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人工电源网络接地性能对传导骚扰测试的影响

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人工电源网络接地性能对传导骚扰测试的影响

  • 分类:新闻资讯
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2013-09-16 11:54

 

引言

在传导骚扰发射测试中,受试设备(EUT)通过人工电源网络(AMN)将EUT的传导骚扰电压耦合到EMI接收机上,测试示意图如图1所示。


图1传导骚扰电压测试示意图

AMN是传导骚扰发射测试中非常重要的辅助设备,在给定的射频范围(如9kHz~30MHz)内为进行传导骚扰电压测试的EUT端提供一个规定的阻抗,将EUT的电磁骚扰耦合到EMI接收机,同时将测试设备与供电电源上的无用信号隔开。AMN的性能取决于以下三个重要的参数:1)AMN输出端(EUT端)的阻抗;2)电源端与RF端的隔离度;3)反映EUT的电磁发射耦合到测试仪器端的分压系数(或者称为插入损耗)。GB/T6113.102对AMN的阻抗特性、隔离度和分压系数有严格规定。如当分压系数(即插入损耗)的绝对值大于0.5dB时,应将其测试结果计入骚扰电压的测量结果并进行修正。对于在屏蔽室进行的传导骚扰测试而言,因屏蔽室为AMN的正常工作提供了良好的接地条件,所以其隔离度和分压系数与计量给出的值相差不大,通常隔离度一般都大于40dB,满足测试要求,分压系数的计量值也可直接计入EMI接收机的测试结果中并加以修正。某些大型机电设备,或是由于其体积大、很重,无法搬入EMC实验室进行传导骚扰测试,或是由于屏蔽室不能提供EUT正常工作的工况条件,只能在设备的工作现场进行测试。这些设备的工作现场,大多数情况下都不具备如屏蔽室一样良好的接地测试环境,此时AMN的隔离度、分压系数将会如何改变呢?是否能满足测试要求呢?本文将对上述问题进行研究,探究AMN在不同的接地阻抗情况下,其隔离度、分压系数随接地电阻变化的趋势。

1、接地导线的阻抗

选取材质均为铜,但长度和横截面不同的接地线进行试验,其规格见表1。


 表1不同接地线的规格

表1中所列接地线在不同频率点的阻抗随频率变化的曲线如图2所示。


  图2不同规格接地线的阻抗随频率变化的曲线图

由图2可知,

(1)同频率点、同样材质、截面积相同的导线,长度不同,其射频阻抗不同,长度越长阻抗越大。

(2)对于同一接地线,随着频率升高,趋肤深度会随之减小,射频电阻增大,导线的感抗和阻抗增大。

(3)随着导线长度的增加,射频电阻增大,感抗和阻抗增大。

(4)随着导线直径的增加,射频电阻增大。在导线截面积相等的情况下,横截面为矩形的等效直径小于圆截面的直径,因此在截面积和长度相同的情况下,矩形横截面导线的射频阻抗小于圆形横截面导线的射频阻抗,也就是说矩形横截面导线的射频性能优于圆截面的导线,这也是高频情况下用扁平线来接地的原因。

2AMN的隔离度

隔离度指在AMN的EUT端接给定50Ω阻抗的条件下,AMN的供电电源端与RF接收端的隔离程度。隔离度测试根据CISPR16-1-2:2006(GB/T6113.102-2008)附录H的规定,第一步测量信号源接50Ω负载时的输出U1。信号源的输出端口连接阻抗为50Ω的接收机的测试示意图如图3所示。


图3信号源接50Ω负载的测试示意图

第二步将人工电源网络EUT端相关端(如L-PE、N-PE)端接50Ω的匹配阻抗,信号源的输出功率设置与第一步保持一致,将信号源的输出端口连接到电源端口的相关端子与参考地之间,在RF端口用接收机测量输出值U2,测试示意图如图4所示。


 图4隔离度测试示意图

隔离度FD=U1-U2,单位为dB;U1为电源端的参考电压,单位为dBμV;U2为接收机端口的输出电压,单位为dBμV。

为了解不同接地情况对人工电源网络性能的影响,分别在AMN接地(以表1所示的不同规格和阻抗的接地线)和不接地情况下测试人工电源网络的隔离度,测试实际布置图如图5所示。

