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近場(chǎng)探頭用于配合頻譜分析儀查找干擾源
在認(rèn)證機(jī)構(gòu)中,使用經(jīng)過(guò)各類校準(zhǔn)的天線進(jìn)行輻射泄露測(cè)試,都是進(jìn)行的遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射泄漏測(cè)試,可以準(zhǔn)確定量的告訴我們被測(cè)件是否符合相應(yīng)的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。但是遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試無(wú)法告訴工程師,嚴(yán)重的輻射問(wèn)題到底是來(lái)自于殼體的縫隙,還是來(lái)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(guò)近場(chǎng)測(cè)試的方法來(lái)定位輻射的真正來(lái)源。
近場(chǎng) EMI 測(cè)量的問(wèn)題在于使用近場(chǎng)探頭的測(cè)量結(jié)果和使用天線進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量的結(jié)果無(wú)法直接進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。但是存在一個(gè)基本原理:近場(chǎng)的輻射越大,遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射也必然越大。所以使用近場(chǎng)探頭測(cè)量,實(shí)際上是一個(gè)相對(duì)量的測(cè)量,而不是精確的絕對(duì)量測(cè)量。使用近場(chǎng)探頭進(jìn)行 EMI 預(yù)兼容測(cè)試時(shí),我們常常把新被測(cè)件測(cè)試結(jié)果和一個(gè)已知合格被測(cè)件的近場(chǎng)探頭測(cè)試(近場(chǎng)測(cè)試)結(jié)果進(jìn)行比較,來(lái)預(yù)測(cè)EMI 輻射泄漏測(cè)試(遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)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(shí),測(cè)試的絕對(duì)數(shù)值意義也不大,因?yàn)檫@個(gè)測(cè)試結(jié)果和諸多變量,包括探頭的位置方向、被測(cè)件的形狀等會(huì)密切相關(guān)。
近場(chǎng)探頭的種類及主要特點(diǎn)
電磁場(chǎng)是由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。在近場(chǎng),電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同存在,其強(qiáng)度不構(gòu)成固定關(guān)系。以電場(chǎng)為主還是磁場(chǎng)為主,主要是由發(fā)射源的類型決定的。簡(jiǎn)而言之,在高電壓,低電流的區(qū)域,電場(chǎng)大于磁場(chǎng)。高電流,低電壓的區(qū)域,磁場(chǎng)大于電場(chǎng)。同時(shí)在主要的EMI 測(cè)試頻段,磁場(chǎng)隨著距離的變化要快于電場(chǎng)。
因?yàn)榇艌?chǎng)是由電流產(chǎn)生的,所以最常見(jiàn)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(hào)線纜。最常見(jiàn)的磁場(chǎng)探頭多為環(huán)狀,當(dāng)磁場(chǎng)傳播線和探頭環(huán)面垂直的時(shí)候,測(cè)量數(shù)值最大。所以在測(cè)量過(guò)程中,工程師一般需要旋轉(zhuǎn)探頭的方向來(lái)測(cè)量到最大的磁場(chǎng)數(shù)值,同時(shí)避免遺漏重要的發(fā)射源。
電場(chǎng)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(jiǎn)單的電場(chǎng)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(kāi),露出芯線來(lái)構(gòu)成簡(jiǎn)單的電場(chǎng)探頭進(jìn)行使用。在沒(méi)有屏蔽設(shè)備的情況下,電場(chǎng)探頭的問(wèn)題是比較容易拾取到環(huán)境中存在的電磁波信號(hào),如蜂窩通信的上下行信號(hào),從而影響到整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。
選擇近場(chǎng)探頭往往要考慮幾個(gè)重要因素,包括分辨率 、靈敏度和頻率響應(yīng)等。
近場(chǎng)探頭的靈敏度不是一個(gè)絕對(duì)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(cè)量到輻射泄漏信號(hào),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(duì)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(lái)說(shuō)分辨率和靈敏度是一對(duì)矛盾體。以我們最常用的環(huán)狀磁場(chǎng)探頭為例,尺寸越大的環(huán)狀探頭,靈敏度往往越高,測(cè)試面積越大,從而分辨率就會(huì)越低。而比較推薦的辦法是選用一組多個(gè)尺寸的探頭,在大范圍測(cè)試的時(shí)候用較大的探頭,找到疑似區(qū)域,再逐漸減小探頭尺寸,最終定位到干擾源。
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