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如何选择和使用近场探头 进行电磁干扰分析 电磁干扰的故障诊断分析 一近场探头的选择与应用 技术论文 图一 安捷伦X系列信号分析仪和N9311X-100近场探头 概述 如果一个新产品在电磁干扰( EMI)预兼容测试或者标准兼容测试中失败， 进行故障诊断和改进是当务之急。而近场探头配合频谱分析仪查找干扰源，并 验证改进效果是最常见易行的方法。 近场测试综述 在认证机构中，使用经过各类校准的天线进行辐射泄露测试，都是进行的 远场测量。标准的远场辐射泄漏测试，可以准确定量的告诉我们被测件是否符 合相应的 EMI 标准。但是远场测试无法告诉工程师，严重的辐射问题到底是来 自于壳体的缝隙，还是来自连接的电缆，或USB，LAN之类的通信接口。在这种 情况下，我们可以通过近场测试的方法来定位辐射的真正来源。 近场EMI测量的问题在于使用近场探头的测量结果和使用天线进行远场测 量的结果无法直接进行数学转换。但是存在一个基本原理：近场的辐射越大， 远场的辐射也必然越大。所以使用近场探头测量，实际上是一个相对量的测 量，而不是精确的绝对量测量。使用近场探头进行 EMI 预兼容测试时，我们常 常把新被测件测试结果和一个已知合格被测件的近场探头测试(近场测试)结果 进行比较，来预测EMI辐射泄漏测试(远场测试)的结果，而不是直接和符合EMI 兼容标准的限制线进行比较。同时，测试的绝对数值意义也不大，因为这个测 试结果和诸多变量，包括探头的位置方向、被测件的形状等会密切相关。 近场探头的种类及主要特点 电磁场是由电场和磁场构成。在近场，电场和磁场共同存在，其强 度不构成固定关系。以电场为主还是磁场为主，主要是由发射源的类型 决定的。简而言之，在高电压，低电流的区域，电场大于磁场。高电流， 低电压的区域，磁场大于电场。同时在主要的EMI测试频段，磁场随着距 离的变化要快于电场。 因为磁场是由电流产生的，所以最常见的发射源包括芯片，器件的 管脚、PCB上的布线、电源线及信号线缆。最常见的磁场探头多为环状， 当磁场传播线和探头环面垂直的时候，测量数值最大。所以在测量过程 中，工程师一般需要旋转探头的方向来测量到最大的磁场数值，同时避 免遗漏重要的发射源。 电场是由电压产生，主要的发射源包括一些未端接器件的线缆、连 接高阻器件的PCB布线等。最简单的电场探头类似一根小天线。有人甚 至把同轴电缆前端的一小段屏蔽层剥开，露出芯线来构成简单的电场探 头进行使用。在没有屏蔽设备的情况下，电场探头的问题是比较容易拾 取到环境中存在的电磁波信号，如蜂窝通信的上下行信号，从而影响到 整个测试系统的测量动态范围。 选择近场探头往往要考虑几个重要因素，包括分辨率、灵敏度和频 率响应等。 近场探头的灵敏度不是一个绝对的指标，关键是看探头和配合使用 的频谱分析仪或者接收机能不能容易的测量到辐射泄漏信号，并且有足 够的裕量去观察改进后的变化。如果频谱仪的灵敏度很高，我们可以选 择灵敏度相对较低一些的探头。反之就必须选择灵敏度高的探头，甚至 考虑外接前置放大器提高整体系统的灵敏度。 分辨率也就是探头分辨干扰源位置的能力。而通常来说分辨率和灵 敏度是一对矛盾体。以我们最常用的环状磁场探头为例，尺寸越大的环 状探头，灵敏度往往越高，测试面积越大，从而分辨率就会越低。而比 较推荐的办法是选用一组多个尺寸的探头，在大范围测试的时候用较大 的探头，找到疑似区域，再逐渐减小探头尺寸，最终定位到干扰源。 频率响应是一个往往会被大家忽略的重要因素。所谓的频率响应就 是探头测量同样幅度，不同频率的信号，所得到的幅值差异。我们在前 文提到过，使用探头进行EMI分析，是一种相对，定性的测试。但是如果 探头的频率响应较差或不够平坦，会使全频段的测试结果不直观，让我 们忽略一些重要的辐射泄漏信号。 探头的形状以及多样性也是重要的因素。除了常规的电场、磁场探 头，在进行EMI分析的时候，我们还往往需要一些特殊的探头。工程师经 常会遇到这样一种情况，在找到一个干扰源位置并进行屏蔽处理后，发 现整机的辐射泄漏并没得到足够的改善。那么最常见的原因就是这个干 扰信号通过信号线缆或者电源线缆传播到了其他区域，并最终辐射到了 空间。常规的近场探头很难对线缆内部的干扰进行探测，就往往需要使 用下面会介绍到的N9311X-100近场探头组中的4号探头专门用于线缆干扰 的测试。 安捷伦N9311X-100近场探头组 为了配合具有强大EMI分析功能的安捷伦X系列信号分析仪，并快捷 的完成