作者：张亮
出版社：电子工业出版社
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电磁兼容(EMC)技术及应用实例详解试读：
前言
电磁兼容一般指电子、电气设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，既要求都能正常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。
随着科技的发展，人们在生产、生活中使用的电子、电气设备越来越广泛。这些设备在工作中产生了一些有用或无用的电磁能量，这些能量影响到其他设备的工作，就形成了电磁干扰。严格地讲，只要将两个以上的元件（或电路、设备、系统）置于同一电磁环境中，就会产生电磁干扰。
近年来，电磁干扰问题越来越成为电子设备或系统中的一个严重问题，电磁兼容技术已成为许多技术人员和管理人员十分重视的内容。（1）电子设备的密集度已成为衡量现代化程度的一个重要指标，大量的电子设备在同一电磁环境中工作，电磁干扰的问题呈现出前所未有的严重性。（2）现代电子产品的一个主要特征是数字化，微处理器的应用十分普遍，而这些数字电路在工作时，会产生很强的电磁干扰发射。不仅使产品不能通过有关的电磁兼容性标准测试，甚至连自身的稳定工作都不能保证。（3）电磁兼容性标准的强制执行使电子产品必须满足电磁兼容标准的要求。（4）电磁兼容性标准已成为西方发达国家限制进口产品的一道坚固的技术壁垒。加入WTO以后，这种技术壁垒对我国相关产品的出口障碍会更大。
因此，对于电子工程师来说，电子、电气产品电磁兼容性已经成为一个不可回避的问题，可是现在有这样一个现象：电子工程师对电磁兼容这项技术掌握得还不够全面，他们只知道高频干扰会带来一些问题；而电磁兼容检测工程师对电子电路的了解又不够充分，只知道怎样测试，却不知道这些试验的实质是什么。那么，怎样使工程师们在短期内熟练地掌握电磁兼容技术呢？显然，系统地学习一些知识将使其在实践中考虑问题的思路更清晰，处理问题更具有灵感。
目前，国内有关电磁兼容方面的书籍很多，这些书各有特色，广泛阅读这些书籍无疑能极大地丰富电磁兼容方面的知识，培养综合运用知识的能力。但是，国内的这些关于电磁兼容的书籍都存在着一个缺陷，那就是设计与测试脱节，有的书籍只是生搬硬套了电磁兼容标准，而有的则讲解了一大堆理论公式，使读者望而却步。鉴于这些原因，为了帮助我国的工程师们尽快提高电磁兼容水平，编者根据自己多年的电子电路及电磁兼容测试经验，编写了这本图书。本书在内容上力求通俗易懂，理论联系实际，尽量避免大量的计算公式；其中讲解了编者的大量实践经验，并且对电磁兼容标准也进行了详尽的讲解。电磁兼容测试检测工程师们可以根据本书了解电子产品电磁兼容测试的深层意义，而电子工程师可以在产品设计之初就避免出现电磁干扰的问题，提高产品的可靠性。书中还详细地讲解了电子产品在电磁兼容测试过程中出现的一些常见问题和补救方法，这对没有经过电磁兼容设计的产品测试是非常有帮助的。
本书由张亮担任主编，周新、曹振华担任副主编，参与编写的还有张伯龙、王贺、辛春娟、邓会国、马妙霞、寇海军、洪立彬等同志。
在本书的编写过程中，固安信通铁路信号器材有限责任公司的潘广明工程师和张伯虎工程师提供了大量的技术案例，北京市产品质量监督检验所电磁兼容检测室的武杰主任、刘广航工程师和刘堃工程师为本书提供了大量的测试实例，并且帮作者做了大量的校对工作，没有大家的帮助这本书是不可能顺利出版的，在此本人对各位的无私帮助标示衷心的感谢。
由于作者水平有限，错误之处在所难免，欢迎广大读者批评指正。编者/
入门篇
/ 第1章电磁兼容（EMC）基础知识1.1 EMC（电磁兼容）概念EMC（Electro Magnetic Compatihility，电磁兼容）是电子、电气设备或系统的一种重要的技术性能。其定义为：设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。（1）EMI（Electro Magnetic Interference，电磁干扰），是指任何在传导骚扰或辐射电磁场中伴随着电压、电流的作用而产生会降低某个装置、设备或系统的性能，或可能对生物或物质产生不良影响之电磁现象。相对应的测试项目根据产品类型及标准不同而不同。（2）EMS（Electro Magnetic Suseceptibility，电磁抗扰度），是指处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，承受相应标准、相应规定范围内的电磁能量干扰的能力。1.2 各种各样的“干扰”
打开电视机时，室内的日光灯会出现瞬间变暗的现象，这是因为大量电流流向电视机，电压骤然下降，利用同一电源的日光灯受到影响。还有使用吹风机时收音机会出现“啪啦，啪啦”的噪声。原因是吹风机的电动机产生微弱（低强度高频的）电压/电流变化，通过电源线传递而进入收音机，以噪声的形式表现出来。像上面这种由一个设备中产生的电压/电流通过电源线、信号线传导并影响其他设备时，将这个电压/电流的变化称为“传导干扰”。“对付”这种干扰通常采用给干扰源及被干扰设备的电源线等安装滤波器的方法，阻止传导干扰的传输。当信号线上出现噪声时，可将信号线改为光纤，这样也能隔断传输途径。
