使用近场探头和电流探头进行EMI干扰排查

在开发电子产品的过程中，电磁干扰 EMI（Electro Magnetic Interference）是工程师们

不得不考虑的问题。电磁干扰（EMI）可能会导致许多问题，尤其是在产品开发阶段或产品

验收阶段。如果电路设计受到电磁干扰的影响，可能会出现乱码显示，数据接触不良或者是

其他线路故障。

许多 EMC 兼容测试失败的原因主要来源于电路中的射频能量泄漏和电路板设计本身的

相互影响。引起这种干扰的电场和磁场肉眼是不可见的，并且当我们想要深究其原因以期能

最小化 EMI 影响时，往往会发现，问题是非常复杂的。

是什么导致了这个问题？ 造成辐射干扰的信号或能量来源在哪里？ 我该如何解决？

好在，我们可以通过一些简单的工具和技术来帮助识别 EMI 干扰源。一旦确定了干扰

源，我们就可以开始着手解决问题。那么怎么去找出干扰源呢？我们需要用到一种技术，这

种技术不是严格意义上的标准 EMC 兼容测试，而是一种预测试，它可以帮助我们快速找到 干扰源可能存在的地方，并且不需要昂贵的专业设备和实验室装置。 例如使用近场探头

和电流探头来查找可能的 EMI 泄漏源。此项技术可以快速地识别问题，有效地节约时间和

经济成本。

需要注意的是，预一致性测试旨在于帮助识别和解决可能会阻碍 EMC 认证的问题，并

不能完全替代认证实验室的 EMC 合规测试。

以下是一些用于近场故障排除的基础设备清单：

频谱仪/EMI 接收机：

测量相对于频率的 RF 功率。频谱仪的最高输入频率应该不低于 1GHz,

DANL 为-100dBm (-40dBuV)或者更小，RBW 不低于 10kHz。

近场探头：购买或者手工自制。分为磁场近场探头和电场近场探头。

电流探头：购买或自制。

50 欧姆同轴线缆：使用与近场探头和频谱分析仪 RF 输入口相匹配的线缆。如果需要的

话，探头，同轴线缆，连接器可以同时配套购买。

探头：因为人类的肉眼无法直接看到电磁波，所以我们需要借助一些工具辅助测量。回想

一下我们刚刚提到的，导体中的移动电荷产生辐射到整个空间的电磁场。我们可以通过测量

电磁场功率值来衡量电路中的感应电压，从而间接地测量出源电场的强度。在 EMI 故障排

除的过程中，最常用到的两种探头是近场探头和电流钳。 

近场探头和电流钳具有类似的原理。 流过探针的“环路”区域的磁场会产生可测量的电

压（图 4）。环形区域越大，磁通量就越大，因此更适合寻找一些小信号。但是小的环形区域

提供更好的空间分辨率（从而可以更精确地找到问题点）。许多测试工具中的探头都有多种

环尺寸（见图 5），从而帮助用户更好地实现灵敏度和空间分辨率之间的平衡。

电场探头通常不会有一个环形的区域。用他们获得电场信息的方法更像是单极天线。与

磁场探头一样，电场探针旋转与否不影响测量结果，但与信号源的距离是非常重要的影响因

素。

以下是探头的使用指南：

关闭被测设备，观察频谱仪的测量值，测出本底辐射。注意，任何可能由环境或者本底

辐射引起的的射频干扰都要关注。如果在屏蔽良好的实验室中，这个问题可能不是很大，但

在普通的实验室中，一定要提前测得环境中存在的本底干扰。

探头的摆放，通信端口终端，以及机器外壳的接缝、通风口等，这些都是在测试中容易

出现问题的地方。

电场或磁场的探头离信号源近一点会测得更高幅值。

磁场探头放置的方向垂直于磁场会比平行于磁场测得更高的数据。

因为在重复的实验中探头的位置是比较重要的，因此把一个不导电的夹具（如木头，塑

料）固定在被测设备上，那么探头就可以使用了。记住，探头的位置和放置方向是十分重要

的，一点点的位置偏差或者一点点的角度偏差都会在对被测设备进行实验时引起很大的误差。

电子设备中的线缆和连接器都需要被屏蔽并且接地正确，因为它们是很好的天线，导体

外部的微小的电流变化就很容易造成探测到的辐射量超过电磁兼容测试设定的限值。电流钳

和频谱仪配合使用可以了解到线缆和连接器产生电磁辐射的原因。

电流钳和近场探头的原理类似我们可以直接从商家购买或把线圈缠在铁夹和 BNC 连接

器上自己制作（如图 7 所示）。把电流钳靠近待测的线缆，同时把它连接到频谱仪的输入端 口，把频谱仪的频率调到设定的范围。 

以下是探头的一些使用指南：

如果不能确定输入信号的大小，可以在测量之前给频谱仪的 RF 输入端加一个外置的衰

减器。电源线或者其它高功率的应用可能会影响频谱仪 RF 输入端口的灵敏度。

测量所有可能和被测设备连接的线缆。包括电源线，USB 线，网线等。（如图 8） 

电流钳，尤其是手工自制的，对环境中的 RF 信号特别敏感，这可能使得你测到的信号

是不准确或者是错误的。先连接所有的电缆，探头等，然后通过关闭被测设备来测得环境中

的 RF 信号，然后把这个本底数据和打开被测设备时所测得的数据相比较，从而得到准确的 数据。这对于循环多次测试不断变化的环境中的被测设备的 RF 信号来说也是一个好办法。

