辐射发射测试的基本原理
辐射发射测试用于评估电子电气设备通过空间传播的电磁骚扰强度，是电磁兼容认证中的核心项目之一。其基本原理可以概括为：在规定的测试布置和环境下，使用天线接收受试设备（EUT）辐射的电磁波，由接收机测量天线端口电压，再通过天线系数、电缆损耗等修正，得到等效电场强度，并与标准限值比较。
辐射发射测试关注的是设备无意产生的电磁能量以电磁波形式向外传播的程度。常见辐射源包括：
- 高频电流环路，如开关电源、时钟走线、PCB 回流路径；
- 电缆和线束，尤其是共模电流驱动的电缆天线效应；
- 机箱缝隙、孔洞和连接器泄漏；
- 功率器件快速开关产生的宽带噪声。
电磁场随距离分为近场和远场。通常以 (r=\lambda/2\pi) 为界，小于该距离为近场，大于该距离为远场。在远场中，电场与磁场相互垂直，波阻抗约为 377 Ω，电场强度随距离按 (1/r) 衰减。辐射发射测试一般在远场条件下进行，因此可用电场强度 (E) 表征辐射骚扰，单位为 V/m 或 dBμV/m。
测试系统组成
典型辐射发射测试系统包括：
- 测试场地：半电波暗室、全电波暗室或开阔试验场，用于控制反射和环境噪声。
- 接收天线：双锥天线、对数周期天线、复合天线或喇叭天线，覆盖不同频段。
- 测量接收机或频谱分析仪：具备峰值、准峰值、平均值检波能力。
- 辅助设备：低损耗电缆、前置放大器、转台、天线升降塔和控制器。
- EUT及线缆布置：按标准规定放置，工作模式应代表最大发射状态。
天线将空间电场转换为端口电压，接收机测量该电压。由于天线本身不是理想传感器，需要引入天线系数 (AF) 进行换算。
关键公式与修正
接收机读数通常为端口电压 (V_r)，单位为 dBμV。电场强度计算为：
[
E(\text{dBμV/m}) = V_r(\text{dBμV}) + AF(\text{dB/m}) + CL(\text{dB}) - G_{pre}(\text{dB})
]
其中：
- (AF)：天线系数，表示电场强度与天线端口电压之比；
- (CL)：电缆损耗；
- (G_{pre})：前置放大器增益，若使用则减去。
例如，接收机在 100 MHz 测得 40 dBμV，天线系数为 15 dB/m，电缆损耗为 2 dB，未用前置放大器，则：
[
E = 40 + 15 + 2 = 57 \text{ dBμV/m}
]
若标准在 3 m 距离的限值为 50 dBμV/m，则该频点超标 7 dB。若需估算 10 m 距离的等效场强，在远场条件下可用距离修正：
[
\Delta L = 20\log_{10}(d_{ref}/d_{test})
]
3 m 到 10 m 的修正量为 (20\log_{10}(3/10)\approx -10.5) dB，因此 10 m 等效场强约为 (57-10.5=46.5) dBμV/m。注意，合规判定必须按标准规定的距离和限值执行，距离换算仅适合预诊断。
检波方式与限值
辐射发射限值通常按不同检波方式给出：
- 峰值检波：响应最快，用于快速扫描和预测试；
- 准峰值检波：考虑脉冲重复频率，更接近人耳和主观干扰效应，是 CISPR 系列标准常用方式；
- 平均值检波：用于某些频段或特定标准，反映连续骚扰的平均能量。
测试时通常先用峰值扫描找出可疑频点，再对超标或接近限值的频点进行准峰值和平均值测量。限值单位一般为 dBμV/m，并按频段、距离、设备类别和测试场地不同而变化。
测试布置与扫描方法
以 30 MHz～1 GHz 为例，典型步骤包括：
- EUT 置于转台上，按标准布置线缆和辅助设备；
- 天线距离 EUT 3 m 或 10 m；
- 天线高度在 1 m～4 m 内升降，寻找最大发射；
- 转台 0°～360° 旋转，寻找最大辐射方向；
- 分别进行水平极化和垂直极化测量；
- 记录各频点最大值，并与限值比较。
1 GHz 以上通常使用喇叭天线，天线高度固定，EUT 和天线距离更近，并可能要求全电波暗室环境。
工程示例与整改思路
某开关电源在 100 MHz 处 3 m 距离测得场强 57 dBμV/m，限值 50 dBμV/m。初步判断为输入电缆共模辐射。可采取以下措施：
- 缩短高 di/dt 环路面积，优化 PCB 回流；
- 在输入输出端增加共模扼流圈和 Y 电容；
- 对电缆进行屏蔽并确保屏蔽层 360° 端接；
- 调整开关频率或增加缓冲电路，降低高频谐波；
- 使用近场探头定位辐射源，再针对性屏蔽或滤波。
常见误差与注意事项
辐射发射测试对布置敏感，常见误差来源包括环境噪声、暗室反射、天线系数校准偏差、电缆走向、EUT 工作模式和辅助设备辐射。正式测试前应进行场地验证和环境噪声扫描。预兼容测试中可使用近场探头和便携式频谱仪快速定位，但最终合规判定必须依据标准场地和规定程序。