概述

　　如果一個(gè)新產(chǎn)品在電磁干擾（EMI ）預(yù)兼容測試或者標(biāo)準(zhǔn)兼容測試中失敗，進(jìn)行故障診斷和改進(jìn)是當(dāng)務(wù)之急。而近場探頭配合頻譜分析儀查找干擾源，并驗(yàn)證改進(jìn)效果是最常見易行的方法。

　　圖一 安捷倫X系列信號(hào)分析儀和N9311X-100 近場探頭

　　近場測試綜述

　　在認(rèn)證機(jī)構(gòu)中，使用經(jīng)過各類校準(zhǔn)的天線進(jìn)行輻射泄露測試，都是進(jìn)行的遠(yuǎn)場測量。標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)場輻射泄漏測試，可以準(zhǔn)確定量的告訴我們被測件是否符合相應(yīng)的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。但是遠(yuǎn)場測試無法告訴工程師，嚴(yán)重的輻射問題到底是來自于殼體的縫隙，還是來自連接的電纜，或USB ，LAN 之類的通信接口。在這種情況下，我們可以通過近場測試的方法來定位輻射的真正來源。

　　近場 EMI 測量的問題在于使用近場探頭的測量結(jié)果和使用天線進(jìn)行遠(yuǎn)場測量的結(jié)果無法直接進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。但是存在一個(gè)基本原理：近場的輻射越大，遠(yuǎn)場的輻射也必然越大。所以使用近場探頭測量，實(shí)際上是一個(gè)相對量的測量，而不是精確的絕對量測量。使用近場探頭進(jìn)行 EMI 預(yù)兼容測試時(shí)，我們常常把新被測件測試結(jié)果和一個(gè)已知合格被測件的近場探頭測試（近場測試）結(jié)果進(jìn)行比較，來預(yù)測EMI 輻射泄漏測試（遠(yuǎn)場測試）的結(jié)果，而不是直接和符合EMI兼容標(biāo)準(zhǔn)的限制線進(jìn)行比較。同時(shí)，測試的絕對數(shù)值意義也不大，因?yàn)檫@個(gè)測試結(jié)果和諸多變量，包括探頭的位置方向、被測件的形狀等會(huì)密切相關(guān)。

近場探頭的種類及主要特點(diǎn)

　　電磁場是由電場和磁場構(gòu)成。在近場，電場和磁場共同存在，其強(qiáng)度不構(gòu)成固定關(guān)系。以電場為主還是磁場為主，主要是由發(fā)射源的類型決定的。簡而言之，在高電壓，低電流的區(qū)域，電場大于磁場。高電流，低電壓的區(qū)域，磁場大于電場。同時(shí)在主要的EMI 測試頻段，磁場隨著距離的變化要快于電場。

　　因?yàn)榇艌鍪怯呻娏鳟a(chǎn)生的，所以最常見的發(fā)射源包括芯片，器件的管腳、PCB 上的布線、電源線及信號(hào)線纜。最常見的磁場探頭多為環(huán)狀，當(dāng)磁場傳播線和探頭環(huán)面垂直的時(shí)候，測量數(shù)值最大。所以在測量過程中，工程師一般需要旋轉(zhuǎn)探頭的方向來測量到最大的磁場數(shù)值，同時(shí)避免遺漏重要的發(fā)射源。

　　電場是由電壓產(chǎn)生，主要的發(fā)射源包括一些未端接器件的線纜 、連接高阻器件的PCB 布線等。最簡單的電場探頭類似一根小天線。有人甚至把同軸電纜前端的一小段屏蔽層剝開，露出芯線來構(gòu)成簡單的電場探頭進(jìn)行使用。在沒有屏蔽設(shè)備的情況下，電場探頭的問題是比較容易拾取到環(huán)境中存在的電磁波信號(hào)，如蜂窩通信的上下行信號(hào)，從而影響到整個(gè)測試系統(tǒng)的測量動(dòng)態(tài)范圍。