如果你的 RF 测量实验失败了，那么从出现错误的频率以及产生这些频率的基波开始着

手寻找问题。

检查和评价

在使用探头检测到的信号干扰可能并不是真实的干扰数据，但是通过观察分析测量结果，

对比被测设备的前后状态等方法，用户可以更快的进行故障排除。

以下是一些可参的实验技巧，可以帮助我们观察更多实验中的细节：

大多数的频谱仪不具有预选器。如果你是用一个不配备预选器的频谱仪，你观察到的

峰值可能不是真实的。由于带外信号和待测信号混合在一起，没有预选器的频谱仪很可能

会观测到一个假峰。

你需要通过外加一个衰减器（可以 3dB 或者 10dB）测试一下这个峰值的有效性，真

实的峰值会随着衰减量下降。如果峰值下降的量大于外加衰减的量，那么这个峰值很可能

是一个假峰。把这个假峰标注出来和兼容测试中得到的结果进行对比。你也可以使用预选

器或者 EMI 接收器，但是这些配件对于大多数快速测试来说是成本高昂的。图 10 是一个典型的峰值测试实验，黄色的轨迹是没有使用衰减器得到的，紫色的则

是给频谱仪的射频输入端外加了一个 10 dB 的衰减器得到的，这种情况下，峰值下降的量

和所添加的衰减量是一致的。这有助于确认该峰值是真峰而不是带外信号的产物。

上图 使用频谱仪的标记功能对两次扫描结果进行标记黄色的轨迹是没有使用衰减器得到的，紫色的则 是给频谱仪的射频输入端外加了一个 10 dB 的衰减器得到的

一些具有最大轨迹类型保持功能的频谱仪将会连续的保存每次频率扫描的最大值，你可

以把一个单轨作为“清除写入”（你可以打开一条迹线为“清除写入”状态），来表现射频信号，

然后把另一条设置为最大保持。这使得你可以比较被测设备在最坏的情况下的收集的数据的

变化，并且使用最大保持功能“固定”它们。

可以使用标记和峰值表功能去清楚的找出峰值频率和幅值

结论 

1.磁场由流动的电流产生。使用磁场近场探头靠近导线或回路去甄别电磁辐射。

2.电场由流动的电流或者静电荷产生。使用电场近场探头在金属平面（例如散热器，机

箱，显示屏的边界或者是机壳的缝隙等）去甄别电磁辐射。

3.使用电流钳去甄别潜在的辐射和从线缆和连接器泄漏的谐振。

4.显示屏，机壳的缝隙，带状线缆和通信端口及总线是最可能导致辐射泄漏的地方。

5.用导电带或铝箔包裹住可能产生电磁泄漏的部分，并确认包裹是接地的，再次扫描被

包住的地方的 EMI 干扰是否减轻了。

6.连接不良的电缆和连接器也会导致辐射问题。

7.通过给被测器件断电并观察频谱仪上的输出，可以多次测量环境对实验的影响。在测

