组装EMC故障排除工具包:辐射发射
我在电磁兼容(EMC)领域工作了近35年;起初是在惠普(Hewlett-Packard)(后来是安捷伦(Agilent)，现在是是德科技(Keysight))担任EMC工程师，然后管理产品法规测试小组，最后晋升为EMC的企业领导者和培训师。2008年，我离开企业界，开始从事咨询和培训工作;帮助数百家客户设计、排除故障并测试其产品的EMC合规性。在此期间，我帮助解决了每个行业领域的数千个EMC设计问题;从军事，航空航天，商业，消费，汽车和医疗。
图1 -我目前的EMI故障排除套件，配备AIM-TTi的便携式频谱分析仪。(未显示的是台式示波器和频谱分析仪。)
我受到了EMC领域许多知名人士的影响。亨利·奥特(Henry Ott)就是其中之一，他是我在上世纪80年代末的早期导师之一。在他众多的内部研讨会中，他建议组装一个“EMC Crash Cart”，我们最终把它组装在一起，在惠普使用。我们用了一辆惠普的“示波器车”，加上了一台台式频谱分析仪，以及各种各样的探头、电缆和工具。这个概念是基于他的“Workbench EMC Troubleshooting”研讨会。
我也受到了我的朋友兼同事Doug Smith的影响，他提倡将EMC故障排除工具包构建到一个可滚动的Pelican设备机箱中。我认为这是一个很棒的想法，所以立即购买了一个Pelican 1514滚轮箱，并开始用有用的工具填充它(图1)。
滚轮套件特别方便，因为我们通常在惠普同时进行10到12个项目，我可以将套件滚到工程师的工作台上，帮助他们进行测量并执行一些故障排除。他们不需要将原型产品和支持设备转移到我们的EMC测试实验室。这真的有助于加快这个过程!
本文的目的是帮助您收集设备、探头和其他附件，以定制您自己的EMC故障排除工具包。无论您是大公司的“内部EMC顾问”，还是“身兼数职”、偶尔被迫处理EMC合规性问题的工程师，或者正在为其他公司提供EMC领域的咨询服务，我都希望本书对您有所帮助。我希望本文中的信息能够帮助您提高效率，并为您的经理或客户(视情况而定)提供更专业的外观。
基本生活必需品
排除EMC问题可能涉及时域和频域的测量。因此，两个最重要的测量仪器是示波器和频谱分析仪。
示波器-用于检查数字上升和下降时间或电路振铃的最佳示波器可能需要500至1000 MHz的带宽。但是，对于更随意的故障排除，通常只要知道上升时间“快”或铃声存在就足够了。因此，200至250 MHz的较低带宽范围可能就足够了。
考虑在台式电脑上使用价格合理的品牌有泰克、是德科技、Teledyne-LeCroy、Rigol或Siglent。有时手持式瞄准镜会更有用，B&K Precision, Fluke和Siglent都是不错的品牌。
频谱分析仪-由于大多数EMC发射问题区域发生在9 kHz至1 GHz之间，因此通常使用2至3 GHz的中等频率范围的频谱分析仪就足够了(图2)。价格合理的例子可能包括Teledyne LeCroy型号T3SA3100 (9 kHz至2.1 GHz)， Siglent SSA 3000x系列(9 kHz至3.2 GHz)或Rigol Technologies dsa800系列(9 kHz至3.2 GHz)。许多其他制造商，如Signal Hound, Tektronix，罗德与施瓦茨和Keysight都销售这些产品。我建议购买跟踪生成器选项，以便进行更高级的故障排除。
图2 -Rigol Technologies的典型频谱分析仪，型号DSA815TG，带有跟踪发生器。
