王晶晶

引言

照明設(shè)備除了光學(xué)、安全等方面的基本性能測(cè)試外，重要的一項(xiàng)測(cè)試就是電磁兼容性（EMC）測(cè)試，其中電磁輻射騷擾是電磁兼容所要考察的最重要的內(nèi)容之一，輻射騷擾是電子電氣設(shè)備自身所產(chǎn)生并以電磁波的形式通過空間傳播形成的電磁騷擾。而電波暗室法是被公認(rèn)的最有代表性、最符合實(shí)際情況的電磁輻射騷擾的測(cè)量方法。

對(duì)于照明設(shè)備產(chǎn)品，GB/T17743《電氣照明和類似設(shè)備的無(wú)線電騷擾特性的限值和測(cè)量方法》給出了輻射騷擾的兩種測(cè)試方法，即電波暗室法和CDN測(cè)試法[1]，但在實(shí)際測(cè)試中，CDN法與電波暗室法的結(jié)果還是存在著較大的差異，部分電磁兼容檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)CDN法的使用仍相對(duì)謹(jǐn)慎，目前（30-300）MHz頻率的電磁輻射騷擾仍以電波暗室法為主，但是電波暗室法所需要的場(chǎng)地設(shè)備均十分昂貴，因此尋求一種簡(jiǎn)易有效的替代方法顯得很有必要。

本文將吸收鉗測(cè)量法引入照明電器產(chǎn)品的輻射騷擾測(cè)試中，從理論和實(shí)際測(cè)試兩個(gè)方面來(lái)比較電波暗室法和吸收鉗測(cè)量法的異同點(diǎn)。

兩種測(cè)試方法的介紹和比較

1.吸收鉗測(cè)量法

根據(jù)GB/T 6113.202《無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法規(guī)范 第2-2部分 ：無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量方法 騷擾功率測(cè)量》對(duì)吸收鉗測(cè)量法給出了定義，吸收鉗測(cè)量法（ACMM）是指用吸收鉗裝置測(cè)量EUT(被測(cè)樣品)騷擾功率的測(cè)量方法，測(cè)量時(shí)將EUT的引線嵌入吸收鉗[2]。

吸收鉗測(cè)量法目前主要應(yīng)用在家用電器產(chǎn)品和音視頻產(chǎn)品的騷擾功率測(cè)試上，對(duì)于家用電器等設(shè)備，體積小，電源線長(zhǎng)，在30MHz以上時(shí)，家用電器所產(chǎn)生的輻射騷擾能量主要是通過靠近器具的電源線向外輻射，而采用ACMM可以測(cè)試電子電氣設(shè)備通過電源線、互連線及信號(hào)線輻射出來(lái)的電磁騷擾功率[3]。

目前，照明電器產(chǎn)品工作頻率普遍較低，也就意味著干擾頻率相對(duì)較低，干擾能量一般不通過產(chǎn)品內(nèi)部接線和外殼向外發(fā)泄露，而主要通過電源線向外輻射。因此本文認(rèn)為也可以采用ACMM測(cè)量照明電器產(chǎn)品對(duì)外的電磁騷擾。ACMM進(jìn)行輻射發(fā)射測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是縮短了測(cè)試時(shí)間和節(jié)省場(chǎng)地費(fèi)用（可以在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行）。

ACMM的測(cè)試原理圖如圖1所示，所需的試驗(yàn)配置有：

（1）測(cè)試設(shè)備：EMI接收機(jī)、功率吸收鉗、去耦鉗、滑軌、測(cè)試軟件等。

（2）測(cè)試環(huán)境：電磁屏蔽室（長(zhǎng)度不小于8m）。

圖1 吸收鉗測(cè)量法示意圖

測(cè)試時(shí)，可以把EUT電源線看作是一個(gè)輻射天線，此時(shí)騷擾功率近似等于吸收鉗處于共模電流為最大值的位置時(shí)測(cè)量的EUT提供給受試線（LUT）的功率。為了找到“共模電流最大值”，需要吸收鉗能移動(dòng)，因此在測(cè)試系統(tǒng)中需要一個(gè)長(zhǎng)度為6m的吸收鉗滑軌。

