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EMC电磁兼容设计中半屏蔽场地的基本原理是如何的

电子产品EMC完善的设计依赖于测试现场、测试设备、诊断设备,EMC辅助工具的设计,EMC工程师的工程经验,其中测试场地和设备是固定资产投资的关键。目前,大多数企业的产品研发EMC都需要依靠第三方商业实验室的测试能力,导致研发成本EMC测试和诊断的成本是巨大的。由于巨大的一次性投资和持续的维护成本,一些企业建立了自己的电波暗室来控制测试成本,这也降低了他们的财务优势。通过对基本标准测试原理的分析和研究,队解决了基于开放场原理的半屏蔽测试场地EMC测试资源的预测具有一定的参考意义。

标准认证级EMC基本标准要求测试场地的分类和性能CISPR16-1-4定义,其中OATS(openareatestsite)10米开放场地是标准定义的标准场地,取代场地(alternativetestsites)包括气候屏蔽的开阔场和带吸波材料的屏蔽室(Absorber-linedshieldedroom),半电波暗室SAC(Semi-anechoicchamber)是大多数产品标准引用的最常见的暗室。

辐射发射试验的基本原理是利用接收天线测量受试设备的直接发射和地面反射的最大值。因此,开放场是自然最标准的试验场,半电波暗室利用吸波材料吸收五个表面的辐射来模拟开放场。测试距离、边界、天线高度、NSA(Normalizedsiteattenuation)标准中规定了归一化场地衰减等相关指标。


国产电磁兼容仪器设备

图1.辐射测试原理


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图2.标准测试场地距离和边界定义


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图3.带雨水遮蔽的开阔场


开放式场地是电磁兼容性早期发展阶段性能优异、成本低的最佳测试场地。然而,随着电子设备的广泛应用,越来越难找到满足背景发射电平限值以下的6dB即30dBuV/m建造认证测试开放场地,昂贵的半电波暗室成为主流方案。作者在预测试的半屏蔽场地EMC在R&D活动实践中,逐步设计、开发和完善了一种非标准测试场地。与开放式场地和半电波暗室相比,它在方便性、可靠性、准确性和成本方面具有独特的优势,在近10年的工程应用中发挥了巨大的作用。这里简要说明一下基本原理和使用方法,供大家参考。


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图4.半屏蔽场地测试辐射测试示意图


半屏蔽场预测原理参考标准10米开放场,但与标准场地有下列异同:

1.地板金属板设计与开阔场相同,符合天线接收直接发射和地面反射的要求;

2.与开阔场辐射发射限值相比,半屏蔽场需要根据测试距离反比计算转换限值,即3m测试距离限值比10m限值提高10dB,2m测试距离限值比10m限值提高14dB,1m测试距离限值比10米高20米dB;

3.与开放场地相比,半屏蔽场地增加了两侧垂直金属墙,在一定程度上阻挡了天线主瓣空间环境中的噪声源,保持了射频空间的开放性,不会导致半电波暗室的腔谐振;

4.与开放场地的组合天线相比,半屏蔽场地使用双锥和对数天线更加紧凑灵活;

5.与开阔场相比,只测试EUT半屏蔽场地的直接发射和地面反射增加了两个垂直墙反射EUT从而增加天线接收的发射EUT信号提高信噪比,确保测试结果不低于标准开放场测试结果;

6.与开放场地的低不确定性相比,半屏蔽场地300MHz以下6-10dB在实践中,裕量更安全。

7.与开阔场10米的测试距离相比,半屏蔽场的测试距离降低到3米或1米,以提高信噪比和限值;

8.与开阔场相比,背景噪音300dBuV/m半屏蔽场地背景噪声要求3米40米dBuV/m或1米距离50dBuV/m;

9.接收天线放置在与三个面交角45度的延长线上,以确保接收三个面的反射和EUT直射;

 

从以上比较可以看出,半屏蔽场地借鉴了标准开放场地的原理,通过增加反射和减小测试距离EUT信号从环境背景噪声中突出,辐射信号的测量在没有屏蔽和吸波设计的情况下实现。它是一种基于标准的实际扩展,而不是无源的水。半屏蔽场地不属于开放场地,不能用于标准认证测试,只能用于EMC研发工程实践中的预测试依赖于经验丰富的场地预测试EMC工程师的设备操作、参数设置、验证和校准。然而,半屏蔽场地宽松的环境噪声电平要求、灵活的场地设计和极低的成本自然适合大多数企业的内部建设。依靠丰富的经验EMC在工程实践中,展可以在工程实践中尽快找到EMC问题在实践中很有意义。

 

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图5.PCB板级EMC诊断布置


半屏蔽场地的应用不仅可以通过转换限值和系数进行辐射预测试,还可以扩展到子系统/PCB板级预测试验诊断整改现场——利用天线测试远场电场,近场探头测量近场,电流探头测量电缆发射,显示器放大频谱曲线,便于比较观察。如上图所示,硬件工程师PCB同时,在远场1米处进行电场测试和近场探头探测。通过两者的直观比较,可以在设计初期准确掌握初级研发样品EMC直接评估和优化改进设计,有效降低沟通成本EMC检查工作量。

半屏蔽场地的应用不依赖于昂贵的接收器和自动化测试软件。使用频谱仪可以完成辐射发射的预测试和诊断,因此预算成本投资很小,但对EMC工程师的能力和经验要求很高。

配备频谱仪、天线、传导阻抗网络(用于传导标准测试)、电流探头(用于电缆EMI诊断)、电压探头(用于射频电压测试、频谱测试)、近场探头(用于EMI插损夹具(用于探头校准和插损试验),ESD枪(用于ESD传导抗扰度测试系统(用于传导抗扰度测试)。

SURGE/EFT用于浪涌和脉冲群标准测试的组合波发生器和耦合网络EMC测试诊断能力,特别是标准测试暗室所不具备的分析诊断能力。实际上,场地在EMC在预测试验和诊断分析中都取得了良好的应用效果,在此推荐给大家。



相关关键词: EMC
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