安捷倫近場電磁幹擾源探測定位解決方案

2020-12-06 電子產品世界

概述

　　如果一個新產品在電磁幹擾（EMI ）預兼容測試或者標準兼容測試中失敗，進行故障診斷和改進是當務之急。而近場探頭配合頻譜分析儀查找幹擾源，並驗證改進效果是最常見易行的方法。

　　圖一 安捷倫X系列信號分析儀和N9311X-100 近場探頭

　　近場測試綜述

　　在認證機構中，使用經過各類校準的天線進行輻射洩露測試，都是進行的遠場測量。標準的遠場輻射洩漏測試，可以準確定量的告訴我們被測件是否符合相應的 EMI 標準。但是遠場測試無法告訴工程師，嚴重的輻射問題到底是來自於殼體的縫隙，還是來自連接的電纜，或USB ，LAN 之類的通信接口。在這種情況下，我們可以通過近場測試的方法來定位輻射的真正來源。

　　近場 EMI 測量的問題在於使用近場探頭的測量結果和使用天線進行遠場測量的結果無法直接進行數學轉換。但是存在一個基本原理：近場的輻射越大，遠場的輻射也必然越大。所以使用近場探頭測量，實際上是一個相對量的測量，而不是精確的絕對量測量。使用近場探頭進行 EMI 預兼容測試時，我們常常把新被測件測試結果和一個已知合格被測件的近場探頭測試（近場測試）結果進行比較，來預測EMI 輻射洩漏測試（遠場測試）的結果，而不是直接和符合EMI兼容標準的限制線進行比較。同時，測試的絕對數值意義也不大，因為這個測試結果和諸多變量，包括探頭的位置方向、被測件的形狀等會密切相關。

近場探頭的種類及主要特點

　　電磁場是由電場和磁場構成。在近場，電場和磁場共同存在，其強度不構成固定關係。以電場為主還是磁場為主，主要是由發射源的類型決定的。簡而言之，在高電壓，低電流的區域，電場大於磁場。高電流，低電壓的區域，磁場大於電場。同時在主要的EMI 測試頻段，磁場隨著距離的變化要快於電場。

　　因為磁場是由電流產生的，所以最常見的發射源包括晶片，器件的管腳、PCB 上的布線、電源線及信號線纜。最常見的磁場探頭多為環狀，當磁場傳播線和探頭環面垂直的時候，測量數值最大。所以在測量過程中，工程師一般需要旋轉探頭的方向來測量到最大的磁場數值，同時避免遺漏重要的發射源。

　　電場是由電壓產生，主要的發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。最簡單的電場探頭類似一根小天線。有人甚至把同軸電纜前端的一小段屏蔽層剝開，露出芯線來構成簡單的電場探頭進行使用。在沒有屏蔽設備的情況下，電場探頭的問題是比較容易拾取到環境中存在的電磁波信號，如蜂窩通信的上下行信號，從而影響到整個測試系統的測量動態範圍。

　　選擇近場探頭往往要考慮幾個重要因素，包括解析度 、靈敏度和頻率響應等。

　　近場探頭的靈敏度不是一個絕對的指標，關鍵是看探頭和配合使用的頻譜分析儀或者接收機能不能容易的測量到輻射洩漏信號，並且有足夠的裕量去觀察改進後的變化。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的靈敏度。

　　解析度也就是探頭分辨幹擾源位置的能力。而通常來說解析度和靈敏度是一對矛盾體。以我們最常用的環狀磁場探頭為例，尺寸越大的環狀探頭，靈敏度往往越高，測試面積越大，從而解析度就會越低。而比較推薦的辦法是選用一組多個尺寸的探頭，在大範圍測試的時候

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