第4章 电磁兼容试验与标准(2012).ppt

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1、第第4 4章章 电磁兼容试验电磁兼容试验与标准与标准按照标准，进行电磁兼容测试的必要性按照标准，进行电磁兼容测试的必要性v保证电磁环境满足社会发展的需要保证电磁环境满足社会发展的需要人们比以往重视电磁辐射对人体的影响人们比以往重视电磁辐射对人体的影响电磁频谱有限，需求日益增加电磁频谱有限，需求日益增加为电子产品可靠的工作提供保证为电子产品可靠的工作提供保证v保证产品在规定的条件下，可以正常工作保证产品在规定的条件下，可以正常工作电子产品成问题电子产品成问题铁路安全问题铁路安全问题第第1节节 电磁兼容标准电磁兼容标准分析环境中的各分析环境中的各种电磁干扰种电磁干扰分析设备受电磁分析设备受电磁干扰

2、的机理干扰的机理编成电磁兼编成电磁兼容标准容标准保证各类电保证各类电子设备的正子设备的正常工作及良常工作及良好的电磁环好的电磁环境境电磁兼容标准的内容电磁兼容标准的内容电磁兼容标准的内容电磁兼容标准的内容电磁兼容标准电磁兼容标准干扰发射干扰发射敏敏感感度度传传导导辐辐射射传传导导辐辐射射电电源源线线信信号号/控控制制线线天天线线端端口口电电场场磁磁场场电源线电源线/信号信号线线射射频频瞬瞬态态天天线线端端口口电电场场磁磁场场静静电电放放电电标准编号的识别标准编号的识别国家或组织国家或组织 制订单位制订单位 标标 准准 编编 号号 IEC CISPR CISPR Pub.IEC TC77 IEC

3、 欧共体欧共体 CENELEC EN 美国美国 FCC FCC Part ,MIL-STD.日本日本 VCCI VCCI 中国中国质量技术监督质量技术监督局局,国防部门国防部门 GB -GJB -电磁兼容标准体系电磁兼容标准体系基础标准基础标准电磁兼容标准电磁兼容标准通用标准通用标准产品标准产品标准被被引用到引用到被被引用到引用到EN50121标标准准项项目目 标准号标准名称（英文）标准名称（中文）EN50121-1Railway applications Electromagnetic compatibility Part 1:General铁路应用电磁兼容性第1部分：总则EN50121-2

4、Railway applications Electromagnetic compatibility Part 2:Emissions of the whole railway system to the outside world铁路应用电磁兼容性第2部分：整个铁路系统对外界的发射EN50121-3-1Railway applications Electromagnetic compatibility Part 3-1:Rolling stock Train and complete vehicle铁路应用电磁兼容性第3-1部分：.机车车辆列车及配套车辆EN50121-3-2Railway

5、applications Electromagnetic compatibility Part 3-1:Rolling stock Apparatus铁路应用电磁兼容性第3-2部分：.机车车辆设备EN50121-4Railway applications Electromagnetic compatibility Part 4:Emission and immunity of the signalling and telecommunications apparatus铁路应用电磁兼容性第4部分：信号与通信设备的发射和抗扰度EN50121-5Railway applications Elect

6、romagnetic compatibility Part 4:Emission and immunity of fixed power supply installations and apparatus铁路应用电磁兼容性第5部分：固定供电装置和设备的发射和抗扰度对应国标：对应国标：GB 24338.1-2009 对应铁标：对应铁标：TB 3034 TB3037典型电磁兼容试验项目典型电磁兼容试验项目辐射发射辐射发射（电场、磁场）（电场、磁场）传导发射传导发射（骚扰电压、骚扰功率、电源谐波）（骚扰电压、骚扰功率、电源谐波）辐射抗扰度辐射抗扰度（电场、磁场）（电场、磁场）静电放电静电放电（接触

7、放电、空气放电、间接放电）（接触放电、空气放电、间接放电）传导抗扰度传导抗扰度（射频场感应、电快速脉冲、浪涌，脉冲磁（射频场感应、电快速脉冲、浪涌，脉冲磁场、工频磁场、电压暂降和短时中断）场、工频磁场、电压暂降和短时中断）第第2节节 电磁兼容试验场地电磁兼容试验场地电磁发射试验电磁发射试验敏感度或抗扰度试验：敏感度或抗扰度试验：开阔场（民用标准开阔场（民用标准）屏蔽暗室屏蔽暗室（半电波、（半电波、全电波）全电波）一般在一般在屏蔽室屏蔽室，也可，也可在普通环境中，但是在普通环境中，但是需注意环境影响需注意环境影响其他试验场地：其他试验场地：GTEM室、混响室室、混响室等等开阔场地要求开阔场地要求