在使用手机时，旁边的电视机 CRT 图像会出现抖动，扬声器中也会发出“嘟嘟嘟”的噪声，这是因为手机工作时的信号通过空间以电磁场的形式传输到电视机内部，当汽车从附近道路经过时，电视会出现雪花状干扰。这样因为汽车点火装置的脉冲电流产生了电磁波，传到空间再传给附近的电视天线，电路中产生了干扰电压/电流。像这种通过空间传播，并且对其他设备电路产生无用电压/电流，造成危害的干扰称为“辐射干扰”。辐射现象的产生必然有天线与源存在。像这种传播途径是空间的干扰，可以通过屏蔽的手段来解决。
通过上述内容不难看出，电磁干扰的根源其实就是电压/电流产生不必要的变化。这种变化通过电缆（电源线或信号线）直接传递给其他设备，造成危害，称为“传导干扰”。另外，由于电压/电流变化而产生的电磁波通过空间传播到其他设备中，在其导线或电路上产生不必要的电压/电流，并造成危害的干扰称为“辐射干扰”。在实际中干扰类型的区分并不是这样简单的。
某些数字视听设备（如液晶电视等）的骚扰源，虽然是在设备内部电路上流动的数字信号的电压/电流，但这些干扰以传导干扰的方式通过电源线或信号线泄漏，直接传递给其他设备。同时这些导线产生的电磁波以辐射干扰的形式危及附近的设备。而且数字视听设备本身内部电路也产生电磁波，以辐射的形式危及其他设备。
辐射干扰现象的产生和天线是紧密相连的。根据天线理论，如果导线的长度与波长相等，就容易产生电磁波。例如，数米长的电源线就会产生 30～300MHz 频带的辐射发射。比此频率低的频段，因波长较长，当电源线中流过同样的电流时，不会辐射很强的电磁波。所以在 30MHz 以下的低频段主要是传导干扰。辐射干扰是比传导干扰还要严重的问题，因为在 30～300MHz 宽带内电源线泄漏的干扰可以转变成电磁波发射到空间。在比此更高的频率上，比电源线尺寸更小的设备内部电路会产生辐射干扰，对其他设备造成危害。
综合起来就是当设备和导线的长度比波长短时，主要问题是传导干扰，当它们的尺寸比波长长时，主要问题是辐射干扰。
环境中还存在着一些短暂的高能量脉冲干扰，这些干扰对电子设备的危害很大，这种干扰一般称为瞬态干扰。瞬态干扰既可以通过电缆（包括电源线和信号线）进入设备，也可以以宽带辐射干扰的形式对设备造成影响。例如，汽车点火装置和直流电动机电刷产生的电火花对收音机的干扰。在现实环境中，雷电、静电放电、电力线上的负载通断（特别是感性负载）、核电磁脉冲等都是产生瞬态干扰的原因。可见，瞬态干扰是指时间很短但幅度较大的电磁干扰。设备需要通过测试验证的瞬态干扰抗扰度有三种：各类电快速瞬态脉冲（EFT）、各类浪涌（SURGE）、静电放电（ESD）。1.3 电磁兼容三要素1.产生电磁干扰的条件
产生电磁兼容（或者说电磁干扰）问题，必须同时具备三个条件。（1）干扰源：产生干扰的电路或设备。（2）敏感源：受这种干扰影响的电路或设备。（3）耦合路径：能够将干扰源产生的干扰能量传递到敏感源的路径。
以上三个条件就是电磁兼容的三要素，只要将这三个要素中的一个去除掉，那么，电磁干扰的问题就不复存在了。电磁兼容技术就是通过研究每个要素的特点，提出消除每个要素的技术手段，以及这些技术手段在实际工程中的实现方法。2.产生电磁干扰（1）突变的电压或电流（即du/dt或di/dt很大）。（2）辐射天线或传导导体。当电压或电流发生迅速变化时，就会产生电磁辐射现象，导致电磁干扰。因此，目前电磁干扰问题日益突出的主要原因之一就是脉冲电路的大量应用。凡是存在这种电压或电流突然变化的环境，都要考虑电磁干扰问题。例如：
① 数字脉冲电路，随着产品的信息化和智能化发展，这种电路无所不在。
② 工作在开关模式的电源（开关电源），包括AC/DC变换器、DC/DC变换器。
③ 电感性负载的接通和断开。1.4 什么是分贝
在电磁兼容分析中，分贝（dB）是比较常用的物理量，对于dB有一个正确的理解是十分必要的。例如，对传导骚扰的限值为 dBμV 或 dBμA，对辐射骚扰的限值为 dBμV/m，金属机箱的屏蔽效能和滤波器的插入损耗也都用 dB 来衡量等。并且，就连频谱分析仪的幅度显示刻度一般也是以 dB 来表示的。在实际工程中，有许多错误也都是由于对 dB 的错误理解所造成的。
分贝的定义如下：
式中 P，P—进行比较的两个功率值。21
如果 P大于 P，分贝数即为正，表示有功率增益；如果 P小212于 P，分贝数即为负，表示功率发生损耗。1
从定义中可知，分贝实际就是两个数值的比值，分贝数只表示两个数值的比值的大小，并没有给予对数量绝对值的概念。要牢记这一点，这在电磁兼容实践中是十分重要的。
在电路分析中，电压和电流的单位用得最多，因此，常用分贝来表示电压/电流的增益。由于电压和电流的平方对应功率，因此，对电压/电流增益使用分贝时，定义如下：
注意：这些定义只有在相同的阻抗上测量U和U（或I和I）时2121才正确。
分贝也可以表示物理量的绝对数值，这里包含着一个比较基准，在使用这个物理量时，需要清楚这个基准是多少。通常，以1为参考值，这时常用的物理量的单位就变成用分贝表示的形式了，如表1-1所示。表1-1 以1为参考值时常用物理量单位转换成用分贝表示的形式1.5 天线
电子、电气设备工作时会产生一种伴随电磁辐射，这种辐射并不是设备为了完成预定的功能而必须发射的。伴随辐射是一类主要的干扰源，所有的电子设备都必须尽量消除这种辐射。为了消除这种辐射骚扰，需要了解电磁波辐射的条件。
电磁波辐射有两个必要的条件，那就是天线和流过天线的交变电流。在实际的设备中存在着许多寄生天线，这就是电气、电子设备在工作时产生伴随电磁辐射的原因。避免产生寄生天线，也是电磁兼容设计的目的之一，分析和解决电磁兼容问题的其中一项主要内容就是发现和去除一些寄生的天线结构。如果不能彻底去除寄生天线结构，也应该避免交变电流进入天线，降低它们的辐射效率。为了达到目的，首先需要认识一下天线的结构，也就是说，什么样的结构能起到天线的作用。图1-1 基本天线结构
