? ? ? 近場(chǎng)探頭是EMC診斷和設(shè)計(jì)中的一種基本工具。EMC工程師使用近場(chǎng)探頭能夠?qū)⒔鼒?chǎng)電磁發(fā)射和遠(yuǎn)場(chǎng)輻射電場(chǎng)聯(lián)系起來進(jìn)行比對(duì)分析，能夠?qū)㈥P(guān)鍵子部件從復(fù)雜系統(tǒng)中識(shí)別出來，可以在不接觸電路的情況下將頻譜與時(shí)域波形結(jié)合起來分析，甚至一些經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師還可以使用近場(chǎng)探頭將特定射頻能量注入到近場(chǎng)以便分析抗擾度問題。近場(chǎng)探頭在應(yīng)用中表現(xiàn)出方便、安全、高效的特點(diǎn)，使其成為EMC工程師的工具箱中常備的得力工具。

? ? ? ?雖然應(yīng)用廣泛，但是近場(chǎng)探頭只是EMC輔助工具并非由EMC測(cè)試、認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)體系所定義的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備，所以近場(chǎng)探頭的性能、指標(biāo)、校準(zhǔn)方法也就缺乏標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。市場(chǎng)上存在型號(hào)眾多的種類不同的近場(chǎng)探頭，但供應(yīng)商提供的近場(chǎng)探頭的性能規(guī)格、相關(guān)系數(shù)的數(shù)據(jù)信息均不夠充足，能滿足一般粗略探測(cè)但不能幫助進(jìn)行近場(chǎng)電磁場(chǎng)的量化。

1.???目前市場(chǎng)上的近場(chǎng)探頭校準(zhǔn)信息

? ? ? 市面上大部分電場(chǎng)探頭供應(yīng)商都不能提供探頭應(yīng)用中最關(guān)心的頻率響應(yīng)和耦合曲線，少部分能提供如下圖說明和特性曲線（以網(wǎng)上搜索得到的公開銷售的探頭的宣傳特性曲線為例）：

圖1典型的能找到的近場(chǎng)探頭規(guī)格說明

上圖是市面上能夠提供的典型的一個(gè)探頭耦合特性曲線，能看出探頭的靈敏度（-30dB）和大致探測(cè)范圍，但頻率數(shù)據(jù)采用線性軸，對(duì)于傳導(dǎo)150KHz-30MHz、輻射30MHz-1GHz的頻段數(shù)據(jù)無法精確讀出。

2.???目前計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)給出的近場(chǎng)探頭校準(zhǔn)信息

? ? ? 另一方面，很多近場(chǎng)探頭被送到計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)，在了解探頭特性的同時(shí)也是為了滿足研發(fā)管理體系對(duì)于設(shè)備工具校準(zhǔn)的要求。由于沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范指引，只能由送檢方指定校準(zhǔn)方法或者由校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)自行決定校準(zhǔn)方法。如以下的近場(chǎng)探頭在計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)就參考了功率探頭的校準(zhǔn)方法進(jìn)行校準(zhǔn)并得到了以下的校準(zhǔn)曲線：

圖2一款近場(chǎng)探頭在計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)得到的校準(zhǔn)曲線

? ? ? ?該計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)使用TEM小室、功率探頭和網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行替代法校準(zhǔn)：先用功率探頭在TEM小室內(nèi)建立測(cè)試基準(zhǔn)并利用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行歸一化，然后將近場(chǎng)探頭替換功率探頭從而得到近場(chǎng)探頭的電場(chǎng)測(cè)量校準(zhǔn)曲線。這種用于校準(zhǔn)各向同性的功率探頭的方法不太適用于存在方向性的近場(chǎng)探頭（如環(huán)形磁場(chǎng)探頭的探測(cè)面在環(huán)面上，棒狀探頭的探測(cè)點(diǎn)在棒尖，鏟型電場(chǎng)探頭的探測(cè)面在斜面）使得探頭在TEM小室內(nèi)并沒有得到最佳的方向耦合從而影響校準(zhǔn)結(jié)果。另外校準(zhǔn)使用的TEM小室的最高校準(zhǔn)頻率僅100MHz并不能到達(dá)覆蓋近場(chǎng)探頭的所有應(yīng)用頻率（GTEM小室可以達(dá)到更高校準(zhǔn)頻率），因此送檢方得到的校準(zhǔn)曲線在實(shí)際應(yīng)用中存在受限。

3.???一種新的近場(chǎng)探頭校準(zhǔn)方法

? ? ?由于探頭供應(yīng)商提供的信息有限，校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)給出的曲線也沒有對(duì)EMC工程師關(guān)心的探頭系數(shù)給出答案，我們需要一些方便實(shí)用的測(cè)試方法來取校準(zhǔn)信息以便指導(dǎo)我們探頭的實(shí)際使用。因?yàn)榻鼒?chǎng)探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅包含探測(cè)感應(yīng)器、巴倫（不平衡-平衡轉(zhuǎn)換器）、耐壓絕緣封裝以及同軸連接器，所以制造出的探頭一致性很高。我們假定同型號(hào)和批次近場(chǎng)探頭耦合系數(shù)完全一致，且由于發(fā)射和接收的互異性，探頭發(fā)射射頻能量的衰減和探頭探測(cè)射頻能量的衰減值是一致的，因此我們可以通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)探頭的系數(shù)得到單個(gè)探頭的系數(shù)。利用網(wǎng)絡(luò)分析儀S21參數(shù)測(cè)量或使用帶跟蹤源的接收機(jī)/頻譜儀就能很方便地對(duì)成對(duì)的探頭進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量。

4.???利用帶跟蹤源的頻譜儀對(duì)近場(chǎng)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)

