化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
適用頻譜分析儀的掃描探頭
閱讀：2051 發(fā)布時間：2020-8-26索引：如何使用和選擇EMI故障診斷的近場探頭？近場探頭也是射頻干擾探頭。配合50Ω示波器、接收機(jī)、頻譜分析儀進(jìn)行電場和磁場輻射干擾測試?。?！用于探測印刷電路板、元器件、集成電路和電磁干擾源產(chǎn)生的輻射發(fā)射。
一、概述：
近場電磁干擾(EMI)測試是電磁兼容性 (EMC) 輻射發(fā)射預(yù)兼容測試中的一個重要組成。EMI機(jī)構(gòu)使用EMI接收機(jī)和經(jīng)過準(zhǔn)確校準(zhǔn)的天線來測試3或10米距離上的器件，這稱為遠(yuǎn)場測量。電磁場的特性主要由被測器件(DUT)以及它與接收機(jī)和天線的距離決定。遠(yuǎn)場輻射發(fā)射測量可以準(zhǔn)確地告訴我們被測器件是否符合相應(yīng)的EMC/EMI標(biāo)準(zhǔn)。
但是，遠(yuǎn)場測試也有一些局限性。它無法告訴工程師，嚴(yán)重的輻射問題到底是來自于USB、LAN之類的通信接口，還是來自殼體的縫隙，或來自連接的電纜乃至電源線。在這種情況下，我們只能使用頻譜分析儀和近場探頭，通過近場測試來定位這些發(fā)射源。近場測試是一種相對量測試，這意味著它需要把被測器件的測試結(jié)果與基準(zhǔn)器件的測試結(jié)果進(jìn)行比較，以預(yù)測被測器件通過一致性測試的可能性。需要注意的是，比較近場測試結(jié)果與EMI標(biāo)準(zhǔn)測試極限是沒有意義的，因為測試讀數(shù)受許多因素的影響，包括探頭位置和被測器件的形狀等。
本應(yīng)用指南由深圳市優(yōu)測科技提供將介紹各種近場探頭的特點，并解釋了它們在定位、評測可能的發(fā)射源以及對其進(jìn)行故障診斷方面的特殊優(yōu)勢：搜尋電磁干擾源，用于電磁干擾的故障診斷和設(shè)計驗證！
二、近場探頭簡介
電磁場是由電場（E場）和磁場（H場）結(jié)合形成的。工程師可使用各種探頭來檢測每類場中的發(fā)射。
1. 磁場探頭
磁場發(fā)射源通常來自芯片組引腳、印刷電路板導(dǎo)線、電源線或信號線，或沒有良好接地的金屬蓋。磁場探頭的感應(yīng)元件是一個與發(fā)射導(dǎo)線或電線電感耦合的簡易線圈。磁場探頭在它的回路與載流電線對齊時，提供頻譜分析儀的輸出電壓。在診斷 EMI 的故障時，工程師需要在被測器件的表面旋轉(zhuǎn)和移動探頭，以確定探頭在功率讀數(shù)達(dá)到大值時的位置，同時避免遺漏重要的發(fā)射源。
2. 電場探頭
電場主要來源于未使用負(fù)載端接的電纜和電線，以及通向高阻抗邏輯電路的印刷電路板導(dǎo)線 (可能是邏輯集成電路的高阻抗輸入或三相輸出)。簡單的電場探頭實質(zhì)上就是一個小型天線。電場探頭能夠很方便地探測空中信號，例如蜂窩下行鏈路信號。這些大功率空中信號可能需要增加衰減，以防頻譜分析儀過載。不過，增加衰減將會影響頻譜分析儀的靈敏度。
三、選擇探頭類型
在遠(yuǎn)場測試中，被測器件和天線之間的距離決定了場強(qiáng)的大小。當(dāng)探頭靠近發(fā)射源時，電流、電壓、形狀和材料等特性將成為決定場強(qiáng)的主要因素。如果輻射是來自高電壓、弱電流的電路或元器件，那么電場在 EMI 近場中將起到主要作用。如果部分被測器件中電流很強(qiáng)而電壓較低，那么磁場將起到主要作用。在近場測試中，當(dāng)探頭逐漸遠(yuǎn)離被測器件時，磁場衰落的速度比電場更快。因此，磁場探頭更多地用于在近場測試中定位發(fā)射目標(biāo)。
1. 選擇磁場探頭
選擇近場測試探頭往往要考慮幾個重要因素，包括探頭靈敏度、分辨率和頻率響應(yīng)等。購線網(wǎng)專業(yè)定制各類測試線（同軸線、香蕉頭測試線，低噪線等）。
① 靈敏度：與頻譜分析儀不同，近場探頭的靈敏度不是一個值。因此，工程師需要將頻譜分析儀和探頭視為一個整體系統(tǒng)來測試其靈敏度。整個系統(tǒng)應(yīng)能夠輕松地探測到很小的發(fā)射，并有足夠的裕量來觀測硬件變動前后發(fā)射的變化。
② 分辨率：探頭的分辨率對于定位發(fā)射源至關(guān)重要。通常來說，探頭的靈敏度和分辨率是一對矛盾體。例如，尺寸越大的磁場探頭，靈敏度往往越高，探測發(fā)射的區(qū)域越大，但其分辨率會越低，從而難以準(zhǔn)確地分辨發(fā)射源。因此，建議先使用尺寸較大、靈敏度較高的探頭來執(zhí)行 EMI 測試，捕獲和確定發(fā)射源的大致區(qū)域，然后使用尺寸較小但分辨率較高的探頭來確定發(fā)射源的準(zhǔn)確位置。為此，推薦您配備多種探頭。
③ 頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)是一個經(jīng)常會被忽略的重要因素。頻率響應(yīng)是給定探頭在測量相同幅度、不同頻率的信號時得到的幅度差。當(dāng)使用天線測試磁場時，更重要的是測量場強(qiáng)，而不是測量頻率響應(yīng)。在進(jìn)行近場測試的過程中，探頭的角度以及探頭與被測器件之間的距離都會改變，因此使測量場強(qiáng)的值失去了意義。數(shù)據(jù)結(jié)果的比較非常重要，它可以幫助工程師找到產(chǎn)生較大發(fā)射的頻率點。例如，如果頻率響應(yīng)在一個特定頻率上出現(xiàn)很大衰減，那么在該頻率上的高發(fā)射可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于信號分析儀上的發(fā)射，因而被忽視。
④ 其它特性：探頭的形狀和多樣性也是選擇探頭時需要考慮的重要因素。除了上面介紹的常規(guī)的電場和磁場探頭之外，工程師可能還需要一些探頭，用來實施* EMI 故障診斷。探頭通常用于尋找并屏蔽可能的發(fā)射源。例如：工程師可能需要借助的探頭，才能發(fā)現(xiàn)耦合到電纜或電線，并輻射到被測器件其他部分的發(fā)射。如果干擾信號通過電纜發(fā)射，那么使用常規(guī)的磁場和電場探頭是很難探測到這些干擾信號的。
四、結(jié)論：
近場電磁干擾 (EMI) 測試是電磁兼容性 (EMC) 輻射發(fā)射預(yù)兼容測試中的一個重要工具。用戶可考慮各種近場探頭在定位和測試可能的發(fā)射源以及診斷其故障等方面的不同優(yōu)勢，選擇適合的近場探頭執(zhí)行這一測試。