　　選擇近場探頭往往要考慮幾個(gè)重要因素，包括分辨率 、靈敏度和頻率響應(yīng)等。

　　近場探頭的靈敏度不是一個(gè)絕對的指標(biāo)，關(guān)鍵是看探頭和配合使用的頻譜分析儀或者接收機(jī)能不能容易的測量到輻射泄漏信號(hào)，并且有足夠的裕量去觀察改進(jìn)后的變化。如果頻譜儀的靈敏度很高，我們可以選擇靈敏度相對較低一些的探頭。反之就必須選擇靈敏度高的探頭，甚至考慮外接前置放大器提高整體系統(tǒng)的靈敏度。

　　分辨率也就是探頭分辨干擾源位置的能力。而通常來說分辨率和靈敏度是一對矛盾體。以我們最常用的環(huán)狀磁場探頭為例，尺寸越大的環(huán)狀探頭，靈敏度往往越高，測試面積越大，從而分辨率就會(huì)越低。而比較推薦的辦法是選用一組多個(gè)尺寸的探頭，在大范圍測試的時(shí)候用較大的探頭，找到疑似區(qū)域，再逐漸減小探頭尺寸，最終定位到干擾源。

　　頻率響應(yīng)是一個(gè)往往會(huì)被大家忽略的重要因素。所謂的頻率響應(yīng)就是探頭測量同樣幅度，不同頻率的信號(hào)，所得到的幅值差異。我們在前文提到過，使用探頭進(jìn)行EMI 分析，是一種相對，定性的測試。但是如果探頭的頻率響應(yīng)較差或不夠平坦，會(huì)使全頻段的測試結(jié)果不直觀，讓我們忽略一些重要的輻射泄漏信號(hào)。

　　探頭的形狀以及多樣性也是重要的因素。除了常規(guī)的電場、磁場探頭，在進(jìn)行EMI 分析的時(shí)候，我們還往往需要一些特殊的探頭。工程師經(jīng)常會(huì)遇到這樣一種情況，在找到一個(gè)干擾源位置并進(jìn)行屏蔽處理后，發(fā)現(xiàn)整機(jī)的輻射泄漏并沒得到足夠的改善。那么最常見的原因就是這個(gè)干擾信號(hào)通過信號(hào)線纜或者電源線纜傳播到了其他區(qū)域，并最終輻射到了空間。常規(guī)的近場探頭很難對線纜內(nèi)部的干擾進(jìn)行探測，就往往需要使用下面會(huì)介紹到的N9311X-100 近場探頭組中的4號(hào)探頭專門用于線纜干擾的測試。

　　安捷倫N9311X-100 近場探頭組

　　為了配合具有強(qiáng)大EMI 分析功能的安捷倫X系列信號(hào)分析儀，并快捷的完成干擾源的定位，安捷倫最新推出了一組覆蓋30 MHz 至3 GHz的近場探頭，選件N9311X-100 。該探頭組包括4個(gè)磁場探頭，向用戶提供了綜合靈敏度與分辨率的最佳選擇。不僅可以用于電磁干擾源的探測和定位還能夠滿足專業(yè)的線纜干擾測試需求，可以幫助用戶方便快捷的分析絕大多數(shù)EMI 問題。

表一 N9311X-100近場探頭組技術(shù)指標(biāo)

　　如果用戶需要更高的測試靈敏度，安捷倫還提供了可以和N9311X-100近場探頭配合使用的外置前置放大器，選件N9311X-110。該放大器在100 kHz至3 GHz頻段噪聲系數(shù)僅為4.5 dB ，提供30 dB增益。

圖二 N9311X-100前置放大器

　　結(jié)論

　　安捷倫N9311X-100近場探頭組以及配套的N9311X-110前置放大器，重量輕，安裝快捷，使用方便。同時(shí)該探頭具有很寬的頻率范圍，集良好的分辨率和靈敏度為一體，可以快速分析查找各類EMI 干擾源。配合安捷倫X系列信號(hào)分析儀的良好性能及專業(yè) EMI 測量分析功能，為用戶提供了性價(jià)比最優(yōu)的專業(yè)EMI 分析工具。