4. LISN与人工电源网络原理及使用

传导发射测试的第一步,是把被测设备(EUT)在电源端口产生的骚扰电压,以可重复、可溯源的方式送到接收机。完成这一转换的核心器件就是线路阻抗稳定网络(LISN,Line Impedance Stabilization Network),在CISPR和GB/T标准体系中常称为人工电源网络(AMN,Artificial Mains Network)。理解LISN,关键要抓住三件事:它向EUT呈现什么阻抗、它如何把骚扰信号耦合到接收机、它如何被正确接地和校准。

一、LISN到底“稳定”了什么

电网阻抗是随频率和接入位置变化的,从几欧姆到几十欧姆都可能出现。如果直接把EUT接到市电再测其电源端骚扰电压,测得的电压会随电网阻抗漂移,不同实验室结果无法比对。LISN的作用是在射频范围内,为EUT的每个电源端子提供一个规定且稳定的对地阻抗,同时把电网侧的射频骚扰旁路掉,只让EUT产生的骚扰电压被测量端口拾取。

CISPR 16-1-2规定的V型50Ω/50μH人工电源网络,是9kHz~30MHz传导发射测试最常用的网络。其名称中的“50Ω/50μH”分别指:测量端口在射频上呈现约50Ω的标称阻抗,以及串联在电源线与测量端口之间的50μH电感。这个电感与并联电阻、耦合电容共同构成网络,使EUT电源端在150kHz~30MHz范围内对地阻抗接近50Ω。

V型50Ω/50μH人工电源网络(单线等效) 电网 / 电源 50Hz 工频 L 50μH 至EUT电源端 EUT 被测设备 耦合电容 50Ω 参考接地板 测量端口 50Ω 接收机 滤波 电网侧射频旁路 EUT端对地阻抗示意 150k 30M 50Ω

二、阻抗匹配与测量原理

接收机的输入阻抗是50Ω,LISN的测量端口在射频上也设计为50Ω。当接收机接入测量端口后,LISN内部网络与接收机共同构成一个分压或电流测量结构。以电压测量为例,EUT电源端产生的骚扰电压经50μH电感和耦合电容后,在50Ω测量电阻上形成电压,接收机测得的正是这个50Ω上的电压。由于LISN在射频上为EUT提供了稳定的50Ω源阻抗,骚扰电压与骚扰电流之间具有确定关系,测量结果才具有可比性。

需要特别注意的是,LISN的50Ω是“标称射频阻抗”,不是直流电阻。用万用表去量测量端口,读到的并不是50Ω,因为耦合电容隔断了直流。判断LISN是否正常,应使用网络分析仪或阻抗分析仪,在规定频段内测量其阻抗特性,而不是用万用表。

另一个常见误区是把LISN当成普通滤波器。LISN确实包含滤波功能,但它更重要的角色是“阻抗定义”和“信号提取”。电网侧的滤波支路把电网上的射频骚扰旁路到地,防止电网噪声污染测量;同时,它也让EUT产生的骚扰不会大量流向电网,而是主要流向测量端口。

三、接地方式:决定测量有效性的关键

LISN的参考地必须与测试场地参考接地板实现低阻抗连接。在屏蔽室内,LISN外壳通过宽铜带或直接金属搭接固定在参考接地板上,搭接阻抗应尽可能低,一般要求搭接电阻远小于2.5mΩ量级,实际工程中常用宽而短的铜编织带,长度尽量不超过10cm。接地不良会带来两个后果:一是LISN的50Ω阻抗定义被破坏,高频段阻抗偏离标称值;二是共模骚扰电流找不到低阻抗回流路径,测量结果出现无法解释的尖峰或凹陷。

对于台式EUT,EUT应放在参考接地板上方80cm高的绝缘台上,LISN通常固定在参考接地板上,EUT电源线尽量短且不盘绕。对于落地式EUT,EUT直接放在参考接地板上,LISN靠近EUT电源入口布置。无论哪种布置,LISN与EUT之间的电源线长度、走向和捆扎方式都会影响高频段测量结果,应按照标准规定控制。

LISN的接地不是“接上就行”。接地线过长、过细,或使用普通黄绿线代替宽铜带,都会在数MHz以上引入明显电感,使高频段阻抗抬升,导致测量结果偏乐观或偏悲观。整改前后对比测试时,必须保证接地方式完全一致,否则数据不可比。

四、不同标准下的LISN选择

不同标准对LISN的阻抗、电感量和适用频段有不同规定,选错网络会直接导致测试无效。下表列出常见类型及其典型适用场景。

LISN类型 标称阻抗/电感 适用频段 典型标准/场景
V型50Ω/50μH 50Ω / 50μH 9kHz~30MHz CISPR 16-1-2、GB/T 6113.102,电源端口传导发射
V型50Ω/5μH 50Ω / 5μH 150kHz~30MHz 部分汽车电子、大电流电源端口测试
Δ型50Ω/50μH 50Ω / 50μH 9kHz~30MHz 三相电源端口、不平衡骚扰测量
电流探头+去耦网络 — 9kHz~30MHz 大电流或无法串入LISN的场合

选择LISN时,首先要确认产品标准引用的基础标准。例如信息技术设备通常引用CISPR 32,其电源端口传导发射使用50Ω/50μH V型网络;汽车电子零部件常引用CISPR 25,根据电流等级和频段选择50Ω/50μH或50Ω/5μH网络。其次要核对LISN的额定电流是否覆盖EUT最大工作电流,并留有余量。最后要确认LISN的测量端口类型和接收机匹配,避免使用额外的转接头引入不确定度。

五、LISN的校准与日常核查

LISN属于计量器具,需要定期校准。校准的核心项目是测量端口的阻抗特性,通常使用网络分析仪配合校准件,在9kHz~30MHz范围内测量LISN测量端口对参考地的阻抗幅值和相位,确认其是否落在标准规定的容差范围内。CISPR 16-1-2对50Ω/50μH网络的阻抗模值和相位都有明确限值,偏离过大说明网络内部元件老化或接地不良。

除定期校准外,每次测试前建议做一次快速核查:将接收机或频谱仪接到LISN测量端口,EUT断电,观察背景噪声是否正常;再用已知信号源或校准脉冲注入,确认测量链路增益没有异常。如果发现本底噪声异常升高,应优先检查LISN接地、电源线布置和附近是否有干扰源。

一个实用的现场判断方法:在150kHz~30MHz范围内,用频谱仪观察LISN测量端口的本底噪声。正常情况下,本底噪声应明显低于标准限值,且随频率升高呈下降趋势。如果低频段出现密集谐波,往往是电网侧滤波失效或接地回路引入了工频谐波;如果高频段整体抬升,则要怀疑接地搭接不良或LISN内部元件损坏。

把LISN理解为一个“规定阻抗+信号提取+电网隔离”的三合一网络,就能在测试布置、标准选择和异常排查中抓住重点。实际工作中,LISN的接地质量、电源线处理和校准状态,往往比接收机本身更决定传导发射测试的成败。