CDN法测试与辐射骚扰的电波暗室法对比验证

CDN法测试与辐射骚扰的电波暗室法对比验证【摘要】依据最新版《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》要求，在全面对比分析灯具产品辐射骚扰测试的电波暗室法和CDN法试验方法及试验结果的基础上，本文重点总结了两种方法的差异性及其成因，并结合当前行业内的做法，就CDN试验方法的应用提出个人见解。【关键词】电波暗室法CDN法探析1.概况介绍相对于旧版本的灯具类产品EMC标准，依据最新版本CISPR15/EN55015/GB17743《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》要求，需要增加测量频率范围30MHz～300MHz的辐射骚扰场强，测量方法可以为：（1）依据CISPR22在开阔场或电波暗室进行试验，应用CISPR22:2008第10章规定的方法。（2）使用符合下列要求的耦合/去耦网络（CDN）进行测量：①CDN阻抗参数在IEC61000-4-6中规定；②∣Zce∣阻抗应为150Ω，在扩展的80MHz～300MHz频率范围内公差为+60Ω/-60Ω。CDN测试试验布置如下图1所示，照明设备放置在一块或者多块非导电木块上，木块高度为（10±0.2）cm，再将木块放置在接地金属板上，金属板的尺寸比照明设备至少大20cm。照明设备通过一根长（20±10）cm的电源电缆与适当的耦合/去耦网络相连接，电缆离金属板的距离应为（4±1）cm，并使用高度为（4±0.2）cm的非导电支撑件，CDN安装在金属板上。如果照明设备有控制端子，这些端子用同样的方法连接到CDN-AF2，见IEC61000-4-6。CDN测试试验布置操作步骤如下：（1）把CDN、测量接收机的地线进行接地连接，并确保接地良好；（2）接上被测设备EUT；（3）把CDN网络的电源输入端连接到供电电源；（4）将CDN网络的BNC射频端口连接上测量接收机；（5）由于在CDN的RF输出端有6dB衰减器，6dB也应修正到最终结果中。测量可以在无屏蔽的室内进行，离导电部件的距离应大于40cm。图1测试布置示意图R—测量接收机CDN—耦合/去耦网络SV—电源EUT—受试设备MP—接地平板T－6dB,50Ω衰减器2验证分析2.1实际产品测试对比2.1.1电波暗室法测试按照电波暗室法试验布置，选择一个灯具样品进行测试，试验结果如下所示。实际产品用电波暗室法测试数图一览EUTNameLEDLampTestdistance:3mOperationMode:NormaloperationLimit:CISPR15Environment:Tem:24℃Hum:51%101kPaANTPolarity:HorizontalVoltageSupply:230V/50HzDetectedPeaks:Frequency(MHz)PKMaxHolddB(μV/m)QPValuedB(μV/m)QPLimitdB(μV/m)QPMargindBPolarityH/VResult110.36347.140.740-0.7HFail189.14749.743.040-3.0HFailEUTNameLEDLampTestdistance:3mOperationMode:NormaloperationLimit:CISPR15Environment:Tem:24℃Hum:51%101kPaANTPolarity:VerticalVoltageSupply:230V/50HzDetectedPeaks:Frequency(MHz)PKMaxHolddB(μV/m)QPValuedB(μV/m)QPLimitdB(μV/m)QPMargindBPolarityH/VResult73.54352.247.040-7.0VFail97.35053.447.640-7.6VFail171.21052.145.640-5.6VFail2.1.2CDN方法测试按照CDN方法试验布置，采用CDN方法该灯具样品进行辐射测试，试验结果如下所示。实际产品用CDN方法测试数图一览EUTNameLEDLampLimit:CISPR15OperationMode:NormaloperationVoltageSupply:230V/50HzEnvironment:Tem:24℃Hum:51%101kPaRemark:CDNMethodDetectedPeaks:Frequency(MHz)PKMaxHolddB(μV)QPValuedB(μV)QPLimitdB(μV)QPMargindBResult110.32067.459.254-5.2Fail179.84065.357.054-3.0Fail2.1.3测试布置依据标准规定，电波暗室法和CDN方法试验布置如图2和图3所示。图2电波暗室法试验布置图3CDN方法试验布置2.2使用梳状信号发生器对比分析一直以来，我们在积极地探寻一种标准信号源，通过该设备可以非常直观地验证电波暗室法和CDN方法之间存在的差异以及一致性问题。最终确定是否可以用梳状信号发生器进行尝试，但其合理性有待商榷。2.2.1使用梳状信号发生器的电波暗室法试验采用梳状信号发生器用电波暗室法进行辐射测试，试验结果如下所示。梳状信号源用电波暗室法测试数图一览EUTNameSignalGeneratorTestdistance:3mOperationMode:5MHzLimit:CISPR15Environment:Tem:24℃Hum:51%101kPaANTPolarity:VerticalDetectedPeaks:Frequency(MHz)PKMaxHolddB(μV/m)QPValuedB(μV/m)QPLimitdB(μV/m)QPMargindBPolarityH/VResult50.00046.346.1//V/100.00051.351.11//V/150.00052.652.4//V/200.00053.753.6//V/250.0006363.863.7//V/2.2.2使用梳状信号发生器的CDN方法试验采用梳状信号发生器用CDN方法进行辐射测试，试验结果如下所示。