干扰源辨识技术在电磁兼容现场测试中的应用研究

李京印

（北京航空航天大学，北京，100083）

0 引言

科学技术的不断研发与应用带动了各行各业的发展，向电磁设备提出了更高的要求，如今，电磁设备的设计与功能更加完善，同样，电磁系统也变得相当复杂。为控制设备的体积，需要将各种仪器和部件安装在一个很小的空间中，由于距离太近，很容易产生电磁兼容性问题。现场测试是检测电磁兼容性的重要方法，干扰源辨识技术的应用能够有效提高现场测试的准确性，为电磁兼容性能检测和改进。因此，对电磁兼容现场测试中的干扰源辨识技术的分析与研究是推动电磁设备发展的必要环节[1]。

1 电磁兼容测试概述

1.1 电磁兼容现场测试和标准测试的区别

不同于标准测试，现场测试是指设备或系统因无法在标准的暗室中完成而在现场进行的电磁兼容测试。二者在测试环境、测试设备、测试目的等方面有着较大区别，电磁兼容现场测试通常是在系统调试现场进行的，而没有在标准的暗室或者半电波暗室中完成，那么测试时接受检测的设备就相应不同，标准测试的对象是单个设备或者分系统，而现场测试可以对单个设备、成组设备甚至整个系统进行测试；标准测试必须通过LISN供电，现场测试可以采用电网供电、交流供电以及蓄电池供电多种供电方式；标准测试在测试项目上需按照相关标准进行，而现场测试的灵活性就较强，主要根据客户的定制需求进行针对性的测试；标准测试的结果只能用于单个设备或分系统的产品鉴定与选择上，而现场测试的数据或结果可反映出系统的电磁兼容性能，同时为任务系统的故障诊断和性能评估提供参考依据。

1.2 电磁兼容现场测试作用

电磁兼容测试在产品的研发与使用阶段中大概包括预兼容测试、标准测试和现场测试。在产品研发的初始过程中，采用预兼容测试，多次进行电磁兼容性测试和评定，以便针对测试结果及时地调整设计，提升电磁兼容性能。产品研发完成以后，各项指标已经定型，采用标准测试，对产品电磁兼容性能进行认证。在产品进入市场的使用阶段也要进行电磁兼容性评估，采用现场测试，测试产品在上装状态下的电磁兼容性。对于大型的设备或系统的故障检测和电磁兼容性评定，使用现场测试的检测方式是较为合适的。不仅如此，在现实的使用中，现场测试几乎可以用来检测产品研发与制造的各个阶段中的电磁兼容性，其是电磁兼容测试中不可或缺的一种检测方式，而且，现场测试具有较高的灵活，可实现对产品的个性化检测，针对一些客户定制的产品，具有较高的应用性。电磁兼容现场测试，是对电子设备电磁兼容性能的最终评价，现场测试的数据和结果，也是生产设计阶段的有力反馈，可为电子设备的电磁兼容问题提供建议，以更好地提升电子产品电磁兼容性能[2]。

2 干扰源辨识技术在电磁兼容现场测试中的应用

2.1 小波消噪技术

在对电子设备进行电磁兼容现场测试时，环境中存在很多干扰，小波消噪技术常被用来消除噪声，以提升干扰源的辨识精确性。利用频谱仪来收集现场的信号数据，其中包含有用的信号、电子设备内部噪声以及来自外界环境的噪声。小波消噪技术利用噪声与信号的小波系数尺度性质不同这一特点，将含噪信号进行特征提取处理和取舍，经低通滤波将噪声去除，之后与原本的各信号特征重新构成信号，从而达到去除信号中噪声的目的，确保电磁兼容现场测试所得数据与结果的准确性。小波消噪技术在电磁兼容性现场测试中的应用流程，如图1所示。

图1 小波消噪技术的应用过程

2.2 包络和延拓处理技术

电子设备种类很多，现场测试的环境也不确定，因此，在进行电磁兼容现场测试后，很有可能会得到不尽相同的辐射特性曲线，经小波消噪技术去噪之后的测试曲线，在曲线峰值两侧一定区间内信号的分布仍有些复杂，对干扰源辨识造成影响。因此，进行包络处理使得电磁兼容现场测试中的曲线更加顺滑、流畅，以减轻干扰源辨识难度。以上两种技术应用以后会出现底部噪声大于原始噪声的现象，此时，需要对经包络处理后的电磁兼容现场测试数据曲线进行延拓处理，将噪声处理成干扰源辨识所需大小[3]。

