4. 常用产品抗扰度标准和测试方法
本章主要讲述静电放电、射频辐射电磁场、电快速瞬变脉冲群、雷击浪涌、由射频场引起的传导干扰和电压跌落等六项在通用标准中提到过的抗扰度试验。对于工频磁场的试验，主要用在对磁场敏感的设备上，如阴极射线管显示器、电感式接触开关等，应用不太普遍，予以略过。另外，考虑到电力系统设备的重要性，对这类设备考核中经常用到的衰减振荡波试验；以及对目前在国内引进生产家用电器的企业中经常采用的高频噪声模拟器及其试验方法予以补充介绍。
在介绍中重点说明为什么要做这些试验、对仪器特性的要求、必须的试验配置、标准的试验方法和对标准的评述，力图加深读者对标准的理解。如欲了解详细内容，可参阅相应基础标准。
4.1 静电放电抗扰度试验
静电放电抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.2（等同于国际标准IEC61000-4-2）。
(1) 试验目的
静电放电有多种起因，GB/T17626.2描述的是在低湿度环境下，通过摩擦使人体带电。带了电的人体，在与设备接触过程中就可能对设备放电。静电放电抗扰度试验模拟了两种情况：① 设备操作人员直接触摸设备时对设备的放电和放电对设备工作的影响；② 设备操作人员在触摸邻近设备时，对所关心这台设备的影响。
静电放电可能造成的后果是：① 通过直接放电，引起设备中半导体器件的损坏，从而造成设备的永久性失效。② 由放电而引起的近场电磁场变化，造成设备的误动作。
(2) 静电放电的模拟
下图为静电放电发生器基本线路和放电电流波形（对图中放电电流波形，可预见它含有极其丰富的谐波成分，加大了试验的严酷度）。

图中高压真空继电器是目前唯一能产生重复和高速放电波形的器件。线路中的电容代表人体的储能电容，电阻代表人体在手握钥匙和其他金属工具时的人体电阻。标准认为用这种人体放电模型（包括电容量和电阻值）来描述静电放电是足够严酷的。
(3) 放电方式
放电有直接和间接两种。直接放电（直接对设备放电）中以接触放电为首选形式，只有在不能用接触放电的地方（如表面覆有绝缘层以及计标机键盘的缝隙等地方）才改用气隙放电。
间接放电（对邻近物体的放电，在标准中用对水平耦合板和垂直耦合板的放电来模拟）以接触放电为唯一放电形式。
(4) 试验配置
试验有实验室里的型式试验和在安装现场的现场试验两种，在标准中规定以前者为准。后者是在用户提出需要才进行的一项试验。
由于静电放电的电流波形十分陡峭，前沿己经达到0.7～1ns，其包含的谐波成分至少要达到500MHz以上，因此试验室里试验配置的规范性是保证试验结果重复性和可比性的一个关键。    
上海三基电子工业有限公司提供的配置：　　

① 木制试验台 1700×900×800mm  
② 参考接地板2700×1800×1.5mm   
③ 垂直耦合板500×500×1.5mm     
④ 水平耦合板1600×800×1.5mm    
⑤ 绝缘垫板1400×600×0.5mm    
⑥ 两端带470kΩ电阻的连接线（两根）                  

① 绝缘支座1100×800×100mm
②参考接地板2700×1800×1.5mm
③垂直耦合板500×500×1.5mm
④垂直耦合板支架500×500×1200mm
⑤两端带470kΩ电阻的连接线（两根）
上述试验配置也可由用户自己制作，其要点是：
1) 参考接地板采用0.25mm以上铜板或铝板（铝板易氧化，慎用）。如用其他金属，厚度至少是0.65mm以上。
参考接地板实际尺寸不限，要求四周均超出被试设备（指地面设备）或试验桌台面水平耦合板（用于台式设备）的每边0.5m以上。
参考接地板要和试验室的保护接地线相连。
2) 水平耦合板和垂直耦合板（后者有绝缘支架）的材料与参考接地板相同。
两块耦合板各有一根两端接有470kΩ电阻的电缆线与参考接地板相连，以便泄放试验中静电电荷。要求所用电阻有承受放电的能力；整个电缆有绝缘保护，避免与接地板短路。
3) 对台式设备，在水平耦合板上覆一块0.5mm的绝缘薄板，要求试验中此板不明显积聚电荷。                       