量中要标注出任何的变化以及它们所带来的潜在的影响。

通过一些简单的设备，你可以在室内进行预兼容测试，

这会最大限度地减少产品开发

时间，降低设计成本，以及减少下一代产品研发过程中的反复测量次数。

想了解更多信息可以访问安泰测试网www.agitek.com.cn

如果一个新产品在电磁干扰（EMI）预兼容测试或者标准兼容测试中失败，进行故障诊断和改进是当务之急。西安普科科技PRBTEK在经过多方面选择过程中，了解到知用有一套完整的测试方案，知用接收机和知用近场探头就可以查找干扰源，完成辐射干扰源定位测试。

一、推荐设备：

知用接收机EM5080B+知用近场探头EM5030 系列

近场探头产品图

接收机产品图二、辐射干扰源定位测试示意图：

三、知用近场探头规格：

EM5030/EM5030LF 系列探头组包含了 7 个专门用来测试磁场（H）探头，它有效地屏蔽了电场干扰（E），主要用于电磁兼容整改时定位干扰源的近场探头。 EM5030 的频率范围是 30MHz-3GHz，共4 种探头形状； EM5030LF 的频率范围是 9kHz-50MHz，共 3 种探头形状。EM5030E 系列探头组包含了 2 个专门用来测试电场(E)的探头，覆盖频率范围为 30MHz 到 3GHz，主要应用于查找电场干扰源，除了探头其他部分均为屏蔽设计。

EMC测试的理想工具

A. 频率设置——设置键FREQ，SPAN

a) 整频段的扫描——设置起始频率及终止频率来确定频率范围。（如300KHz起始，300MHz终止，则扫描范围为300KHz至300MHz的频率范围。直接键盘输入数字后加上对应的单位即可完成输入）

b) 确定频率范围的扫描——设置ZX频率点，而后设置扫宽范围，即可完成某一ZX点某范围的扫描。（如10MHzZX频率点，5MHz扫宽。则为10MHz为ZX，左右各2.5MHz范围的频率扫描）

B. 设置幅度AMPT——由于EMI的辐射功率值一般较低，所以需要降低频谱仪显示平均噪声电平DNAL来将扫描结果显示出来。

a) 初始显示底噪为-50~-60dBm。如需降低，则有如下手段。

i. AMPT下输入衰减——衰减值越小则底噪越低。Z低为0dBm。（建议EMI扫描设置为0 dBm）

ii. AMPT下第二页菜单中前置放大——打开则可将底噪降低20 dBm。（根据需要进行判断是否打开）

iii. BW键下的分辨率带宽——分辨率带宽越小则底噪越小。（关系是带宽每小10倍，则底噪降低10 dBm。带宽Z高为1M，Z低为100Hz。但需注意，带宽越小扫描的速度越慢。）