8、长长 轴轴 20 米米椭圆区内无金属物体椭圆区内无金属物体 金金 属属 地地 平平 面面短短 轴轴 17.32 米米天线与受试件距离天线与受试件距离 10 米米不同的天线在不同的天线在14米高度内变化，找出各种极化方向下的最强辐射值米高度内变化，找出各种极化方向下的最强辐射值受试件放在受试件放在0.8米高的木桌上米高的木桌上开阔场实景一开阔场实景一高度扫描高度扫描天线杆天线杆金属地面金属地面被测设备被测设备（）（）测试区域（椭圆区域）内无明显反射物测试区域（椭圆区域）内无明显反射物开阔场实景二开阔场实景二马达驱动高度马达驱动高度扫描天线杆扫描天线杆天天 线线EUT防雨棚防雨棚转转 台台 和和

9、桌桌 子子金属网地面金属网地面椭椭 圆圆 区区 内内 没没 有有 其其 它它 物物 体体EMC半电波暗室（一）半电波暗室（一）高度扫描天线杆高度扫描天线杆天线天线金属地板金属地板转台上的受试件转台上的受试件高度扫描高度扫描天线杆天线杆天线天线金属地板金属地板吸波材料吸波材料EMC半电波暗室（二）半电波暗室（二）电磁兼容试验室的结构电磁兼容试验室的结构带风扇的通风波导带风扇的通风波导 主室主室辅助室辅助室2辅助室辅助室1可拆卸的滤波板或观察窗可拆卸的滤波板或观察窗射频测试仪器柜射频测试仪器柜电源滤波器电源滤波器屏蔽门刀口结构屏蔽门刀口结构归一化场地衰减（归一化场地衰减（Normalized Si

10、te AttenuationNormalized Site Attenuation，NSANSA）半电波暗室的性能指标半电波暗室的性能指标半电波暗室是用来代替开阔场进行辐射发射测试的，因此半电波暗室是用来代替开阔场进行辐射发射测试的，因此半电波暗室的场地衰减特性应当和开阔场相当。半电波暗室的场地衰减特性应当和开阔场相当。CISPR16CISPR16要求半电波暗室的归一化场地衰减与理论值（开阔场）的要求半电波暗室的归一化场地衰减与理论值（开阔场）的误差应在误差应在4dB4dB以内。以内。NSANSA理论模型：理论模型：电场传播模型电场传播模型半电波暗室的性能指标半电波暗室的性能指标AFAFT T

11、 发射天线的天线系数发射天线的天线系数AFAFR R 接收天线的天线系数接收天线的天线系数A AF F 互阻抗修正因子（互阻抗修正因子（dB)dB)V VD D分别断开发射天线和接收天线与各自的同轴电缆的连接并分别断开发射天线和接收天线与各自的同轴电缆的连接并通过连接器直接连接两天线得出的测量值通过连接器直接连接两天线得出的测量值V VS S发射天线和接收天线重新与各自的同轴电缆连接后接收天发射天线和接收天线重新与各自的同轴电缆连接后接收天线在线在1-4 1-4 米高度处扫描测得的最大值米高度处扫描测得的最大值NSANSA测量值：测量值：天线系数：天线系数：NSA的测试布置的测试布置 水平极化

12、水平极化NSA NSA 测量布置测量布置 垂直极化垂直极化NSA NSA 测量布置图测量布置图NSA的测试过程的测试过程NSA的测试过程的测试过程NSA NSA 测量天线的典型位置测量天线的典型位置EMC全电波暗室全电波暗室 场均匀性（场均匀性（Field UniformityField Uniformity，FUFU）全电波暗室的性能指标全电波暗室的性能指标电波暗室的场均匀性测试又被称为场的校准。场均电波暗室的场均匀性测试又被称为场的校准。场均匀性测试的目的是确保在受试设备匀性测试的目的是确保在受试设备(EUT)(EUT)周围的场充分周围的场充分均匀，以便能保证测试结果的有效性。均匀，以便能

