人工電源網(wǎng)絡(luò)阻抗計量校準

1. 概述

依據(jù)EMC標準CISPR16-1-2以及GB/T6113.102，人工電源網(wǎng)絡(luò)（AMN）和線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）的主要功能之一，是向EUT電源端提供規(guī)定的阻抗。

標準建議允差：模值±20%，相角±11.5°。

那么，標準“規(guī)定的阻抗”是如何得來的？在計量時如何準確測試網(wǎng)絡(luò)真實阻抗？采用的儀器、功能、適配器和校準方法，都有什么要求?影響測量結(jié)果的關(guān)鍵因素有哪些？

2. 標準中網(wǎng)絡(luò)阻抗數(shù)據(jù)來源

2.1.   標準中規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)

標準中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分頻段A (9~150kHz) 和頻段B (150k~30MHz) 分別給出，對應(yīng)兩種V型網(wǎng)絡(luò)：50Ohm|50uH+5Ohm 和 50Ohm|50uH。同時標準中數(shù)據(jù)表標注說明，用于頻段A的50Ohm|50uH+5Ohm網(wǎng)絡(luò)，如果滿足頻段B的要求，也可用于150k~30MHz頻段B的測試。

因此，目前市面上常見的，用于9kHz~30MHz滿足CISPR標準規(guī)定的人工電源網(wǎng)絡(luò)，采用50Ohm|50uH+5Ohm的設(shè)計。

2.2.   網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)數(shù)學(xué)建模和驗證

采用CST構(gòu)建50Ohm/50uH+5Ohm的網(wǎng)絡(luò)模型，分析復(fù)阻抗Z參數(shù)，仿真結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)阻抗數(shù)值與標準上述內(nèi)容規(guī)定的數(shù)值一致。

3. 人工電源網(wǎng)絡(luò)阻抗計量方法

依據(jù)標準，人工電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗是復(fù)阻抗，包括模值和相角。因此，最合適的測量儀器是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。為了獲得準確測試結(jié)果，必須采用合適的校準方法。

3.1.   校準方法

標準規(guī)定：

NOTE Because EUT connectors are not optimized for radio frequencies up to 30 MHz, the measurement of the network impedance is carried out with special measurement adaptors to enable short-length connections. The OSM (open/short/matched) calibration of the network analyzer is used to characterize the adaptors,taking the insertion loss and the conductor lengths of the adapters into account.

所以，校準參考面不能在同軸接口，是在轉(zhuǎn)接適配器電源插頭和地線接頭之間；轉(zhuǎn)接適配器的地線盡量短且應(yīng)使用銅薄板等形狀較為固定的連接方式；OSM校準件，需要針對所用適配器的特殊設(shè)計。因為頻率相對較低，30MHz以下，因此這些校準件可以用微帶和50Ohm電阻設(shè)計和制作，或者連同適配器直接購買。

3.2.   測量方法

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本功能是S參數(shù)測量，同時，絕大多數(shù)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有Z參數(shù)測量功能(自動通過S參數(shù)換算，給出Z參數(shù)曲線)。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Z參數(shù)測量結(jié)果，可以顯示為線性幅度模值Ohm，同時也可顯示相角，度°。

4. 影響測量結(jié)果的重要因素分析

4.1.   適配器地線長度影響

人工電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗相角，是以網(wǎng)絡(luò)的接地外殼作為參考0度。

校準后的適配器接地端子，與外殼接地點之間的連接長度應(yīng)該為0，校準參考面以外的延長接地線，其長度影響人工電源網(wǎng)絡(luò)的相位測試結(jié)果：

如果 f=30MHz，L=200mm

所以，200mm的接地延長線，會讓相角測試值比實際值大 7.2o 。

上述分析可以通過CST仿真完成，假設(shè)校準是在同軸端完成的（參考面R1），那么接地延長線的長度L2，對高頻段相位測試的影響非常大；對模值影響不大。

調(diào)整接地線L2的長度：0/20/105/200/400mm

4.2.   網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部地線長度影響

阻抗校準測量過程中，人工電源網(wǎng)絡(luò)的接地端子，內(nèi)部導(dǎo)體與網(wǎng)絡(luò)的接地外殼之間，通常有接地線，其長度L0也會影響相角，對應(yīng)人工電源網(wǎng)絡(luò)真實相角。如下圖，L0由0改變?yōu)?00mm，相角由0.3°變?yōu)?.5°。

這也是在實際人工電源網(wǎng)絡(luò)阻抗測量時，相角大于0.3°，而且，不同的接地端子連接地線長度不同，所以連接不同接地端子相角測量結(jié)果可能不一樣。但是，總的要求是，相角允差±11.5°。

5.  總結(jié)

•  標準中人工電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗數(shù)值來自于相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)學(xué)網(wǎng)絡(luò)分析，例如50Ohm|50uH+5Ohm網(wǎng)絡(luò)：

  

• 使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量；
  

• 轉(zhuǎn)接適配器接地連接長度盡量短，且有專用OSM校準件；

• 校準參考面是轉(zhuǎn)接適配器的DUT連接端子；

• 參考面后接地延長線的長度，對應(yīng)相位增加值。