电偶极和电流环是两个基本的天线结构，如图 1-1所示。
单极天线形式是只有一根金属导体，另一根金属导体由大地或附近的其他大型金属物体充当，它是电偶极天线的一种变形。单极天线的辐射效率要低一些，但是辐射特性与偶极天线的基本相同。
电流环天线在电路中随处可见，因为任何一个电路回路都可以构成一个辐射天线。控制电流回路的面积是减小电流环路辐射的有效方法。在进行线路板设计和电缆设计时也应该以此为依据。
其实之所以存在天线，实际上就是两个导体之间存在电压。单极天线就是导体和大地之间存在电压。只要去除两个导体之间的电压，或者去除导体与大地之间的电压，就能够减小辐射。屏蔽结构设计和搭接设计应该以此为依据。
电流环通常是由电路的工作回路形成的，很容易识别。偶极和单极天线就不那么容易被发现了，因为驱动这种天线的电压并不是电路的工作电压，而是一些无意产生的电压。
电子产品中常见的寄生偶极天线和单极天线有线路板上的地线、线路板上的外拖电缆（包括机箱外拖电缆、I/O 电缆和电源线等）、数字地与模拟地分开的线路板、线路板与机箱连接的导线、金属机箱上的孔缝、电路板上较长的悬空走线、没有接地的散热片等。在电磁兼容设计时，要尽量消除这些结构或控制它们的辐射。因为当系统的地线设计不合理时，电路的地线因为外界电磁场会在金属部件上感应出电流，当系统的地线设计不合理时，电路的地线电流也会流过金属部件，电流流过阻抗较大的部位（如金属部件之间的孔缝或搭接点）时会产生电压，因此金属部件很容易成为偶极或单极天线。1.6 电磁兼容（EMC）相关标准
在国际范围上，电磁兼容标准的制定已经有了 70 多年的发展历程，最早为了保护无线电通信和广播，国际无线电子干扰标准化特别委员会（CISPR）对各种用电设备和系统提出了相关的电磁干扰发射限值和测量方法。到了二十世纪六七十年代，由于电子电气设备的小型化、数字化和低功耗化，人们开始考虑设备的抗干扰能力，世界各大标准化组织和各国政府机构也相继制定了许许多多的电磁兼容标准。
根据不同电磁兼容标准在电磁兼容测试中的不同地位，电磁兼容标准体系可分为基础标准、通用标准、产品族标准及专用产品标准等4级。1.6.1 基础标准
基础标准仅对现象、环境、试验方法、试验仪器和基本试验配置等给出定义及详细描述，但不涉及具体产品。该类标准不给出指令性的限值及对产品性能的直接判据，但它是编制其他各级电磁兼容标准的基础。
例如，下列标准均属于基础标准范围。（1）GB4365《电磁兼容术语》。（2）GB/T6113《无线电骚扰和抗扰度测量设备规范》。（3）GB/T6113.2《无线电骚扰和抗扰度测量设备规范和测量方法第二部分：骚扰和抗扰度测量方法》。（4）GB/T17626有关产品抗扰度测量的系列标准等。1.6.2 通用标准
通用标准给出了通用环境中的所有产品一系列最低的电磁兼容性要求（包括必须进行的试验项目和必须达到的试验要求）。通用标准中提到的试验项目及其试验方法可以在相应的基础标准中找到，通用标准中不做任何介绍。通用标准给出的试验环境、试验要求可以作为产品族标准及专用产品标准的编制导则。同时对于那些暂时尚未建立电磁兼容试验标准的产品，可以参照通用标准来进行其电磁兼容性能的摸底试验。1.6.3 产品族标准
产品族标准是根据特定产品类别而制定的电磁兼容性能的测试标准。它主要包括产品的电磁骚扰发射和产品的抗扰度要求这两方面的内容。产品族标准中规定的测试内容及限值应与通用标准一致，但与通用标准相比，产品族标准根据产品的特殊性，在测试内容的选择、限值及性能的判据等方面有一定的特殊性和具体性（如提高骚扰试验的限值或增加试验的项目）。
产品族标准是电磁兼容性标准中内容最多的一类标准。例如，GB17743、GB4343、GB9254 和 GB13837 分别是关于照明工具、家用电器和电动工具、信息技术设备、声音和广播电视接收设备的无线电骚扰特性测量及限值的标准，这些标准分别代表一个大类产品对电磁骚扰发射限度的要求。1.6.4 专用产品标准
该标准是将专门条款包含在产品的通用技术条件中，一般不单独形成电磁兼容标准。专用产品标准对电磁兼容的要求与相应的产品族标准一致，在考虑了产品的特殊性之后，也可增加试验项目，以及对电磁兼容性能要求做某些改变。与产品族标准相比，专用产品标准对电磁兼容性的要求更加明确、更加具体，而且还增加了对产品性能试验的标准。1.6.5 电磁兼容标准的测试内容分类
电磁能量从设备内传出或从外界传入设备的途径只有两条：一条是以电磁波的形式从空间传播；另一条是以电流的形式沿导线传播。因此，电磁干扰发射可以分为传导发射和辐射发射，抗扰度也可以分为传导抗扰度和辐射抗扰度。
各种电磁兼容标准测试的内容包括传导发射、辐射发射、传导抗扰度、辐射抗扰度，如图1-2所示。图1-2 电磁兼容标准的内容1.6.6 电磁兼容的试验方法
在进行电磁兼容试验中，经常发现一些很随意的现象，例如，设备不能通过试验时，有人会建议将电缆换成屏蔽电缆，或者将设备机箱接地等。这都是对电磁兼容试验的目的没有正确理解造成的。许多人做试验的目的是取得认证，这就导致了在试验中怎样能通过试验就怎样做的情况。我们应该认识到，做电磁兼容试验的目的就是确认电子产品能否在实际环境中正常工作，包括不干扰其他设备，也不被其他设备所干扰。所以在进行试验时一定要遵循下面的原则。（1）受试设备处于实际工作的状态，这包括所连接的辅助设备、电缆的种类及长度、是否接地、安装状态（在非金属平台还是在金属平台上）等。（2）受试设备处于“最严酷”状态。做抗扰度试验时，应使设备处于最敏感状态，做骚扰试验时，设备处于发射最强状态。例如，在信号线上正好传输信号时，对信号线进行传导抗扰度试验；对手机做辐射发射测试时，应该使手机处于呼叫状态。（3）使用最接近限值的数据，这包括做辐射发射试验时，受试设备的最大辐射发射面对着天线，天线处于接收最强辐射的高度和极化方向等；在做传导发射试验时，电流卡钳或功率吸收钳在电缆上滑动，寻找最强骚扰点。
