环境技术
ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY
1999年 第3期 No.3 1999



EMC测试系统的优化配置
陈红洁
　　 电气和电子产品的电磁兼容性问题日益受到国内外厂商和各国政府的重视。我国国家质量技术监督局和各部委也正在抓紧制订一系列新的国家标准和部级行业产品标准，其中都把电磁兼容（EMC）测试列为重要条款。由于EMC试验场地和测试设备是开展EMC研究、提高EMC技术的基础和必不可少的科学手段，国内有越来越多的企业和研究检测机构开始筹建EMC实验室。对于如何建成经济、精确、高效、灵活和富有扩展性的测试系统，三基（SANKI）自发明世界上第一台高频噪声干扰模拟发生器ENS至今在这方面已积累了近四十年的经验，SANKI提供的下述技术资料相信对计划筹建EMC实验室的中国用户会带来帮助。本文拟从电波暗室用材料及EMC测试设备优化组合提出技术分析与举例：
1　电波暗室吸波材料选择
　　要建成一个完整的EMC测试系统最大的投资往往在试验场地，而选择合适的电波吸收材料又是建设电波暗室的关键，它将决定暗室的性能与造价。
　　目前国外常用的电波吸收材料有两大类。一类以含有碳粉、阻燃剂的乳胶作为灌注物浸润在聚氨酯泡沫或聚苯乙烯等基体之中而制成的锥形、楔形吸波材料，俗称泡沫吸波材料，另一类是铁氧体吸波材料，有平板型（FLAT TILE）、网格型（GRID TILE）和最新发明的双层型（LITE TILE TEN）。
　　通常建设工作频率为30MHz～1GHz的电波暗室，需采用长度在2m以上的泡沫吸波体，这时吸波体本身的制作工艺相当难（要使灌注物均匀，又要避免角锥顶部变形），而且使用如此长的吸波体又要求建造容积庞大的屏蔽室及更大的建筑物，故而暗室的造价相当昂贵。
　　当电波暗室需采用平板型铁氧体作为吸波材料时，由于平板型铁氧体的性能往往只能满足30MHz～450MHz， 所以采用了在平板型铁氧体加泡沫吸波体的组合结构，可使吸波体总的长度缩短到1m以下。
　　如果采用网格型铁氧体吸波材料，吸波性能可在30MHz～750MHz 符合要求可加载0.5m左右的泡沫吸波体，可使工作频率扩展到1G以上，当然进一步加厚网格型铁氧体的厚度还可缩短泡沫吸波体的长度， 但过重的屏蔽室壳体对建筑物的建造将提出更高的要求。
　　随着技术的发展，国际上于1995年发明了双层型铁氧体吸波材料。事实上早在七十年代，无论在理论上还是在单体小样测试上均已证明，一厚一薄两层铁氧体的配合能在低频段和高频段产生两个衰减波谷，从而达到在极宽的频带内有着远远优于平板型铁氧体和网格型铁氧体的吸波性能。双层铁氧体中底部较厚的一块在低频段产生衰减波谷从而在低频段有良好的衰减特性，而面部较薄的的一块将在高频段产生衰减波谷从而在高频段有良好的衰减性能。双层铁氧体之所以未能及时推广应用，究其原因在于生产一块面积为10×10cm2厚度仅为1.5mm的平板铁氧体。在生产工艺上有很大的难度。直到九五年11月，“LITE TILE TEN”的生产技术才告突破。 这种新型的双层铁氧体材料由厚度分别为1.5mm和4.5mm的两层铁氧体构成，中间采用阻燃防潮新型介质，总厚度仅为28mm，单体重量仅为网格型铁氧体的60% 而与平板型相当。而且“LITE TILE TEN”双层铁氧体在30MHz～2GHz频段衰减性能在20dB以上，若加上25cm的吸波尖劈，能在30GHz实现30dB以上的衰减。
　　图1为“LITE TILE TEN”双层铁氧体、吸波材料的构造。表1为平板型、 网格型及双层型铁氧体吸波材料的比较。图2为三种材料的衰减特性。


图1　LITE TILE TEN的构造
表1　平板型、网格型及双层铁氧体吸波材料的比较

　单体尺寸厚　度重　量工作频率
平板型100×100mmm26,2mm310g30MHz～450MHz
网格型100×100mm219mm523g30MHz～750MHz
双层型100×100mm228mm314g30MHz～2GHz


图2　三种材料的衰减特性
　　由于LITE TILE TEN双层铁氧体材料具有良好的宽频带吸波性能，份量轻、 厚度薄，所以特别适宜作为30MHz～1GHz电波暗室的吸波材料。 已有越来越多的用户选择该吸波材料建造电波暗室。尽管材料每平方米的单价略高，但它可使屏蔽室的的尺寸大大缩小， 故而整个工程的造价反而节约。例如应用LITE TILE TEN 建造FCC3m法电波暗室屏蔽室，壳体尺寸只需W6.0m×L9.0m×H5.1m。该材料也可用于1m法超小型电波暗室， 尺寸只需W2.4m×L3.0m×H2.1m，造价约为3m法暗室的五分之一。而且超小型暗室在性能上相当接近3m法暗室，可广泛应用于企业的EMC研究。
　　SANKI已计划将LITE TILE TEN这种先进技术引入中国， 并同时为用户提供10m法、3m法和1m法暗室工程的总体优化方案。
2　测试设备的优化配置
　　企业采购EMC测试仪器的主要目的是为了在新产品开发过程中进行EMC性能的验证，定型产品送检前的EMC性能预检以及生产过程中产品的EMC性能质量控制。所以企业用户应重点考虑产品的实用性和性价比，而且还需了解除仪器的指标是否满足标准并有足够的裕度。
　　人体在晴纶地毯上步行能产生30kV 的静电高压， 这一电压远远超过了MEC61000-4-2标准等级4所规定的15kV，所以厂家为了保证产品质量就需要对产品进行更严酷的试验。事实上许多厂家正是这么做的，例如上海夏普电器有限公司对空调机进行雷击浪涌试验时，试验电压为1万伏，比IEC61000-4-5标准等级4所规定的4kV高达2.5倍。
　　表2给出了几项主要敏感度试验项目的配置，它们业已得到国内广大用户的使用。
表2　几项主要敏感度试验项目的配置

