0 引言

电磁兼容是指“设备或系统在电磁环境中能正常工作且不对该环境构成不能承受的电磁骚扰的能力”[1].随着电子产品向着小型化和智能化发展，电路的频率越来越高，结构越来越复杂，使得电磁兼容问题越来越严重，解决电磁兼容问题逐渐成为电路设计过程中最重要的一个环节，电磁兼容测试系统也应运而生.电磁兼容测试系统最具有代表性的为加拿大容向公司的Emscan扫描系统，该系统拥有1 218个小型电流环探头阵列，优点在于探头数多，数据采集速度快，通过软件实时观测电磁场分布，具有强大的后台分析和处理能力；缺点在于价格昂贵，由于探头是固定的，所以无法更换测试频率更高或性能更好的探头，扫描测试的精确度无法调整，有一定的局限性，无法达到预期的效果.本设计结合了Emscan系统的优点，可以通过软件实时显示采集数据和图形式的电磁场分布并且控制频谱分析仪的设置扫描，完成自动化测试.在这一基础上继续改进，可以根据不同的测试要求更换不同频率和性能的近场探头，调整扫描分辨率，打破了Emscan扫描的局限性，使得测试结果更加精确可靠.由于探头完全自制，因而可根据需要设计不同频段和性能的探头，并通过仿真和实际测试达到使用标准，应用在扫描系统中.

1 系统简介

  

图1 硬件系统结构图Fig.1 Hardware system structure diagram

设计的电磁近场扫描系统主要由硬件平台和软件平台两部分构成.其中硬件平台包括计算机、频谱分析仪、近场探头、单片机控制电路、二维扫描平台（由步进电机、滚珠丝杠组成）.硬件系统结构图如图1所示.

软件平台作为人机交互平台，其核心的部分是控制扫描软件.它的主要的功能在于操作控制频谱分析仪、设置二维扫描的扫描距离和精度、对测试

数据进行处理和显示，通过这些功能完成整个系统的运行测试.

整合智能测量仪器和计算机测控的电磁近场扫描系统，可使用上位机软件完成对仪器的控制和测试数据的采集显示，同时上位机软件控制步进电机实现二维扫描，每一个对应测量点的场强强度由频谱分析仪测量并上传到上位机显示，所有的测试点组成电路板的场强分布.系统可以完成400 mm×400 mm电路板的电磁近场测试，通过测试结果分析并改进电路板，最终达到电磁兼容的测试标准要求.

2 硬件平台的设计与实现

2.1 频谱分析仪通信

设计的控制测量软件流程图如图8所示，串口的作用是实现PC端和单片机的通信.上位机软件实现控制测量的具体实现步骤：进入界面后，系统会自动连接计算机与频谱分析仪，如果初始化失败，则会提示错误并退出界面；若初始化成功，则打开串口，选择相应的波特率完成串口通信，并根据测试要求设置起止频率、尺寸、显示范围等参数.

本设计所使用的通信方式为LAN通信，因为该通信方式的通信延迟时间短、可靠性较高，连接后通信稳定，数据传输速率高，非常适合系统的测试.通过LAN网线连接计算机和频谱分析仪，使用局域网配置IP地址、子网掩码和默认网关，完成两者间的通信.

2.2 二维精确扫描

现如今很多的电磁兼容测试都是使用手持探头的方式进行的，这种方式有几方面的缺点：1）手持测试会耗费大量的人力，并且测试速度缓慢，无法保证时间要求；2）由于人体本身就是一个导体，产生的辐射场会对电磁场产生干扰，对探头的性能产生影响，最终造成结果的准确度不高，无法达到预期测试效果；3）手臂移动距离无法精确控制，并且手持测试不稳定易晃动，这些不稳定因素也会导致测试失败，产生较大的误差.

为了解决上述问题，本系统采用固定探头和二维精确扫描，保证了测试过程中探头的稳定性和准确性.二维扫描架如图3所示，扫描架通过步进电机转动角度，利用滚珠丝杠转化为直线运动，上位机软件进行移动距离的设置和定位，使用单片机准确控制步进电机的转动角度，进而精确控制丝杠的移动距离，最大程度地减小测量误差，克服人工操作带来的影响.