正式的电磁兼容认证试验，需要在半无反射屏蔽室中进行。屏蔽室的目的是隔离外部环境的干扰，使试验更准确。半无反射屏蔽室是指屏蔽室的地面是有反射的，四周和天花板上贴有吸波材料。
当进行涉及较高频率的试验时，例如，辐射相关的试验（辐射骚扰、辐射抗扰度）、静电放电试验、电快速脉冲试验等，受试设备在摆放方式上的微小差异也可能导致完全不同的试验结果（合格或不合格）。因此，在进行涉及较高频率的试验时，要严格遵守标准中的规定，保证设备摆放方式的一致。
许多人觉得，了解试验方法是试验操作人员的事情，作为产品开发人员并不需要关心这些内容。其实不然，俗话说“知己知彼，百战不殆”，大多数人对产品进行电磁兼容设计的目的是通过电磁兼容试验，因此必须了解试验的具体方法才能够“对症下药”，根据需要进行设计，这一点对于抗扰度试验更重要。例如，在做电缆传导抗扰度试验时，不了解干扰的频率范围，不了解注入的是差模干扰还是共模干扰，不了解干扰注入方式是电容耦合方式还是电感耦合方式，就无法正确地采取措施进行防护。1.7 电磁兼容试验概述1.7.1 通用标准中各试验端口的骚扰标准
所谓试验端口，是指产品的电磁骚扰可能发射或者可能侵入的部位（如图 1-3 所示），指机壳、交流电源线、直流电源线、接地线、信号线和过程控制线。具体到产品，不一定包含所有的电磁骚扰发射端口，所以试验应根据实际情况进行。
在试验时有如下几点注意事项。（1）试验应在产品正常使用情况下，以能产生最大电磁骚扰发射的工作方式进行。试验中还要适当地改变受试设备的布局，以便使骚扰发射为最大。（2）应将试验中用到的试验仪器、试验方法、试验配置和试验布局等明确记录在案，以使试验能重复进行，试验结果可以追溯。图1-3 设备的试验端口（3）如果受试设备只是系统的一部分，或者可能还要连接辅助设备方能体现其功能时，则受试设备应连接必需的最少辅助设备，并用 GB9254 标准中所描述的方法来检查端口。对于辅助设备的连接情况应记录在案。（4）如果受试设备有许多类似的试验端口或接法类似的端口，那么应当选择其中足够数量的端口或接法类似的端口，但要保证这种选择能够覆盖所有不同类型的端口，试验中应将端口选择情况记录在案。（5）除非另外说明，试验应在额定电压和规定工作条件下进行。
设备的电磁骚扰发射通用标准如表1-2所示。表1-2 设备的电磁骚扰发射通用标准1.7.2 通用标准中的抗扰度标准
各试验端口的抗扰度要求如表1-3所示。表1-3 各试验端口的抗扰度要求续表续表1.试验注意事项（1）受试设备应根据实际使用情况在对干扰最敏感的工作模式下进行试验。试验中还要适当改变布局以求达到最大敏感度。（2）试验中应将试验配置、受试设备的工作方式及试验的布局等情况明确记录在案，以便必要时可以重现及对比试验结果。（3）如果在被试产品的用户手册中规定了受试设备所需的外部保护装置（或保护措施），那么受试设备就应在有保护的情况下进行试验。（4）如果受试设备有许多类似的端口或接法类似的端口，则试验应当选择足够数量的端口来模拟实际工作情况，并保证能覆盖各种不同类型的端口，但对端口的选择情况要记录在案。（5）除非另外说明，试验应在额定电压和规定的工作条件下进行。2.通用抗扰度标准中受试设备的性能判据（1）判据A。受试设备在试验中和试验后都能正常工作，无性能下降和低于制造商所规定的性能等级现象发生。（2）判据B。受试设备在试验后可以正常工作，且无性能下降和低于制造商所规定的性能等级现象发生。（3）判据C。允许受试设备有暂时性的性能降低，只要这种功能是可以通过控制操作、人工复位，甚至是关机后恢复的。
通过上述不难看出，三种判据对产品的要求是不一样的，判据 A 为最高，判据 C 为最低。对于具体产品是否合格的判定（所谓受试设备性能的评定准则），通用标准不直接给出，应由相应的产品标准或产品制造商给出。3.基础标准中受试设备的性能判据
由于受试设备和系统的多样性和差异性，使得确定试验对设备和系统的影响变得比较困难。
若有关专业标准化技术委员会或产品技术规范没有给出不同的技术要求，试验结果应该按受试设备的运行条件和功能规范进行如下分类。（1）在技术要求限值内性能正常。（2）功能或性能暂时降低或丧失，但能自行恢复。（3）功能或性能暂时降低或丧失，但需操作者干预或系统复位。（4）因设备（元件）或软件损坏，或数据丢失而造成自行恢复至正常状态的功能降低或丧失。 第2章各试验项目详解2.1 辐射发射（辐射骚扰）试验2.1.1 试验目的
电子、电气产品的电磁骚扰主要是由其内部电路在工作时造成的（如开关电源电路、振荡电路、高速数字电路等）。骚扰按传播途径分，主要有沿电缆（包括电源线及信号线）方向传播的传导骚扰（传导发射）和向周围空间发射的辐射骚扰（辐射发射）。前者用骚扰电平度量，后者则用骚扰功率和辐射场强度量。
辐射骚扰测试的目的是测试电子、电气和机电产品及其部件所产生的辐射骚扰，包括来自机箱、所有部件、电缆及连接线上的辐射骚扰。试验主要判定其辐射是否符合标准的要求，以致在正常使用过程中不对在同一环境中的其他设备或系统造成影响。2.1.2 主要试验设备及必备条件
