EMI測試的基本觀念前言隨著電子產品數位化的普及，各國也紛紛對電磁干擾的問題加以重視，在可以預見的未來，大部份的電子產品，在銷售到市場之前，都會被要求符合相關的EMI測試規格，而在EMI測試上的許多名詞與方法，一直缺少詳盡的說明與解釋。
本文即針對在EMI測試上常會遇到的一些問題，提供讀者作一參考一‧EMI要求測試的精確度為何？關於測試上的精確度，一般而言自然是要求達到精確，例如一顆石頭用不同的秤來秤，其結果是不會相差太大的，但是在EMI上的測試卻不同於一般的量測，往往同一個樣品在甲測試場地和乙測試場地所測得的結果值會有很大的差異，甚而在甲測試場地所測得的值可以符合限制值的要求，但乙測試場地所測得的值卻無法符合要求。
關於這個問題，相信許多接觸過EMI測試的工程師都有這種經驗，因此便有某個實驗室較鬆或較嚴的說法產生，要清楚的說明這個問題，便需要了解EMI 要求測試的精確度為何？由於大多數人一直沿用一般的測試觀念來看待EMI的測試，故而產生了許多誤解與人云亦云的說法。
嚴格地來說，在EMI測試的要求上並沒有精確度的觀念，也就是EMI測試是無法要求每一個雜訊頻率點的讀值非常精確，那麼EMI測試的基本要求是什麼呢？這一點在早期的MP4中有很清楚的說明，輻射和AC電源傳導測量必須在一能確保有效的(valid)、可重覆的(repeatable)測試結果的環境下測量，事實上，這兩點是EMI測試上所要求的精確性。
所謂有效的是指所測得的雜訊確實是由待測物(Equipment Under Test)中所輻射出來的，而非外界或其它儀器所產生的。
例如在開放測試場地(Open Site)測試輻射與傳導雜訊，因為外界的雜訊非常多，像FM電台、TV電台、火腿族或附近正在使用的一些電子產品，這些會與待測物的雜訊同時出現在頻譜分析儀(Spectrum Analyzer)上，若沒有仔細的判斷，可能會將外界雜訊誤認為是待測物產生的雜訊，那麼便失去了有效性的要求，而且也無甚意義。
所以通常有經驗的EMI測試工程師會事先在屏蔽室(Shielded Room)或電波無反射室(Anechoic Chamber)內，將待測物的雜訊輻射頻率點找出，以避免產生錯誤，或將待測物的電源關掉，若此時雜訊仍然存在，則表示是外界所產生。
若雜訊消失而再開電源雜訊又產生，則可確定該點之雜訊是待測物所產生，如果沒有經過這些方法的檢驗，則測試的結果可能是不正確的。
為使讀者能更快明瞭開放測試場地的雜訊，在圖1中所顯示的即是一開放測試場地在頻譜分析儀中所出現的雜訊，一般稱之為背景雜訊(Ambient noise)。
圖1 開放測試場地的背景雜訊由圖1中讀者可以看到在88MHz-130MHz頻帶有許多甚強的雜訊存在，大多為電台的訊號，若待測物的雜訊是在這範圍內，則無法由開放測試場地測得雜訊輻射的大小，一般可以忽略與電台頻率重疊或相近的雜訊，除非此雜訊比電台信號還高，或者若有電波無反射室的設備，則可以直接在電波無反射室測試記錄即可。
另外關於可重覆的意義，則是指在不同時間測試同樣的待測物，其結果值必須是相同的。
如果同樣的待測物，在同一測試場地經過多次的測試，而每次結果值都不相同，那麼這樣的測試便不符合可重覆性的要求。
談到可重覆性的問題，便要同時考慮兩個重要的因素，一個是測試場地與儀器設備，另一個則為待測物的配置擺放(Configuration)，關於第一個因素較普遍被討論到，如測試場地的場地衰減(Site Attenuation)在ANSI C63.4-1992中，便有詳細的說明介紹與測試方法，其中並規定開放測試場的場地衰減與標準值之間的誤差需在±4 dB以內，這要求已經包括了測試場地、天線、測試儀器等誤差的考慮，也就是說如果場地衰減是符合這個要求便可作為測試場地的測量。