梳状信号源用CDN方法测试数图一览EUTNameSignalGeneratorLimit:CISPR15OperationMode:5MHzRemark:CDNMethodEnvironment:Tem:24℃Hum:51%101kPaDetectedPeaks:Frequency(MHz)PKMaxHolddB(μV)QPValuedB(μV)QPLimitdB(μV)QPMargindBResult50.00076.976.8///100.00079.078.9///150.00073.273.1///200.00069.669.5///250.00073.373.2///2.2.3使用梳状信号发生器的测试布置为了进一步验证电波暗室法和CDN方法测试结果的差异和一致性，我们采用梳状信号发生器运用这两种方法分别进行测试，试验布置如图4和图5所示。图4使用梳状信号发生器的电波暗室法试验布置图5使用梳状信号发生器的CDN方法试验布2.3验证分析结论基于当前的测试设备和测试方法，从上述测试数据对比来看，电波暗室法和CDN方法之间的辐射骚扰测试结果在频点和幅度方面还是存在一定的差异。本文认为，导致差异的原因大致有以下：第一，一部分由测试设备、测试场地、测试人员以及环境条件等客观因素所构成的测量不确定度引起，这些差异往往是固有的、不可消除的；第二，鉴于CDN方法和电波暗室法在测试原理方面的区别，通过查询一些相关资料了解到，即便各方面都满足要求，两者之间的差异也会客观存在；第三，相对于在电波暗室通过空间方式测试辐射骚扰，CDN方法在EUT和测量设备之间需要进行线缆的物理连接，而连接质量的状况会直接影响到最终结果，特别是高频部分。虽然此次用梳状信号发生器验证时采用的是焊接，但我们可以看到对高频部分还是有一定的影响；第四，CISPR15附录B的B.1概述中指出：如果照明设备符合本附录的要求，则认为符合本标准4.4.2规定的30MHz～300MHz频率范围内辐射骚扰的要求。可以看出，标准没有明确指出当两者的结论出现争议时，应以哪一种方法为准。因此，本文认为，基于符合要求的测量设备、测量场地和测量步骤，标准承认这两种方法在测试结论的判定方面客观存在的差异。3.业内扫描鉴于上述验证分析结论，通过与行业内其他机构技术人员沟通了解，进而获悉两种测试方法之间的确存在差异。同时，进一步了解到其他一些实验室（如SGS、Nemko、TUV莱茵、TUVPS、Intertek等）对CISPR15所提出的辐射骚扰测试的CDN方法仍然保持比较审慎的态度，基本上还是沿用传统的电波暗室法进行测试。在了解到的诸多实验室中，也会有实验室在客户的强烈要求下偶尔采用CDN方法。然而，他们通常默认的并向客户推荐的还是在电波暗室内进行灯具的辐射测试，不管是认证项目还是客户的摸底测试。4.初探观点基于以下因素，本文认为目前对采用CDN方法进行灯具产品的辐射骚扰测试仍需保持谨慎保守的态度较妥。首先，作为人们日常生活必不可缺的照明器具，在全球“低碳环保”的消费理念指引下，灯具行业制造商纷纷大量地推出种类繁多的节能产品，这也给从事灯具产品研发调试、出厂/入厂检测以及认证检测等环节缺乏电波暗室条件的工作带来一定的压力，CISPR15所提出的CDN方法无疑是对这一状况的变通和缓解。而我们具备电波暗室的硬件优势，并且从目前测试场地的统筹安排来看还有一定的协调空间。其次，行业内很多“品牌机构”依然沿用电波暗室测试方法，测试方法的一致性有利于保证测试结论的一致性。最后，根据个人和实验室同事所做的大量灯具产品辐射骚扰经验总结，所测得EUT的最差结果一般是在接收天线处于垂直极性时，这与测试布置中EUT电源线的摆放一致。不可否认，灯具产品的辐射与其线缆，特别是电源线有着极大的关系。综合这一现象，标准起草者提出用CDN方法对电源线的测试来替代电波暗室法进行辐射骚扰测试便顺理成章，并根据上限频率300MHz的波长规定了测试布置中电源线的长度。然而，面对灯具产品种类的多样化和时钟频率的不断提高，相对于传统的电波暗室法，CDN方法应该不是一种完美的替代。当然，如果客户对灯具产品的CDN方法有一定的需求，在明确产品特性的前提下并和客户沟通的基础上，我们完全可以考虑尝试该方法。参考文献：[1]CISPR15:2009[Z].Limitsandmethodsofmeasurementofradiodisturbancecharacteristicsofelectricallightingandsimilarequipment.[2]CISPR22:2008[Z].Informationtechnologyequipment–Radiodisturbancecharacteristics–Limitsandmethodsofmeasurement.[3]IEC61000-4-6:2008[Z].Electromagneticcompatibility(EMC)–Part4-6:Testingandmeasurementtechniques–Immunitytoconducteddisturbances,inducedbyradio-frequencyfields.[4]GB17743-2007[Z].《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》.[5]刘尔立.CISPR大阪年会的报告[J].安规与电磁兼容.[6]周太明.光源原理与设计[M].