關于CS116 10 kHz～100 MHz 電纜束阻尼正弦瞬態傳導敏感度的研究

胡一軒

（江蘇省中國船舶工業集團第七一六研究所，連云港 222000）

引言

電磁兼容試驗技術中CS116 電纜束阻尼正弦瞬態傳導敏感度是國內EMC 檢測項目中的重點項目之一，然而對于相關試驗項目的整改方向和設計思路一直有所缺乏。對于如何從設計和試驗層面提升相關EUT 的抗干擾的能力是國內國外都亟待解決的問題。本文旨在通過模擬不同阻抗特性的電纜回路在CS116 測試項中的表現，尋找設計不同阻抗特性與EUT 抗干擾能力強弱的關聯性，尋找可行的整改設計方向。實現了抗干擾能力提升的設計思路?？偨Y了相對應的方法。

1 測試試驗標準的相關研究

1.1 CS116 試驗合格標準

CS116 10 kHz～100 MHz 電纜束的阻尼瞬態正弦傳導的敏感度電磁兼容測試，是測試連接EUT 的互聯電纜束以及電源線纜的一項EMC 敏感度測試，測試的目的旨在檢驗EUT 工作狀態下繼受阻尼正弦瞬態干擾信號的抗干擾能力，尋找電纜阻抗狀態與EUT 試驗合格結果關聯性。

1.2 校準

試驗前按照試驗標準中規定的圖1 校準配置進行校準。

圖1 CS116 校驗配置

測試設備如下:

1）阻尼正弦瞬態信號發生器，輸出阻抗不大于100 Ω。

2）注入探頭。

3）存儲示波器，50 Ω。

4）校驗裝置：5 特性阻抗為0 Ω 特性阻抗的同軸傳輸線。傳輸線纜的兩端為同軸連接器，中心導體周圍預留空間可以接入校驗測試設備的注入探頭。

5）監測探頭。

6）衰減器，50 Ω。

7）測量接收機。

8）同軸負載，50 Ω。

按圖1 完成配置后，依據圖2 信號波形和圖3 規定的峰值電流進行校準，在0.01 MHz、0.1 MHz、1 MHz、10 MHz、30 MHz 和100 MHz 的六個頻點上進行測試。測試信號重復率從不小于0.5 個脈沖/ 秒至不大于1個脈沖/秒。在每個頻率點應施加至少脈沖5 min。在校準時，為確保實驗結果的可靠性與準確性，降低設備差異對實驗結果的干擾，校驗裝置在已知的六個頻點校驗時，均使用50 Ω 阻抗特性的同軸傳輸線、匹配負載。

圖3 信號波形

1.3 測試方法

1.3.1 CS116 抗擾度測試的試驗方法

實驗時先按照圖4 的測試配置搭建測試環境系統，在0.01 MHz、0.1 MHz、1 MHz、10 MHz、30 MHz 和100 MHz 的六個頻點上進行測試。瞬態阻尼正弦干擾信號的施加重復率為1 個脈沖/秒。將阻尼信號發生器功放調整到各個頻點校準值，信號發生器所產生的阻尼瞬態干擾信號通過探頭注入，同時使用監測探頭方向測量探頭中接收到的感應電流，并記錄檢測峰值電流值。

圖4 CS116 測試配置

圖5 試驗系統原理圖

1.3.2 試驗系統原理

CS116 的測試系統是由阻尼正弦瞬態信號發生器、注入探頭、監測探頭、儲存示波器、衰減器、同軸電纜組成。信號發生器功放幅度由圖2 所示校準電流峰值校準后得到幅度數值確認注入信號統一。試驗時，正弦干擾信號由阻尼正弦瞬態信號發生器調制并發出，逐漸增加信號發生器輸出電平直至達到校準幅度數值，過程中監測EUT 工作狀態，經過注入探頭耦合饋入工作狀態的EUT 被測電纜。被測電纜信號通過電流監測探頭以及衰減器傳輸進儲存示波器，在儲存示波器上0.01 MHz、0.1 MHz、1 MHz、10 MHz、30 MHz 和100 MHz 的六個頻點記錄被測電纜電流峰值。

使用50 Ω 監測探頭與示波器連接，示波器的電壓測量值除以50 Ω 則為測量的干擾電流值。從1.3 試驗方法以及試驗系統原理可以得出，在試驗過程中，EUT 被測電纜阻抗特性對試驗有影響，測量的干擾電流峰值與校驗的電流峰值有差別。由此可以得出不同阻抗特性電纜，在被施加同樣幅度的干擾信號時，注入電纜中的干擾信號是不同的。以此為依據，通過調整電路中的電感或者電流的參數大小，改變整體回路的阻抗特性，使用導線磁環，電阻和導線回路，模擬不同阻抗特性的EUT 被測電纜在工作狀態下不同的阻抗特性，以及不同阻抗特性對試驗效果和EUT 抗阻尼瞬態正弦信號干擾能力的影響。

2 試驗模型設計

根據1.3.2 的CS116 試驗設計搭建原理可以得出，試驗干擾的影響因素主要取決于被測回路模型的阻抗特性，因為不同EUT 的阻抗特性不同，實際的干擾注入信號的大小也不同，實驗模型的設計基于此理念，通過改變回路中不同組件（電阻磁環）的參數（電阻，電感，電容），從而調整阻抗特性作為變量，研究測試試驗模型在不同的阻抗特性下的抗干擾能力。

