电磁兼容现场测试中的干扰源辨识技术

夏圣

（柳州汽车检测有限公司，广西柳州，545000）

0 引言

随着科学技术的飞速发展，电磁设备愈发先进，为满足生产的需求，电磁设备系统愈发复杂，但由于空间有限，在一个狭小的空间中，通常会安装上大量设备，极易发生电磁兼容问题，现场测试是解决电磁兼容问题主要举措。但我国对此项技术研究的起步比较晚，很多及时还不够成熟，对干扰源辨识的研究也比较少，致使很多设备在运行中存在一定的安全隐患。基于此，开展电磁兼容现场测试中的干扰源辨识技术的分析就显得尤为必要。

1 电磁兼容现场测试和标准测试的区别

现场测试和标准测试，都是解决电磁兼容问题的常用举措，二者存在一定的区别。主要体现在以下几个方面：

第一，测试环境。现场测试主要是在任务系统调试现场完成的，而标准测试需要在符合相关标准的屏蔽室或者暗室中完成。第二，测试供电。现场测试供电可以是交流供电，也可以是蓄电池供电；但标准测试只能通过LISN供电。第三，被测设备。现场测试既可以对单个设备进行测试，也可以对组成的设备或者整个系统进行测试；标准测试只能对单个设备进行测试。第四，测试设备。现场测试需要用到的设备有频谱仪、示波器、电流探头、标准天线等；标准测试需要用到符合相关标准的接收机、信号源、天线等。第五，测试目的。现场测试的主要目的是反映任务系统的电磁兼容性能，并为任务系统性能的评估提供依据；而标准测试只能用于设备和产品的选型或者鉴定。

■1.1 电磁兼容现场测试的必要性

电磁兼容性指的是设备或者系统在其电磁环境中，能够正常工作且不会对周环境中任何事物构成电磁骚扰的能力。主要包括：电磁干扰和电磁敏感度两个方面。通过电磁兼容现场测试，是验证电子设备电磁兼容设计的合理性以及最终评价，解决电子设备电磁兼容问题的主要手段。通过电磁兼容现场测试，能够有效鉴别出产品是否符合EMC 相关标准和规范，并找到在EMC 方面存在的薄弱环节，为调整产品方案，提升产品性能提供参考和依据。一旦收到干扰源的影响，会影响工作效率，如果情况严重，会发生失效问题，造成严重的安全隐患。要想控制干扰源，就必须采取先进的干扰源辨识技术，来分辨每项干扰源的种类、特性，为整治干扰源提供参考和指导。

2 电磁兼容现场测试中的干扰源辨识技术

■2.1 小波消噪技术

小波消噪技术是目前电磁兼容现场测试中常用的干扰源辨识技术之一，主要是通过频谱仪在电磁兼容现场测试中，会收集到三种信号数据，包括：有用的信号、设备仪器内部噪声、外界环境噪声。通过小波消噪技术能够消除噪声的影响，从而提升干扰源的检测能力和辨识的准确性[1]。主要机理是信号和噪声的小波系数在尺度上体现的性质不同，通过相应的规则，对含有噪声信号的小波系数进行取舍和提取处理，从而达到去除噪声影响电磁兼容现场测试结果的效果。

如果从信号处理的角度来看，小波消噪技术属于一个信号滤波问题，虽然小波消噪可当做低通滤波，但消噪之后，仍然可以保留各信号的特征，在电磁兼容现场测试中干扰源辨识中，使用小波消噪技术取得的效果远远好于低通滤波器，具体的应用流程图如图1 所示。

图1 小波消噪技术在电磁兼容现场测试干扰源辨识中的应用过程

■2.2 包络和延拓数据预处理技术

设备种类不同，用途不同，现场测试环境也不相同，因此，在电磁兼容现场测试中得到的辐射特性曲线也不相同，通过小波消噪技术处理之后测试曲线虽然看似比较光滑，但在峰值两侧区间内信号的分布比较复杂，会影响干扰源辨识的精度，难以从测试结果中取得关键特征。所以，还需要进行包络计算，以促使电磁兼容现场测试曲线更加平滑，提升干扰源辨识的准确性，此种处理方法就是包络处理。

电磁兼容现场测试数据经过小波消噪技术和包络技术处理之后，存在底部噪声大于原始噪声的问题，为解决这一问题，提升干扰源辨识的精度，需要对包络处理的现场测试数据进行再处理，以便将噪声处理成需要的大小，此种处理方法称之为延拓处理。

■2.3 峰值特征提取

在电磁兼容现场测试中峰值信号是非常重要的信号，峰值信号的频率、幅值是发现干扰源、解决干扰源的主要依据。在判断峰值时主要通过测试数据的单调性来确定。对电磁兼容现场测试点的左右两侧分别进行单调性判断[2]。如果判断结果表明，现场测试点左侧为单调递增，而右侧为单调递减，则表为峰值点。否则不是峰值点。但在电磁兼容现场测试中，环境信号的测试结果中绝大部分都不是有用的信号，而是频谱仪底部噪声信号。此种信号是在一定范围内波动的随机数。如果仅仅按照单调性来提取峰值，会提取出很多底部噪声数据，无法达到提取干扰信号峰值的结果，所以，为更加精确的辨识干扰源，再进行峰值提取之前，还需要进行噪声阈值判断，只有那些大于阈值的信号才能进行峰值提取。峰值提取流程图如图2 所示。