根据常用普通电子设备的辐射发射测试标准（如 CISPR16、CISPR11、CISPR13、CISPR 15、CISPR 22等）中的规定，辐射发射测试（30MHz～1GHz）主要需要如下设备。（1）EMI自动测试控制系统（包括计算机及软件）。（2）EMI测量接收机。（3）各种天线（包括大小形状环路天线、功率双锥天线、对数周期天线、扬声器天线等）及天线控制单元等。（4）半电波暗室或开阔场。
EMI 测量接收机是 EMI 测试中最常用的基本测试仪器，基于测试接收机的频率响应特性要求，CISPR16 中规定，测试接收机应有准峰值检波、均方根值检波、平均值检波和峰值检波四种基本测波方式。在无线广播频率领域，CISPR 所推荐的EMC 规范采用准峰值检波。这是因为，大多数电磁干扰都是脉冲干扰，它们对音频影响的客观效果是随着重复频率的增高而增大，具有特定时间常数的准峰值检波器的输出特性，可以近似反映这种影响。由于准峰值检波既要利用干扰信号的幅度，又要反映它的时间分布，因此其充电时间常数比峰值检波器大，而放电时间常数比峰值检波器小，对不同频谱段应有不同的充放电时间参数，这两种检波方式主要用于脉冲干扰测试。
天线是辐射发射测试的接收装置，辐射发射测试频率范围从几十 kHz 到几十 GHz，在这么宽的频率范围内测试，所需要的天线种类繁多，且必须借助各种探测天线把测场强转换成测电压。例如，在30～230MHz频率范围内，常采用偶极子与双锥天线；230MHz～1GHz频率范围内，采用对数周期、偶极子及对数螺旋天线；在1～40GHz频率范围内，采用扬声器天线，这些天线的相关参数可参考供应商提供的天线出厂资料。一般情况下，辐射发射测试用的天线应具有以下特点。（1）天线频带范围宽，为了提高测试速度，最好采用宽频带天线，除非只对少数已知的干扰频率点进行测试。（2）宽频带天线在使用时需输入校正曲线，此曲线由天线制造厂商在出厂时测试出来并提供给用户。（3）很多测试用天线都工作在近场区，测试距离对测试结果影响很大，因此测试中必须严格按测试规定进行。有些天线虽然给了电场、磁场的校正参数，但只有当这些天线做远场测试时才有效，因为在近场区电场/磁场比（波阻抗）不再是个常数，在测试近场干扰时，电场和磁场测试结果不能再按此换算，这是在测试中容易忽略的问题。
开阔场是专业辐射发射测试场地，应满足标准对于测试距离的要求，在标准要求的测试范围内（无障碍区）没有与测试无关的架空走线、建筑物、发射物体，而且应该避开地下电缆，必要时还应该有气候保护罩。该场地还应满足 CISPR16、EN50147—2、ANSI63.4 等标准关于场地衰减的要求。半电波暗室是一个模拟开阔场的屏蔽室，除地面安装反射平面外，其余五个内表面均安装吸波材料，该场地也满足 CISPR16、EN50147—2、ANSI63.4 等标准关于场地衰减的要求。
控制单元的作用是使测试中各个设备之间协调动作，自动完成辐射发射测试。2.1.3 试验方法及试验配置
电场辐射发射试验的装置图如图2-1所示（EUT为受试设备）。受试设备按照标准的规定放在测试台上，处于最大辐射的工作状态，天线根据标准的要求摆放在距离受试设备一定距离处（GB9254标准是3m或10m）。依次测量受试设备的每个面，并改变天线的高度和极化方向，记录下最大的测试结果。
对于频率较高的辐射，试验时要注意确定受试设备或系统摆放方式，因为受试设备或系统摆放方式的微小变化也会导致测试结果的差异，特别是电缆的状态对辐射的情况影响很大。1.台式受试设备的具体要求
台式受试设备的试验布置如图2-2所示。（1）互连I/O线缆距离地面不应该小于40cm。（2）除了实际负载连接外，被测设备可以接模拟负载，但是模拟负载应该能够符合阻抗关系，同时还要能够代表产品应用的实际情况。（3）被测设备与辅助设备AE的电源线直接插入地面的插座，而不应该将插座延长。2.立式受试设备的具体要求
立式受试设备的试验布置如图2-3所示。（1）机柜之间的 I/O 互连线应该自然放置，如果过长，能够扎成 30～40cm的线束就一定要扎。图2-1 电场辐射发射试验的装置图图2-2 台式受试设备的试验布置图2-3 立式受试设备的试验布置（2）被测试设备置于金属平面上，同金属平面绝缘间隔 10cm 左右；接模拟负载或者暗室外端口的线缆应该注意其与金属平面的绝缘性。（3）如果被测试设备电源线过长，应该扎成长度为 30～40cm 的线束，或者缩短到刚好够用。（4）如果被测试设备本身的线缆比较多，应该仔细理顺，分别处理，并且在测试报告中记录，以获得再次测试的重复性。2.1.4 试验标准限值
GB9254将受试设备分为A级和B级两类。1.B级设备
B级设备是指满足B 级骚扰限值的那类设备。它主要用于生活环境中，可包括：（1）不在固定场所使用的设备，如由内置电池供电的便携式设备；（2）通过电信网络供电的电信终端设备；（3）个人计算机及相连的辅助设备。
所谓生活环境，是指那种有可能在离开关设备 10m 远的范围内使用广播和电视接收机的环境。2.A级设备
A 级设备是指满足 A 级限值但不满足 B 级限值要求的那类设备。对于这类设备不限制其销售，但应在其有关的使用说明书中包含如下内容。
警告：
此为 A 级产品。在生活环境中，该产品可能会造成无线电干扰。在这种情况下，可能需要用户对干扰采取切实可行的措施。
试验时，接收机从30MHz～1GHz进行扫频测量，并记录下相应频点的最高骚扰电平，该电平不得超出一定的限值，该限值因标准不同而略有不同；GB9254限值如表2-1和表2-2所示。表2-1 A级GB9254限值表2-2 B级GB9254限值2.2 传导骚扰测试2.2.1 试验目的
传导骚扰测试是为了衡量电子产品或系统从电源端口、信号端口通过电缆向电网或信号网络传输的骚扰。2.2.2 主要试验设备及必备条件
