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2020年第6期 安全与电磁兼容
引言
贯彻GJB 151A/B 的RE102项目时[1-2]，产品超标现象普遍，贯标检测结果只是反映了产品的整体辐射发射情况，无法准确识别干扰源位置。当试验现场缺少有效定位技术手段时，设计师主要依靠工程经验、结合产品现场布置情况，排查可能的干扰源。这种方法缺乏针对性，导致整改效率低、时间和经济成本高，严重制约RE102项目的合格率提升。为此，本文提出采用近场测试方法实现电磁辐射干扰问题的快速定位、整改、验证。 1 电磁辐射干扰诊断的近场测试方法
1.1 近场测试原理
通过近场测试可捕获产品的近场辐射干扰，干扰幅度遵循随传播距离增大逐渐衰减的原则[3]，且近场幅度越大，远距离处的幅度也越大，依照此关系可定位辐射干扰源位置。
近场探头分为磁场探头和电场探头[4]，近场测试中，根据使用场景选择合适的近场探头，通常芯片/器件 管脚、信号线缆等的近场区域是磁场占主导地位，通过旋转磁场探头方向获取最大磁场值，避免遗漏辐射源；芯
片表面、单根导线等的近场区域是电场占主导地位，选用电场探头沿被测对象表面测量电场。近场探头将捕获的电场或磁场转换为电压，由频谱仪接收并显示，忽略线缆损耗，电压计算公式如下：
U =E /AF 1 （1）U =H /AF 2 （2）式（1）、式（2）中，U 是频谱仪显示的电压值（V）；E 是电场幅度（V/m）；H 是磁场幅度（A/m）；AF 1是电场探头转换系数（1/m）；AF 2是磁场探头转换系数 （1/（m·Ω））。电场幅度和磁场幅度与电压值成正比。如果探头转换系数频响平坦，则频谱仪显示的电压值可用于对贯标检测结果作定性比较。1.2 近场测试系统
构建的近场测试系统组成如图1，包括近场探头组、低噪声放大器和频谱仪，系统具备近场测试能力，可以满足产品辐射干扰故障的诊断需求。
摘要
针对产品电磁辐射干扰贯标测试中存在的位置分辨率低、定位模糊等局限性问题，构建了由近场探头、低噪声放大器、频谱分析仪等组成的近场测试系统，采用近场测试方法定位辐射干扰源、验证整
改效果。TR 组件和便携式终端的电磁辐射干扰整改应用，证明了近场测试方法的有效性和适用性。与电磁辐射干扰诊断的贯标测试方法相比，近场测试方法具备快速、定位准确、便捷等优点。关键词
近场测试；电磁辐射干扰；定位；整改；GJB 151A/B Abstract
举宫
Aiming at the limitation of low position resolution and location ambiguity in the product electromagnetic radiation interference standard test, a near-field test system consisting of near-field probes, a low noise amplifier and a spectrum analyzer is constructed. The near-field test method is adopted to locate radiation interference sources and verify the effect of the rectification measures. Through the location and rectification cases of the TR module and the portable terminal, the effectiveness and applicability of the method are further proved. Compared with the standard test method of electromagnetic radiation interference diagnosis, the near-field test method has the advantages of fast, accurate positioning and convenient.
