【论文摘要】在电子产品研制的早期阶段，运用电磁干扰预测试技术可以明显降低研制成本，也可大大提高产品认证测试的一次性通过率。本文对电磁干扰预测试系统的相关实现技术进行了深入研究，并提出了一套系统实现方案；开发出的原型系统运行表明该方案是切实可行的。
在GB/T4365-1995《电磁兼容术语》中将电磁骚扰定义为：可能引起装置、设备（系统）性能降低或者对有生命（无生命）物质产生损害作用的各种电磁现象；其中又将影响设备、传输信道或系统性能构成下降时的电磁骚扰称为电磁干扰（Electromagnetic Interference, EMI），并指出EMI的来源主要有工业干扰、宇宙干扰、天电干扰和雷电冲击等[1]。但在实际的EMI测试中所关心的是在排除电磁环境电平影响的情况下，检查受试设备（Equipment Under Test, EUT）是否在规定的频段内产生过高的电磁能量（依据相关的国内外标准来判断），所以在下文中，主要将EMI分成两类：EUT的EMI和环境EMI。
为了有效管理EUT的EMI性能，相关国际组织（如IEC、CISPR、ITU和CCIR等）和世界各国都制定了相关的军用／民用标准[2]。我国在1997年也制定了这方面的军用标准，如GJB151A，对EUT的传导发射和辐射发射的测试项目、测试设备、测试流程、控制准则和测试报告等内容都提出了具体的要求并在全国范围内推行，要求相关设备应该通过国家指定机构的认证测试才能出厂[3]。由于认证测试属于产品后期的成败型测试，通过则出厂，否则就不能出厂；从产品研制周期角度看，这样操作的缺陷是明显的：发现问题太迟从而导致解决问题所付出的代价太大。所以有必要研制EMI预测试系统，使得在产品研制的过程中能通过EMI预测试手段来发现问题以使设计人员有针对性的采取措施以较早地解决问题，降低纠错成本并提高认证测试的一次性通过率。
在EMI预测试系统中，主要需要解决下述五个方面的内容，下面进行详细说明。
1电磁环境电平
在做传导／辐射发射测试时，经常会遇到电磁环境电平淹没了EUT发射的信号，这种淹没会导致很多不良后果：错误的测试结果、延长测试时间、将环境电平误认为是EUT的干扰信号等。
在EMI认证测试中，一般都在屏蔽室、电磁暗室或者开阔试验场地进行，目的是尽可能地降低电磁环境电平的影响。但在EMI预测试系统中，由于测试是在普通的实验室或者工作环境中进行的，那么不可避免的将受到电磁环境电平的干扰。所以应该采取措施来消除这种干扰，比如做传导测试时，如果环境电平超过了极限线（Limits），可以考虑采取如下措施来避免：缩短电源线的长度、对电源线采取屏蔽措施、在电源线附近不要放置铁制品（因为可能吸收EUT发射的干扰信号，从而减弱了电流探头采样的信号强度从而导致错误读数）。但希望通过配置测试设备来完全消除环境电磁噪声是不现实的，有效地解决这个问题的办法是在测试系统中设计电磁环境电平列表，具体的处理措施有两种：
1.1 重点频点处理技术
如果测试所在地的电磁环境电平相对稳定，即电磁源种类单一且幅值稳定，那么可以采取重点频点处理的策略。具体做法是：①先将EUT关闭，选择合理的频率范围进行扫描并产生电磁环境测试曲线，选择出幅度值较高或比较敏感的频率点电平并写入电磁环境电平列表；②然后打开EUT，再进行测试并将结果记录下来，后面所记录的信号包含了电磁环境电平和EUT发射的干扰信号，是混合信号；③对混合信号进行分析，将与电磁环境电平相同的频率点剔除即可，剩余的信号就是EUT所发射的信号。这种技术中，只要做到测试电磁环境电平的精度足够高（具体精度可以根据测试需要确定），就可以将电磁环境电平和EUT发射的干扰信号区别开来，从而避免电磁环境电平的干扰。当然，为了保证电磁环境测试的准确性，可以扫描多次以获取较为准确的敏感电磁环境电平。