13、保证测试结果的有效性。IEC 61000-4-3IEC 61000-4-3要要求求1.5m1.5m1.5m1.5m测试面内若该均匀面的大部分点测试面内若该均匀面的大部分点(75(75以上以上)的场差值在的场差值在0 0+6dB+6dB内时，该面上的场被认为是均匀。内时，该面上的场被认为是均匀。(即即若测量若测量1616个点中至少有个点中至少有1212个在容差范围内个在容差范围内)。如果校准面。如果校准面尺寸为尺寸为0 05 m x 05 m x 05 m5 m，则全部点都应满足要求，则全部点都应满足要求0 0+6 6 dBdB作为容差范围，作为容差范围，FU的测试过程的测试过程 场电压驻波比（

14、场电压驻波比（site voltage standing wave ratio site voltage standing wave ratio，SVSWRSVSWR）全电波暗室的性能指标（全电波暗室的性能指标（1GHz以上）以上）场电压驻波比测试的目的目的是检查受试空间的周边由接场电压驻波比测试的目的目的是检查受试空间的周边由接收天线收天线3dB3dB波束宽度形成线的切线波束宽度形成线的切线W W所提供的自由空间条件。所提供的自由空间条件。CISPRCISPR规定对于两种极化规定对于两种极化SVSWRSVSWR应该小于应该小于3.5dB3.5dB。SVSWR的测试过程的测试过程电磁屏蔽室电磁

15、屏蔽室电源滤波器通风板电缆接线板通风板混响室混响室小小型型混混响响室室 典型混响室结构典型混响室结构 IEC61000-4-21 ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY(EMC),Part 4:Testing and Measurement Techniques,Section 21:Reverberation Chamber Test Methods大大型型混混响响室室大大型型混混响响室室的的被被测测设设备备ETS混混响响室室BraunschweigBraunschweig 混响室混响室The Bent Plate at YorkNPL 混响室混响室各种混响室搅拌器各种混

16、响室搅拌器测量接收机测量接收机第第3节节 测量仪器及天线测量仪器及天线测量接收机的四大指标测量接收机的四大指标中频带宽：包络的宽度和幅度都与中频带宽有关，因此测量仪中频带宽：包络的宽度和幅度都与中频带宽有关，因此测量仪的中频带宽一定要有统一的规定。的中频带宽一定要有统一的规定。检波电路的充放电时间常数：加权检波的形式是由检波电路的检波电路的充放电时间常数：加权检波的形式是由检波电路的充放电时间常数决定的，所以对检波器的充放电时间常数也要充放电时间常数决定的，所以对检波器的充放电时间常数也要有统一的规定。有统一的规定。电表机械时间常数：由于电表也要有一定的惯性，电表读数要电表机械时间常数：由于电

17、表也要有一定的惯性，电表读数要受其影响，因此标准规定电表要处于临界阻尼状态，并且具有受其影响，因此标准规定电表要处于临界阻尼状态，并且具有确定的机械时间常数。确定的机械时间常数。过载系数：由于测量仪以测量脉冲信号为主，脉冲信号的幅度过载系数：由于测量仪以测量脉冲信号为主，脉冲信号的幅度往往很大，所以测量仪还应该有较大的过载能力，以免由于过往往很大，所以测量仪还应该有较大的过载能力，以免由于过载而测不到脉冲的顶部。过载系数是指电路的稳态响应离开理载而测不到脉冲的顶部。过载系数是指电路的稳态响应离开理想线性不超过想线性不超过1dB 1dB 时的最高电平与指示器满刻度偏转指示所对时的最高电平与指示器

18、满刻度偏转指示所对应的电平之比。应的电平之比。1 1、平均值检波：充、放电时间常数相同，特别适用、平均值检波：充、放电时间常数相同，特别适用于连续波测量。测量对象为广播、电视信号这类的正于连续波测量。测量对象为广播、电视信号这类的正弦波电磁场。弦波电磁场。2 2、峰值检波：其相对于平均值检波器的充电时间常、峰值检波：其相对于平均值检波器的充电时间常数小，但放电时间常数却很大。因此，即使很窄的脉数小，但放电时间常数却很大。因此，即使很窄的脉冲也能快速充电到稳定值。适用于脉冲信号的检测。冲也能快速充电到稳定值。适用于脉冲信号的检测。3 3、准峰值检波：其充、放电时间常数介于平均值和、准峰值检波：其