  

图2 频谱分析仪LAN接口Fig.2 Spectrum analyzer LAN interface

2.3 近场探头设计

倒F天线是在单极子天线的基础上发展起来的一种变形结构，经历了1/4波长单极子天线的倒L天线再到倒F天线的过程[2].倒F天线的特点是结构简单、无需额外匹配电路、重量轻、辐射效率高、可共形、灵活性强、性能可靠、制作成本低、容易实现多频工作等，在许多应用中得到了广泛的应用.倒F天线结构如图4a）所示，图中W为传输线宽度，L为谐振长度，H为天线的高度，S为天线接地点和馈电点的间距，接地点和馈电点分别有一个竖直臂.这些结构参数决定天线的输入阻抗、谐振频率和天线带宽等特性.

小学时期正是学生成长的重要时期。在这个时期，学生的身心都在发展过程中，是对于学生进行思想培养、促进思维成长的重要阶段。在过去的教学当中，课堂上的主体是教师，学生知识被动的进行学习，学生更多是死记硬背，使得学生的思想固化，阻碍了学生多种思维的发展，以至于影响了学生未来的成就。因此在现今的小学教学当中，应该提出学生的主体性地位，培养学生多方面能力，促进学生的发展。

用户交互界面即为上位机控制测量软件，它的主要作用是控制仪器、二维扫描平台和对数据的采集显示.软件使用的VB语言编写，在VB环境下，可以利用VISA驱动通过LAN网线控制仪器设备，VISA的驱动对仪器是通用的，这实质上是利用VISA函数与硬件无关的特性[7-10].以此为基础编写用户界面，软件界面如图7所示.

马队向两边分开，三匹马跑上前。马上三人，有两人秦铁崖认识：一位是刑部尚书赵凤洲，另一位是长城大侠魏长安。

倒F天线在设计过程中，谐振长度L和天线高度H的长度之和约为1/4个工作波长，由于天线的贴片蚀刻在PCB介质层上，所以L和H的长度之和一般介于1/4个自由空间工作波长和1/4个介质导波波长之间[3].

使用水力清淤混合器可以清除河道淤泥，效果比较好。要确定清淤器的水喷嘴和喉管的比例，喷嘴和吸泥管的比例范围，需在一定的标准范围内才行。像喉管横截面的长度和直径要相同，才能保证混合泥浆处于稳的状态；扩散管需做成锥形，减少能量转化时的能量损失，提高泥浆的位能；泥浆吸入时需要于泥浆相等量的高压水，保证充分的混合稀释，保证泥浆的流速；保证喷嘴处的高压水流速适宜，水压比例在喷嘴水压的有效值内。一般来说，清淤机的工作效率并不高，不到水泵效率的的一半。10%-40%。

本文使用Ansoft HFSS v13.0软件设计天线模型并进行仿真测试，设计的模型如图4b）所示.受倒F天线结构的启发，设计的近场探头采用相似的结构，激励端口的位置不同，探头的性能也会不同，设计的结构是将激励端口放置在传输线的末端，并在两条横臂都添加了过孔处理[4-6].本文建立的模型主要包括F形状天线、介质层，其中介质层的材质使用的是PCB中最常用的玻璃纤维环氧树脂FR-4，它的相对介电常数为4.4，厚度为1.635 mm，其他的参数如表1所示.

她看到何美宁用手擦眼睛，泪水没擦干，眼眶又红了；她看了一眼雷红，两行长泪挂在雷红脸上；自己也忍不住要流泪了，她一再提醒自己，不要被何美宁感动了，最后，还是被感动了，看得出，雷红比她还感动。

2.1 比较效益低下，影响农民种植积极性：彰武红干辣椒销售收入多年在 36000 元/hm2左右，即单产 4500kg/hm2，8 元/kg；而大葱、蒜苗等露地菜收入在 60000元/hm2左右，即单产60000kg/hm2，1.0元/kg。2014年虽然干椒收购价格达10元/kg左右，收入达到45000元/hm2左右，但辣椒种植收入仍是蔬菜中较低的。

从回波损耗（S11）曲线可以看出该结构的中心谐振频率在6.35GHz，此点的增益值为-25.4475dB，此处的回波损耗良好；驻波比（VSWR）为1.112 8，根据驻波比定义，一般驻波比在1.5以下的情况下，反射率即为理想状态，所以在6.35 GHz的频率点符合设计要求.该频率大于2.4 GHz，属于高频，证明该近场探头可以应用于高频段测试.