2.3 峰值特征提取

在测试数据中，峰值信号的频率、幅值是判定干扰、去除干扰源的重要依据。主要通过测试数据点左右两侧的单调性来判定峰值的存在。只有当电磁兼容现场测试点的左侧为单调递增，同时右侧为单调递减的情况下才是峰值点，其他情况不是峰值点。但在现场测试过程中，用于收集信号的频谱仪底部噪声信号较多，如果不去除，会严重影响测试准确性，无法完成提取干扰信号峰值的任务，因此，再进行峰值提取流程时，需要加上去除频谱仪底部噪声的检测步骤，通过一定范围内的最小值来确定噪声阈值，峰值提取流程图如图2所示，只有大于噪声阈值的信号才能进行接下来的峰值提取，小于噪声阈值的信号被舍弃掉，这样可有效提升辨识干扰源的精确性。

图2 峰值提取流程图

2.4 相似度评价指标

在电子设备的电磁兼容现场测试中，不同干扰源之间存在一定联系，将某种关系和表现进行定量的描述就是相关系数的作用，相关系数是相关程度的量值，通过对数值的分析，就能判定出两个变量之间有没有相互关联的影响。电磁兼容现场测试所得二维数据，通常是干扰源辨识技术中用以表示相似程度的结果。对原始相关系数进行分析，就能够判断出测试曲线整个频段的相似程度。上文提到，峰值信号是干扰源辨识技术所需的重要数据，因此，峰值信号的相似度也是电磁兼容现场测试中的重要数据，为提升干扰源辨识技术的应用性，需要以峰值相关系数作为另一依据，以提升干扰源辨识能力，找到最精确的干扰源，为电磁兼容性问题解决提供数据支持和实践指导[4]。

3 电磁兼容整改措施

3.1 确定电磁兼容的调整方向

在调整电磁兼容性能方面主要通过减弱干扰源和减小耦合量等方式，以改进电子设备和系统的电磁兼容性能。对设备之间可能产生的电磁干扰来源和控制方式进行分析，减少干扰源的产生或者降低二者之间的影响，以提升电磁兼容性。另外，线间耦合也是造成干扰的重要因素，需要在耦合路径上进行改进。针对低频耦合，可增大电路间距，追加高导电性屏障罩等，针对高频耦合，尽量缩短接地线、防止输入输出线间耦合等，在调整过程中，可进行多次现场测试，以便及时进行有效的改进，保证电磁设备高效运行的同时具备较好的电磁兼容性。

3.2 选择合理的整改方法

电磁兼容整改的前提是电磁设备的结构合理、完整，需要全面了解设备内部的组成、结构以及运行情况，对产品的基础零部件、仪器有较高的掌握，确保电磁设备的运行符合相关规范与国家标准，再进行电磁兼容性的改进，降低干扰的产生和影响力，通常电磁兼容性影响因素包含电机设备、电气设备、整流器等各设备运行造成的彼此之间的干扰，设备的运行环境、空间等也都非常重要。整体设备系统较为复杂，难以辨别彼此之间的电磁干扰，可采用逐一断电的方式进行现场测试，检查出各项设备的功率干扰情况，就可有针对性地进行相应的措施减小或去除电磁干扰问题[5]。

3.3 选择金属外壳

很多人错误地认为，塑料材料相比于金属材料可避免一些电磁兼容问题，其实不然，例如，铸铝材质的金属外壳相比与塑料就能够更好屏蔽外界环境中的电磁波以防其对电磁设备的正常运行造成较大干扰。针对电场屏蔽，选材的时候，尽量选择高导电性能的材料，并进行良好接地。磁屏蔽时，可选用铁磁性材料，磁屏蔽体要远离带磁性的元件，避免短路。在实际的改进过程中，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。

4 结语

电磁兼容性是电磁设备检测中不可忽略的环节，其关乎到设备的生产质量和运行效率，对于大型、复杂的电磁设备，现场测试是较为合适的电磁兼容性检测方式，通过对小波消噪技术、包络和延拓处理技术、峰值特征提取、以及相似度评价指标等技术的应用，可提升干扰源辨识精确度，其现场检测数据和结果可作为电磁兼容整改的参考依据，通过对干扰源的控制，可促进电磁设备的安全稳定运行。