19、充、放电时间常数介于平均值和峰值之间。在测量周期内准峰值检波器的输出既与脉峰值之间。在测量周期内准峰值检波器的输出既与脉冲幅度有关，又与脉冲重复频率有关，因此其输出的冲幅度有关，又与脉冲重复频率有关，因此其输出的值可以用来评估干扰对听觉造成的影响。值可以用来评估干扰对听觉造成的影响。常用测量骚扰的检波方式常用测量骚扰的检波方式对于相同的信号，峰值测量结果对于相同的信号，峰值测量结果准峰值测量结果准峰值测量结果平平均值测量结果。均值测量结果。三种检波方式比较三种检波方式比较测量接收机方框图及时域特性测量接收机方框图及时域特性测量电磁干扰的天线测量电磁干扰的天线双锥天线双锥天线对数周期天线对数周期

20、天线第第4节节 电磁骚扰发射测试电磁骚扰发射测试v测试仪器和设备测试仪器和设备测试场地测试场地测量用天线、测量接收机测量用天线、测量接收机人工电源网络人工电源网络功率吸收钳功率吸收钳电流环电流环v测试方法测试方法如何测得最大辐射如何测得最大辐射如何保证测量结果的一致性如何保证测量结果的一致性辐射发射测试方法辐射发射测试方法v距离距离vEUTEUT高度高度v找最大值找最大值天线水平垂直两种极化天线水平垂直两种极化天线天线1-41-4米扫描米扫描转台转台360360旋转旋转覆盖全频段（覆盖全频段（30MHz-1000MHz30MHz-1000MHz）辐射发射测试测试方法辐射发射测试测试方法EUT旋

21、转找最大面旋转找最大面0.8m14m1、3、10、30米米屏蔽墙屏蔽墙测试仪测试仪v测试距离：测试距离：3 3米或米或1010米米vEUTEUT高度：台式设备置于高度：台式设备置于0.80.8米高的木制桌上米高的木制桌上v测试频段：测试频段：30MHz-1000MHz30MHz-1000MHzv如何找到被测设备（如何找到被测设备（EUTEUT）辐射的最大值）辐射的最大值测试天线（即接收天线）在测试天线（即接收天线）在1-41-4米的高度范围米的高度范围进行扫描。对每一天线高度，被测设备进行扫描。对每一天线高度，被测设备（EUTEUT）需）需360360 旋转，从而得到旋转，从而得到EUTEUT

22、在不同方向、在不同方向、不同高度上的辐射场强。不同高度上的辐射场强。分别在测试天线水平、垂直两种极化情况下分别在测试天线水平、垂直两种极化情况下进行上述测试。所有测试结果的最大值为进行上述测试。所有测试结果的最大值为EUTEUT的最大辐射场强。的最大辐射场强。辐射发射测试要求辐射发射测试要求典型测试布置传导发射测试传导发射测试v传导发射测试所用设备传导发射测试所用设备人工电源网络（人工电源网络（AMNAMN）或线性阻抗稳定网络）或线性阻抗稳定网络（LISNLISN）测量接收机测量接收机测试场地测试场地-屏蔽室屏蔽室v传导发射测试方法传导发射测试方法人工电源网络的作用和工作原理人工电源网络的作用

23、和工作原理在屏蔽室内测试的原因在屏蔽室内测试的原因测量的是共摸干扰还是差摸干扰测量的是共摸干扰还是差摸干扰频率范围的上限是频率范围的上限是30MHz30MHz传导发射测试传导发射测试测试简图测试简图典型测试布置典型测试布置 传导发射测试是测量传导发射测试是测量EUTEUT通过电源线或信号线通过电源线或信号线向外发射的骚扰。向外发射的骚扰。LISNLISN电路原理图电路原理图人工电源网络（人工电源网络（LISNLISN、AMNAMN）的作用）的作用1 1、在整个传导发射测量频率范围内（、在整个传导发射测量频率范围内（150kHz150kHz30MHz30MHz），为），为EUTEUT电源线提供一

24、个稳定的阻抗（通电源线提供一个稳定的阻抗（通常为常为5050欧姆）。欧姆）。2 2、隔离电网和、隔离电网和EUT,EUT,使测得的骚扰电压仅是使测得的骚扰电压仅是EUTEUT发发射的，而不会包括电网的骚扰。射的，而不会包括电网的骚扰。骚扰功率测试骚扰功率测试v骚扰功率测试的必要性骚扰功率测试的必要性v频率测试范围（频率测试范围（30-300MHz30-300MHz）v功率吸收钳结构和原理功率吸收钳结构和原理v测试方法测试方法测试布置测试布置测试场地测试场地测试步骤测试步骤功率吸收钳功率吸收钳（Absorbing Clamp）n结构：结构：n1 1）宽带射频电流变换器；）宽带射频电流变换器；n2