完成上述操作后，点击“测量”按钮，系统将按着一条龙的顺序扫描，二维扫描平台走一次采集的数据通过预设颜色显示在一个方格中，值的大小对应右侧的彩色条，显示结果和测试产品的位置完全对应，整个过程是自动化测试，测试的结果实时显示在软件界面，当完成测试后可将采集的数据以Excel表格形式保存，测试结束后可直接关闭界面，系统将自动关闭计算机与频谱分析仪的对话通道，防止资源占用浪费.

从矢量网络分析仪实测的S11曲线可以看出，制作出的PCB探头的谐振频率点在6.53 GHz，与仿真结果接近，结果表明实物达到了应用的标准，并且可以测试高频信号.将PCB近场探头用于本系统的测试上，做进一步的验证.

  

图3 二维扫描架Fig.3 Two dimensional scanning frame

  

图4 2种不同结构图Fig.4 Two different structures

 

表1 模型结构参数Tab.1 Model structure parameters

  

变量意义 变量名 参数值/mm谐振长度 L 3第1横臂 H1 2第2横臂 H2 1.4微带线宽度 W 0.3微带线厚度 T 0.035两横臂间距 S 2.4过孔直径 R 0.4介质层厚度 SubH 1.635

  

图5 仿真测试结果Fig.5 Simulation test results

  

图6 实物与实测Fig.6 Object and measurement

3 用户界面的设计与实现

选取2015年1月～2017年6月在我院治疗的原发性肝癌患者70例作为研究对象，回顾性分析其临床资料，根据治疗方式的不同将其分为TAE组24例与TACE组46例。其中，TAE组男16例，女8例，年龄41～85岁，平均年龄（58.49±3.11）岁，Child-Pugh分级：A级6例，B级7例，C级11例；TACE组男30例，女16例，年龄42～85岁，平均年龄（58.56±3.17）岁，Child-Pugh分级：A级11例，B级13例，C级22例。比较两组一般资料，差异无统计学意义（P＞0.05）。

这些民间故事虽然是传说，但又和本地的地名吻合，是有较高的可信度的。通过这堂课学生对家乡的文化有了进一步了解，更增加了想去了解的欲望，课后学生自发的找了家乡民间故事读本来传阅。更重要的是通过这一活动增强了学生对家乡的热爱之情。

易代之际，社会失序，兵匪频仍，不仅存世典籍存在毁灭殆尽的危险，广大士人更面临着何去何从的考验。在人心易于迷失之际，朱彝尊从前明遗民的立场出发，由文弱书生一举变为抗清志士；在清祚日固而抗清无望的情势下，朱彝尊又及时调整人生方向，坚守儒家士人的底色，超脱了朱姓天下的局限，以“崇儒传道”为职志，而积极致力于故国文献之整理与儒家典籍之承传。家学渊源奠定了朱彝尊优异的学术品格与坚忍不拔的治学精神，庞大的学术文化圈使其能充分利用各种资源。朱彝尊弘富的著述及其所树立的学术典范表明，中华文明生生不息，古典文献传承不坠，正是因有朱彝尊这样追求博雅而终生治学不辍的学人的努力，才使之成为可能。

  

图7 软件界面Fig.7 Software interface

界面包含二维扫描平台控制、频谱分析仪控制、数据采集和显示区域.二维扫描平台控制区域，可以设置扫描的精度和滚珠丝杠横、纵向移动的距离，方便测试不同大小的样品，4个虚拟方向键可用来调整二维扫描平台的位置.仪器控制区域主要包括设置频谱分析仪的起止频率、显示仪器截图、设置标记点、采集数据、复位频谱分析仪、数据导入Excel表格等，这些功能不仅可以完成对频谱分析仪的操作，还可以存储数据方便后续的研究分析.数据范围设置主要功能是根据不同的测试场强强度范围设置不同的彩色条显示，方便在显示区域确定测试场强强度，直观的了解测试产品的场强分布.

频谱分析采用Aglient N9038A频谱分析仪，它支持GPIB、USB、RS-232、LAN等通信方式.LAN接口如图2所示.

完成模型结构的设计后，使用HFSS软件进行仿真，仿真后得到的结果如图5所示.

根据所得模型的尺寸，制作了若干PCB近场探头成品，采用50 Ω的SMA接头同轴馈电，对探头进行了实际测试.实际测试使用的是Agilent N5244A矢量网络分析仪，对其S11参数进行测试，探头实物和实测结果如图6所示.

  

图8 软件流程图Fig.8 Software flow chart

4 系统测试及结果分析

使用该系统进行测试，首先要连接探头和频谱分析仪，接入信号源和二维扫描平台，打开软件设置对应的串口，整体系统连接如图9所示.