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Keywords
near-field test; electromagnetic radiation interference; location; rectification; GJB 151A/B
电磁辐射干扰诊断的近场测试方法及应用
Near-field Test Method and Application of Electromagnetic Radiation Interference Diagnosis
南京电子技术研究所 董荻莎 许明明
图1
近场测试系统组成
104SAFETY & EMC No.6 2020
定位EUT（受试设备）产生的电磁辐射干扰时，将频谱仪测试频段设置在RE102项目超标频段，选择幅度最大保持功能，首先选用灵敏度较高的近场探头沿EUT 表面的缝隙、连接器接口和线缆表面等位置探测干扰。
近场测试系统的关键要素包括位置分辨率、灵敏度和频率响应。
位置分辨率决定近场测试能够分辨的干扰源最小尺寸，本近场测试系统的位置分辨率为0.2~25 mm。
灵敏度决定了可捕获的最小辐射量。在同一频率范围内，通常位置分辨率越低（物理尺寸越大）的探头，其灵敏度越高。定位辐射干扰源过程中，先用高灵敏度探头初步定位，再用高分辨率探头缩小可疑范围。
本近场测试系统选用的近场探头频率响应平坦，根据式（1）和式（2），可通过定性比较频谱仪显示的电压频谱与贯标检测的电场频谱特征，根据两者频率和幅度包络特征的一致程度准确排查定位辐射干扰源。1.3 电磁辐射干扰诊断的测试方法对比1.3.1 贯标测试方法
测试设备主要包括宽波束宽带天线、低噪声放大器和测量接收机，组成框图如图2，天线与EUT 的布置方法[2]如图3。
将构成复杂产品的分系统/单元/模块分成若干可独立工作的组，辐射干扰诊断过程如下：
a）各组独立工作，进行RE102项目测试，出与贯标检测结果中的超标频谱包络基本一致的组；
b） 对a）定位的组逐个施加整改措施，进行RE102项目测试，验证评估措施的有效性；
现浇箱梁施工
c）逐一递减整改措施并进行RE102项目测试，剔除多余的整改措施。
该诊断方法全面评估受试对象在空间中的辐射干扰情况，检测结果可以直接与GJB 151A/B 中的极限值比较，但存在以下局限性：
a）宽波束宽带天线尺寸大，位置分辨率低，对于复杂产品，只能通过分组工作的方式定位干扰源（与复杂产品真实工作状态存在差异），不便于准确定位辐射干扰源；
b）定位模糊，导致整改措施针对性不强，检测耗时长，增加了整改的技术难度和时间成本。1.3.2 近场测试方法
近场测试系统组成框图如图1，图4为近场测试系统与EUT 的实测布置。辐射干扰诊断过程如下：
a）产品正常工作，开启频谱仪幅度最大保持功能。在贯标检测结果中的超标频段，使用近场探头扫描壳体缝隙、连接器接口、线缆等位置；
b）当扫描结果与超标包络趋势一致，并且扫描其附近位置时频谱仪显示幅度不再变化，则当前扫描位置为附近辐射干扰泄漏最大的位置，是干扰源；
c）对干扰源采取屏蔽、接地、滤波等整改措施，
汽水取样使用近场测试方法验证评估整改措施的有效性；
d）逐一递减整改措施并进行RE102项目测试，剔除多余的整改措施。
一般近场测量距离≤10 cm，而RE102项目的测量距离是1 m，因此从近场测量结果无法直接判断RE102项目是否合格，但该方法应用于辐射干扰故障诊断时，优势明显，主要体现在以下三个方面：
a）近场探头是电小尺寸天线，实现了超宽带测试，对电磁场分布扰动小，测量结果能反映EUT 的实际发射情况；
b）位置分辨率高，定位准确，检测耗时短，可深入到底层组件/部件、模块/PCB 板级、单元级受试件进行测试，获取机箱孔缝、线缆、连接器等位置的电磁近场分布情况，指明整改方向，提高整改效率；
c）复杂产品正常工作，无需分组测试，产品处于真实工作状态，还原并充分暴露产品整体辐射干扰问题。
2 近场测试方法在辐射干扰诊断中的应用
多个产品曾用近场测试方法定位电磁辐射干扰源、
图2
贯标测试法测试设备的组成框图
图3 天线与EUT
布置
图4 近场测试系统与EUT
实测布置
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验证整改效果，有效改善了产品的电磁兼容性能，提高了产品RE102项目的检测合格率。现介绍其中部分产品的具体应用情况。2.1 T/R 组件
T/R 组件试件的组成框图如图5。其中信号源等辅助设备放置在控制间，线缆穿过控制间与半电波暗室之间的铜沙后，实现与T/R 组件的通信。线缆屏蔽层埋在铜沙里，保证良好接地，避免穿墙线缆成为干扰源。受限于电源线长度，本应放在控制间的陪试电源模块放在了暗室内。