根据常用传导骚扰测试标准 CISPR11、CISPR16、CISPR13、CISPR15、CISPR22、EN55022 及汽车传导骚扰测试标准 CISPR25 的要求，传导骚扰测试（0.15～30MHz）主要需要如下设备。（1）EMI自动测试控制系统（计算机及界面单元）。（2）EMI测试接收机。（3）电源线性阻抗模拟网络（LISN）或称为人工电源网络（AMN）。电源线性阻抗模拟网络是一种耦合去耦电路，主要用来提供纯净的交流或直流电源，并使被测试设备骚扰不会回馈至电源及PF耦合，同时提供特定的阻抗特性。（4）电流探头（Current Probe）。电流探头是利用流过导体的电流产生的磁场被另一线圈感应这一互感的原理制造的，一般用来对信号线进行传导骚扰测试。2.2.3 试验方法及试验配置
与辐射发射测试相比，传导骚扰测试需要的仪器较少，只需要一个 2m×2m 以上面积的参考接地平面，并超出 EUT 边界至少 0.5m。因为屏蔽室的金属墙面或地板可以作为接地板，所以传导骚扰测试通常在屏蔽室内进行。图2-4所示是普通电子产品台式设备的电源端口传导骚扰测试配置图，LISN 实现传导骚扰信号的获取和阻抗匹配，再将信号传送至接收机。对于落地式设备，测试时，需将被测试设备放置在离地 0.1m 高的绝缘支撑上。除电源端口需要进行传导骚扰测试外，信号、通信端口也要进行传导骚扰测试。信号端口的测试方法相对比较复杂，有两种方法—电压法与电流法。测试结果分别与标准中的电流限值与电压限值比较，以确定测试是否合格。2.2.4 试验标准限值
试验时，接收机从 0.15～30MHz 进行扫频测量，并记录下相应频点的最高骚扰电平，该电平不得超出一定的限值，该限值因标准不同略有不同；GB9254 限值如表 2-3 和表 2-4所示。图2-4 普通电子产品台式设备的电源端口传导骚扰测试配置图表2-3 A级GB9254限值表2-4 B级GB9254限值2.3 谐波电流测试2.3.1 试验目的
电气和电子设备的大量应用，使得非线性电能转换在电网中产生了大量谐波电流。它不仅会对同一电网中其他用电设备产生干扰、造成故障，还会使电网的中线电流超载，影响输电效率。另外，对电源的通/断或相位控制会使电流有效值发生变化，可造成负载侧的电压有效值产生波动，同样会造成其他用电设备不能正常工作，影响群众的生产生活。
为了保障电网质量，我国相继公布了两个标准：GB17625.1《电磁兼容限值低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流小于或等于 16A）》及 GB17625.2《电磁兼容限值对额定电流不大于 16A 的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限值》（这两个标准分别等同于IEC61000—3—2和IEC61000—3—3）。其中，GB17625.1标准已经在强制性产品认证中的许多产品中执行了。2.3.2 主要试验设备及必备条件
根据GB 17625.1标准，主要的试验设备有以下几种。（1）纯净电源。其作用是产生一个没有谐波的 50Hz 交流电源，这样可以保证测试到的谐波完全是由受试设备（EUT）产生的。（2）电流取样传感器。其主要作用是将 EUT 电源线中的电流进行取样，以便于分析。电流取样传感器的基本要求主要是不能对供电条件产生太大的影响，并且灵敏度要高，这样才能保证测试误差足够小。（3）谐波分析仪。谐波分析仪的作用是分析供电电流中的谐波成分，可以使用专用的仪器，也可使用带FFT功能的示波器来代替。2.3.3 试验方法及试验配置
除非另有规定，谐波电流发射试验在正常工作状态且预期能产生最大总谐波电流的模式下进行，如图2-5所示。
对相同的受试设备、一致的试验条件、相同的测试系统、一致的环境条件（如果有关），测量的重复性应高于±5%。图2-5 谐波电流发射试验配置图2.3.4 试验标准限值
GB17625.1标准把设备分成4类。（1）A类：平衡的三相设备，即家用电器（不包括归入D类的设备）、电动工具（不包括便携式工具）、白炽灯调光器、音频设备。凡未归入其他三类设备的均视为A类设备。（2）B类：便携式工具、非专用电弧焊接设备。（3）C类：照明设备（包括灯和灯具；主要功能为照明的多功能设备中的照明部分；放电灯的镇流器和白炽灯的独立式变压器，紫外线或红外线辐射装置，广告标识的照明；除白炽灯的灯光调节器）。但照明设备不包括装在复印机、高架投影仪、幻灯机等设备的灯，或用于刻度照明及指示照明的装置，也不包括白炽灯的调光器。（4）D类：功率小于或等于600W的个人计算机、计算机显示器及电视接收机。
各类设备的限值要求如表 2-5～表 2-7 所示，其中 B 类设备的限值是 A 类设备限值的1.5倍。表2-5 A类设备的限值表2-6 C类设备的限值表2-7 D类设备的限值
对于D类设备，表2-7的第2列和第3列数据并用，设备的谐波电流不应超过任何一列的限值。
通过表 2-5～表 2-7 可以看出，限值数据对 C 类设备最严，D 类设备相对 C 类设备宽松些。因为这两类设备在日常生活中应用最为广泛。2.4 静电放电抗扰度试验
本节主要介绍静电放电抗扰度试验，静电放电抗扰度试验的国家标准为 GB/T17626.2 （等同于国际标准IEC61000—4—2）。2.4.1 试验目的
静电放电是一种自然现象，当两种不同介电强度的材料相互摩擦时，就会产生静电电荷（摩擦起电原理）。如果其中一种材料上的静电荷积累到一定程度，并与另外一个物体接触时，就会通过这个物体到大地的阻抗而进行放电。当设备发生接触或空气放电后，附着在设备机壳上的电荷会通过设备机箱上的孔缝与设备内部电路板或元器件间发生二次放电。因为设备内部电路板或元器件的阻抗较小，所以二次放电的危害有可能比一次放电更大。静电放电及其影响是电子设备的一个主要干扰源。
