開關電源和不間斷電源的無線電騷擾特性測試

開關電源和不間斷電源的應用十分廣泛，作為商品化的開關電源和不間斷電源是國內首批被指定為需要進行電磁兼容認證的產品之一，其考核重點是它們在工作時對外的騷擾發射（包括傳導和輻射兩方面）；以及對電網供電質量所產生的影響。后者在本刊2000年第9期上已有詳細論述，本文重點說明騷擾發射的測試問題。

開關電源和不間斷電源的騷擾測試采用GB4824?1996《工業、科學和醫療（ISM）射頻設備電磁騷擾特性的測量方法和限值》（參照CISPR11—1990而等效轉化）所提供的方法。

根據GB4824標準對騷擾源的分類，劃分為兩組設備：1組設備是指為發揮其自身功能需要而包含專門產生和/或使用傳導耦合射頻能量的所有工、科、醫設備；2組設備是指為材料處理、電火花腐蝕等功能需要而包含專門產生和/或使用電磁輻射能量的所有工、科、醫設備。從上述定義看，開關電源和不間斷電源當屬于1組設備無疑。

另外，GB4824根據設備所使用供電網絡的不同，又劃分成兩類：A類設備是非家用、不直接連到住宅低壓電網的所有設施的工、科、醫設備；B類設備是在家用設施內和直接連到住宅低壓電網的設施的工、科、醫設備。從上述分類看，開關電源和不間斷電源均有可能分屬于這兩大類設備。

表1是試驗場內1組A類和B類設備的電源端傳導騷擾電壓限值。表2則是試驗場內1組A類和B類設備的輻射騷擾限值。

表1電源端傳導騷擾電壓限值

1?1測量儀器和測試場地

（1）測量儀器

采用帶有準峰值和平均值檢波器的干擾接收機，其性能應符合CISPR16?1或對應國標GB/T6113·1《無線電騷擾和抗擾度測量設備規范》的要求。在標準涉及的頻率范圍內一般要用兩臺不同頻段的干擾接收機，分別是9KHz～30MHz；30MHz～1000MHz。

圖1滿足標準的輻射測試場地

（2）人工電源網絡

在做電源端傳導騷擾電壓測試時，應采用阻抗為50Ω/50μH的人工電源網絡（V形網絡），其特性應符合CISPR16?1和GB/T6113·1的要求。人工電源網絡的主要作用是使試品與電源之間有效間隔；同時又為試品提供穩定的高頻阻抗。

（3）天線

在9KHz～30MHz頻段內采用具有屏蔽的環形天線。

在30MHz～1000MHz頻段內采用平衡偶極子天線。

（4）測試場地

①9kHz～1000MHz頻段的輻射測試場地

輻射測試場地應該是一個空曠、平坦的場地，在其邊界范圍內無架空線，附近無反射結構物（如鋼筋水泥建筑和高大樹木等），而且具有足夠大的尺寸，使天線、試品和反射結構物之間能充分分開的場地。滿足標準的輻射測試場地應該是一個由長軸等于兩倍焦距（F）、短軸等于倍焦距（F）的橢圓所包圍的場地，見圖1所示。試驗時，試品和測量天線將分別處在兩個焦點上。

為了獲得穩定的電波傳輸特性，必須有一個固定的、相當大的反射地面（或稱接地平板）。反射面用金屬材料制成，如鋼板（包括鍍鋅鋼板）和金屬絲網等。板與板之間要用電焊連接，無大的漏縫或孔洞。金屬網孔徑的最大尺寸必須小于波長的1/10（對1000MHz，孔徑應小于3cm）。另外，場地表面必須平整，同時要考慮排水設施。圖2是金屬接地的最小尺寸。

②傳導騷擾電壓測試場地

傳導騷擾電壓的測試可以在輻射試驗場地內進行，也可以在屏蔽室內進行。

1?2測試方法

（1）環境電平

試品接入測量線路，但在未通電運行時，要用測量環境噪聲電平的方法來決定試驗環境的適用性，環境電平應至少比規定的限值低6dB。

如果環境電平和試品的輻射疊加后，仍不超過規定限值時，試品即被認為已滿足規定限值。

在測量電源端傳導騷擾電壓時，可在人工電源網絡和供電電網之間接入一個適當的射頻濾波器，以降低環境電平。但接入射頻濾波器后，在測量頻率上，人工電源網絡的阻抗仍應滿足規定要求。