? ? ? ?帶跟蹤源的頻譜儀相比網(wǎng)絡(luò)分析儀是更常用的EMC設(shè)備，很適合用于各種探頭的校準(zhǔn)。以下是利用頻譜儀采用成對(duì)探頭校準(zhǔn)的方法進(jìn)行的操作步驟和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

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操作步驟一：設(shè)置頻率、帶寬，打開跟蹤源，短接同軸電纜，校準(zhǔn)線纜，并對(duì)線纜結(jié)果進(jìn)行歸一化

操作步驟二：設(shè)置Y軸為dBμV，測(cè)量深度80dB以上，將歸一化曲線置于畫面上部

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操作步驟三:接入需校準(zhǔn)的成對(duì)探頭并保證探頭最大互藕，頻譜儀上得到第二條曲線，差值即為插入損耗，插損值的一半即為探頭所測(cè)平面電場(chǎng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)

? ? ? 跟蹤源信號(hào)從RF輸出端口到頻譜儀RF接收端口經(jīng)過了成對(duì)探頭的兩次衰減，衰減倍數(shù)的乘方以對(duì)數(shù)表示之后變?yōu)榧颖叮虼藛蝹€(gè)探頭的衰減系數(shù)（dB對(duì)數(shù)值表示）為S21插入損耗結(jié)果（dB對(duì)數(shù)值表示）的一半。以下是測(cè)試得到的成對(duì)探頭的衰減系數(shù)曲線

圖3成對(duì)6cm環(huán)形探頭的S21插損曲線

圖4計(jì)算后的單個(gè)探頭頻率響應(yīng)和耦合系數(shù)曲線

? ? ? 通過以上操作之后，我們可以得到單個(gè)6cm?環(huán)形磁場(chǎng)探頭的曲線，該曲線表征了在探頭環(huán)形面上的頻率響應(yīng)和耦合能力，我們可以使用該系數(shù)換算出探測(cè)面內(nèi)的射頻功率。對(duì)數(shù)頻率軸相對(duì)線性軸更適合大頻率范圍的查表顯示。從上圖曲線可以看出探頭在30-120MHz頻段內(nèi)衰減6dB，6dB平坦度帶寬10M-300MHz，整個(gè)頻率響應(yīng)非常適合輻射和傳導(dǎo)信號(hào)探測(cè)，但插損曲線在500MHz之后存在一個(gè)諧振陷波點(diǎn)，使用該探頭探測(cè)高于500MHz頻率的信號(hào)測(cè)量需要注意。

? ? ? 這種校準(zhǔn)方法能夠很好的測(cè)量出近場(chǎng)探頭的頻率響應(yīng)曲線，從而確定探頭的應(yīng)用頻段和靈敏度，對(duì)于EMC工程師在實(shí)踐中應(yīng)用探頭有很好的指導(dǎo)意義。以下三種不同的探頭測(cè)試曲線，顯示出不同探頭的應(yīng)用頻段是有很大差異的。

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圖5較小的環(huán)形磁場(chǎng)探頭校準(zhǔn)圖和成對(duì)衰減系數(shù)（耦合稍小頻率更高）

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圖6點(diǎn)狀磁場(chǎng)探頭探頭校準(zhǔn)圖和成對(duì)衰減系數(shù)（低頻耦合強(qiáng)）

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圖7點(diǎn)狀電場(chǎng)探頭校準(zhǔn)圖和成對(duì)衰減系數(shù)（高頻耦合強(qiáng)）

? ? ? 不同的探頭有著不同的頻率響應(yīng)和耦合系數(shù)，通過這種校準(zhǔn)方法能夠量化相關(guān)頻段的探頭系數(shù)，以便工程師根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況選擇相應(yīng)的探頭進(jìn)行應(yīng)用。

5.???用于抗擾度射頻近場(chǎng)注入的近場(chǎng)探頭校準(zhǔn)

? ? ? ?一些經(jīng)驗(yàn)豐富的EMC工程師利用近場(chǎng)探頭對(duì)受測(cè)設(shè)備進(jìn)行近場(chǎng)干擾注入來判斷抗干擾問題薄弱點(diǎn)，比如用于PCB級(jí)別和電路級(jí)別EFT電快速變換脈沖群抗擾度、RS輻射抗擾度、CS傳導(dǎo)抗擾度的問題診斷分析。這種應(yīng)用中近場(chǎng)探頭的阻抗、探頭承受功率、近場(chǎng)耦合能力是關(guān)鍵參數(shù)。

? ? ? 用于近場(chǎng)注入的近場(chǎng)探頭的阻抗需要與連接的射頻功率發(fā)生設(shè)備的輸出阻抗進(jìn)行匹配以便達(dá)到最大注入同時(shí)保護(hù)信號(hào)源或功率放大器（探頭阻抗需要盡量接近50歐，差異太大的情況下就要使用衰減器來進(jìn)行匹配）這種情況下建議使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行單端口S11阻抗校準(zhǔn)。探頭的可承受功率也是重要的參數(shù)，磁場(chǎng)探頭注入功率過大有可能會(huì)有磁飽和和損壞的風(fēng)險(xiǎn)。近場(chǎng)的耦合能力與用于發(fā)射近場(chǎng)探測(cè)得到的插損曲線一致，探測(cè)耦合能力越強(qiáng)則注入能力也越強(qiáng)。

? ? ? 近場(chǎng)探頭采用成對(duì)校準(zhǔn)的方法能夠方便快捷的得到的頻率響應(yīng)和耦合曲線，對(duì)于EMC工程師深入了解探頭性能和精確靈活使用近場(chǎng)探頭都有很好的幫助。

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審核編輯：劉清