電磁兼容性測(cè)試：發(fā)射試驗(yàn)與限值檢測(cè)技術(shù)綜述

電磁兼容性（EMC）是評(píng)價(jià)電氣電子設(shè)備在其電磁環(huán)境中正常工作且不對(duì)該環(huán)境中其他設(shè)備構(gòu)成難以承受的電磁騷擾能力的關(guān)鍵指標(biāo)。其中，發(fā)射試驗(yàn)與限值檢測(cè)是EMC測(cè)試的核心組成部分，旨在衡量設(shè)備對(duì)外產(chǎn)生的電磁騷擾水平，確保其符合法規(guī)要求，防止對(duì)公共電網(wǎng)及其他設(shè)備造成干擾。

一、 檢測(cè)項(xiàng)目：方法與原理

發(fā)射試驗(yàn)主要測(cè)量設(shè)備通過傳導(dǎo)和輻射兩種途徑發(fā)射的電磁騷擾能量。

1. 傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試

• 測(cè)試原理：測(cè)量設(shè)備通過電源線、信號(hào)線、地線等導(dǎo)線向外發(fā)射的電磁騷擾。這些騷擾通常以騷擾電壓或騷擾電流的形式存在，頻率范圍主要集中在150kHz至30MHz。

• 測(cè)試方法：

  • 騷擾電壓測(cè)量：使用線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）接入被測(cè)設(shè)備供電回路。LISN具有雙重功能：為被測(cè)設(shè)備提供純凈的電源；在測(cè)量端口提供一個(gè)規(guī)定的阻抗（通常為50Ω），以便接收機(jī)能夠準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)設(shè)備產(chǎn)生的騷擾電壓。

  • 騷擾功率測(cè)量：對(duì)于30MHz至300MHz頻段，某些標(biāo)準(zhǔn)采用吸收鉗法測(cè)量沿著導(dǎo)線輻射的騷擾功率。吸收鉗沿著導(dǎo)線移動(dòng)，測(cè)量其吸收到的大功率值。

2. 輻射發(fā)射測(cè)試

• 測(cè)試原理：測(cè)量設(shè)備通過空間傳播的電磁騷擾場(chǎng)強(qiáng)。測(cè)試頻率范圍通常為30MHz至6GHz，甚至更高，取決于產(chǎn)品的高工作頻率。

• 測(cè)試方法：

  • 天線接收法：在標(biāo)準(zhǔn)化的開闊場(chǎng)或半電波暗室中進(jìn)行。被測(cè)設(shè)備置于轉(zhuǎn)臺(tái)上，接收天線置于特定距離（如3米、10米）處。測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，天線在1米至4米高度范圍內(nèi)掃描，通過接收機(jī)測(cè)量各方位角和高度下輻射騷擾的場(chǎng)強(qiáng)大值。測(cè)試需在水平和垂直兩種極化方式下進(jìn)行。

3. 諧波電流發(fā)射測(cè)試

• 測(cè)試原理：考核設(shè)備從電網(wǎng)取電時(shí)，其非線性特性導(dǎo)致輸入電流波形失真，產(chǎn)生諧波分量。這些諧波會(huì)污染電網(wǎng)，導(dǎo)致中性線過流、變壓器過熱等問題。

• 測(cè)試方法：使用諧波分析儀或具備此功能的功率分析儀，直接測(cè)量被測(cè)設(shè)備在特定工作狀態(tài)下輸入電流的各次諧波（通常為2至40次）分量，并與限值比較。

4. 電壓波動(dòng)和閃爍測(cè)試

• 測(cè)試原理：評(píng)估設(shè)備功率變化（如電機(jī)啟動(dòng)、加熱器通斷）對(duì)電網(wǎng)電壓的影響，導(dǎo)致連接在同一電網(wǎng)中的照明設(shè)備出現(xiàn)肉眼可見的閃爍。

• 測(cè)試方法：使用閃爍儀，模擬標(biāo)準(zhǔn)燈絲-眼-腦網(wǎng)絡(luò)對(duì)電壓波動(dòng)的響應(yīng)，量化出短時(shí)間閃爍值（Pst）和長(zhǎng)時(shí)間閃爍值（Plt）。

二、 檢測(cè)范圍：應(yīng)用領(lǐng)域與需求

發(fā)射試驗(yàn)覆蓋幾乎所有接入電網(wǎng)或包含數(shù)字電路、射頻電路的設(shè)備。

• 信息技術(shù)設(shè)備：計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、打印機(jī)、顯示器等，需滿足信息技術(shù)類設(shè)備的發(fā)射要求。

• 家用電器：冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐等，其內(nèi)部的電機(jī)、控制器是主要的騷擾源。

• 工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備：電焊機(jī)、變頻器、大型醫(yī)療成像設(shè)備等，功率大，騷擾特性復(fù)雜，限值相對(duì)寬松但測(cè)試要求嚴(yán)格。

• 汽車電子：隨著電動(dòng)汽車發(fā)展，車載充電機(jī)、電機(jī)控制器等零部件的傳導(dǎo)和輻射發(fā)射測(cè)試至關(guān)重要。