近场探头-大多数工程师可能熟悉用于检测数字电路或电路走线产生的小场的小型e场或h场探头(图3)。虽然这些探头可以很容易地由细柔性同轴电缆或半刚性同轴电缆制成，但我发现购买带有不同尺寸探头的高质量套件更有效。有几家公司生产这些工具包;例如Beehive Electronics, Tekbox Digital Solutions, Rigol或Siglent。其中一些套件还包括一个宽带前置放大器，我将在后面讨论。
图3 -Tekbox数字解决方案公司的典型近场探测套件通常与其他主要品牌重新贴标签。该套件包括一个e场探头，三种尺寸的h场探头和一个20 dB宽带前置放大器。
射频电流探头-几家公司销售低频电流探头，主要用于线路频率或频率高达20mhz。然而，我们通常需要用于EMC故障排除的是设计用于测量至少200mhz或更高的射频电流的电流探头(图4)。由于辐射电缆通常是导致发射故障的主要原因，因此这些探头可以夹在I/O或电源线周围，以测量产生辐射发射的射频谐波电流。
制造商的良好选择包括Tekbox数字解决方案，Com-Power或Fischer定制通信。最好的电流探头是铰接的，这样它们可以很容易地夹在电缆上。不需要太多的射频电流就能通过FCC B类测试;根据频率，只有6到8 uA。
图4 -来自Tekbox数字解决方案和Fischer定制通信的射频电流探头示例。这些将测量高达200至250 MHz的射频电流微安。
天线-各种不同类型的天线可以成功地用于排除辐射发射;基本上，任何可以连接到频谱分析仪并观察发射的东西都可以使用。重要的是要注意，对于接收发射，天线不需要在这些频率上谐振。
图5 -一个来自肯特电子公司的低成本故障排除天线的例子。
大多数校准的EMI天线在指定范围内是宽带和谐振的，最常见的是30到1000 MHz。它们的价格可能高达3000至6000美元。其他类型设计用于覆盖较低和较高的频率。话虽如此，我发现对于故障排除最有用的天线之一是Kent Electronics设计的简单PC板天线(图5)。他们的400至1000 MHz对数周期天线足够敏感，可以覆盖30至400 MHz频段的谐波频率，成本仅为33美元。我写了一篇文章，描述了一个简单的安装与桌面摄影三脚架[1]使用。
宽带前置放大器-一些较小的近场探测器可能需要放大才能看到可用的信号。制造商包括Beehive Electronics、Com-Power、Rigol、Siglent和Tekbox Digital Solutions(图6)。
图6 - Tekbox的宽带前置放大器示例。这一个放大约20分贝从3到3000兆赫兹。
同轴电缆和适配器-我发现最常见的同轴插接电缆是常见的bnc - bnc，长度分别为6英寸、12英寸和24英寸。大多数RF测试设备使用“N”连接器，因此N到bnc适配器是最有用的。一些较小的射频模块，例如一些射频合成器使用SMA连接器，因此您会发现一系列SMA同轴电缆和BNC-to-SMA适配器很有用。
铁氧体扼流圈套件-铁氧体扼流圈对故障排除特别有用，因为在辐射电缆周围夹紧一个将有助于“扼死”导致发射的射频电流。它们有不同的频率范围，这取决于所使用的铁氧体材料;即低kHz至10mhz范围和10mhz至500mhz范围。好的制造商包括Fair-Rite、w
共模滤波器设计工具包- w
EMI垫圈-任何时候两块金属板连接在一起，都有可能发生泄漏和相关的辐射排放。当通常的紧固件不够时，我们经常求助于各种风格的EMI垫圈。这可以包括铍铜指股，金属网垫片，导电织物和许多其他。大多数制造商，如w
总结
这些建议应该让您开始使用基本套件来排除最常见的EMC测试故障-辐射发射。参考[2]详细描述了如何使用这些工具。要了解更多关于添加到工具包中的其他项目的详细信息，您可以参考我的书[3]。
本系列的其他博客将讨论进行的排放测试和故障排除以及各种抗扰度测试和故障排除。
参考文献