在台式设备试验中，水平耦合板至少比试品的每一边大出0.1m。如试品太大，要么选用更大的试验台；要么选用两张同样的试验台来摆放试品，桌面上的水平耦合板不必焊在一起，而可以在两张桌子的并合处覆一块同样材质的金属，只要各压住每个桌面0.3m以上即可。但要求两张桌子的水平耦合板用电阻线分别与参考接地板相连。
4) 对地面设备，在参考接地板上要有一个0.1m高的绝缘支座，试品和试品电缆放在绝缘支座上。
5) 上述所有连接线（包括参考接地板的接地电缆；耦合板上的带电阻的连接电缆；以及放电枪接到参考接地板上的接地回线等）都必须保持低阻抗的连接。
6) 其他应注意的地方
A. 在距试品1m以内应无墙壁和其他金属物品（包括仪器）。
B. 试验中的试品要尽可能按实际情况布局（包括电源线、信号线和安装脚等等）。接地线要按生产厂的规定接地（没有接地线的就不接），不允许有额外的接地线。
C. 放电时，放电枪的接地回线与试品表面至少保持0.2m的间距，避免相互间有附加感应，影响试验结果。
(5) 试验方法
1) 原则上，凡可以用接触放电的地方一律用接触放电。对有镀漆的机壳，如制造厂未说明是作绝缘的，试验时便用放电枪的尖端刺破漆膜对试品进行放电。如厂家说明是做绝缘使用时，则改用气隙放电。
2) 为改善试验结果的重复性和可比性，放电电极要垂直试品表面。
3) 间接放电：A. 对水平耦合板，放电枪垂直地在离开试品0.1m处用接触放电方式进行放电。B. 对垂直耦合板，耦合板应放在离试品0.1m处，放电枪要垂直于耦合板一条垂直边的中心位置上进行放电。对试品垂直方向的四个面都要用垂直耦合板做间接放电试验。 
下图是台式和地面设备的配置与放电位置例。　　
试验前，应对试品表面以20次/秒速率快速扫视，以便寻找试品的敏感部位。试验以1次/秒速率进行，以便让试品来得及作出响应。
(6) 试验的严酷度等级
试验严酷度等级有四级，对接触放电分别为2kV；4kV；6kV；8kV。对气隙放电分别为2kV；4kV；8kV；15kV。
等级的选择取决于环境因素，但对一个具体产品来说，往往己在相应的产品族标准或产品标准中给出（合格评定准则也一并给出）。
(7) 试验评述
标准之所以用接触放电作为放电的首选方式，是因为接触放电的不确定因素较少；而且接触放电有着极其陡峭的上升时间，使其包含了极其丰富的谐波成分，即使选择比较低的试验电压，仍能取得严格的考核结果。
4.2 射频辐射电磁场抗扰度试验
射频辐射电磁场抗扰试验的国家标准为GB/T17626.3（等同于国际标准IEC61000-4-3）。
(1) 试验目的
射频辐射的现象无所不在，如无线电台、电视台、移动无线电发射机及各种工业电磁辐射源，甚至荧光灯具在工作时都会产生电磁辐射。但通常这些干扰离所关心的设备较远，或干扰本身较弱（如荧光灯的寄生辐射），尚不足以对设备形成过分干扰。但目前广泛使用的无线电对讲机、手机等，由于使用人员可能离设备很近，造成的干扰就特别强劲。本标准用以评价电气和电子设备的抗射频辐射电磁场的能力。
(2) 试验要求和严酷度等级
·试验的频率范围为80～1000MHz（随技术的发展，特别是通讯技术的发展，测试频率己从早期的27～500MHz扩展到今天的80～1000MHz，但个别最新出版的产品标准己拓展到80～2000MHz）。
·试验要用1kHz正弦波幅度调制，调制深度为80%（注意，场强校正只用载波，不加调制。正式试验时再加调制）。今后可能再加一项键控调频（欧共体已采用），频率为200Hz，占空比1：1。分别模拟语音及数字通信。
注意，带调制的情况要比不带调制严酷得多。
·标准把试验的严酷度等级分为1、2、3和X级，对应的试验场强是1V/m、3V/m、10V/m和待定四种。这里1级为低辐射环境，如离电台、电视台1km以上、附近只有小功率移动电话在使用。2级为中等辐射环境，如在不近于1m处使用小功率移动电话，为典型的商业环境。3级为较严酷的辐射环境，如在1m以内使用移动电话，或附近有大功率发射机在工作，为典型的工业环境。
今后有从严趋势，还是刚提到的例子，己把场强提高到30V/m。
·英国和法国的电工技术研究所对移动电话场强研究后认为符合
E=（3.0×P1/2）/d
式中：E为场强，V/m；
　　　p为移动电话功率，W；
　　　d为移动电话天线至关心设备的距离，m。
