传导抗扰度测试的信号电平控制方法

杨先望 秦夏臻 刘 麒/上海市计量测试技术研究院 上海市电磁兼容重点实验室

0 引言

射频场感应的传导骚扰抗扰度试验是衡量电气和电子设备抗扰度性能的重要项目之一，该试验的骚扰源通常是指来自射频发射机的电磁场，该电磁场可能作用于连接安装设备的整个电缆上。通常情况下，被测设备的尺寸要比骚扰频率的波长短得多，而设备的引线（包括电源线、通信线和接口电缆等）的长度则可能与骚扰频率的几个波长相当，成为无源的接收天线网络，这些引线就会通过传导方式对设备产生骚扰[1]。

随着科学技术的快速发展，电气和电子设备的日益普及，电磁场骚扰几乎无处不在。为了保证电气和电子设备使用的安全性和可靠性，国际上制定了相关标准IEC 61000-4-6:2008，以便定性分析由射频骚扰对设备产生的影响，为电气和电子设备的传导抗扰度试验提供了依据。该标准给出了射频传导抗扰度测试的试验方法，并对试验等级、耦合方式以及试验设备的技术指标进行了规定。但在该标准中，没有对测试中信号电平控制的具体方法进行描述。而信号电平控制的好坏直接决定了测试结果的准确性和可重复性，因此，如何提高测试中信号电平控制的准确度，是传导抗扰度测试需要重点关注的问题。

1 传导抗扰度的测试方法

传导抗扰度的测量方法是使被测设备在骚扰源作用下形成的电场和磁场来模拟来自实际发射机的电场和磁场，这些骚扰场（电场和磁场）是由试验装置所产生的电压或电流所形成的近区电场和磁场来近似表示的。

针对不同的被测设备，国际标准IEC 61000—4-6：2008给出了两种常用的测试方法：耦合和去耦网络(CDN)注入法及电磁耦合钳注入法，一般优先选用耦合和去耦网络(CDN)注入法。如图1所示，用耦合和去耦网络提供骚扰信号给某一电缆，同时保持其他电缆不受影响，只近似于骚扰源以不同的幅度和相位范围同时作用于全部电缆的实际情况。

图1 传导抗扰度测试的示意图(CDN注入法)

图1中的T为端接的50 Ω负载，T2为功率衰减器(6 dB)，而CDN为耦合和去耦网络。试验中由测试信号源提供骚扰信号，注入到耦合和去耦网络的射频输入端，通过电缆对被测设备施加骚扰。

测试信号源包括在所要求点上以规定的信号电平将骚扰信号施加给每个耦合网络输入端口的全部设备和部件，通常由射频信号发生器、宽带功率放大器和功率衰减器(6 dB)组成。信号发生器应能覆盖所规定的频段,有调幅功能,能自动或手动扫描,扫描点上的留驻时间可设定,信号的幅度可自动控制。当信号发生器的输出功率不足时，需要加功率放大器。而6 dB衰减器是为了减少功率放大器至耦合网络间的失配程度，安装时应尽量靠近耦合网络。

实际试验中，如果被测设备不适用耦合和去耦网络注入法，可以考虑使用电磁耦合钳注入法，试验方法与CDN注入法基本类似。试验布置如图2所示，T为端接的50 Ω负载，T2为功率衰减器(6 dB)，而CDN为耦合和去耦网络。与CDN注入法不同的是，对钳注入装置，耦合和去耦功能是分开的，由注入钳提供耦合，而去耦功能是建立在辅助设备上的[1,2]。

图2 传导抗扰度测试的示意图(钳注入法)

校准时，试验信号发生器应连接到耦合装置的射频输入端口，耦合装置的被测设备(EUT)端口通过串联100 Ω阻抗连接到输入阻抗为50 Ω的测量仪上，辅助设备(AE)端口则端接150 Ω阻抗，如图3所示。信号发生器的内阻为50 Ω，在耦合和去耦网络中连接到信号发生器侧的输入阻抗为100 Ω，图4给出了信号电平校准的等效原理图[3]。

注：U0 — 试验电压，Umr — 测量电压。试验时，为使测试的误差为最小，信号发生器的输出电平是

图3 信号电平校准的示意图

图4 信号电平校准的等效图

2 影响信号电平稳定度的原因

试验中，信号源输出电平的稳定性决定了传导抗扰度测试结果的准确性和可重复性，IEC 61000-4-6:2008给出了传导抗扰度的试验等级(见表1)。测试前，必须进行耦合和去耦网络的校准，使信号电平达到所要求的试验等级。而实际测试中，大多数情况下会先对耦合和去耦网络进行校准，由软件保存校准参数，在以后的一段时间内都会调用该校准参数进行传导抗扰度测试。但是由于校准和测试时的环境以及仪器设备状况的不同，会使信号电平存在误差，影响测试结果的准确性。