圖2 吸收鉗測(cè)量法實(shí)物圖

2.電波暗室法

根據(jù)GB/T 6113.104《無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法規(guī)范第1-4部分 ：無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備 輻射騷擾測(cè)量用天線和試驗(yàn)場(chǎng)地》中的定義，半電波暗室指除金屬地面外其余內(nèi)表面裝有吸波材料的屏蔽室，該吸波材料能夠吸收所關(guān)注頻率范圍內(nèi)的電磁能量[4]。半電波暗室主要用于模擬開闊場(chǎng)，作為輻射騷擾的測(cè)試場(chǎng)地。輻射騷擾主要是指能量以電磁波的形式由源發(fā)射到空間，并在空間傳播的現(xiàn)象，對(duì)周圍環(huán)境中的設(shè)備可能造成嚴(yán)重干擾。

電波暗室法的測(cè)試示意圖如圖3所示，所需的試驗(yàn)配置有：

（1）測(cè)試設(shè)備：EMI接收機(jī)、接收天線測(cè)試系統(tǒng)、前置放大器、測(cè)試軟件等。

（2）測(cè)試環(huán)境：電波暗室。

圖3 電波暗室法示意圖

電波暗室法則是考察通過整個(gè)EUT發(fā)射到空間的真實(shí)場(chǎng)強(qiáng)大小來(lái)評(píng)定EUT輻射發(fā)射。在進(jìn)行輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試時(shí)，EUT和周邊設(shè)備及它們之間的連接線被看成一個(gè)整體。電波暗室法既可以測(cè)到從EUT外接線輻射出來(lái)的能量，又可以測(cè)到從其殼體輻射出來(lái)的騷擾能量。測(cè)試時(shí)，EUT在0~360°旋轉(zhuǎn)，天線高度在1m~4m間變化，得到整個(gè)EUT最大的發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)。

圖4 電波暗室法實(shí)物圖

3.電波暗室法和吸收鉗測(cè)量法之間的比較

作為替代戶外開闊場(chǎng)而建立的電波暗室，因其性能完善而獲得了廣泛的應(yīng)用，與吸收鉗測(cè)量法相比，電波暗室法把整個(gè)產(chǎn)品（EUT）看成一個(gè)整體，測(cè)試到的既有沿著電源線輻射的能量，也有從整個(gè)殼體輻射出的能量。但由于造價(jià)和必須配備的設(shè)備昂貴，阻礙了它向中小企業(yè)的發(fā)展。

吸收鉗測(cè)量法（ACMM）用吸收鉗確定產(chǎn)品（EUT）通過電源線輻射的能量。吸收鉗測(cè)量法（ACMM）進(jìn)行輻射發(fā)射測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)主要是縮短測(cè)試時(shí)間和節(jié)省場(chǎng)地花費(fèi)。但是吸收鉗測(cè)量法（ACMM）適用的范圍有限，僅適用體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作頻率低的樣品。

表1 電波暗室法和吸收鉗測(cè)量法之間的比較

試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)驗(yàn)證

由于使用ACMM測(cè)量得到的結(jié)果是功率，而使用電波暗室法測(cè)量得到的結(jié)果是場(chǎng)強(qiáng)，而功率和場(chǎng)強(qiáng)是兩個(gè)不同的物理量，無(wú)法直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此兩種方法的測(cè)量結(jié)果無(wú)法進(jìn)行直接的比較。本文從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，對(duì)兩種不同的方法測(cè)試的結(jié)果分別和各自的限值進(jìn)行分析比較，考察在對(duì)應(yīng)的頻率范圍內(nèi)兩種方法的測(cè)量結(jié)果（測(cè)量值與限值的余量）的一致性。

本文共選擇了20個(gè)不同類型、不同功率的照明產(chǎn)品，其中包含了10個(gè)批次的電光源產(chǎn)品和10個(gè)批次的燈具產(chǎn)品。

1.電波暗室法測(cè)試

輻射測(cè)試時(shí)，被測(cè)樣品的電源線、信號(hào)線、控制線、殼體及器件本身都可等效為相應(yīng)的發(fā)射天線，產(chǎn)生不同的極化波。而大部分產(chǎn)品的AC電源線、控制線纜、外設(shè)等線纜在測(cè)試時(shí)擺放方式、以及結(jié)構(gòu)縫隙，都是垂直于參考地，這樣的極化損失為最小，因此，一般情況下，天線的垂直極化方向測(cè)試值比較大。我們選擇將電波暗室法的垂直極化測(cè)試結(jié)果與ACMM法測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較[5]。

按照電波暗室法試驗(yàn)布置，選擇一個(gè)6w的自鎮(zhèn)流LED燈樣品進(jìn)行測(cè)試，樣品到天線之間的距離為3m。垂直極化方向，測(cè)試結(jié)果如圖5。