1.2 全频段处理技术
如果测试所在地的电磁环境电平波动较大，即电磁源种类较多且幅值不稳定，那么采取全频段处理策略就显得更为合理。具体做法是：①在EUT断电情况下，选择合理的频率范围进行扫描并产生电磁环境测试曲线，并将所扫频段范围内的所有频率点及其幅度值在电磁环境电平列表中记录下来，可以扫描多次做均值处理，然后将处理的结果作为对电磁环境电平的度量；②打开EUT，再进行测试并将结果记录下来，这次所记录的信号包含了电磁环境电平和EUT发射的干扰信号，是混合信号；③将②中所得信号减去①的信号，得到求差后的测试曲线，它是剔除了电磁环境电平影响的测试结果，就是EUT的电磁发射信号。
另外需要注意的是，电磁环境电平具有间歇性和幅值波动的特点，因此在某一时刻测量出来的值只具有相对准确性，如果换了时间和地点，必须重测。
2 极限线
极限线（Limit Lines），指表征某项测试标准的一条直线或折线。在规定频率范围内，如果测试曲线的某一个（或几个）频率点所对应的幅度值大于相同频率处极限线的幅度值，那么表明该EUT在该频率点处不符合标准的规定，即形成了对外界的干扰，需要采取措施降低幅度值。可见，极限线的作用有两个：①将被测信号与所选定的测试标准进行比较，以判断被测信号是否超标；②明确指出高于某一特定幅值的非期望噪声的频率点及其幅度值。
对极限线的设计，系统需要提供一个常用极限线库，也应该提供定制特定极限线的手段；无论是系统提供的还是定制的极限线都必须与某一测量标准相关联。
3测试设备库
测试设备主要包括：电源阻抗稳定网络（LISN）、传感器、接收机（或频谱仪）、预放和衰减器、线缆等。各设备的主要用途是：①LISN：连接在电源与EUT之间，用于给EUT提供稳定的电源阻抗（一般50ohms）；②传感器：用于采集电磁信号，根据测试对象的不同，有多种不同的传感器，如进行传导发射测试时主要用环形传感器，进行辐射发射测试时主要用天线，在天线中根据测量频段的不同又可采用（频段由低到高）拉杆天线、双锥对数天线和双脊喇叭电线等；③接收机（或频谱仪）：主要接收传感器所测得的电磁信号，并进行频谱分析；④衰减器和预放：为了保护接收机免受强电信号的损害，在接收机前应该加衰减器，而对弱小信号则应加预放，一般情况下，衰减器和预放都做到了接收机（或频谱仪）的内部，可以通过程序来控制；⑤线缆：用于将所有参与测试的设备连接起来，不同设备之间所用的线缆是不同的。另外，为了降低系统成本，预测试中的接收机可以用频谱仪（如Agilent 的PSA/ESA系列）来代替[4]。
设备库中的每一台测试设备所包含的描述信息有：制造商、型号、最新标定日期、标定到期日期、序列号、通信界面（只有接收机有）、总线地址（只有接收机有）、通信库（只有接收机有）、修正因子（只有接收机无）以及说明。设备修正因子是指测试设备在某一频率点的“频率／幅值对”集合，主要用于修正指定频率点的幅度值；其中，用幅值前面的正负符号来表示对指定频率点的幅值修正办法，符号为正表示在该频率点需要加上对应的幅值，反之则要减去对应的幅值。
创建设备库：将当前主流的测试设备都纳入到系统中，并提供了设备的修正系数表和修正系数的修改手段，以确保能使用设备当前最合适的修正系数来修正测试结果。对设备库的可扩展性，提供了两种手段：①允许对库中的设备进行修改，这主要通过调整设备的相关属性来实现；②允许创建新的设备并直接加入到设备库中。
4信号路径
信号路径是指所有参与测试的设备所组成的测试设备序列；信号路径很重要的一个功能就是计算出序列中各测试设备的修正因子之和并将其作为本次测试的总的修正因子传递给接收机（或频谱仪）。
创建信号路径库：将常见测试标准的信号路径创建并保存在库中，允许新建或修改信号路径。
5 测试与数据处理