2.1 被測電纜束的直流電阻（R）值的變化量對注入正弦信號干擾的影響

2.1.1 設計試驗方法

按照實驗原理圖，如圖6，搭建三種不同電阻的試驗模型，以電阻值R 為變量，使用電阻極?。≧0）、電阻值50 Ω（R1）、以及電阻值極大（R2），即R0 ＜R1 ＜R2 三種模型進行實驗類比。使用阻尼正弦瞬態信號發生器分別在0.01 MHz、0.1 MHz、1 MHz、10 MHz、30 MHz 和100 MHz 的六個頻點注入干擾的阻尼正弦瞬態信號，并由示波器記錄被測電纜電壓峰值。

圖6 直流電阻實驗原理圖

2.1.2 試驗結果的數據對比

在圖7 所示的三種不同模型試驗中，監測探頭監測到的試驗數據曲線，橫坐標為0.01 MHz、0.1 MHz、1 MHz、10 MHz、30 MHz 和100 MHz 的六個頻點，縱坐標為檢測到的電壓幅度（V）。從圖7 的對比中可以看出，在六個測試頻點上對于線纜的電阻值越高，電壓幅度越小VR0＞VR1＞VR2（R0 ＜R1 ＜R2），電纜收到的阻尼正弦瞬態干擾信號越弱。在實際的CS116 試驗整改過程中，可以考慮增加電纜對應頻率的電阻，以抑制電流，從而提升阻抗特性、降低干擾。

圖7 電阻變量的監測電壓曲線圖

2.2 被測電纜電感量L 值對干擾信號的影響

2.2.1 試驗方法

試驗按照圖8 中（a）（b）（c）三種情況搭建不同電感的試驗模型。分別對應，無增加電感電纜回路L0，電感量小電纜回路L1 和電感量大電纜回路L2 。在模型L0 中，不添加磁環來增加電感量，L1 使測量電纜繞磁環2 圈，L2 使測量電纜繞磁環5 圈。三種狀態即L0 ＜L1＜L2，以三種狀態分別于0.01 MHz、0.1 MHz、1 MHz、10 MHz、30 MHz 和100 MHz 的六個頻點施加相同量級的尖峰干擾，并且用示波器監測記錄下六個頻點的電壓值。

圖8 電感變量模型圖

2.2.2 試驗結果的數據分析

圖9 所示為上述三種不同電感量模型試驗中，監測探頭所記錄的試驗數據曲線圖，橫坐標為0.01 MHz、0.1 MHz、1 MHz、10 MHz、30 MHz 和100 MHz 的六個頻點，縱坐標為檢測到的電壓幅度（V）。從圖9 可知在六個測量頻點上，線纜的電感量對實際加載幅度影響較為明顯，特別是在0.01 MHz 以及0.1 MHz 上。檢測探頭電壓值VL0＞VL1＞VL2（L0 ＜L1 ＜L2）隨著纜線回路模型的電感量增大而減小?；芈分须姼辛吭酱?，被測電纜承受的干擾越小。在實際CS116 實驗中，可以通過在回路里增加共模電感或者加裝磁環，來提高整體的阻抗，以此抑制干擾。

圖9 不同電感監測電壓值曲線圖

3 分析

根據如圖所示的監測電壓曲線圖分析可知，被測電纜束中分布阻抗的變化，在CS116 試驗六個頻率點中對實際注入電纜回路的電磁干擾產生影響，特別是在中低頻點的影響更為明顯，負載阻抗，導體的電阻，以及高頻交流電阻抗，分布阻抗組成了被測的電纜回路的阻抗?？梢詮囊陨蠋讉€方向著手改善CS116 項目的抗干擾能力。

3.1 導體的直流電阻

被測電纜作為導體的直流電阻可以簡單的通過公式得到，電纜束的直流電阻值公式為：RDC=ρ×l/S，分別為導體電阻率ρ，導體長度l，導體的橫截面積S。在模擬的測量模型回路中，被測電纜束作為導體的電阻率相對阻抗的影響可以忽略。實際試驗中，直流電阻的阻抗影響無法提升，因此相關直流電阻方向的抗干擾提升手段也無法改善。但是可以考慮增加EUT 的負載電阻來增強相關能力。

3.2 導體的高頻交流電阻

趨膚效應的原理是，在導體中由于交流電形成交變磁場時，會產生一個渦流電場，其方向與交變電流本身方向相反，導致抑制電流的增加，而渦流電場作用于導體的中心位置最強，導體周邊越弱，導致交變電流趨向傳播于表面，越接近導體的表面，交變電流的電流密度越大，反之位于導體中心位置的電流密度就小。趨膚效應會使得導體的電阻增加，進而增加回路中的阻抗。頻率越高趨膚效應越明顯，所以在高頻點的干擾電流因為阻抗的增加而減小。

3.3 分布阻抗

當回路中有電流通過時，導體就會產生磁場，因而在整個回路中存在著分布電感，導線之間的電壓，于回路中就會產生電場，所以導線之間存在分布電容。分布電容以及分布電感組成的分布阻抗對于測試實驗中的高頻信號抗干擾能力。但是電纜回路的整個分布阻抗很難改變，因此其對于高頻信號的抗干擾能力提升只有從設計階段開始考慮。

4 結語

在CS116 項目測試中，回路電纜束的阻抗特性的變化會對注入的阻尼正弦瞬態信號干擾電流產生影響。阻抗值越大，在同等功率的干擾注入時，施加到被測電纜回路的實際電流越小，阻抗越小，實際注入的干擾電流越大。在產品設計以及試驗整改中，可以考慮增加負載電阻，使用磁環、濾波器、共模電感來增加被測電纜回路中的電感量等手段措施，以達到增強被測產品的抗干擾能力的目的。對于高頻干擾信號，在設計中可以考慮利用趨膚效應增加高頻阻抗和加大設計分布阻抗，增強被測系統的抗干擾能力。為產品設計和試驗整改提供了可行的思路。