C. 峰值标定PEAK&MARK

a) 直接选择面板上的PEAK键则可将当前Z高点峰值标定。

b) 打开AMPT中选型，将连续峰值打开。则频谱仪会连续在当前频段内搜索Z高值。

c) 打开光标MARK，则屏幕会出现带标号的光标点。转动频谱仪的旋钮，则可以移动光标点，可对任意屏幕点的峰值进行测量。

D. 迹线的显示TRACE

a) 频谱仪Z高可显示3条迹线。每条迹线的显示模式有如下

i. Z大保持——记录当前频段内所有频率点的Z高值，并保留

ii. Z小保持——记录当前频段内所有频率点的Z小值，并保留

iii. 清除写入——实时刷新迹线

iv. 视频平均——与此测量无关，需要可查看数据手册

v. 功率平均——与此测量无关，需要可查看数据手册

vi. 查看——停止更新迹线数据，以便于观测及读数

vii. 关闭——关闭此迹线

b) 实际使用

i. 根据迹线类型，我们可以先扫描未整改前的板子辐射情况，并记录为迹线1，用Z大保持扫描后，得到Z高的迹线情况，用查看固定迹线使其不再更新。

ii. 打开迹线2，并用Z大保持扫描我们整改后的板子，得到整改后的迹线情况，得到迹线2.对比1与2的迹线，可以了解整改前后各个频点的辐射Z大值是否有改善。

iii. 打开迹线3，并用清除写入进行检测，可得到板子目前每个测量点的辐射情况，并迹线1、2进行对比，可观测每个测量点的不同辐射情况。

iv. 将三条迹线进行对比，可得到我们整改的效果是否符合要求，并将板子上每个点的辐射情况与整体的辐射情况作对比，可知每个较强辐射的信号点产生的位置。

普源频谱分析仪DSA815 EMI近场辐射测试操作指南由安泰测试整理，如需了解更多有关普源频谱分析仪、普源示波器相关操作指南欢迎访问安泰测试网。

CYBERTEK近场探头套件主要用于电子产品的电磁场测量，实现干扰源快速位，多种形状的探头，宽频率范围，可以完成多种的电磁场测试任务。广泛应用于检测器件或者是表面的磁场方向及强度；机箱、线缆、PCB模块等磁场泄露情况；甚至可以到IC引脚以及具体的走线，从而判断干扰产生的原因，提高产品设计水平，缩短产品开发周期。

（EM8030 近场探头+EM8020A/B 放大器）专为近场测试设计的探头,适用于电子产品的电磁场测量。

一、为什么要近场测量

在EMC 测试认证标准中，是远场测量，远场测试只是能给出频率信息。显示各个频点的辐射强度，但是没有给出具体的位置信息。为了通过测试，如果没有目的的对电路进行更改，将会花大量的时间，精力，经费。加长了产品的研发周期。所以必须对产品的辐射根源进行排查，这样就要用到近场探头来具体定位干扰源，后级接放大器，可大大提高测试灵敏度。

二、CYBERTEK 近场探头套件特点

1. 宽频率范围，多种形状的探头，可以完成多种的电磁场测试任务。

2. 通过移动探头可以检测出磁场的方向和分布，适用于机箱线缆电磁泄露，IC 引脚区域，EMC 器件等的磁场检测。

3. 无源探头，可以直接连到频谱分析仪或者示波器的50 欧姆输入端，方便检查使用不同手段对磁场或者电流的变化。如果应用场合的信号比较弱，可在后级增加EM8020A/B 放大器，增益约20dB/30dB，提高系统测试灵敏度！

4. 探头轻巧，使用方便。

三、测试示意图

CYBERTEK EM8030 近场探头测试频率可达3G，在产品的开发期间可用探测PCB 的磁场变化情况。如电动机磁场辐射强度很强，可以不加放大器。示意图如下：

四、测试方法

第一步利用EM8030-1 或者EM8030-2 检测大概磁

第二步利用EM8030-3 或者EM8030-4 实现准确定位，示意图如下：

五、应用案例（开关电源）

第一步：利用EM8030-1 探测PCB 某处磁场大概强度

从图上可以看到：10MHz 附近70MHz 附近107MHz 附近有较强的磁场辐射

第二步利用EM8030-3 进一步定位（发现探头附近有两个很长的引线，探测这两根线）

上图看到探测到的这根线（该线为电池供电时的初级线圈）辐射比较强，频率在10MHz 附近和70MHz 附近！

上图看到探测到的这根线（电压输出线）在频率107MHz 的辐射比较强（上图中的10MHz 处点辐射也很强，后来发现是频谱仪的问题）通过以上两步基本查到了不同频率点的辐射源，下面的问题相对就比较容易了！当然我们可以看到上图的信号比较微弱，这时可以使用EM8020A/B 放大器，测试效果如下：