本部分是EMI预测试系统的最核心部分，主要包括五个方面的内容，如下所述。
5.1 测试流程
在EMI预测试中，根据传感器采集数据的方式不同可以将测试分成两大类：传导发射测试和辐射发射测试。前者主要测试EUT线缆向外发射的电磁能量，如电源线传导发射测试，采用的传感器有电流钳或电压钳等；后者主要测试EUT的壳体（或线缆）向外发射的电磁能量，采用的传感器有拉杆天线、双锥对数天线和双脊喇叭电线等。系统测试流程的设计就是基于这种划分的，下面给出了这两种测试模式的测试流程，请参见图1和图2。
图1 传导发射测试流程
图2 辐射发射测试流程
5.2 坐标变换
为了对测试曲线进行有效分析，在坐标设计时采取了双坐标模式：线性坐标和对数坐标，即横／纵坐标都能以线性坐标和对数坐标方式来表达数据，这样组合出来的坐标形式共有4种：线-线、线-对、对-线和对-对。比如在所测信号频段窄幅值低的情况下可以选择线-线模式，对于所测信号频段很宽且幅值很大时可以采用对-对模式，其它情况可以参照选择。这种坐标设计思想对后续的图形和报表处理提供了极大的方便。
5.3 扫描和测量
扫描（Sweep）就是对指定的频率范围进行通扫以获取整个频段的测试曲线，而测量是对特定的频率点进行单点测试。它们存在两点区别：①目的不同：前者以获取全频段测试曲线为目标，后者以精确测试指定频率点为目的；②驻留时间不同：驻留时间（Dwell Time）指接收机（或频谱仪）在扫描每一频率点时所停留的时间，在一定范围内用较长的驻留时间可以获得更加准确的幅度值；一般情况下，前者驻留时间较短，后者驻留时间较长。
5.4 合格性判定和警戒点捕捉
合格性判定指将扫描所得的测试曲线与对应的极限线进行比较，判断是否存在超标的频率点，如果有则判定为不合格，否则就判定为合格，属于成败型判定；在不合格的情况下，应该将超标点添加到系统提供的信号列表中，该列表给出了频率点、幅度值、检波方式等共计27个字段来描述特定频率点信息。
警戒点捕捉：在上述判定中如果为合格，也还存在着危险点（即在极限线下但很接近极限线）的情况，将这类频率点称为警戒点，也可以将它们添加到信号列表中去，并以区别于超标点的颜色（如超标点为红色，警戒点为黄色）标识出来，便于引起设计者的注意；警戒点与极限线之间的距离可以任意设定。
5.5 报表处理
测试报表应该按照相关标准的要求来提供测试数据。数据的表达以“图／表／文”相结合的方式来体现。具体包括10个内容：①报表标题（默认为：极限线类型＋极限线名）；②测试头部；③设备列表；④信号路径；⑤极限线；⑥扫描设置；⑦测量设置；⑧当前图形；⑨当前列表；⑩测试结论。
6结论
电子产品的电磁干扰测试越来越引起工业界的普遍关注，为了在研制的较早阶段有效消除EUT潜在的电磁设计问题并提高EUT出厂前的EMI认证测试的一次性通过率，有必要研究和设计出一套能在普通实验室（或工作环境）下进行EMI预测试的系统。文中对EMI预测试系统涉及的相关实现技术进行了详细研究并给出了完整的系统设计方案，按照这种方案已经研制出原型系统，经过实验室调试基本达到了预期的设计目标。
参考文献
[1]陈淑凤，马蔚宇，马晓庆编著，电磁兼容试验技术，北京：北京邮电大学出版社，2001.10
[2]高攸纲编著，电磁兼容总论，北京：北京邮电大学出版社，2001.10
[3] GJB151A-97 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求，国防科学技术委员会，1997.5
[4] Agilent Technology，E7415-90031.pdf，December, 2001
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