由于静电的存在，使人体几乎成为了对电子设备或爆炸性材料的最大危害。静电放电多发生于人体接触半导体器件时，有可能导致半导体材料击穿，产生不可逆转的损坏。静电放电及由此产生的电磁场变化可能危害电子设备的正常工作。
静电放电抗扰度试验模拟了以下两种情况。（1）设备操作人员直接触摸设备时对设备的放电和放电对设备的影响（直接放电）。（2）设备操作人员在触摸附近设备时对所关心的设备的影响（间接放电）。
静电放电可能造成的后果：（1）直接放电可引起设备中半导体器件的损坏，从而造成设备的永久性失效；（2）设备的误动作，这是由放电（可能是直接放电，也可能是间接放电）而引起的近场电磁场变化造成的。2.4.2 主要试验设备及必备条件
图2-6所示为静电放电模拟器的基本线路及其放电电流波形。图2-6 静电放电模拟器的基本线路及其放电电流波形
高压真空继电器是目前唯一能产生高速和重复放电波形的器件。电路中的 150pF 电容代表人体的储能电容，330Ω电阻代表人体在手握钥匙和其他金属工具时的人体电阻。标准认为用这种人体放电模型（包括电容量和电阻值）来描述静电放电是足够严酷的。
从图 2-6 所示的放电电流波形（标准规定是放电电极对作为电流传感器的 2Ω电阻接触放电时的电流波形）可知，静电放电模拟器含有的谐波成分极其丰富，因此加大了试验的严酷程度。2.4.3 试验方法及试验配置
试验室里的试验配置的规范性是保证试验结果重复性和可比性的一个关键因素，这是因为静电放电的电流波形十分陡峭，其前沿已经达到 0.7～1ns，包含的谐波成分至少达到500MHz以上。1.直接放电
标准规定，凡受试设备正常工作时，人手可以触摸到的部位都要进行静电放电试验（这样的部位，除机箱以外，其他如控制键盘、按钮、指示灯、钥匙孔、显示屏等都在试验范围内）。
试验时，受试设备处在正常工作状态。试验正式开始前，试验人员对受试设备表面以每秒 20 次的放电速率快速扫视一遍，以便寻找受试设备的敏感部位（凡扫视中有引起受试设备数显跳动、声光报警、动作异常等迹象的部位，都作为正式试验时的重点考查部位，应记录在案，并在正式试验时在其周围多增加几个考查点）。正式试验时，为了使受试设备来得及做出响应，放电以1次/s的速度进行（也有规定为1次/5s的产品）。一般在每一个选定点上放电20次（其中10次正的，10次负的）。
原则上，凡可以采用接触放电的地方一律采用接触放电。对涂漆的机箱，若制造厂商没有说明是作为绝缘用的，试验时便用放电枪的尖端刺破漆膜对受试设备进行放电；若厂家说明是作为绝缘使用时，则应改用空气放电。对空气放电应采用半圆头形的放电电极，在每次放电前，应先将放电枪从受试设备表面移开，然后再次将放电枪慢慢靠近受试设备，直到放电发生为止。
为改善试验结果的重复性和可比性，放电电极应与受试设备表面垂直。
除非在通用、与产品相关的或产品族标准中另有规定，静电放电仅仅施加在受试设备正常使用中可以触及到的点和面上。但下述情况被排除在外（换言之，对这些项目不进行放电）。（1）对于只有在维护时才能触及的点和面。在这种情况下，应在相应的文件中特别规定静电放电的简化试验。（2）只有最终用户检修时才能触及的点和面。例如，对下述这些很少触及的点和面：在更换电池时触及的电池触点，录音电话的磁带盒，等等。（3）对于在安装固定或按说明使用后不再触及的点和面。例如，设备的底部及靠墙壁的一侧和适配连接器的后面。（4）同轴及多芯连接触点。因为它们都有一个金属的连接器外壳，在这种情况下，接触放电仅仅施加在连接器的金属外壳上。（5）对非导电外壳（如塑料的）连接器中可接触到的触点，只采用空气放电来做试验。应当是在静电放电发生器上采用圆头电极来做这个试验。（6）由于功能的原因，对于那些对静电放电敏感的连接器的触点或其他可触及的部分，如测量、接收或其他通信功能的射频输入端，应采用静电放电的警告标识。
这是因为，许多连接器端口是被用来处理模拟或数字高频信号的，因此不能提供有足够过电压保护能力的器件。在模拟信号的情况下，选用带通滤波器或许是一种解决方案。至于过电压保护二极管，由于寄生电容过大，因此对受试设备所采用的工作频率是不利的。
在上述所有情况中（见表2-8），要在相应的文件中推荐专门的受试设备简化试验。表2-8 通常要考虑的六种情况2.间接放电
间接放电即对耦合板进行放电。
对于水平耦合板，要在水平方向对水平耦合板的边进行放电，如图2-7所示。
在朝向EUT每一单元（若适用）的中心点且与EUT前端相距0.1m处的水平耦合板前缘处，以最敏感的极性，至少做 10 次单次放电。放电时，放电电极的长轴要处在水平耦合板的平面里且垂直于它的前缘。
放电电极要与水平耦合板的边缘相接触。
另外，要考虑对EUT所有的暴露面做这个试验。
图 2-7 所示是台式和落地设备的试验配置与放电位置示例。其中，VCP 为垂直耦合板；HCP为水平耦合板。3.注意事项（1）在距受试设备1m以内应无墙壁和其他金属物品（包括仪器）。（2）试验中受试设备要尽可能按实际情况布局（包括电源线、信号线和安装脚等）。接地线要按生产厂商的规定接地（没有接地线就不接），不允许有额外的接地线。（3）放电时，放电枪的接地回线与受试设备表面至少保持 0.2m 的间距，避免相互间有附加感应，从而影响试验结果。4.不接地设备的试验
