照明設備電磁輻射騷擾電波暗室法與吸收鉗測量法的關系研究

王晶晶

引言

照明設備除了光學、安全等方面的基本性能測試外，重要的一項測試就是電磁兼容性（EMC）測試，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的最有代表性、最符合實際情況的電磁輻射騷擾的測量方法。

對于照明設備產(chǎn)品，GB/T17743《電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法》給出了輻射騷擾的兩種測試方法，即電波暗室法和CDN測試法[1]，但在實際測試中，CDN法與電波暗室法的結果還是存在著較大的差異，部分電磁兼容檢測實驗室對CDN法的使用仍相對謹慎，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地設備均十分昂貴，因此尋求一種簡易有效的替代方法顯得很有必要。

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

兩種測試方法的介紹和比較

1.吸收鉗測量法

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

吸收鉗測量法目前主要應用在家用電器產(chǎn)品和音視頻產(chǎn)品的騷擾功率測試上，對于家用電器等設備，體積小，電源線長，在30MHz以上時，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可以測試電子電氣設備通過電源線、互連線及信號線輻射出來的電磁騷擾功率[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。因此本文認為也可以采用ACMM測量照明電器產(chǎn)品對外的電磁騷擾。ACMM進行輻射發(fā)射測量的優(yōu)點是縮短了測試時間和節(jié)省場地費用（可以在屏蔽室內(nèi)進行）。

ACMM的測試原理圖如圖1所示，所需的試驗配置有：

（1）測試設備：EMI接收機、功率吸收鉗、去耦鉗、滑軌、測試軟件等。

（2）測試環(huán)境：電磁屏蔽室（長度不小于8m）。

圖1 吸收鉗測量法示意圖

測試時，可以把EUT電源線看作是一個輻射天線，此時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測量的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，因此在測試系統(tǒng)中需要一個長度為6m的吸收鉗滑軌。

圖2 吸收鉗測量法實物圖

2.電波暗室法

根據(jù)GB/T 6113.104《無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規(guī)范第1-4部分 ：無線電騷擾和抗擾度測量設備 輻射騷擾測量用天線和試驗場地》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，作為輻射騷擾的測試場地。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，對周圍環(huán)境中的設備可能造成嚴重干擾。

電波暗室法的測試示意圖如圖3所示，所需的試驗配置有：

（1）測試設備：EMI接收機、接收天線測試系統(tǒng)、前置放大器、測試軟件等。

（2）測試環(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EUT發(fā)射到空間的真實場強大小來評定EUT輻射發(fā)射。在進行輻射騷擾場強測試時，EUT和周邊設備及它們之間的連接線被看成一個整體。電波暗室法既可以測到從EUT外接線輻射出來的能量，又可以測到從其殼體輻射出來的騷擾能量。測試時，EUT在0~360°旋轉(zhuǎn)，天線高度在1m~4m間變化，得到整個EUT最大的發(fā)射場強。

圖4 電波暗室法實物圖

3.電波暗室法和吸收鉗測量法之間的比較

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

吸收鉗測量法（ACMM）用吸收鉗確定產(chǎn)品（EUT）通過電源線輻射的能量。吸收鉗測量法（ACMM）進行輻射發(fā)射測量的優(yōu)點主要是縮短測試時間和節(jié)省場地花費。但是吸收鉗測量法（ACMM）適用的范圍有限，僅適用體積小，結構簡單，工作頻率低的樣品。

表1 電波暗室法和吸收鉗測量法之間的比較

試驗數(shù)據(jù)比對驗證

由于使用ACMM測量得到的結果是功率，而使用電波暗室法測量得到的結果是場強，而功率和場強是兩個不同的物理量，無法直接進行轉(zhuǎn)換，因此兩種方法的測量結果無法進行直接的比較。本文從實際應用的角度出發(fā)，對兩種不同的方法測試的結果分別和各自的限值進行分析比較，考察在對應的頻率范圍內(nèi)兩種方法的測量結果（測量值與限值的余量）的一致性。

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

1.電波暗室法測試

輻射測試時，被測樣品的電源線、信號線、控制線、殼體及器件本身都可等效為相應的發(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、外設等線纜在測試時擺放方式、以及結構縫隙，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試值比較大。我們選擇將電波暗室法的垂直極化測試結果與ACMM法測試結果進行比較[5]。

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

圖5 自鎮(zhèn)流LED燈（6w）電波暗室法測試曲線（垂直極化方向）

2.吸收鉗測量法測試

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

圖6 自鎮(zhèn)流LED燈（6w）吸收鉗測量法測試的曲線圖

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

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

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

（1）由測試設備、測試場地、測試人員以及環(huán)境條件等客觀因素所構成的測量不確定度引起，這些差異往往是固有的、不可消除的。

（2）電波暗室法把整個產(chǎn)品（EUT）看成一個整體，測試到的既有沿著電源線輻射的能量，也有從整個殼體輻射出的能量。而吸收鉗測量法（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 兩種方法的測試曲線（自鎮(zhèn)流LED燈（3w））

圖8 兩種方法的測試曲線（自鎮(zhèn)流LED燈（5w））

圖9 兩種方法的測試曲線（LEDPAR燈（20w））

圖10 兩種方法的測試曲線（35w筒燈）

圖11 兩種方法的測試曲線（36w地埋燈）

圖12 兩種方法的測試曲線（60w隧道燈）

圖13 兩種方法的測試曲線（120w投光燈）

圖14 兩種方法的測試曲線（160w高天棚燈）

結論

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，本文將吸收鉗測量法（ACMM）作為電波暗室法的預測試方法，引入照明電器產(chǎn)品的輻射騷擾測試，通過多組測試數(shù)據(jù)的比對，得出結論。

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

2.對于結構簡單、體積小的照明電器產(chǎn)品，兩種方法的測試結果一致性高于結構復雜、體積較大的照明電器產(chǎn)品。

3.由于電波暗室法成本花費巨大，特別是對一些中小型企業(yè)，是一種負擔，而在產(chǎn)品研發(fā)早期，設計人員急需一種低成本的測試方法，以快速獲得產(chǎn)品變化的反饋，吸收鉗測量法就是一種好的選擇。