• 無線電設(shè)備與通信終端：手機(jī)、基站、路由器等，除了自身數(shù)字電路的騷擾，還需控制其有意發(fā)射的帶外雜散。

• 照明設(shè)備：特別是LED驅(qū)動(dòng)和調(diào)光系統(tǒng)，是諧波電流和傳導(dǎo)發(fā)射的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

• 軍工與航空航天：要求極為嚴(yán)苛，通常在更寬的頻段和更嚴(yán)酷的環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)試。

三、 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)內(nèi)外規(guī)范

測(cè)試必須依據(jù)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以確保結(jié)果的一致性和可比性。

1. 標(biāo)準(zhǔn)

• CISPR系列：電工委員會(huì)無線電干擾特別委員會(huì)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，是EMC領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系。

  • CISPR 32：適用于多媒體設(shè)備。

  • CISPR 11：適用于工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備。

  • CISPR 14-1：適用于家用電器和電動(dòng)工具。

  • CISPR 25：適用于車輛、船和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。

• IEC 61000-3-2：諧波電流發(fā)射限值。

• IEC 61000-3-3：電壓波動(dòng)和閃爍限值。

2. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)
中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)多等同或修改采用標(biāo)準(zhǔn)。

• GB/T 9254.1：信息技術(shù)設(shè)備、多媒體設(shè)備和接收機(jī)的無線電騷擾限值和測(cè)量方法（等同CISPR 32）。

• GB 4824：工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備 射頻騷擾特性 限值和測(cè)量方法（等同CISPR 11）。

• GB 4343.1：家用電器、電動(dòng)工具和類似器具的電磁兼容要求 第1部分：發(fā)射（等同CISPR 14-1）。

• GB 17625.1：電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（等同IEC 61000-3-2）。

• GB 17625.2：電磁兼容 限值 對(duì)每相額定電流≤16A且無條件接入的設(shè)備在公用低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓變化、電壓波動(dòng)和閃爍的限制（等同IEC 61000-3-3）。

3. 其他區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)

• 北美洲：主要遵循FCC Part 15規(guī)則。

• 歐洲：在CISPR/IEC標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)被引用至歐盟EMC指令。

四、 檢測(cè)儀器：主要設(shè)備及功能

1. 電磁干擾接收機(jī)

• 功能：用于精確測(cè)量傳導(dǎo)和輻射騷擾電壓、場(chǎng)強(qiáng)。它與頻譜分析儀類似，但其檢波器、帶寬和掃描速度嚴(yán)格遵循CISPR標(biāo)準(zhǔn)（如具備峰值、準(zhǔn)峰值、平均值檢波器，中頻帶寬為200Hz、9kHz、120kHz等），確保測(cè)量結(jié)果與騷擾的主觀干擾性相關(guān)聯(lián)。

2. 頻譜分析儀

• 功能：可用于發(fā)射的預(yù)測(cè)試和診斷。雖然其絕對(duì)測(cè)量精度可能低于標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)，但掃描速度快，能快速定位騷擾頻點(diǎn)。通過配置預(yù)選器和標(biāo)準(zhǔn)要求的檢波器，也可用于符合性測(cè)試。

3. 線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)

• 功能：作為傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試的關(guān)鍵附件，插入被測(cè)設(shè)備與供電網(wǎng)絡(luò)之間，提供標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量阻抗，隔離電網(wǎng)背景噪聲，并將騷擾電壓耦合至接收機(jī)。

4. 測(cè)量天線

• 功能：用于輻射發(fā)射測(cè)試，將空間電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為接收機(jī)可測(cè)量的電壓。不同類型的天線覆蓋不同頻段，如雙錐天線（30MHz - 300MHz）、對(duì)數(shù)周期天線（300MHz - 1GHz以上）、喇叭天線（1GHz以上）。

5. 諧波和閃爍測(cè)試系統(tǒng)

• 功能：集成高精度功率采樣、諧波分析算法和閃爍計(jì)算模型，能夠自動(dòng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求完成諧波電流和電壓波動(dòng)與閃爍的測(cè)試，并生成合規(guī)性報(bào)告。

6. 電波暗室

• 功能：提供純凈、不受外界電磁干擾的測(cè)試環(huán)境。半電波暗室的墻壁和天花板覆蓋吸波材料，地面為金屬接地板，模擬開闊場(chǎng)的測(cè)試條件。

7. 測(cè)試軟件

• 功能：控制整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，包括接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)、天線塔等，自動(dòng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程，記錄數(shù)據(jù)，生成測(cè)試曲線并與標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較。

結(jié)論
發(fā)射試驗(yàn)與限值檢測(cè)是確保電子電氣產(chǎn)品電磁環(huán)境友好性的第一道防線。隨著技術(shù)的發(fā)展和新業(yè)務(wù)（如物聯(lián)網(wǎng)、5G）的涌現(xiàn)，測(cè)試頻率范圍不斷擴(kuò)展，測(cè)試要求日益精細(xì)。深入理解各項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目的原理、范圍、標(biāo)準(zhǔn)及儀器，對(duì)于產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量控制和市場(chǎng)準(zhǔn)入具有不可替代的重要意義。測(cè)試機(jī)構(gòu)與制造商需緊跟標(biāo)準(zhǔn)更新，不斷提升測(cè)試能力，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的電磁兼容性挑戰(zhàn)。