此式反映在距离设备很近处使用功率较大的移动电话，会对设备造成很强的辐射电磁场干扰。                        
(3) 试验配置
试验在电波暗室进行（考虑到金属体对电磁波的反射，普通屏蔽室在测试频率内存在辐射电磁波的谐振现象，所以不能使用屏蔽室）。
考虑到射频功率放大器配备与经费间的矛盾，试品与发射天线的间距一般取3m。对小型试品，距离还可进一步取近，如为1m。对大型设备，在考虑场的均匀性后，距离可能要放远些，但功放要扩大。
为保证试验结果的重复性和可比性，必须对试验场地的均匀性校核。方法是：先清场，在离天线规定距离处构筑一个底边离地高度为0.8m的垂直虚拟平面，平面尺寸为1.5m×1.5m。标准规定，此平面内每隔0.5m取一个测试点，故整个平面有16个测试点。若其中75%点的场强偏差在0～6dB之内，便认为场地均匀。实用中可根据试品大小适当增减虚拟平面尺寸。试验时，试品前端要与虚拟平面重合。
除场地外，当用的试验仪器有：
·信号发生器（主要指标是带宽、有调幅功能、能自动或手动扫描、扫描点上的留驻时间可设定、信号幅度可自动控制等）
·功率放大器（要求在规定的天线距离内达到规定的场强）
·天线（在不同的频段下分别使用双锥和对数周期天线。国外已有在80～1000MHz全频段内使用的复合天线）
·场强测试探头
·场强测试与记录设备
在基本仪器的基础上再增加计算机、计算机专用控制软件、场强探头的自动行走机构等，便可构成一个完整的自动测试与校正系统。
场强、试验距离与射频功率放大器之间的关系（供参考）：
功率放大器 场强与试验距离
25W 用1m法可产生3V/m的场强；当频率高于200MHz时，可产生10V/m的场强
100W 用3m法可产生80%调制深度的3V/m场强；用1m法可产生10V/m的场强
250W～500W 用3m法可在1.5m×1.5m虚拟平面上产生10V/m场强；当距离缩减时可产生30V/m的场强

2) 电容耦合夹
用于信号线、控制线的试验。试验时受试电缆放在耦合夹的上、下两块耦合板之间，耦合板本身尽可能合拢，以提供板与电缆之间的最大电容。夹的两端各有一个高压同轴接头，用最靠近试品这端的接头通过同轴电缆与发生器连接。另外，同轴接头的芯线与下层耦合板相连，同轴接头外壳与耦合夹底板相通，而耦合夹放在参考接地板上。这一结构表明，高压脉冲将通过耦合板与电缆间的分布电容进入受试电缆，而电缆收到的脉冲是相对参考接地板的，所以仍然是共模干扰。　　
明确脉冲性质很重要：首先，与试验方法有关。既然是共模干扰，就一定与参考接地板有关，离开了参考接地板，干扰将加不到试品。其次，既然它是共模干扰试验，试验人员在处理干扰时，一定要用针对共模干扰的措施，否则将达不到预定效果。
3) 其他必须的配置
① 参考接地板用厚度为0.25mm以上的铜板或铝板（普通铝板易氧化，宜慎用）；用其他金属板材，厚度要大于0.65mm。
接地板尺寸取决于试验仪器和试品，以及仪器与试品间所规定的接线距离（1m）。参考接地板的各边至少应比上述组合超出0.1m。
参考接地板应与实验室的保护地相连。
② 试验仪器（包括脉冲群发生器和耦合/去耦网络）放在参考接地板上。试验仪器用尽可能粗短的接地电缆与参考接地板连接，并要求在连接处的阻抗尽可能地小。     
明确脉冲性质很重要：首先，与试验方法有关。既然是共模干扰，就一定与参考接地板有关，离开了参考接地板，干扰将加不到试品。其次，既然它是共模干扰试验，试验人员在处理干扰时，一定要用针对共模干扰的措施，否则将达不到预定效果。      
③ 试品用0.1±0.01m的绝缘座隔开后放在参考接地板上（如果是台式设备，则应放置在离参考地板高度为0.8±0.08m的木头台子上），试品（或试验台子）距参考接地板边缘的最小尺寸满足项1（0.1m）的规定。
试品应接照安装规范进行布置和连接，以满足它的功能要求。另外，试品应按照制造商的安装规范将接地电缆以尽量小的接地阻抗连接到参考接地板上（注意，不允许有额外的接地情况出现）。当试品只有两根电源进线（单相，一根L，另一根N），而且不设专门接地线时，试品就不能在试验时再单独拉一根接地线。同样，试品如通过三芯电源进线（单相，一根L，一根N，及一根电气接地线），而未设专门接地线时，则此试品也不允许另外再设接地线来接地，而且试品的这根电气接地线还必须经受抗扰度试验。
