安捷倫近場電磁干擾源探測定位解決方案

概述

　　如果一個新產(chǎn)品在電磁干擾（EMI ）預(yù)兼容測試或者標(biāo)準(zhǔn)兼容測試中失敗，進(jìn)行故障診斷和改進(jìn)是當(dāng)務(wù)之急。而近場探頭配合頻譜分析儀查找干擾源，并驗證改進(jìn)效果是最常見易行的方法。

　　圖一 安捷倫X系列信號分析儀和N9311X-100 近場探頭

　　近場測試綜述

　　在認(rèn)證機(jī)構(gòu)中，使用經(jīng)過各類校準(zhǔn)的天線進(jìn)行輻射泄露測試，都是進(jìn)行的遠(yuǎn)場測量。標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)場輻射泄漏測試，可以準(zhǔn)確定量的告訴我們被測件是否符合相應(yīng)的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。但是遠(yuǎn)場測試無法告訴工程師，嚴(yán)重的輻射問題到底是來自于殼體的縫隙，還是來自連接的電纜，或USB ，LAN 之類的通信接口。在這種情況下，我們可以通過近場測試的方法來定位輻射的真正來源。

　　近場 EMI 測量的問題在于使用近場探頭的測量結(jié)果和使用天線進(jìn)行遠(yuǎn)場測量的結(jié)果無法直接進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。但是存在一個基本原理：近場的輻射越大，遠(yuǎn)場的輻射也必然越大。所以使用近場探頭測量，實際上是一個相對量的測量，而不是精確的絕對量測量。使用近場探頭進(jìn)行 EMI 預(yù)兼容測試時，我們常常把新被測件測試結(jié)果和一個已知合格被測件的近場探頭測試（近場測試）結(jié)果進(jìn)行比較，來預(yù)測EMI 輻射泄漏測試（遠(yuǎn)場測試）的結(jié)果，而不是直接和符合EMI兼容標(biāo)準(zhǔn)的限制線進(jìn)行比較。同時，測試的絕對數(shù)值意義也不大，因為這個測試結(jié)果和諸多變量，包括探頭的位置方向、被測件的形狀等會密切相關(guān)。

近場探頭的種類及主要特點

　　電磁場是由電場和磁場構(gòu)成。在近場，電場和磁場共同存在，其強(qiáng)度不構(gòu)成固定關(guān)系。以電場為主還是磁場為主，主要是由發(fā)射源的類型決定的。簡而言之，在高電壓，低電流的區(qū)域，電場大于磁場。高電流，低電壓的區(qū)域，磁場大于電場。同時在主要的EMI 測試頻段，磁場隨著距離的變化要快于電場。

　　因為磁場是由電流產(chǎn)生的，所以最常見的發(fā)射源包括芯片，器件的管腳、PCB 上的布線、電源線及信號線纜。最常見的磁場探頭多為環(huán)狀，當(dāng)磁場傳播線和探頭環(huán)面垂直的時候，測量數(shù)值最大。所以在測量過程中，工程師一般需要旋轉(zhuǎn)探頭的方向來測量到最大的磁場數(shù)值，同時避免遺漏重要的發(fā)射源。

　　電場是由電壓產(chǎn)生，主要的發(fā)射源包括一些未端接器件的線纜 、連接高阻器件的PCB 布線等。最簡單的電場探頭類似一根小天線。有人甚至把同軸電纜前端的一小段屏蔽層剝開，露出芯線來構(gòu)成簡單的電場探頭進(jìn)行使用。在沒有屏蔽設(shè)備的情況下，電場探頭的問題是比較容易拾取到環(huán)境中存在的電磁波信號，如蜂窩通信的上下行信號，從而影響到整個測試系統(tǒng)的測量動態(tài)范圍。

　　選擇近場探頭往往要考慮幾個重要因素，包括分辨率 、靈敏度和頻率響應(yīng)等。

　　近場探頭的靈敏度不是一個絕對的指標(biāo)，關(guān)鍵是看探頭和配合使用的頻譜分析儀或者接收機(jī)能不能容易的測量到輻射泄漏信號，并且有足夠的裕量去觀察改進(jìn)后的變化。如果頻譜儀的靈敏度很高，我們可以選擇靈敏度相對較低一些的探頭。反之就必須選擇靈敏度高的探頭，甚至考慮外接前置放大器提高整體系統(tǒng)的靈敏度。

　　分辨率也就是探頭分辨干擾源位置的能力。而通常來說分辨率和靈敏度是一對矛盾體。以我們最常用的環(huán)狀磁場探頭為例，尺寸越大的環(huán)狀探頭，靈敏度往往越高，測試面積越大，從而分辨率就會越低。而比較推薦的辦法是選用一組多個尺寸的探頭，在大范圍測試的時候