图2 峰值提取流程图

从图2 中可以看出，在判断电磁兼容现场测试的单调性之前，需要先确定噪声阈值，通过最小值来确定，频谱仪底部噪声必然在测试曲线最下方的一个范围中。当达到最小值之后，就能确定一定的范围，作为一起底部噪声的范围。对此值在加上一个定量，就能得到噪声阈值[3]。此种方法多应用于分辨率带宽不变的测试中。而对那些比较宽的频带测试，若调整分辨率带宽，会导致底部噪声发生突变，此时就需要通过最大出现概率法来确定噪声阈值。这是因为在电磁兼容现场测试曲线中，底部噪声的占比比较多，出现的次数最高，将找到的底部噪声值加上一个定量，就能得到噪声阈值。这两种方法得到的测试值，取得平均值，就可以作为判断噪声的阈值。

■2.4 相似度评价指标

在电磁兼容现场测试干扰源辨识中，相关系数是在相关分析中对某种关系给与定量的描述，所以，通过相关分析研究，就能辨识出两个变量之间是否存在相关关系，相关系数也被称之为相关量，用于表示各变量之间相关程度的数字特征量，在干扰源辨识中，通过电磁兼容现场测试所得到的二维数据结果，通常用以表示相似程度[4]。而通过原始相关系数，则可以反映出整个频段测试曲线的相似程度。但通常情况下，在电磁兼容现场测试中比较重视峰值信号的相似度，为保证干扰源辨识的精度，需要以峰值相关系数，作为干扰源辨识的另一个依据，二者相互结合，就能获得最精确的干扰源，为电磁兼容问题的整治提供数据支撑和理论指导。

3 电磁兼容整改措施

■3.1 合理确定电磁兼容的调整方向

为更加科学合理的纠正电磁兼容性，需要通过现场措施，明确每个设备之间干扰源的出处及造成的影响。多数情况下，干扰电磁兼容的电磁，主要来源有两个方面，其一是电磁干扰源，其二是耦合路径。因此，在电磁兼容整改时，要立足电磁兼容的相关理论，对干扰源进行整治处理，在整治过程中，要结合实际情况，进行合理的改进和处理，借鉴同行业研究成果和经验，提升整治效果，保证电磁设备能够安全、持续、稳定的运行。

■3.2 选择合理的整改方法

在电磁兼容整改前，需要先对设备内部结构进行全面检查，以便了解产品的基本模块、零部件等，保证各项结构符合设备运行标准和相关规范的要求。再考虑其他设备引起的电磁干扰，包括：设备运行环境、电机设备、整流器、电气设备、转换器等造成的电磁干扰。而对于需要连接到天线上的设备，在电磁兼容性诊断过程是否在电磁兼容校正期间。尤其是灵敏度高的信号线、电源线等，需要看作是重要的干扰源，需要加强控制，否则会影响宽带、非线性工件的工作质量和使用性能[5]。可通过断电方式进行现场测试，各项设备切断电源之后逐个判断，当确定好功率干扰问题之后，要及时采取相应的措施来控制和解决干扰问题，但需要注意对干扰电线电缆进行合理分类，并保证接地系统能够稳定运行。

■3.3 选择金属外壳

在解决电磁兼容问题时，普遍存在一个误区，很多人认为塑料外壳能够更好的降低电磁兼容的影响。其实不然，相比于塑料外壳，金属外壳在降低电磁兼容影响方面起到的效果更佳。尤其铸铝材质的金属外壳，对电磁兼容性的造成的影响最小。能够更好的屏蔽外界电磁波对造成的影响。但成本比较高。在实践运行中，通常将金属外壳直接连接到过滤电容上，也可以起到和软铝外壳相同的防护效果。

■3.4 高度重视PCB 板引起的电磁干扰

在设备运行日常检测中，很多检查人员都会选择性的忽略掉PCB 板引起的电磁干扰问题，也是电磁兼容现场测试中比较常见的干扰源，对电磁兼容现场测试的精度有一定影响。所以，为保证电磁兼容现场测试精度，促使电气设备能够安全、稳定运行，就必须高度重视PCB 板引起的电磁干扰，并采取有效的处理措施，从而提升电磁兼容性[6]。具体的处治方法，需要等电磁兼容现场测试结束之后，进行有针对性的处理，以保证设备运行质量，避免发生不必要的安全性隐患。

4 结束语

综上所述，本文采用理论结合实践的方法，分析了电磁兼容现场测试中的干扰源辨识技术，分析结果表明，电磁兼容是很多电磁设备中普遍存在的问题，对设备运行质量、运行的安全性有较大影响。通过小波消噪技术、包络和延拓数据预处理技术、峰值特征提取、相似度评价指标等技术能够准确识别出存在干扰源，为后期电磁兼容整改提供必要的数据参考和理论指导。通过控制干扰源，能够为设备安全稳定的运行营造一个良好大环境，值得高度重视。