在传导抗扰度测试中，功率放大器的稳定性对测试结果有着较大的影响。比如功率放大器开机后立即进行测试，增益值还未达到稳定，就会导致输出功率存在误差。另外，测试中所用的功率放大器大多是增益可调节的，由于人为等因素，功放增益的调节会有一定的偏差，导致实际增益值的不同，从而影响注入到耦合和去耦网络的信号电平的准确性。

表1 试验等级

下文通过实验对信号电平的误差进行分析。实验中使用的耦合和去耦网络为CDN-M3。首先对CDN-M3进行校准，校准电压分别为3 V和10 V，调整功率放大器的增益位置，通过软件记录并保存信号发生器的输出功率，表2和表3分别给出了频率 为 0.15 MHz、0.5 MHz、1 MHz、2 MHz、5 MHz、10 MHz、20 MHz、50 MHz、80 MHz时 3 V 和 10 V的校准参数，包括信号发生器的输出功率值和校准电压值。

信号电平校准完成后，以3 V和10 V为试验电压分别进行3次传导抗扰度测试，每次测试时都将功放增益调至校准时所在的位置(见图5)，然后根据上述CDN-M3的校准参数，调整信号发生器的输出功率，由测量仪得到测量电压Umr，再根据关系式(1)求出试验电压值U0，记录在表4和表5中。

通过对表4的数据进行分析，发现频率为80 MHz时，第2组数据的实际电压值仅为2.45 V，与试验的目标电压相差了0.55 V，有18.3%的误差值。由表5可知，频率为80 MHz时，第2组数据的实际电压值为8.18 V，与目标电压相差了1.82 V，误差值为18.2%。而这几组数据在其他频率上的实际值也有一定的误差。由此可见，在进行传导抗扰度测试时，如果只通过控制信号发生器的输出功率来决定试验的信号电平，那么由于仪器设备的不确定度，特别是功率放大器自身的不稳定性，以及功放增益调节的偏差，都会使测试结果产生较大的误差。

表2 CDN-M3信号电平的校准参数(校准电压为3 V)

表3 CDN-M3信号电平的校准参数(校准电压为10 V)

表4 测试电压的实际值(试验电压为3 V)

表5 测试电压的实际值(试验电压为10 V)

3 信号电平控制方法的改进

通过对上述实验的分析表明，功率放大器的增益误差会对测试结果产生较大的影响，对于传导抗干扰能力处于零界点的被测设备，可能由于增益误差，影响到测试结果的准确性。由于试验电压由信号发生器的输出功率所决定，该功率值位于功率放大器的前端，功率放大器增益的不稳定性就会导致功放的输出功率值存在误差。但是，如果校准和测试时是通过功率放大器的输出功率来控制试验的电压值，就可以较好地消除增益的不确定度所带来的误差影响。

对传导抗扰度测试的信号电平控制方法进行改进，在功率放大器的输出端口增加一个定向耦合器，通过功率计监测功率放大器的前向功率（如图5所示）。信号电平校准时，软件同时记录下信号发生器的输出功率和功率放大器的前向功率。

图6和图7分别给出了CDN注入法和钳注入法监测前向功率的测试示意图。测试时，通过软件控制信号发生器输出信号电平，由功率计监测功率放大器的前向功率，如果测试时的功放增益和校准时的功放增益发生了偏差，导致功率放大器的前向功率大于或者小于校准时的前向功率，此时软件就会调整信号发生器的输出功率，直至功放的前向功率达到校准值。这样就可以消除功放的增益误差对测试结果的影响，甚至校准和测试时使用不同的功率放大器，也不会影响测试结果，保证了注入到耦合和去耦网络的信号电平的准确性，提高了传导抗扰度测试系统的稳定性。

图5 信号电平校准的示意图(监测前向功率)

图6 CDN注入法的测试示意图(监测前向功率)

图7 钳注入法的测试示意图(监测前向功率)

4 结语

近年来，随着市场经济的快速发展，我国许多企业加强了与世界各国企业的合作交流，大多数进出口的电子产品都必须通过电磁兼容检验，导致射频传导抗扰度的测试越来越重要。本文介绍的对传导抗扰度信号控制方法的改进在实际应用中有着重要的意义，可以提高实验室在传导抗扰度测试领域的研究能力，同时为相关标准如IEC 61000-4-6的后续修订提供了技术储备。

[1] International Electro technical Commission. IEC 61000-4-6 [S].Geneva, 2008.

[2] International Electro technical Commission. CISPR 16-1-2 [S].Geneva, 2004.

[3] 蔡文江, 叶琼瑜, 钱枫. 论传导抗扰度测试配置模型的充要条件(下) [J]. 安全与电磁兼容, 2011（4）：60-62.