3. R&S传导发射测试系统构成
传导发射测试的本质,是把被测设备(EUT)沿电源线、信号线或地线传导出去的骚扰信号,以可重复、可溯源的方式耦合到测量接收机输入端,再由接收机按CISPR 16-1-1规定的检波器与带宽完成幅度判读。整条链路中任何一个环节选型不当,都会直接改变测量结果。理解系统构成,关键不是记住设备名称,而是理解每台设备在“信号从EUT到接收机”这条路径上承担什么角色、引入什么误差、以及选型时看哪些参数。
一、测量接收机:ESR与ESL的分工
R&S的ESR和ESL都属于EMI测试接收机,但定位不同。ESR是高端全兼容接收机,覆盖9 kHz~3.6 GHz(视型号),内置CISPR 16-1-1要求的准峰值、峰值、平均值、RMS-平均值检波器,并支持FFT时域扫描。ESL是经济型接收机,覆盖9 kHz~3 GHz(视型号),同样具备CISPR检波器,但扫描速度、动态范围和前端预选能力弱于ESR。选型时先看测试标准要求的频率上限:多数民用电工电子产品传导发射只测150 kHz~30 MHz,ESL即可满足;若产品同时要做辐射发射到1 GHz以上,或需要做宽带FFT快速预扫,ESR更合适。
接收机的关键参数包括:输入阻抗50 Ω、射频输入最大允许电平(通常+30 dBm左右,超限会损坏前端)、中频带宽(传导发射常用9 kHz)、检波器类型、以及是否内置预选器。传导发射测试中,接收机必须工作在9 kHz带宽下,用准峰值检波器做最终判定,用峰值检波器做快速预扫。若预扫用峰值、终测用准峰值,两者差值通常在几dB到十几dB之间,这个差值正是判断“是否需要整改”的重要依据。
二、LISN/AN:把骚扰电压“取出”并隔离电网
LISN(线路阻抗稳定网络)在CISPR术语中也称AN(人工电源网络)。它有两个核心作用:一是为EUT电源端口提供一个规定的高频阻抗(CISPR 16-1-2规定50 Ω/50 μH+5 Ω),使不同实验室、不同电网条件下测得的骚扰电压具有可比性;二是把EUT产生的骚扰电压耦合到接收机,同时阻止电网侧的骚扰进入测量支路。
选型时看三项:频率范围(通常9 kHz~30 MHz)、电流容量(如16 A、32 A、100 A,必须大于EUT最大工作电流)、以及相数(单相或三相)。LISN的EUT端口到接收机端口之间有隔直电容和衰减网络,接收机端通常还串有10 dB衰减器,用于降低EUT瞬态对前端的冲击。实际接线中,LISN的参考地必须与接收机、EUT参考地以低阻抗方式连接,接地线长度尽量短,否则会引入额外共模路径,使150 kHz~1 MHz段结果偏高。
三、电压探头与电流探头:测“非电源端口”的骚扰
当EUT的骚扰不是通过电源线传导,而是通过信号线、控制线或地线传导时,LISN无法直接使用。此时用电压探头测线对地电压,或用电流探头测线缆上的共模电流。
电压探头(如R&S ESH2-Z3)内部含高阻分压网络,输入阻抗通常1 MΩ以上、并联电容几pF到十几pF,避免对被测电路形成明显负载。它把被测点的高频电压按固定分压比(如20 dB)送到接收机。使用时探头地线要尽量短,且必须接到参考地,否则探头地线本身会成为天线,引入环境噪声。
电流探头(如R&S EZ-17)是卡钳式结构,把线缆中的共模电流通过磁环耦合为电压,传输阻抗通常用dBΩ表示,例如1 Ω对应0 dBΩ。接收机读数是电压,要换算成电流需减去传输阻抗:I(dBμA)=U(dBμV)−Zt(dBΩ)。电流探头适合测线束共模电流,尤其在30 MHz以下,能快速定位哪根线是主要辐射/传导路径。
四、衰减器与连接电缆:容易被忽视的误差源
衰减器的作用是保护接收机前端、改善阻抗匹配。当EUT端口存在大瞬态(如开关电源启动、继电器动作)时,10 dB或20 dB衰减器能显著降低前端损坏风险。但衰减器会抬高系统底噪,因此不能盲目加。选型时看频率范围、衰减量精度、功率容量和驻波比,传导发射常用10 dB、20 dB、50 Ω同轴衰减器。
连接电缆必须用50 Ω同轴电缆,且尽量短。电缆的插入损耗在30 MHz以下通常小于1 dB,但若电缆过长、屏蔽不良,会引入环境噪声和驻波。测试前应做“系统本底噪声”测量:LISN接50 Ω负载、接收机接衰减器和电缆,扫描150 kHz~30 MHz,记录本底曲线。若本底在某个频点异常抬高,说明电缆或接头有问题。
五、系统连接与选型检查
把上述设备串起来,标准传导发射测试的连接顺序是:电网→LISN→EUT,LISN的测量端口→衰减器→同轴电缆→接收机。若测非电源端口,则用电压探头或电流探头替代LISN的耦合路径。所有设备共参考地,接地线尽量短。
选型检查可以按以下顺序进行:第一,确认测试标准要求的频率范围和限值,决定接收机型号和检波器;第二,确认EUT最大工作电流,选择LISN电流容量,留20%余量;第三,确认EUT端口是否存在大瞬态,决定是否加衰减器及衰减量;第四,确认电缆长度和屏蔽性能,必要时用双屏蔽电缆;第五,确认探头带宽和传输阻抗,电流探头要按Zt换算电流。
最后强调一个常见误区:把衰减器当成“万能保护”。衰减器确实能降低到达接收机前端的电平,但它同时抬高系统底噪。如果本底噪声已经接近限值,再加衰减器会让小信号淹没在噪声中。正确做法是先确认EUT瞬态幅度,再决定衰减量,并在测试前用50 Ω负载测本底,确保本底比限值低6 dB以上。