T/R 组件试件的RE102项目初检不合格，超标结果如图6 （a），在22.83 MHz 最大超标12.6 dB。
T/R 组件正常工作，手持近场探头在其壳体缝隙、孔缝、连接器、电源线缆等位置扫描，发现陪试电源模块表面及电源线缆上辐射干扰严重，干扰泄漏部位如
图7，且近场幅值包络曲线与贯标检测结果图6 （a）中的超标包络一致。
用铜网包裹陪试电源模块和电源线缆并接地，再次使用近场探头测量，电源模块表面和电源线缆上的干扰幅值明显减小，整改后的检测结果如图6 （b），2~ 30 MHz 的检测结果明显改善，优于限值至少10 dB，整改合格。2.2 便携式终端
便携式终端试件由液晶屏、铰链和底座构成，如 图8。底座相邻金属板的搭接处用螺钉紧固。
图5 T/R
战术防身笔组件试件的组成框图
图6 T/R 组件RE102项目2~30 MHz 检测结果
（a） 整改前
（b） 整改后
图7 T/R
组件辐射干扰泄漏部位
图8
便携式终端试件组成图
图9 便携式终端RE102项目2~30 MHz 检测结果
（a） 整改前
（b） 整改后
便携式终端RE102项目2~200 MHz 的超标情况如图9 （a）、图10 （a）。图9 （a）中17.185 MHz 处最大超标13.4 dB。
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便携式终端正常工作，手持近场探头在液晶屏与金属壳体连接缝隙处、铰链缝隙处、底座四周缝隙处、散热孔、电源线缆等位置扫描，发现底座侧面螺钉处以及底座缝隙处的电磁泄漏分布在15~22 MHz，铰链缝隙处的电磁泄漏分布在50~90 MHz，干扰泄漏部位如图11。并且近场测试的幅值包络与贯标检测结果图9 （a）、 图10 （a）中的超标包络一致。
经检查，发现底座侧面螺钉表面以及螺钉安装孔内侧布满非导电胶，破坏了外壳的屏蔽完整性。液晶屏与底座电路板的连接电缆通过铰链，但铰链轴通孔处存在缝隙，电缆起天线作用将电磁辐射干扰通过通孔缝隙传播出去。
去除螺钉表面、螺孔内侧的非导电胶，底座四周缝隙填充导电衬垫，铰链金属转轴内填充柔性导电材料。再次使用近场探头扫描检测，干扰幅值降低。便携式终端RE102项目整改后的检测结果如图9 （b）、图10 （b），2~30 MHz 频段内的检测结果优于限值5.1 dB，50~ 90 MHz 频段内的超标点全部消失，最大改善约25 dB，整改合格。
3 结语
针对产品电磁辐射干扰的快速、准确定位而构建
的近场测试系统，不追求定量数据，采用定性测量，在近场探头频响平坦的条件下，即使没有准确的近场探头转换系数也可以实现辐射干扰定位，比电磁辐射干扰诊断的贯标测试方法更便捷。便于技术人员有针对地采取整改措施并验证效果，提高故障诊断效率和整改合格率。
在本文工作的基础上，可以继续研究近场测试结果与RE102项目1 m 测试距离处电场之间的转换关系，构建自动测试系统，将近场测试结果自动转换为1 m 测试距离处的电场值，直接与GJB 151A/B 中的极限值比较，使辐射干扰定位和整改验证的过程更加直观。
参考文献
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冯利民, 钱照明. 基于近场探头的电力电子系统EMC 故障诊断[J]. 电力电子技术, 2007, 41(6): 13-15, 21.
编辑：刘新霞
图10 便携式终端RE102项目30~200 MHz 垂直极化
检测结果
（a） 整改前
（b） 整改后
图11
定位辐射干扰的泄漏部位
重要性。外壳Q 的测量值增加了6 dB，意味着β1,elect ≥leak
104β。正如预测的那样，这导致了屏蔽
效应的增加，如图7所示。
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图7 整流罩外壳Q 值的增加表明内部损耗因子有6 dB
的改善
（上接第95页）外壳屏蔽效能不应与其组成材料的屏蔽效能混淆，IEEE 299.1将外壳屏蔽效能更准确地定义为插入损耗；当外壳内部损耗比孔径损耗低时，屏蔽效能可能对许多实际的“阻塞”措施不敏感。本文使用功率平衡模型来定义何时出现这种限制条件，并直接计算所需增加的内部吸收量以达到预期的屏蔽效能的提高。
编辑：余琼 E-mail:***************
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