PRE-EMI测试如何选择合适的近场探头

       使用近场探头测试与远场测试的区别

       近场电磁干扰(EMI)测试是电磁兼容性 (EMC) 辐射发射预兼容测试中的一个重要组成。EMI机构使用EMI接收机和经过准确校准的天线来测试3或10米距离上的被测设备(DUT)，这称为远场测量。电磁场的特性主要由被测设备(DUT)以及它与接收机和天线的距离决定。远场辐射发射测量可以准确地告诉我们被测器件是否符合相应的EMC/EMI标准。

       但是，远场测试也有一些局限性。它无法告诉工程师，严重的辐射问题到底是来自于USB、LAN之类的通信接口，还是来自壳体的缝隙，或来自连接的电缆乃至电源线。在这种情况下，我们只能使用频谱分析仪和近场探头，通过近场测试来定位这些发射源。近场测试是一种相对量测试，这意味着它需要把被测器件的测试结果与基准器件的测试结果进行比较，以预测被测器件通过一致性测试的可能性。需要注意的是，直接比较近场测试结果与EMI标准测试极限是没有意义的，因为测试读数受许多因素的影响，包括探头位置和被测器件的形状等。

       近场探头的类型

       电磁场是由电场和磁场构成。在近场，电场和磁场共同存在，其强度不构成固定关系，所以近场测试使用的近场探头分为电场探头和磁场探头两种。

       磁场探头多为环形或者圆型外观，电场探头多为平面型或线型外观，我们以HZ-15型探头组为例，如上图所示，从左向右，第一个为磁场探头，第二个为电场探头。

       如何选择合适的探头

       1.探头大小的选择

       选择近场探头往往要考虑几个重要因素，包括分辨率 、灵敏度和频率范围等。

       近场探头的灵敏度不是一个绝对的指标，关键是看探头和配合使用的频谱分析仪或者接收机能不能容易的测量到辐射泄漏信号，并且有足够的裕量去观察改进后的变化。如果频谱仪的灵敏度很高，我们可以选择灵敏度相对较低一些的探头。反之就必须选择灵敏度高的探头，甚至考虑外接前置放大器提高整体系统的灵敏度。

       分辨率也就是探头分辨干扰源位置的能力。而通常来说分辨率和灵敏度是一对矛盾体。以我们最常用的环状磁场探头为例，尺寸越大的环状探头，灵敏度往往越高，测试面积越大，从而分辨率就会越低。而比较推荐的办法是选用一组多个尺寸的探头，在大范围测试的时候用较大的探头，找到疑似区域，再逐渐减小探头尺寸，最终定位到干扰源。

       2.探头类型的选择

       近场区域干扰以电场为主还是磁场为主，主要是由发射源的类型决定的。简而言之，在高电压，低电流的区域，电场大于磁场。高电流，低电压的区域，磁场大于电场。同时在主要的EMI 测试频段，磁场随着距离的变化要快于电场。

       因为磁场是由电流产生的，所以我们在测试芯片，器件的管脚、PCB 上的布线、电源线及信号线缆时一般选用磁场探头。当磁场传播线和探头环面垂直的时候，测量数值最大。所以在测量过程中，工程师一般需要旋转探头的方向来测量到最大的磁场数值，同时避免遗漏重要的发射源。

       电场是由电压产生，所以我们在测试一些未端接器件的线缆 、连接高阻器件的PCB 布线等部件时一般选用电场探头。由于部分器件加装由吸波材料或者屏蔽，使用电场探头测试时也需要变换测试位置，寻找最大的电场数值。

       3.前置放大器的选择

       近场探头也分为有源和无源两大类，有源探头内置了前置放大器，一般需要外接电源供电或者电池供电。有源探头灵敏度较高，可以测试一些幅度比较低的信号。如HZ-540型有源近场探头组。

HZ-540型有源近场探头组

       如果只有无源近场探头，那么在需要测试小信号时，可以使用外接前置放大器的方式，即在频谱分析仪和近场探头之间增加一个前置放大器。

       以HZ-16型前置放大器为例，该放大器具有20dB增益，可有效提高系统灵敏度。

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