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电磁兼容

所谓光伏发电,即根据光生伏特效应原理,在有光照(包括太阳光和其它发光体产生的光照)的情况下,让电池吸收光能,使电池两端出现异号电荷的积累,从而产生“光生电压”,这便是“光生伏特效应”。在该效应的作用下,太阳能电池的两端产生电动势,将光能转换成电能。太阳能电池一般为硅电池,分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。

概述

电磁场近场与远场的区别 

电磁辐射源产生的交变电磁场一般可分为性质不同的两个部分,一部分是电磁场能量在辐 射源周围空间及辐射源之间周期性地来回流动,不向外发射,称为感应场(近区场);另一部 分电磁场能量脱离辐射体,以电磁波的形式向外发射,称为辐射场(远区场)。 

近区场内,电场强度与磁场强度的大小没有确定的比例关系,一般需要分别测量电场强度 E 和磁场强度 H。一般情况下,对于电压高电流小的场源(如发射天线、馈线等),电场要比 磁场强很多,对于电压低电流大的场源(如某些感应加热设备的模具等),磁场要比电场大很 多。若以 r 表示测量点到辐射源的距离,感应场强度与 r 2至 r 3成反比。 

远区场内,电场强度与磁场强度有如下比例关系:在国际单位中,E=377H,电场与磁场 的方向互相垂直,并且都垂直于电磁波的传播方向,一般只需要测量电场强度或者磁场强度, 然后计算另外一个场强。所有的电磁能量基本上均以电磁波形式辐射传播 ,这种场辐射强度的 衰减要比感应场慢很多。若以 r 表示测量点到辐射源的距离,辐射场强度与 r 成反比。 

近场测试概述 

任何一款电子产品,不论是军品、民品还是汽车电子产品,要上市销售,都必须要通过相 应国家的 EMC 认证测试标准。但是认证测试往往不一定能够一次性通过。如果一个新产品, 在电磁干扰(EMI)预认证测试或者认证测试中失败,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、最经济的方法。 

在认证机构中,使用经过各类校准的天线进行 EMI 辐射测试,都是进行的远场测量。标准 的远场 EMI 辐射测试,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,或者 是 USB、LAN、GPIB 之类的通信接口等等。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 测量时,虽然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。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。使用近场探头进行 EMI 预认证测试时,我们通常采用两种方法,一种是把新被测件测试 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 认证标准的限制线进行比较;另一种,在没有合 格被测件(产品设计和研发阶段或者首次认证测试未通过)的情况下,也可以使用近场探头来 定位辐射源,然后进行相应的整改,进而达到标准要求。

R&S 近场测试方案

近场探头种类及特点

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,当磁力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、调频广播信号等,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 机能不能便捷地测量到辐射泄漏信号,并且有足够的余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 对的、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。


R&S 近场探头组 HZ-15/16

了解电场和磁场分布是进行近场分析和测试的前提条件。R&S®HZ-15 近场探头组包含 5 个不同形状和大小的探头。近场探头操作简单,是 30MHz 以上,PCB、器件以及整个产品近 场测试的理想选择。探头的频率上限由其尺寸和尖端设计决定。所有探头都是无源的,可以连 接 50 Ω 输入阻抗的接收机和频率仪使用。预放 R&S®HZ-16 用来提高灵敏度。

HZ-15 近场探头组

型号

描述

特性

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总线结构的表面、大的器件或者电源发射的电场容易造成EMI问题。 RS E  02 探头,可以检测面积约2 cm x 5 cm范围内的电场。

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频率范围:30MHz  1.5GHz

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窄的电场探头RS E 10

能够从一组布选择约0.2mm宽的单根布线行测量。 尖端的亮色与深绿色的电路板形成鲜明对比,便于测量。

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频率范围:30MHz  3GHz

 

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RS H 400-1磁场探头直径大(25 mm) ,灵敏度高。用户可以在模块和仪器周围10cm的间隔使用探头。