标准号试验项目标准技术要求试验配置仪器性能
IEC61000-4-2静电放电接触放电8kV
空气放电15kVESD-8012接触放电、空气放电最高为30kV
IEC61000-4-4脉冲串干扰脉冲重复频率5kHzEFT-8014A脉冲最高频率可达100kHz
IEC61000-4-5雷击浪涌浪涌电压4kV
浪涌电流2kALSG-8015浪涌电压最高为13kV、浪涌电流最高为6.5kA
IEC61000-4-11周波跌落波动范围0%～100%CSS-100G波动范围0%～110%
JIS高频噪声脉冲电压1kVENS-24XA脉冲电压最高为2kV

　　对于检测机构，配置EMC测试仪器时需强调仪器的准确和精密。 此外还需特别要求配置完整、软件功能丰富强大并有较高的自动化程度和可扩展性。这样测试的工作效率可大大提高，在减轻测试人员劳动强度的同时排除了更多的人为因素而使测试结果更为公正客观。下面为用户介绍针对IEC61000-4-3标准和CISPR14 标准设计的专家系统。
　　 表3给出了上海三基针对IEC61000-4-3标准优化集成的辐射抗扰度自动测试系统的配置。这一系统的特点是能在WINDOWS界面下工作， 能对辐射电磁场的均匀性进行测定和校验，还能对射频功率输出温漂及暗室的特性变化进行自动校正，系统还配置了多种安全装置。
表3　SANKI-61K3辐射抗扰度自动测试系统配置

型　号产 品 名 称主 要 指 标
SSS-IM5/R软件、WINDOWS界面　
7100LC射频功率放大器80m～1GHz、200W/100W
CBL6141双锥、对数周期复合宽带天线30M～2GHz/300W
HI-4422全方向电场探头10k～1GHz/1～300V/M
NRT射频功率计　
附件信号发生器、光电变换器、功率转接器等

　　图3和表4给出了EMI自动测试系统KP-9318的配置。该系统是专门针对家用电器和类似用途电动电热器具、电动工具以及类似电器的无线电干扰特性测量而精心设计成的测试系统，可自动、快速、高效地执行CISPR14 号出版物规定的所有测试。它的主要特点是将频谱分析仪作为预检测设备， 以最快的速度、最短的时间搜寻未知频段的干扰，然后利用高精度场强接收机进行准峰值或平均值的精确测试。尤其是该系统配备了喀呖声干扰自动分析仪，使原来复杂烦琐需要大量人工介入的喀呖声干扰测试变为完全不需人工介入的全自动测试。


图3　KP-9319EMI自动测试系统
表4　KP-9318EMI自动测试系统配置

部 件 名 称型 号主要的测试仪器性能用　　途
场强接收仪KNM-S243频率范围：9kHz～1000MHz
检波方式：准峰值、平均值、 峰值
测量精度：＜1dB适合于最终认证测试，
通过GP-IB接口构筑自动测试系统
场强接收机KNM-S603频率范围：20～1000MHz
检波方式：准峰值、平均值、 峰值
测量精度：＜1db适合于最终认证测试，通过GP-IB接口构筑自动测试系统
喀呖声干扰分析仪KDA-2502频率范围：15kHz～30MHz能自动判别一般断续干扰与喀呖声干扰，通过GP-IB接口构筑自动测试系统
频谱分析仪R3261C频率范围：9kHz～2.6kHz用于快速预测试，通过GP-IB 接口构筑自动测试系统
频谱分析适配器KAD-2603　带有程控同轴转换器（3转换），有GP-IB接口
噪声功率测试用控制器EC-7　EMI吸收钳走行装置控制器
软件SANKI-9318端子电压测定（连续干扰、断续干扰）噪声功率测定

3　重视测试系统维护
　　EMC测试系统作为测试设备需定期进行校验和技术支持服务。例如， 结合市场需要，上海三基提供静电放电波形校验系统、群脉冲波形校验系统、雷击浪涌波形校验系统等先进的校验设备。图4给出了静电放电波形校验系统，它由1GHz带宽实时示波器、高压同轴衰减器、法拉第屏蔽小室、放电波靶等组成。
　　此外，上海三基还建有设施齐全的抗干扰对策研究室，通过经验丰富的EMC 专家，直接为用户开展服务。


图4　上海三基静电放电波形校验系统
地址： 上海市武宁路505号　　　　电话： 021-62166208　　　　FAX: 021-62574333
作者单位：陈红洁　（中日合资上海三基电子工业有限公司EMC系统事业部，上海　200063）
收稿日期： 1999-05-11