这里所描述的试验适合于在安装说明或设计中已规定不与任何接地系统连接的设备或设备部件所采用，如图 2-8 所示。这里的设备或部件包括便携式的、电池供电的和双重绝缘的设备（Ⅱ类设备）。图2-7 台式和落地设备的试验配置与放电位置示例
实验的原理是：不接地的设备或设备中不接地的部件不像Ⅰ类由电网供电的设备那样进行放电，如果在下一次 ESD 脉冲施加之前不能将电荷释放，就有可能使设备或设备部件达到所施试验电压的两倍。因此，在Ⅱ类绝缘的设备电容里积累了几次 ESD 放电后，双重绝缘的设备可能被不切实际地充电至很多的电荷，最终以非常高的能量在绝缘体的击穿电压点上放电。图2-8 台式不接地设备的试验
为了模拟单次放电（无论空气放电，还是接触放电），受试设备上的电荷应在每次施加静电放电脉冲之前先行释放。以连接器的外壳、电池的充电端子、金属的天线为例，应当在每次施加静电放电试验脉冲时先行释放掉在需要施加静电放电的金属点或部位上的电荷。例如，采用在水平和垂直耦合板上的释放电荷的类似方法，即通过带有 470kΩ泄放电阻的电缆进行放电的方法。
由于在受试设备与水平耦合板（用于台式设备）及受试设备与参考接地板（用于地面设备）之间的电容取决于受试设备尺寸，若功能允许，在静电放电试验时可能保留带泄放电阻的电缆安装。在放电电缆中，一个电阻要尽可能地靠近 EUT 上的试验点，最好小于20mm；另一个电阻接在电缆线的末端附近，与水平耦合板（对台式设备）或参考接地板（对地面设备）相连。
试验中，带泄放电阻的电缆，可能会影响某些设备的试验结果。如果有争议，则可在试验期间可先卸掉电缆，再做试验，在一次放电试验结束后，再把电缆装上去，以便在两次连续放电之间使电荷有足够的衰减。
上述方法的主要缺点是操作过于麻烦。作为替代，可采用下述几种方案。（1）将两次连续放电之间的时间间隔加长，达到让受试设备上的电荷自然衰减到允许值所需的时间。（2）在接地电缆上采用带泄放电阻（如2×470kΩ）的碳纤维刷子。（3）在试验环境里采用空气-离子发生器来加速受试设备的“自然”放电过程。
针对最后一种替代方案，在做空气放电试验时，离子发生器应关闭，避免放电枪头上的电荷离子发生器产生的离子中和。
上述任何一种替代方法的使用都要反映在试验报告里。对于电荷衰减的争议，受试设备上的电荷可以用一台非接触的电场计来监视。当电荷衰减到初始值的 10%以下时，则认为受试设备已经放电。
放电时，静电放电发生器的电极应保持正常的垂直于受试设备所在的位置。2.4.4 试验等级
试验等级如表2-9所示。表2-9 试验等级2.5 射频辐射电磁场抗扰度试验
射频辐射电磁场抗扰度试验的国家标准为 GB/T17626.3（国际标准 IEC61000—4—3与之等同）。2.5.1 试验目的
射频辐射电磁场对设备的干扰往往是由设备操作、维修和安全检查人员在使用移动电话、无线电台、电视发射、移动无线电发动机等电磁辐射源产生的（以上属有意发射），汽车点火装置、电焊机、晶闸管整流器、荧光灯工作时产生的寄生辐射（以上属无意发射）也都会产生射频辐射干扰。测试的目的是建立一个共同的标准来评价电气和电子产品或系统的抗射频辐射电磁场干扰的能力。
目前人们生活中不可缺少的手机产品，已经被标准作为辐射源的考虑重点，这一方面是由于当前手机的使用十分普遍，另一方面是手机的使用者与设备之间的距离又比较近，因此手机对设备产生的辐射干扰在局部范围内非常强。2.5.2 主要试验设备及必备条件1.主要试验设备（1）信号发生器（主要指标是带宽、带调幅功能、能手动或自动扫描、扫描步长及扫描点上的留驻时间可设置、信号的幅度能自动控制等）。（2）功率放大器（要求在1m法、3m法或10m法的情况下，能达到标准规定的场强。对于小产品，也可以采用1m法进行测试，但当1m法和3m法的测试结果有出入时，以3m法为准）。（3）天线（在不同的频段下使用对数周期天线和双锥天线，目前已有可在全频段内使用的复合天线）。（4）场强测试探头。（5）场强测试与记录设备。在基本仪器的基础上再增加一些辅助设备（如计算机、功率计、场强探头的自动行走机构等），可构成一个完整的自动测试系统。（6）电波暗室，为了保证测试结果的对比性和重复性，要对测试场地的均匀性进行校准。2.试验场地
试验应在电波暗室中进行。
电波暗室相对受试设备来说，应具有足够的空间，而且在受试设备周围空间还要有均匀场的特性。
电波暗室的均匀性每年校准一次。另外，每当暗室内的布置发生变化时（如更换吸波材料、试验位置的移动或试验设备的改变等），也要重新校准。
天线与受试设备间的距离取决于受试设备的大小。对小的受试设备来说，即使天线与受试设备间距离小至 1m，也足够保证受试设备正面辐照区的均匀性，这时可以采用 1m 法进行试验，从而选用更大的试验场地。
这里几米的测量距离的规定是：对数周期天线是天线顶端到受试设备正面的距离；双锥天线是天线中央到受试设备正面的距离。
标准规定，受试设备与产生电磁场的天线距离不得小于 1m。受试设备与天线之间的最佳距离是3m。当对试验的距离有争议时，应优先使用3m法。
但对大型设备，即使采用3m法试验，也难以保证受试设备正面辐照区的均匀性，这时则应使用更大的电波暗室、更长的试验距离。3.信号发生器产生的波形
标准规定，信号发生器的试验频率为 80～1000MHz。除试验频率范围外，标准还要求用1kHz的正弦波对载波频率进行调幅，调制深度为80%，目的是模拟语音信号对载波频率的幅度调制情况。调幅波的采用使得试验严酷度提高了很多，这是因为辐射波的瞬时功率与只用载波信号的辐射情况相比大了将近4倍。试验波形如图2-9所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]