关于直流电源端口的传导骚扰抗扰度校准方法的研究

张 科，王文俭，郭 雨

（1.国家无线电监测中心 北京 100037；2.国家无线电监测中心检测中心 北京 100037）

1 引言

直流电源端口的传导抗扰度测量是射频场感应的传导骚扰抗扰度试验的重要部分。《GB/T 17626.6—2008电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度》（以下简称GB/T 17626.6—2008）中对于除高功率（电流≥16 A）和复杂电源系统（多相或各种并联电源电压）设备外，其余设备的电源端口测量推荐使用耦合/去耦网络。为了使EUT端子获得准确的骚扰电压，试验校准必不可少。本文以直流电源端口为例，简要说明使用耦合/去耦网络（coupling/decoupling network，CDN）测量直流电源端口传导抗扰度试验的校准过程，并提出了需要注意的关键点。

2 测试配置

对于直流电源端口的射频场感应引起的传导骚扰抗扰度试验，主要采用耦合/去耦网络注入的方法使得受试设备（equipment under test，EUT）端口获得试验等级要求的电压。用于校准耦合/去耦网络EUT端口电平设置的配置如图1所示。整个校准系统由测试信号源、耦合/去耦网络、接地参考平面、150Ω到50Ω适配器及电压测量设备（如电压表、功率计）等组成。耦合/去耦网络放置在接地参考平面上，信号发生器通过N型转接头注入耦合/去耦网络中，耦合/去耦装置的EUT端口通过150Ω到50Ω适配器连接至电压测量设备（如电压表、功率计），辅助设备（auxiliary equipment，AE）端口接 150Ω 电阻并与接地参考平面相接。其中150Ω到50Ω适配器应放置在接地参考平面上，接地参考平面的尺寸应超出测试配置的所有边界几何投影至少0.2 m。

3 测试要求

直流电源端口的传导骚扰抗扰度校准系统对其参与到校准过程中的附件和仪表提出了相应的技术要求。其中，图1中所表明的测试信号源、耦合/去耦装置及150Ω到50Ω适配器应分别满足下列要求。

3.1 测试信号源

测试信号源用来给受试设备提供一个良好稳定的骚扰信号，它由射频信号发生器、功率放大器、滤波器、可变衰减器、固定衰减器和开关组成，如图2所示。射频信号发生器在试验覆盖频率范围内可以提供调幅幅度为80%的1 kHz正弦波，用于正式实验过程提供骚扰电压，在校准过程中无需调制；功率放大器要拥有足够大的放大能力以保证到达注入端口的骚扰电压满足试验等级要求；固定衰减器T2为链路提供衰减以减少骚扰信号从功率放大器注入网络的失配。低通或高通滤波器（LPF/HPF）对通过功率放大器的信号进行过滤，用来避免受试设备被干扰。

3.2 耦合/去耦网络

耦合/去耦网络的作用是使骚扰信号能够耦合到受试设备的电缆上，同时又避免对同一电源供电的非受试设备产生影响。其指标主要包括端口共模阻抗和耦合/去耦网络耦合系数。其中，共模阻抗是指受试设备端口上共模电压与共模电流之比；耦合系数是指在耦合装置的受试设备端口所获得的开路电压与信号发生器输出的开路电压之比（标准中未对其指标进行详细规定）。GB/T 17626.6—2008规定了共模阻抗的模值|Zce|要符合表1的要求。

表1 共模阻抗模值要求

电源端口的耦合/去耦网络的结构如图3所示。供电电源从AE端口输入，经过共模电感，传输电流至EUT端口。共模电感，也叫模扼流圈，是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反，匝数相同的线圈。理想的共模扼流圈对L(或N)与E之间的共模干扰具有抑制作用，而对L与N之间存在的差模干扰无电感抑制作用。共模电感实质上是一个双向滤波器，它可以传输差模信号，直流和频率很低的差模信号都可以通过，而对高频共模噪声则呈现很大的阻抗；信号电流或电源电流在两个绕组中流过时方向相反，产生的磁通量相互抵消，扼流圈呈现低阻抗。共模噪声电流流经两个绕组时方向相同，产生的磁通量同向相加，扼流圈呈现高阻抗，从而起到抑制共模噪声的作用。

干扰信号通过输入端口注入CDN内部，通过电阻R和电容接入，一路通向EUT端口，一路通向共模扼流圈。由于共模扼流圈的抑制作用，所以注入信号直接通过电阻通向EUT。

在供电电流通过共模电感后，由于电容C1的高容抗，所以电流不会通过输入端口反向流向骚扰源。在GB/T17626.6—2008中，在常用的CDN中，电感、电容和电阻的参数如下：