在測量輻射騷擾時，如果環境電平無法滿足要求，則可將測量天線向試品移近后再進行測量，但限值不變。這實際上是對試品的要求更加嚴格了。

（2）對試品布置的一般要求

試品的騷擾電平是指試品在各種典型使用情況下，所取不同配置和試驗布置時騷擾值的最大值。在試驗報告中應詳細說明試驗時試品的配置和試驗布置。

當試品是由幾個互連設備組成時，互連電纜的型號和長度應與試品技術要求中規定的相一致。如果電纜長度是可以改變的，則取在輻射試驗中能產生最大輻射的長度。

（3）9kHz～1MHz的輻射測試

當試品放在試驗轉臺上時，應使設備的輻射中心盡可能地接近轉臺的轉動中心。試品和測量天線的距離是指轉臺轉動軸線和測量天線之間的水平距離。

關于試驗的轉臺，如果是高出接地平板的轉臺，一般不應高出該平面0.5m；如果是與接地平板處在同一平面的轉臺，則轉臺平面一定是金屬平面，且和接地平板有良好的電氣連接。不管哪一種轉臺，非落地式試品放在轉臺上，離接地平板的高度應為0.8m。

當試品不放在轉臺上時，試品和測量天線之間的距離是指試品邊界和測量天線之間的最近水平距離。

對于試品放在轉臺上的情況，測量天線處在水平和垂直兩種極化狀態，轉臺都應在所有角度上旋轉，應在每個測量頻率上記錄其輻射騷擾的最高電平。

圖2金屬接地板的最小尺寸D

D=(d＋2)m,d是試品最大尺寸；W=（a＋2）m,

a是天線最大尺寸；L=10m

當試品不放在轉臺上時，測量天線在水平和垂直兩種極化狀態下都應在地平面的各方位上選取不同測量位置。測量應在其最大輻射方向上進行，并在每個測量頻率上記錄其輻射騷擾的最高電平。

測量中對天線的要求是：在30MHz～80MHz頻段內，天線長度應等于80MHz的諧振長度；在80MHz～1000MHz頻段內，天線長度應等于測量頻率的諧振長度。另外，應該用一個適當的變換裝置使天線與饋線相匹配。還要配置一個平衡/不平衡變換器，實現與測量接收機的連接。

天線應能任意取向，分別測量其垂直極化和水平極化波分量。天線中心高度應能在1m～4m內調節。天線離地的最近點不應小于0.2m，以測出其最大值。

順便指出，如果使用其他形式天線的測量結果與平衡偶極子天線的測量結果差值在±2dB以內，則也可用其他形式天線。實用中常用的寬帶天線是雙錐天線（30MHz～300MHz）和對數周期天線（300MHz～1000MHz）。

圖3是輻射騷擾測量的典型布置。

（4）電源端傳導騷擾電壓的測量

①在輻射試驗場上測量時，試品應處于和輻射測量相同的狀態下，且試品應處在比其邊界至少擴展0.5m或最小尺寸為2m×2m的金屬接地平板上。

②在屏蔽室內測量時，可用地面屏蔽層或任意一壁的屏蔽層作為接地平板。

試驗時，對于非落地試品應放在離地平板0.4m高的絕緣支架或臺子上。落地試品則放在接地平板上，其接觸處應相互絕緣或與正常使用時一致。所有試品離其他金屬物體表現的距離應大于0.8m。

人工電源網絡的外表面和試品邊界之間的最近距離應小于0.8m。網絡的參考接地端應該用盡量粗短的導線接到接地平板上。電源電纜和信號電纜走線與接地平板間的相關情況應與實際使用情況等效，并應十分小心地布置電纜，以免造成假響應效應。

當試品有特別的接地端子時，應該用盡量短的導線接地。不裝有特別接地端子的試品，應在其正常連接方式下進行試驗，即從供電電網上取得接地。

由制造廠提供軟性電源線的設備，其電源線的長度應為1m。如果實際長度超過1m，則超過部分應來回折疊成0.3m～0.4m的線束。

如果受試品由幾個單元組成，而且每個單元都具有電源線，在與人工電源網絡連接時，取決于下列規定：

?接在標準電源插頭的每根電源電纜都應分別測量；

?制造廠未規定須從系統中另一單元取得供電電源的電源線或端子都應分別測量；

?由制造廠規定須從系統中某一單元取得電源的電源線或端子應接至該單元，而將該單元的電纜或端子接至人工電源網絡進行測量；

?當試品為了安全目的需要接地時，接地線應接在人工電源網絡的參考接地點上。除了由制造廠提供接地線或對接地另有規定外，在無其他特殊要求時，接地線長度應為1m，并與試品電源線平行敷設，其間距不大于0.1m。