④ 当使用耦合夹做被试系统抗扰度试验时，耦合夹应放在参考接地板上，耦合夹到接地板边缘的最小尺寸为0.1m。同样，除位于耦合夹下方的接地板外，耦合夹与其它导电性结构间的最小距离是0.5m。　　
如果试验针对系统中的一台设备（如试品1）的抗扰度测试，则耦合夹与试品1的距离保持不变，而将与试品2的距离增至5m以上（标准认为长导线足以使线路上的脉冲损耗殆尽）。                
(4) 试验方法
·对电源线，通过耦合/去耦网络来施加试验电压。
·对信号线、控制线通过电容耦合夹来施加试验电压。
脉冲群试验是利用干扰对线路结电容充电，当其能量积累到一定程度，就可能引起线路（乃至系统）出错。因此线路出错有个过程，而且有一定偶然性，不能保证间隔多少时间必定出错，特别是当试验电压接近临界值时。为此，一些产品标准规定电源线上的试验是在线—地之间进行，要求每一根线在一种试验电压极性下做三次试验，每次一分钟，中间间隔一分钟；一种极性做完，要换做另一种极性。一根线做完，再换做另一根线。当然也可以把脉冲同时注入两根线，甚至几根线。由于脉冲群信号在电源线上的传输过程十分复杂，很难判断究竟是分别加脉冲，还是一起加脉冲，设备更容易失效。因此，同时加脉冲也仅仅是一种试验形式而己，最终要由试验来下结论。
另一些标准（如GB4343.2），规定一根线上先加2分钟正极性脉冲，稍事休息，再加2分钟负脉冲。可见不同标准有不同规定，但都有相对较长的试验过程，以避免偶然性。并通过多种组合来暴露隐患。
通常试品只对其中一根线和一个极性的试验比较敏感。      
(5) 试验中的注意点
试验配置的规范性非常重要，首先，没有参考接地板，干扰就加不到试品去；其次，没有足够大的接地板，就不能保证试验结果的正确性。另外，由于脉冲群的单个脉冲前沿达到5ns，半宽达到50ns，说明其中含有极其丰富的谐波成分，幅度较大的频率至少要达到60MHz以上。对电源线来说，那怕长度只有1m，由于长度已可和传输频率的波长相比，已不能以普通电源线对待，信号在上面传输时，部分仍通过线路进入试品（传导）；部分要从线路逸出，成为辐射信号进入试品（辐射）。故试品受到的干扰实际上是传导与辐射的结合。传导与辐射的比例将与电源线长度有关：线路短，传导多；线路长，辐射强。而且辐射强弱还和电源线与参考接地板的贴近程度有关（反映为线路与参考地之间的分布电容），线路离接地板近，分布电容大（容抗小），干扰不易以辐射方式逸出；反之亦反。因此，试验用电源线的长度、离参考接地板的高度，乃至电源线与试品的相对位置，都可以成为影响试验结果的因素。为了保证试验结果的重复性和可比性，注意试验配置的规范性就变得十分重要了。
除了试验配置的规范性外，还要注意每次试验时附在试品上的附加导线根数、及摆放位置是否一致。这是因为脉冲群试验除了有传导干扰外，还存在一定程度的辐射干扰，不同的导线数目，不同的导线摆放位置，试品对辐射干扰的响应情况是不同的。
此外，还要提醒试验人员的是，不同的试验运行程序，也可能影响试验结果，这是因为不同的试验运行程序对试品结电容的充电情况也是不同的。
总之，试验人员对试验情况都要仔细记录在案，便于日后对试验结果有可追溯性。
(6) 试验的严酷度等级
试验等级分为1、2、3、4和X级。在电源线上试验时，分别取0.5kV（5kHz）、1kV（5kHz）、2kV（5kHz）、4kV（2.5kHz）及待定。在信号线、控制线上试验时，分别取0.25kV（5kHZ）、0.5kV（5kHz）、1kV（5kHz）、2kV（5kHz）及待定。
这里，电压为发生器储能电容上的电压，频率指脉冲群内单个脉冲的重复频率。严酷度等级的大体分类是：
1级：保护良好的环境（如计算机机房）。
2级：通常有保护的环境（如工厂中的计算机机房和控制室）。
3级：无保护环境下的设备（如公用电网、工厂、变电站）。
4级：有严重干扰的环境（如采用气体绝缘的开关或真空开关的变电站）。
试品选用哪一等级，由产品标准定。
(7) 标准今后发展趋势
标准今后发展趋势是脉冲频率提高，但脉冲群长度缩短，每群脉冲的个数基本不变。