上图看到加放大器后，看到测到的辐射强度明显增加，灵敏度提高很多！

       高频电流探头是一款能够同时测量直流和交流的高频探头，其特点包括：高带宽，可准确快速捕捉电流波形；两个量程可供选择，方便小电流测量；高精度，在电流测量量程范围内，精度高达1%，满足大部分测试领域的需要；自动消磁调零功能，使用方便；电子轻触式按键设计，使用寿命更长；声光过流报警功能，提醒量程切换；标准的BNC输出接口，可匹配任何厂家示波器。

       使用高频电流探头有两种相关的技术：

      1、消除磁性(去磁/消磁)和DC偏置

为了可靠地测量低电平电流，您需要对磁芯消磁以消除剩磁。就像消除CRT显示器的冗余磁场可以提高画质一样，你可以通过对产品的消磁或消磁来消除任何剩磁。如果探头铁芯被磁化，会产生与剩磁成正比的偏置电压，从而引起测量误差。

      每当您打开/关闭探头的电源开关或向其输入过大电流时，消除探头芯的磁性非常重要。要对探头消磁，请断开探头与所有导线的连接，确保探头已锁定，然后按下探头消磁按钮。此外，探头上的调零控制按钮可用于校正探头的过大电压偏移或温度漂移。

      2、提高探头灵敏度

      可以测量流经探头钳夹的电流产生的磁场。它产生与输入电流成比例的电压输出。如果您正在测量DC信号或小振幅的低频交流信号，可以通过在探头周围缠绕多圈被测导体来提高测量灵敏度。此时，信号强度将根据缠绕在探头上的被测导体的匝数而增加。例如，一根导线绕在探头上5次，示波器显示的读数为25mA，实际电流为25mA除以5，即5mA。可以将灵敏度提高5倍。

      高频电流探头是一款能够同时测量直流和交流的高频探头，其特点包括：高带宽，可准确快速捕捉电流波形；两个量程可供选择，方便小电流测量；高精度，在电流测量量程范围内，精度高达1%，满足大部分测试领域的需要；自动消磁调零功能，使用方便；电子轻触式按键设计，使用寿命更长；声光过流报警功能，提醒量程切换；标准的BNC输出接口，可匹配任何厂家示波器。

使用高频电流探头有两种相关的技术：

1、消除磁性(去磁/消磁)和DC偏置

为了可靠地测量低电平电流，您需要对磁芯消磁以消除剩磁。就像消除CRT显示器的冗余磁场可以提高画质一样，你可以通过对产品的消磁或消磁来消除任何剩磁。如果探头铁芯被磁化，会产生与剩磁成正比的偏置电压，从而引起测量误差。

每当您打开/关闭探头的电源开关或向其输入过大电流时，消除探头芯的磁性非常重要。要对探头消磁，请断开探头与所有导线的连接，确保探头已锁定，然后按下探头消磁按钮。此外，探头上的调零控制按钮可用于校正探头的过大电压偏移或温度漂移。

2、提高探头灵敏度

可以测量流经探头钳夹的电流产生的磁场。它产生与输入电流成比例的电压输出。如果您正在测量DC信号或小振幅的低频交流信号，可以通过在探头周围缠绕多圈被测导体来提高测量灵敏度。此时，信号强度将根据缠绕在探头上的被测导体的匝数而增加。例如，一根导线绕在探头上5次，示波器显示的读数为25mA，实际电流为25mA除以5，即5mA。可以将灵敏度提高5倍。