其他（如為電磁兼容目的）由制造廠規定或提供的接在用作安全接地同一端子上的接地線，也應接到人工電源網絡的參考線上。

圖4為傳導騷擾電壓測量的典型布置示意。

圖3輻射騷擾測量的典型布置

D表示轉臺幾何中心與天線幾何中心投影距離，試品的幾何中心要與轉臺軸心相重合。

圖4傳導騷擾電壓測量的典型布置示意圖

2替代的測試方法

上述實驗室終測配置講求的是測試結果的準確性及與國內外測試機構之間的可比性，因此配置價格不菲，如果還要涉及到測試場地，則更不是一般生產企業所能接受了的。本節將推薦替代測試方案，在確保有一定可比性的前提下，盡量降低配置成本，為盡可能多的企業接受。

圖5測試配置圖

圖6吸收鉗測試配置

2?1測量儀器和測試場地

1）測量儀器

考慮到開關電源和不間斷電源的特點，其內部均由電子線路構成，電源穩態工作時不產生火花、電弧和氣體放電，也不產生家電產品特有的喀嚦聲干擾，只產生周期性的電壓、電流及其諧波，因此推薦采用頻譜分析儀。其價格較終測時采用的干擾接收機有大幅度下降。在標準規定的測試頻率范圍內，只要選用一臺9kHz～1000MHz以上的頻譜分析儀即可。

（2）人工電源網絡

保留不變。

（3）天線

由于采用下述GTEM小室，其上下底板與內部隔板所起的功能類似于接收天線，所以在終測配置中用到的接收天線予以取消。

（4）測試場地

由于開關電源和一般用途的不間斷電源的外形尺寸不算龐大，可望容納在最近發展起來的吉赫芝橫電磁波室（GTEM室）中。而小室的價格及工作頻率范圍也足以滿足一般用戶的需求。

盡管這種測試場地在CISPR11和GB4824標準中尚未表示認可，但在測試汽車用電子/電氣零部件無線電騷擾特性的CISPR25標準中已經把TEM小室法作為測試零部件/模塊輻射發射特性的標準試驗方法。GTEM小室則是TEM小室的發展，有較大的試驗空間，且與使用的頻率范圍沒有矛盾，因而得到了越來越多的應用。

表3是GTEM小室的主要性能與可以容納的試品尺寸，以資參考。

2?2測試方法

（1）9kHz～1000MHz的輻射測試

采用GTEM小室和頻譜儀的測試配置見圖5所示。

為保證試驗結果的重復性和可比性，試品每次試驗所放置的位置應予固定。

關于極化的測試問題，由于小室內部隔板與上下底板之間的位置是固定的，因此只能通過試品的轉動，讓試品的幾個面依次朝對隔板來實現。

2?3其他可能的替代測試方法

國際上有人建議對小型電子設備采用類似CISPR14?1（對應的我國國家標準是GB4343?1《家用和類似用途電動、電熱器具，電動工具以及類似電路的無線電干擾特性的測量方法和允許值》）中所提供的吸收鉗方法來測試試品對外的輻射功率。采用此法的前提是試品尺寸較小，其輻射到空間的能量主要是通過試品的電源線等逸出的。因此，對這部分能量的測量可以用一個環繞電源線的吸收裝置來實現。這個吸收裝置便被稱為吸收鉗（或鐵氧體鉗）。這個方法的優點是簡便易行，對環境要求不高，在屏蔽室里便可進行，而且測試結果有很好的重復性和可比性。圖6是測試簡圖。限于篇幅，方法細節參閱相應標準。

此法已在CISPRG分會上作為對CISPR22（對應的我國國家標準GB9254《信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法》）的修訂方案通過了該分會技術委員會的草案（CD），現已進入到秘書處起草成國際標準草案（FDIS）階段。　

表3GTEM小室的適用范圍

＊一般試驗指在試品尺寸范圍內的電場強度偏差≤4dB。精密試驗的電場強度偏差則優于一般試驗。

由于上述原因，此法在技術上有一定可行性，且方法簡單、重復可比，配置價格較低。只是吸收鉗法與輻射騷擾的直接測量法之間還存在一個數據比對問題，但就方法而言，仍不失為一般企業的一個很好的試驗方法。