·CDN-M1（单线），在 150 kHz时，L≥280 μH，C1=10 nF，C2=47 nF，R=100Ω；

·CDN-M2（双线），在 150 kHz时，L≥280 μH，C1=10 nF，C2=47 nF，R=200Ω；

·CDN-M3（三线），在 150 kHz时，L≥280 μH，C1=10 nF，C2=47 nF，R=300Ω。

为了验证耦合/去耦网络满足要求，需要对其共模阻抗进行校准。校准系统由网络分析仪和阻抗参考平面及接地参考平面组成。耦合/去耦网络的共模阻抗主要是指从受试设备端口看进去的共模阻抗的模值，共模阻抗校准测试原理如图3所示。

耦合/去耦网络放置在接地参考平面上，网络分析仪通过阻抗参考平面上的N型同轴连接器连接到耦合/去耦网络的EUT端口，耦合/去耦网络的AE端口接地或开路，耦合/去耦网络的输入端口接50Ω负载阻抗。阻抗参考平面上的N型连接器距离接地参考平面3 cm处。

首先在耦合/去耦网络的工作频段内，在阻抗参考平面上分别用开路器、短路器和50Ω负载对网络分析仪进行校准。校准完成后，按照图4来连接校准系统。在耦合/去耦网络的工作频段内选择适当的频率点进行校准测试，得到共模阻抗参数，然后对其实部和虚部求模即得到共模阻抗的阻抗值|Zce|。测试结果见表2。

由表1可知，当测试频率处于0.15～26 MHz时，共模阻抗的指标要求130～170Ω；当测试频率处于26～80 MHz时，共模阻抗的指标要求阻抗值在105～210Ω。由表2可知，耦合/去耦网络的共模阻抗值满足要求。

表2 共模阻抗测试值

3.3 150Ω到50Ω适配器

150Ω到50Ω适配器的插入损耗校准是指线缆串联2个10dB衰减器后所得电压与线缆再插入2个串联的150Ω到50Ω适配器时所得的电压之比。150Ω到50Ω适配器的插入损耗校准连接如图5所示。

适配器应放置在接地参考平面上，接地参考平面的尺寸超出测试配置的所有边界几何投影至少0.2 m。信号源通过两个阻抗为50Ω的10 dB衰减器与频谱分析仪相连，如图5（a）所示，在0.15～80 MHz，设置信号源的输出功率和频率，记录频谱仪上对应的功率值U1。将两个150Ω到50Ω适配器串联进电路中，连接配置参照图5（b）所示，保持信号源的输出功率不变，记录此状态下频谱仪上的读数U2。

则有：150Ω到50Ω适配器的插入损耗（dB）=U1（dBμV）-U2（dBμV）。

测试结果见表3。

表3 150Ω到50Ω适配器的插入损耗

GB/T 17626.6—2008中，根据150Ω到50Ω适配器的插入损耗校准原理图测量的150Ω到50Ω适配器的插入损耗值应在9.5±0.5 dB范围内。由表3的测试结果可以看出，150Ω到50Ω适配器满足插入损耗的指标要求。

4 耦合/去耦网络的受试设备端口上输出电平的设置

如图1所示，试验信号发生器应连接到耦合装置的射频输入端口，耦合装置的受试设备端口以共模方式通过150Ω到50Ω适配器连接到输入阻抗为50Ω的测试仪上。由于从CDN输出端口向测试仪看过去的负载相匹配，所以CDN输出端电平是信号源电动势的一半，又由于端接阻抗为50Ω的频谱仪与150Ω到50Ω适配器产生分压，分压比为150Ω/50Ω=3∶1，所以频谱仪的读数为信号源电动势的1/6，即频谱仪测得的电压比信号源电动势小了15.6 dB。

在图1电路中，已知测度信号源中的固定衰减器的参数、耦合/去耦网络在EUT端与注入端的分压系数及功率放大器的增益，通过软件测试就可以计算出对应实验等级的测试对应的信号源的输出，如有必要，线缆的衰减也要计算在内。在这里要注意信号源端口输出的是未调制的正弦波，在实验过程中要保证功率放大器的输出信号谐波值要至少低于载波信号15 dB且功率放大器本身未达到饱和（可以通过检验功率放大器的1 dB压缩点来实现）。

5 结束语

直流电源端口的传导骚扰抗扰度校准过程对参与到校准过程中的设备及附件提出了明确的技术要求，在明确这些技术要求和测量原理的前提下，能够对实验过程中骚扰信号的耦合路径、传输形式、电压大小、匹配模式有清晰的概念，同时对直流电源端口的传导骚扰抗扰度试验的理解更加透彻。

1 GB/T 17626.6—2008.电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会，2008