圖5 自鎮(zhèn)流LED燈（6w）電波暗室法測(cè)試曲線（垂直極化方向）

2.吸收鉗測(cè)量法測(cè)試

按照吸收鉗測(cè)量法試驗(yàn)布置，采用吸收鉗測(cè)量法測(cè)試該自鎮(zhèn)流LED燈樣品的輻射能量。測(cè)試結(jié)果如圖6。

圖6 自鎮(zhèn)流LED燈（6w）吸收鉗測(cè)量法測(cè)試的曲線圖

兩種方法的測(cè)試曲線走勢(shì)基本一致，出現(xiàn)波峰的頻率點(diǎn)位置也基本吻合，例如采用電波暗室法出現(xiàn)波峰的幾個(gè)頻點(diǎn)分別為54.6400MHz、86.2400MHz、147.5600MHz，采用吸收鉗法出現(xiàn)波峰的幾個(gè)頻點(diǎn)分別為 55.0560MHz、88.9140MHz、145.5600MHz，采用兩種方法測(cè)試值與限值的差值分別為1.9dB、0.8dB、0.7dB，可以說(shuō)，對(duì)于這個(gè)樣品，兩種方法的測(cè)試結(jié)果基本一致（見表2）。

表2 電波暗室法和吸收鉗測(cè)試法實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)（6w自鎮(zhèn)流LED燈）

其他典型的比對(duì)曲線如圖6所示，從這些曲線中可以看出，采用這兩種方法測(cè)試，大部分的曲線走勢(shì)是一致的，但也存在一定的差異性，導(dǎo)致差異的原因大致有以下：

（1）由測(cè)試設(shè)備、測(cè)試場(chǎng)地、測(cè)試人員以及環(huán)境條件等客觀因素所構(gòu)成的測(cè)量不確定度引起，這些差異往往是固有的、不可消除的。

（2）電波暗室法把整個(gè)產(chǎn)品（EUT）看成一個(gè)整體，測(cè)試到的既有沿著電源線輻射的能量，也有從整個(gè)殼體輻射出的能量。而吸收鉗測(cè)量法（ACMM）用吸收鉗確定產(chǎn)品（EUT）通過電源線輻射的能量。兩者之間的差異客觀存在。

圖7 兩種方法的測(cè)試曲線（自鎮(zhèn)流LED燈（3w））

圖8 兩種方法的測(cè)試曲線（自鎮(zhèn)流LED燈（5w））

圖9 兩種方法的測(cè)試曲線（LEDPAR燈（20w））

圖10 兩種方法的測(cè)試曲線（35w筒燈）

圖11 兩種方法的測(cè)試曲線（36w地埋燈）

圖12 兩種方法的測(cè)試曲線（60w隧道燈）

圖13 兩種方法的測(cè)試曲線（120w投光燈）

圖14 兩種方法的測(cè)試曲線（160w高天棚燈）

結(jié)論

照明電器產(chǎn)品工作頻率普遍較低，也就意味著干擾頻率相對(duì)較低，干擾能量一般不通過產(chǎn)品內(nèi)部接線和外殼向外發(fā)泄露，而主要通過電源線向外輻射。而吸收鉗測(cè)量法（ACMM）是采用吸收鉗確定產(chǎn)品（EUT）通過電源線輻射的能量，因此，本文將吸收鉗測(cè)量法（ACMM）作為電波暗室法的預(yù)測(cè)試方法，引入照明電器產(chǎn)品的輻射騷擾測(cè)試，通過多組測(cè)試數(shù)據(jù)的比對(duì)，得出結(jié)論。

1.對(duì)于不同的照明電器產(chǎn)品，采用吸收鉗測(cè)量法測(cè)試得到的曲線走勢(shì)與電波暗室法大部分一致，吸收鉗測(cè)量法的測(cè)試結(jié)果大部分能反映電波暗室法的測(cè)試結(jié)果，吸收鉗測(cè)量法可以作為電波暗室法的預(yù)測(cè)試方法。

2.對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小的照明電器產(chǎn)品，兩種方法的測(cè)試結(jié)果一致性高于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大的照明電器產(chǎn)品。

3.由于電波暗室法成本花費(fèi)巨大，特別是對(duì)一些中小型企業(yè)，是一種負(fù)擔(dān)，而在產(chǎn)品研發(fā)早期，設(shè)計(jì)人員急需一種低成本的測(cè)試方法，以快速獲得產(chǎn)品變化的反饋，吸收鉗測(cè)量法就是一種好的選擇。