测试的电路板长为16.6 cm，宽为9.9 cm，信号发生器的信号线接到电路板的一端，电路板以及该端口的电路走线如图10所示.

上位机软件设置参数为扫描的步进距离为0.5 cm，探头距离为1.4 cm，根据测试需要设置彩色条标度，开始测试.

  

图9 整体测试系统Fig.9 Integrated test system

  

图10 测试电路板Fig.10 Test circuit board

信号发生器输入频率为6.35 GHz的信号，二维扫描平台开始移动扫描，频谱分析仪采集的数据显示在上位机软件上，并通过颜色表示绘制方格中，系统测试结果如图11所示.

从测试结果可以看出场强分布与电路走线基本一致.由于导线经过电流时，会在其周围产生场，呈现出面的场强分布.图中右下方深色部分，是信号源接入的位置，表示该部分场强强度很高.中间浅色区域按着电路的走向分布.而左上方浅色区域表示电路板这个部分的场强很弱，强度值平均在-73 dBm左右，出现此情况有2点原因：1）该部分没有电流通过，探测的信号较弱；2）该频段信号在导线传输过程中衰减很多，辐射周围强度较弱.根据测试的场强分布可以看出电路板线路分布以及信号对电路板功能的影响.6.35 GHz频段的测试效果和探头性能符合预期效果.

本系统测试结果相对准确，如表2所示，并且有4点优点：1）可以设置扫描距离，根据不同分辨率调整测试距离，使测试更加精确；2）上位机软件控制频谱分析仪，可以完成频谱分析仪的参数设置并测量某一特定点的实时增益；3）本系统测试频率范围广，可达6.35 GHz，优于Emscan系统；4）成本低，适用于实验室的电磁兼容测试.

  

图11 6.35 GHz测试结果Fig.11 6.35 GHz test results

 

表2 部分测试数据Tab.2 Part of the test data

  

测试频率/GHz 增益值/dBm 6.35 -51.23 6.35 -53.65 6.35 -56.78 6.35 -60.53 6.35 -62.84 6.35 -66.19 6.35 -76.43

5 结束语

本文设计并实现了一种电磁兼容扫描系统，通过LAN通信和串口通信将计算机、频谱分析仪、二维扫描平台连接在一起，组成完整的测试系统，本系统使用步进长度可以调整的自动化扫描，提高了扫描效率和结果的准确性.通过上位机软件实时显示测试结果，直观呈现给用户，方便对测试结果的分析，测试使用的自制近场探头可以达到6.35 GHz的测试频率，满足了低频、高频测试的需求，根据不同情况跟换近场探头，使测试更加灵活多变.

该扫描系统大大节省了人工测试时间，计算机采集数据可以有效地减小误差.上位机界面简洁，操作简单，人性化设计，直观的显示结果并完整保存相关数据，为中小型实验室提供了可行的产品，具有很好的使用价值.

参考文献：

[1]GB/T4765-1995，电磁兼容术语[S].

[2] 严冬，汪朋，李帅永.2.45 GHz印刷倒F天线的研究与实现[J].仪器仪表学报，2015，36（10）：2372-2380.

[3] 李明洋，刘敏.HFSS天线设计[M].第2版.北京：电子工业出版社，2014.

[4] Soliman A，Elsheakh D，Abdallah E，et al.Multiband printed metamaterial inverted-F antenna（IFA）for USB applications[J].IEEE Antennas and Wireless Propagation letters，2015，14：297-300.

[5] Kuehn S，Wild M，Sepan P，et al.Automated near-Field EMC/EMI scanning system with Active electro-optical field probes[J].IEEE Electrical Design of Advanced Packaging and Systems Symposium（EDAPS），2012：109-112.

[6]Elsheakh D M，Safwat A M E.Slow-wave quad-band printed inverted-F antenna（IFA）[J].IEEE Trans Antennas Propag，2014，62（8）：4396-4401.

[7] Agilent VISA User’s Guide for IO Libraries Suite[M].2007：18.

[8] 赵立军.基于VISA接口的可编程电源输出控制程序[J].计量与测试技术，2015，42（12）：1-2.

[9] 苟江川，朱峰，刘光辉，等.基于虚拟仪器的电测干扰近场测试系统设计[J].计算机测量与控制，2015，23（1）：16-18，21.

[10]黎梨苗，陆绮荣，陆红阳.虚拟仪器软件结构VISA的应用研究[J].测试技术，2014，31（1）：158-161.