25、 2）宽宽带带射射频频功功率率吸吸收收体体和和受受试试设设备备引引线线的的阻阻抗稳定器；抗稳定器；n3 3）吸收套筒，即铁氧体环附件；吸收套筒，即铁氧体环附件；吸收钳结构示意图吸收钳结构示意图吸收钳实物图吸收钳实物图电流环电流环-电流探头电流探头v电流环结构电流环结构v电流环原理电流环原理v电流环应用电流环应用电流环结构电流环结构第第3节节 抗扰度测试抗扰度测试v浪涌抗扰度浪涌抗扰度v快速脉冲群抗扰度快速脉冲群抗扰度v静电放电抗扰度静电放电抗扰度v辐射抗扰度辐射抗扰度v传导抗扰度传导抗扰度 抗扰度测试的目的是测试设备承受各种电磁骚抗扰度测试的目的是测试设备承受各种电磁骚扰的能力，也称为敏感度。

26、扰的能力，也称为敏感度。抗扰度检测的基本原理抗扰度检测的基本原理抗扰度测试中的性能判据抗扰度测试中的性能判据vA A：EUTEUT工作完全正常；工作完全正常；vB B：EUTEUT工作性能出现非期望的偏离，但骚扰去除工作性能出现非期望的偏离，但骚扰去除后可自动恢复；后可自动恢复；vC C：EUTEUT工作性能出现非期望的偏离，但骚扰去除工作性能出现非期望的偏离，但骚扰去除后不能自动恢复，需人工干涉才能恢复；后不能自动恢复，需人工干涉才能恢复；vD D：EUTEUT彻底损坏。彻底损坏。一、辐射电磁场抗扰度试验一、辐射电磁场抗扰度试验评估评估EUTEUT对来自空间的辐射电磁场的抗扰度对来自空间的辐

27、射电磁场的抗扰度二、射频场感应的传导抗扰度试验二、射频场感应的传导抗扰度试验v频率范围：频率范围：150kHz80MHz/230MHzv骚扰信号：骚扰信号：80%调幅信号，载波电平：调幅信号，载波电平：1V，3V，10Vv耦合方式：耦合方式：CDNCDN直接注入直接注入/电磁注入钳电磁注入钳耦合去耦网络耦合去耦网络没有插入损耗，需要的功率小没有插入损耗，需要的功率小典型测试布置(电源端口）典型测试布置(信号端口）三、静电放电抗扰度试验三、静电放电抗扰度试验模拟操作人员或物体在接触设备时的放电及模拟操作人员或物体在接触设备时的放电及物体对邻近物体的放电，以考察被测设备抵物体对邻近物体的放电，以考

28、察被测设备抵抗静电放电干扰能力。抗静电放电干扰能力。人体放电是主要的静电放电源人体放电是主要的静电放电源静电放电现象静电放电现象静电放电枪产生的放电电流波形静电放电枪产生的放电电流波形静电放电产生干扰的方式静电放电产生干扰的方式v传导方式：静电放电电流直接进入设备的传导方式：静电放电电流直接进入设备的内部电路造成干扰内部电路造成干扰v辐射方式：静电放电时伴随的急剧变化的辐射方式：静电放电时伴随的急剧变化的电流产生的强场在电路信号环路中感应出电流产生的强场在电路信号环路中感应出电压而造成干扰电压而造成干扰直接放电直接放电间接放电间接放电四、快速脉冲群抗扰度试验四、快速脉冲群抗扰度试验v电快速脉冲

29、群用以模拟感性负载断开时所产电快速脉冲群用以模拟感性负载断开时所产生的噪声生的噪声v用来评估电气和电子设备的供电电源端口、用来评估电气和电子设备的供电电源端口、信号和控制端口在受到瞬变脉冲群干扰时的信号和控制端口在受到瞬变脉冲群干扰时的性能。性能。电瞬变快速脉冲群的试验波形电瞬变快速脉冲群的试验波形电瞬变快速脉冲群抗扰度试验配置电瞬变快速脉冲群抗扰度试验配置典型测试布置(电源端口）典型测试布置(信号端口）五、浪涌抗扰度试验五、浪涌抗扰度试验v模拟雷击带来的干扰影响模拟雷击带来的干扰影响v评价设备遭受电力线路和互连线路上大能量评价设备遭受电力线路和互连线路上大能量骚扰时的性能。骚扰时的性能。浪涌抗扰度试验波形浪涌抗扰度试验波形浪涌抗扰度试验配置浪涌抗扰度试验配置典型测试布置(信号端口）