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频率范围:30MHz  1GHz

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RS H 50-1近场探头与

RS H 400-1相比,分辨率更高,灵敏度更低。适合进行更小间隔(约

3cm 的测试。在测量范围内,用户可以更精确地确定场的分布和场的方

向。

直径:约10mm

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频率范围:30MHz  2GHz

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RS H 2.5-2 近场探头可以用来选择性地检测导线和元件引脚例如电容或者ICs的电流频谱。探头尖端有一个大约0.5 mm 的磁槽。

分辨率:约0.5 mm

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频率范围:30MHz  3GHz

 

HZ-16 预放

将预放 R&S®HZ-16 接到频谱仪和 R&S®HZ-15 近场探头之间,更有利于测量高达 3GHz的高频微弱信号,例如控制器硬件的开发等。输入输出都是 50 Ω的 BNC 接头,方便连接频谱仪。


技术指标

典型频率响应

频率范围:100 kHz  3 GHz

增益:    20 dB (请查看频率响应)

噪声系数: 4.5 dB

最大输入功率: +13 dBm

工作电压: 12 V

供电电源: 100 V  240 V, 50/60 Hz,欧标接头(2 mmx 4

mm),带有美标和日表的转接头

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近场探头结合手持频谱仪 FSH 做近场测试

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 1 PCB 板近场干扰测试场景

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 2 电场测试结

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 3 磁场测试结果

近场探头结合台式频谱仪做近场测试

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 4 PCB 板近场干扰测试场景

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 5 电场测试结果

图片17.png

 6 磁场测试结果



结论

罗德与施瓦茨公司 R&S®HZ-15/16 探头组,重量轻,体积小,安装快捷,使用方便。同时 该探头具有很宽的频率范围,集良好的分辨率和灵敏度于一体,可以快速分析查找各类 EMI 扰源。配合罗德与施瓦茨公司手持式频谱仪和台式信号与频谱分析仪的良好性能及专业的 EMI 测量分析功能,为用户提供了性价比最优的专业 EMI 分析工具。

订购信息

描述                                                型号订货号
FS W基本单元
信号与频谱分析仪,2 Hz~8GHzR&S®FSW81312.8000K08
信号与频谱分析仪,2 Hz~13.6 GHzR&S®FSW131312.8000K13
信号与频谱分析仪,2 Hz~26.5 GHzR&S®FSW261312.8000K26
信号与频谱分析仪,2 Hz~43.5 GHzR&S®FSW431312.8000K43
信号与频谱分析仪,2 Hz~50 GHzR&S®FSW501312.8000K50
信号与频谱分析仪,2 Hz~67 GHzR&S®FSW671312.8000K67

FSH基本单元
手持式频谱分析仪,9kHz到3.6 GHz,带前置
放大器
R&S®FSH41309.6000.04
手持式频谱分析仪,9 kHz到3.6GHz,带前置
放大器和跟踪源
R&S®FSH41309.6000.14
手持式频谱分析仪,9kHz到3.6 GHz,带前置
放大器,跟踪源和内置VSWR电桥
R&S®FSH41309.6000.24
手持式频谱分析仪,9kHz到8 GHz,带前置放大器R&S®FSH81309.6000.08
手持式频谱分析仪,9 kHz到8 GHz,带前置放
大器和跟踪源
R&S®FSH81309.6000.18
手持式频谱分析仪,9 kHz到8 GHz,带前置放
大器,跟踪源和内置VSWR电桥
R&S®FSH81309.6000.28
手持式频谱分析仪,9kHz到13.6 GHz,带前置
放大器
R&S®FSH131314.2000.13
手持式频谱分析仪,9kHz到13.6 GHz,带前置
放大器,跟踪源300kHz到8GHz和内置
VSWR 电 桥
R&S®FSH131314.2000.23
手持式频谱分析仪,9 kHz到20 GHz,带前置R&S®FSH201314.2000.20

放大器

手持式频谱分析仪,9kHz到20 GHz,带前置
放大器,跟踪源300kHz到8GHz和内置
VS WR电桥
R&S®FSH201314.2000.30

HZ-15/16
近场探头组R&S®HZ-151147.2736.02
20dB预放R&S®HZ-161147.2720.02


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