PRE-EMI測試如何選擇合適的近場探頭

       使用近場探頭測試與遠場測試的區別

       近場電磁干擾(EMI)測試是電磁兼容性 (EMC) 輻射發射預兼容測試中的一個重要組成。EMI機構使用EMI接收機和經過準確校準的天線來測試3或10米距離上的被測設備(DUT)，這稱為遠場測量。電磁場的特性主要由被測設備(DUT)以及它與接收機和天線的距離決定。遠場輻射發射測量可以準確地告訴我們被測器件是否符合相應的EMC/EMI標準。

       但是，遠場測試也有一些局限性。它無法告訴工程師，嚴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果與基準器件的測試結果進行比較，以預測被測器件通過一致性測試的可能性。需要注意的是，直接比較近場測試結果與EMI標準測試極限是沒有意義的，因為測試讀數受許多因素的影響，包括探頭位置和被測器件的形狀等。

       近場探頭的類型

       電磁場是由電場和磁場構成。在近場，電場和磁場共同存在，其強度不構成固定關系，所以近場測試使用的近場探頭分為電場探頭和磁場探頭兩種。

       磁場探頭多為環形或者圓型外觀，電場探頭多為平面型或線型外觀，我們以HZ-15型探頭組為例，如上圖所示，從左向右，第一個為磁場探頭，第二個為電場探頭。

       如何選擇合適的探頭

       1.探頭大小的選擇

       選擇近場探頭往往要考慮幾個重要因素，包括分辨率 、靈敏度和頻率范圍等。

       近場探頭的靈敏度不是一個絕對的指標，關鍵是看探頭和配合使用的頻譜分析儀或者接收機能不能容易的測量到輻射泄漏信號，并且有足夠的裕量去觀察改進后的變化。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。以我們最常用的環狀磁場探頭為例，尺寸越大的環狀探頭，靈敏度往往越高，測試面積越大，從而分辨率就會越低。而比較推薦的辦法是選用一組多個尺寸的探頭，在大范圍測試的時候用較大的探頭，找到疑似區域，再逐漸減小探頭尺寸，最終定位到干擾源。

       2.探頭類型的選擇

       近場區域干擾以電場為主還是磁場為主，主要是由發射源的類型決定的。簡而言之，在高電壓，低電流的區域，電場大于磁場。高電流，低電壓的區域，磁場大于電場。同時在主要的EMI 測試頻段，磁場隨著距離的變化要快于電場。

       因為磁場是由電流產生的，所以我們在測試芯片，器件的管腳、PCB 上的布線、電源線及信號線纜時一般選用磁場探頭。當磁場傳播線和探頭環面垂直的時候，測量數值最大。所以在測量過程中，工程師一般需要旋轉探頭的方向來測量到最大的磁場數值，同時避免遺漏重要的發射源。

       電場是由電壓產生，所以我們在測試一些未端接器件的線纜 、連接高阻器件的PCB 布線等部件時一般選用電場探頭。由于部分器件加裝由吸波材料或者屏蔽，使用電場探頭測試時也需要變換測試位置，尋找最大的電場數值。

       3.前置放大器的選擇

       近場探頭也分為有源和無源兩大類，有源探頭內置了前置放大器，一般需要外接電源供電或者電池供電。有源探頭靈敏度較高，可以測試一些幅度比較低的信號。如HZ-540型有源近場探頭組。

HZ-540型有源近場探頭組

       如果只有無源近場探頭，那么在需要測試小信號時，可以使用外接前置放大器的方式，即在頻譜分析儀和近場探頭之間增加一個前置放大器。

       以HZ-16型前置放大器為例，該放大器具有20dB增益，可有效提高系統靈敏度。

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