一般而言，只要場地能符合場地衰減，大多都能達到可重覆性的要求，除非是因天候狀況不佳(下雨)或測試儀器故障。
而另一項最容易被測試工程師所忽略的便是待測物的配置擺放，這一點往往是造成測試結果不同的主因，在早期MP4中的要求，對待測物的配置位置除了依典型使用的方式擺放外，還必須找出雜訊輻射最大的位置，也就是一般所謂的最差情況(worstcase)，由於待測物往往有許多連接線，而連接線的位置擺放常會使得測試讀值有很大的差異。
因為這些線通常都成為激勵天線或寄生天線將雜訊輻射到空中，所以有時將線拉直或靠近機體，會使雜訊升高許多，以往由於對這個現象並沒有深刻的認識，故常見許多工程師對同一樣品在不同時間測試所得結果不同感到疑惑，而認為是測試場地不良。
為使讀者能很快明瞭這中間的差異，在此做一個簡單的實驗，使用一條模擬線連接在PC的VGA卡上，將連接線相對於接地平面(Ground Plane)水平及垂直擺放，看其最大輻射點的讀值差異。
圖2 模擬線擺放不同的位置圖3 模擬線水平擺放圖4 模擬線垂直擺放由圖2、圖3及圖4中相信讀者能更快了解，待測物週邊對雜訊輻射影響的程度，所以若每次測試待測物與週邊連接的位置不同，皆可能使得所測得的輻射強度不同，雖然MP4中有說明要找出最大輻射的擺放位置，但這畢竟有些見人見智，故而有的實驗室將週邊連接線繞在機器上測試，以使得雜訊最大，但這是違反一般人使用的原則。
就因為沒有一個標準方法可以供參考，對判斷樣品是否通過測試造成困擾，故在1991年出版的ANSI C63.4中對PC 類產品的擺放位置皆已有固定的要求(圖5及圖6)，如此便可避免這些差異的發生，或將其影響減低到最小。
對於有效的與可重覆的測試結果，筆者已經解釋得很詳細，相信讀者能夠清楚明瞭，在此並將重點整理如下表表1 EMI 測試要求的精確度 項目有效的測試結果 可重複的測試結果建 議 方 法 1.在屏蔽室先找出待測物精確的頻率點。
2.在open site 測試需將待測物關機確認。
3.儘量在低背景雜訊場地或電波無反射室測試。
4.測試人員操作需熟練。
1.天線、測試接收機、電纜、測試場地定期校正。
2.待測物配置擺放需固定。
3.測試人員操作需熟練。
圖5 ANSI C63.4 輻射測試配置二.何謂一標準的EMI測試場地？關於一標準的EMI 測試場地，我們可以從兩方面來討論，第一個是場地外觀周邊的要求，另一個即是場地衰減的要求。
首先在場地外觀周邊要求上，在早期FCC所公佈的OET 55中有說明測試場地的特性，無論是3m、10m或30m 的測試距離，至少需有如圖7之橢圓形場地內不能有樹木、草叢或金屬圍籬等，而在橢圓形範圍外若有建築物或停車場也可能會影響到測試的結果，故亦須注意所選擇的場地要儘量遠離大型物體或任何一種金屬物體。
測試場地的地形必須平坦和水平，在表面上任何大於5cm的物體(如小石頭)必須清除，另外也建議最好能使用接地金屬平面或金屬網(mesh)，在ANSI C63.4-1992中則有更詳細的說明與要求，不過大體的精神是一致的。
圖6 ANSI C63.4 測試配置俯視圖圖7 無障礙物之橢圓形場地在找到俱備這些條件的場所後，其所建立的測試場地的場地衰減也必需符合一定的要求範圍內，才能算是標準的測試場地。
關於場地衰減(Site Attenuation)是什麼？相信很多EMI測試工程師也講不出個所以然，只是依法規上要求的方法與步驟去執行來判斷場地是否合格，故在此筆者做一個簡單的觀念說明。
