EMC半屏蔽测试场地的基本原理和使用方法

电子产品EMC设计的完善依赖测试场地、测试设备、诊断设备、EMC设计辅助工具、EMC工程师的工程经验，其中测试场地和设备又是关键的固定资产投入。目前大部分企业产品研发EMC都需要依赖第三方商业实验室的测试能力，导致在研发成本中EMC测试诊断费用耗资巨大。部分企业基于降成本的目的自建电波暗室用于控制测试成本也由于巨大的一次性投入和持续的维护费用而降低了财务优势。通过对基础标准的测试原理的分析研究，一种基于开阔场原理引申出来的半屏蔽测试场地对于研发团队解决EMC预测试资源问题有一定借鉴意义。

标准认证级EMC测试场地的分类和性能要求由基础标准CISPR16-1-4定义，其中OATS(open area test site) 10米开阔场是标准定义的标准场地，替代场地(alternative test sites)包括气候遮蔽的开阔场和带吸波材料的屏蔽室(Absorber-lined shielded room),其中半电波暗室SAC( Semi-anechoic chamber) 是多数产品类标准引用的最常见的暗室。

辐射发射测试基本原理是使用接收天线测量受测设备的直接发射和地面反射的最大值，因此开阔场是天然的最标准的测试场地，而半电波暗室用吸波材料吸收五个面的辐射来模拟开阔场。标准测试场地的测试距离、边界、天线高度、NSA(Normalized site attenuation)归一化场地衰减等相关指标都在标准中做了规定。

辐射测试原理

标准测试场地距离和边界定义

开阔场在电磁兼容早期发展阶段性能优异而且造价低，是最佳测试场地。但随着电子设备日益广泛应用，已经越来越难以找到满足背景发射电平在限值以下6dB即30dBuV/m的场地来建造认证测试开阔场了，昂贵的半电波暗室成为主流方案。

预测试的半屏蔽场地是作者在EMC研发活动实践中逐渐设计开发并完善的一种非标准测试场地，相比开阔场和半电波暗室在便利性、可靠性、准确度和造价方面有独特的优势，在近10年的工程应用中发挥了很大的作用，在此对基本原理和使用方法进行简要说明，供大家借鉴。

半屏蔽场地测试辐射预测试示意图(蓝色射线示意两个墙面的反射)

预测试的半屏蔽场原理参考标准10米开阔场，但与标准场地有如下异同：

1.地面金属板设计与开阔场相同，满足天线接收直接发射和地面反射要求辐射测试原理;

2.相比开阔场，半屏蔽场地增加了两面垂直金属墙面，在一定程度遮挡天线主瓣空间环境中的噪声源，同时保持了射频空间的开放性，不会导致半电波暗室的腔体谐振问题;

3.相比开阔场仅测试EUT的直接发射和地面反射，半屏蔽场地增加了两个互相垂直的墙面反射EUT发射从而增大天线接收到的EUT信号提高信噪比，保证测试结果不小于标准开阔场测试结果;

4.相比开阔场10米的测试距离，半屏蔽场地测试距离减小到3米或者1米以提高信噪比和限值;

5.相比开阔场辐射发射限值，半屏蔽场地需要按测试距离反比计算转换限值，即3m测试距离限值比10m限值提高10dB，2m测试距离限值比10m限值提高14dB ，1m测试距离限值比10米提高20dB;

6.相比开阔场背景噪声30dBuV/m的要求，半屏蔽场地背景噪声要求3米距离40dBuV/m或1米距离50dBuV/m;

7.接收天线置于与三个面交角均为45度的延长线上，保证能接收3个面的反射和EUT直射;

8.相比开阔场的组合天线，半屏蔽场地使用双锥和对数天线更紧凑灵活灵敏;

9.相比开阔场的低不确定度，半屏蔽场地300MHz以下6-10dB裕量在实践中更为稳妥。

通过以上对比可以看出，半屏蔽场地借鉴了标准开阔场的原理，通过增加反射和减小测试距离将EUT信号从环境背景噪声中凸显出来，在不进行屏蔽和吸波设计的条件下实现了辐射信号的测量，是一种依托标准进行的实践扩展，并非无源之水无本之木。半屏蔽场地不属于开阔场，不能用于标准认证测试，仅可以应用于EMC研发工程实践中的预测试，且该场地的预测试依赖经验丰富的EMC工程师的进行设备操作、参数设置以及核查校准。但半屏蔽场地宽松的环境噪声电平要求，灵活的场地设计以及极低成本天然适合大多数企业内部建设。依托经验丰富的EMC工程师进行应用扩展可以在工程实践中尽早发现EMC问题，在实践中是很有意义的。

半屏蔽场地的应用既可以通过转换限值和系数进行辐射预测试也可以扩展为子系统/PCB板级预测试诊断整改场地——通过使用天线测试远场电场，近场探头测量近场，电流探头测量线缆发射，用显示器放大频谱曲线方便比对观察等方法。 如上图所示，硬件工程师对PCB板同时进行远场1米处的电场测试和近场探头的探测，通过两者直观的比较，可以在设计初期精确掌握初级研发样品的EMC性能全景，以便直接评估和优化改善设计，有效减少了沟通成本和EMC检视的工作量。

半屏蔽场地的应用并不依赖昂贵的接收机和自动化测试软件，使用频谱仪就能完成对辐射发射的预测试和诊断，因此预算成本投入非常小，但对EMC工程师的能力和经验要求较高。

半屏蔽场地的深入扩展在配备频谱仪、天线、传导阻抗网络 (用于传导标准测试)、电流探头( 用于线缆EMI诊断)、电压探头( 用于射频电压测试，频谱测试)、近场探头 (用于EMI诊断探测)、插损夹具 (用于探头校准和插损测试)、ESD枪( 用于ESD标准测试)、传导抗扰度测试系统 (用于传导抗扰度测试)、SURGE/EFT组合波发生器及耦合网络 用于浪涌和脉冲群标准测试，可以获得大部分EMC测试诊断能力，尤其是标准测试暗室不具备的分析诊断能力。实践中该场地在EMC的预测试和诊断分析中都取得很好的应用效果，在此推荐给大家。

审核编辑：汤梓红