107（對(duì)于50Ω的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)）

圖10 驗(yàn)證試驗(yàn)的硬件連接方框圖

以圖8的測(cè)量情況來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)中各點(diǎn)頻點(diǎn)插入損耗如表2所示。在接收機(jī)采用檢波方式為平均值方式和頻譜儀測(cè)量結(jié)果比較如表3所示。

表2 系統(tǒng)插入損耗

表3 測(cè)量結(jié)果比較

通過(guò)換算公式，可以看出測(cè)量結(jié)果均相差1 dB左右，因此接收機(jī)在整個(gè)掃描中的結(jié)果是可靠的，從而證明測(cè)試方法可行。

5 結(jié)束語(yǔ)

利用同步機(jī)（VST-2型）進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試技術(shù)的研究，建立和完善了傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)，獲取了在ESIB40電磁干擾測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射預(yù)測(cè)試方法。可以根據(jù)用戶的需求，進(jìn)行軍標(biāo)和民標(biāo)的傳導(dǎo)發(fā)射預(yù)測(cè)試，頻率范圍為150 KHz～30 MHz，檢波方式為準(zhǔn)峰值和平均值方式的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試裝置。目前該方法已應(yīng)用于各類儀器設(shè)備傳導(dǎo)發(fā)射的日常測(cè)試中。

[1] 陳淑鳳.電磁兼容實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.

[2]GB 4824—2004工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療射頻設(shè)備電磁騷擾特性的測(cè)量方法和限制[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[3]GB 9254—1998信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線電騷擾限值和測(cè)量方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[4] 徐加征.電源接地方式對(duì)傳導(dǎo)騷擾的影響[J].安全與電磁兼容，2007（4）：57-60.

[5] 呂文.EMI測(cè)量?jī)x器的選擇和使用[J].安全與電磁兼容，2007（2）：42-47.

[6]GB 6833.9—1987電子測(cè)量?jī)x器電磁兼容性試驗(yàn)規(guī)范傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.