图5隔离度测试实际布置图

测试AMN在150kHz~30MHz频率范围内的隔离度,测试结果如图6所示。

 图6不同接地情况时隔离度随频率变化的曲线图

(1)在测试的频段范围内,AMN不接地和接地时,其隔离度不同;当AMN不接地时,其隔离度最小,最小值约为35dB,1m的铜线接地时,在22MHz以后,隔离度均小于40dB,已经不满足40dB的隔离度要求。即人工电源网络不接地,或接地线较长时,会导致AMN隔离度降低,供电电源端的电磁骚扰可能会串入接收机的射频输出端,使测试结果产生不确定性,从而影响测试的重复性和精确性。

(2)随着频率的升高,由于接地线的阻抗增大,其隔离度减小,即高频的情况,AMN的隔离性能下降,测试结果更易受到影响。

(3)当AMN采用不同的接地线接地时,由于接地线的阻抗不同,隔离度不同,阻抗越小,隔离性能越好,采用5cm的铜带和5cm铜线的接地时,隔离性能最佳。

(4)对于长度相同,横截面不同的铜带和铜线而言,由于铜带的阻抗比圆截面的铜线小,所以在绝大部分频率范围内,其接地性能略优于铜线。

(5)当AMN分别经横截面相同,长度分别为5cm、20cm、100cm铜线接地时,5cm铜线的隔离度最高,并依次随接地线长度的增加和阻抗的增大,隔离度随之减小,即接地阻抗越小,隔离度越大,人工电源网络的性能越好。因此应尽量减小AMN接地线的长度,改善AMN的隔离性能。

3AMN的分压系数

EUT端口的骚扰电压经人工电源网络中的L、R、C元件到RF测试端口会产生一定的压降,这个压降用分压系数来表征,分压系数的大小直接影响了测试结果的精度。分压系数可以采用网络分析仪测试,也可以用信号发生器与接收机组合进行测试,其测试原理类似,如图7所示。下面以信号发生器与接收机的组合为例进行说明。

图7分压系数的测试示意图

测试时,将T型适配器连接到AMN的EUT端进行,并:

(1)将信号发生器产生的信号馈入T型适配器B端,将EMI接收机接入T型适配器的A端接收信号,记为V1。

(2)馈入B端信号发生器的信号保持不变,将T型适配器的A端用50Ω的匹配器连接,将EMI接收机接入AMN的RF测试端,获得测试值V2。

(3)如果V1和V2的单位为dBμV,则分压系数Fv=V1-V2。

分别采用表1中所列5cm铜带、5cm铜线、20cm铜线和1m铜线将人工电源网络接地,并测试其分压系数,实际的测试布置图如图8所示,测试结果如图9和图10所示。


  图8分压系数实际测试布置图

 图9不同接地线时分压系数曲线图


图10 1m接地线时的分压系数曲线图

由图9可知,

(1)将AMN用不同的接地线接地测试分压系数,分压系数的值有很大的差异。5cm铜带和5cm铜线的接地性能类似,其分压系数均小于1dB,优于20cm的铜线和1m的铜线;1m的铜线的接地性能较差,分压系数均在0.5dB以上。在骚扰电压的实际测试时,接地线的长度不同,人工电源网络的分压系数不同,对测试结果带来的影响也不同,接地线越长,分压系数越大,应尽量减小接地线的长度,改善EUT端与RF测量端的耦合程度。

(2)分压系数随着频率的升高而增加,相比较而言,5cm铜带、5cm铜线、20cm铜线随频率变化而略有变化,但是1m的接地线对AMN分压系数的影响随着频率的升高急剧增加。即接地线越长,频率越高,接地阻抗越大,其对分压系数的影响越大。

(3)1m接地线随频率变化的分压系数曲线如图10所示,可以看到,随着频率的升高,分压系数逐渐增大,在30MHz时,分压系数接近20dB,即当人工电源网络采用较长的接地线接地时,由于接地阻抗加大,其分压系数较大,EUT端与RF测试端的耦合性能较差,且由于分压系数是频率的函数,为测试结果的修正带来了困难。

4、结语

进行EUT电源端传导骚扰测试时,应保证人工电源网络与接地参考面之间有良好的搭接。如果接地不良,会导致人工电源网络接地阻抗增加,且随着接地导线长度的增加和频率的升高,人工电源网络的隔离性能和耦合性能(分压系数)会明显变差,还可能导致无法满足CIS-PR16-1-2中40dB的隔离要求。为测试结果的修正带来了很大困难,测试结果的精确性也无法得到保证。对于必须在EUT的工作现场进行测试的情况,由于环境电磁场比较复杂,也无法提供如实验室那样的接地参考,接地阻抗的增大,也将严重影响AMN的隔离性能和耦合性能,测试重复性和测试结果的精度都不能得到良好的保证,建议在设备工作现场进行骚扰电压测试时,采用电压探头来进行。

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