從遠場的角度來看，電磁場是隨距離以1/r衰減，也就是從理論上來看，每當距離增加10倍則電磁場強度會減少20dB，如圖8的說明E1mTXE10m1m10mE1m:1m 時測得的場強E10m:10m時測得的場強E10m=(1/10)E1m20log(E10m/E1m)=20log(1/10)=-20dB圖8 場強衰減的計算上述說明是從理論計算所得，但是由於實際上空氣中的水份、雜質、周圍的反射物以及接地平面的反射等，皆會造成場強衰減的異常，所以一般會要求在待測物到接收天線之間的場地衰減要符合要求。
因為實際測試時，待測物的雜訊是經過這段空間然後到接收天線，故場地衰減的測量可以說要確定這空間區的衰減是否接近理論值，若與理論值差距太大，則表示可能附近有反射物或接地平面不良等因素造成，此時待測物雜訊可能因週圍金屬物的反射，造成讀值偏高或明顯減低而影響了測試的準確，在ANSI C63.4中是要求在±4dB之範圍內。
一般除了符合上述場地的條件外，對於背景環境的雜訊也要愈低愈好，否則往往由於背景雜訊而無法看出待測物雜訊的強度。
基於這個理由，所以大多數的開放測試場地都選擇遠離城市的郊區或山區，便是要避免許多外來的雜訊，在圖9中是一機車靠近Open Site時的雜訊情形，讀者可以和圖1比較即可知雜訊影響的大小。
圖9 開放測試場地的背景雜訊在MP4和ANSI C63.4中皆有提到背景雜訊的要求，在待測物關機時，傳導和輻射的背景雜訊至少要低於所使用標準或規定的限制值6dB以上，若背景雜訊與待測物的雜訊合起來總值不超過規定的限制值，此時待測物也可被視為符合限制值。
為使讀者更加明瞭，在此舉例說明，如果限制值是規定不能超過40dBuV/m，那麼背景雜訊至少須低於34dBuV/m，此時的讀值才可視為雜訊的強度。
如果在某一點的雜訊讀值為41dBuV/m，依規定是無法通過測試，若將待測物電源關閉，而背景雜訊為38dBuV/m，則因為背景雜訊沒有低於限制值6dB，故無法判定該點是否符合‧如果雜訊讀值為38dBuV/m，而將待測物電源關閉，背景雜訊為36dBuV/m，則雖然背景雜訊沒有低於限制值6dB，但二者合起來的讀值並沒有超過所規定的限制值，則此時可視為符合限制值的要求。
假如輻射背景雜訊或電源線傳導背景雜訊在某些頻率超過規定的限制值，則其建議用下列方法替代使用:(1)可在較近的距離測試，然後用內插法換算出在規定距離的輻射量，此方法必須在報告中說明。
(2)對由廣播電台或工業設備所使用的頻段，可在電台停播和工業設備雜訊降低到比限制值低6dB時測試。
(3)在電波無反射室內進行測試。
(4)在屏蔽室進行電源傳導測試。
(5)對於電源線傳導測試，可以使用一個適當的濾波器，放在電源和LISN之間。
(6)找出測試場地背景雜訊較低的方向測試。
(7)如果被測試的信號是窄頻(narrow-band)而背景雜訊為寬頻，則可降低接收機的頻寬。
上述的方法是容易被一般測試工程師所忽略，所以在此作一個較詳盡的說明。
在(1)中提到較近距離測試，是假設雜訊輻射皆是以遠場的方式向外傳播，則此場強會以1/R衰減，因此我們可以用這個方法以理論上計算不同距離的場強值。
為使讀者能更清楚運用此方法，筆者在此做一說明，假設一待測物在3m測試時的雜訊讀值為40dBuV/m，則理論上將接收天線移到10m處時雜訊強度為多少？由於40dBuV/m相當於100uV/m(20log100=40)則依1/R衰減求得10m之場強值為100 x (3/10) = 30 uV/m，將其轉換為dB則為20 log 30 = 29.54 dBuV/m ，由於大部份測試皆是以dB計算，故我們因此可以求得一轉換因子(Inverse Factor) 20log(R1/R2)，此處R1為已測得的距離，R2為理論上之待測距離，則3m和10m之轉換因子為20log(3/10)=﹣10.45dB。