電気電子製品の伝導性および放射性干渉の定量的測定におけるEMIスペクトラムアナライザの応用研究

要約：
電磁干渉（EMI）は、電気電子製品の信頼性と適合性を制限する重要な要因です。伝導性干渉は電力線や信号線を介して伝搬し、放射性干渉は空間を介して伝搬します。どちらも機器の正常な動作と電磁両立性（EMC）認証に影響を与えます。定量的なEMI測定の中核となる機器として、 EMIスペクトラムアナライザ 干渉信号の周波数領域解析、正確な振幅校正、および標準適合判定を実現できます。 LISUN EMI-9KB 本論文では、EMI伝導・放射干渉試験システムを研究対象とし、伝導・放射干渉試験用EMIスペクトラムアナライザの測定原理、システム構成、技術仕様、試験手順について詳述する。測定データとの比較検証を行い、電気電子製品のEMC設計、是正、認証試験のための技術的参考資料を提供する。

1はじめに
スイッチング電源、可変周波数ドライブ、LED照明、スマートホーム機器などの電気電子製品の高周波化と小型化が進むにつれ、内部の高速スイッチングや非線形負荷によって発生する高周波電磁ノイズが伝導経路や放射経路を通じて外部に放出され、通信ビットエラー、音声ノイズ、表示異常、さらには潜在的な安全上の危険を引き起こす可能性があります。そのため、CISPR 15、GB 17743、FCC Part 15、EN 55015、EN 55022など、国内外で厳格なEMC規格が制定され、製品にはEMI試験の合格が義務付けられています。

EMIスペクトラムアナライザは、時間領域の電磁信号を周波数領域の分布に変換し、干渉信号の周波数、振幅、帯域幅、分布特性を正確に取得し、伝導性および放射性干渉の定量的測定を実現します。従来の試験装置には、自己干渉が大きい、ダイナミックレンジが不十分、自動化が低いなどの欠点があります。高性能EMIスペクトラムアナライザを核として、 LISUN EMI-9KB 自己干渉を効果的に抑制し、標準周波数帯域をカバーし、国際的に認められたレポートを出力する、完全自動のEMI試験システムを構築します。これにより、照明器具、家電製品、電源装置、その他の製品の適合性試験要件を満たします。

2. 電磁干渉のメカニズムと測定の基礎

2.1 伝導性干渉と放射性干渉
伝導性干渉：干渉エネルギーは、電力線、信号線、接地線などの導体を介して伝搬し、主に9kHz～30MHzの周波数帯域で差動モード/コモンモードの電圧と電流として現れます。
放射干渉：干渉エネルギーは、ケーブル、PCB配線、筐体の隙間などのアンテナから放射される電磁波の形で空間を伝播し、主に30MHz～300MHz以上の周波数帯で発生します。

2.2 測定基準
このシステムは、CISPR 16-1、CISPR 15、GB 17743、FCC、EN 55015、EN 55022などの規格に準拠しており、試験装置、帯域幅、検出モード、および限界曲線が統一的に規定されているため、試験結果の相互承認が保証されます。

3 EMIスペクトラムアナライザテストシステム EMI-9KB

3.1システム構成
専用のEMIスペクトラムアナライザを核として、 LISUN EMI-9KB 補助機器を備えた、伝導性および放射性干渉試験の完全なスキームを構成する。
• EMI-9KB 電磁干渉受信機：9 kHz～300 MHz、高性能スペクトル分析・検出モジュール内蔵、信号取得、スペクトル分析、振幅測定を実現。
• LISN（ラインインピーダンス安定化ネットワーク）：電力系統ノイズを分離し、標準インピーダンスを提供し、EUT（被試験機器）の伝導性妨害電圧を抽出します。
CDNE-M316 結合/分離ネットワーク：CISPR 15:2018に準拠し、30～300MHzの照明機器の放射干渉試験を同等に完了します。
・絶縁トランス、減衰器、同軸ケーブル：絶縁性を向上させ、受信機を保護し、安定した信号伝送を確保します。
• 中国語と英語の自動テストソフトウェア：Win7/Win8/Win10/Win11に対応し、ワンクリックスキャン、データ処理、レポート生成をサポートします。

EMI-9KB EMIテストレシーバー

3.2 コア技術仕様
表1 主要技術仕様 LISUN EMI-9KB

3.3 EMIスペクトラムアナライザの主要機能
・スペクトル変換：連続/パルス干渉を周波数領域のスペクトル図に変換し、干渉周波数と振幅を視覚的に表示します。
・定量的測定：dBμV単位で妨害レベルを正確に校正し、標準制限値と比較することで適合性を判定します。
・複数検出対応：異なる規格や製品タイプの評価に対応するため、PK/QP/AVをサポートします。
・自動テスト：周辺機器と連携してフルバンドスキャンを完了させ、手動によるミスを減らし、効率を向上させます。

伝導性および放射性干渉の定量的試験方法4選

4.1 伝導性干渉試験（9 kHz～30 MHz）
・配線：EUTはLISNを介して電源に接続され、LISNの信号ポートはEMIスペクトラムアナライザの入力に接続されます。
・設定：周波数帯域9kHz～30MHz、標準帯域幅、QP検出、リミットカーブローディング。
・スキャン：システムによる自動周波数スイープを行い、各周波数ポイントでの妨害レベルを記録し、ピーク/準ピークデータを保存します。
・判定：曲線が標準限度を下回っている場合、実施されたテストは合格とみなされます。

4.2 放射干渉試験（30MHz～300MHz）
• 構成： CDNE-M316 従来の放射アンテナに代わり、結合／分離ネットワークが採用され、CISPR 15:2018に準拠している。
•接続:EUTは以下に接続されています CDNE-M316 そしてEMIスペクトラムアナライザに出力する。
・スキャン：30～300MHzの範囲で自動スキャンを行い、放射妨害スペクトルを取得します。
・判定：放射線試験の適合性は、制限値との比較によって判定されます。

5. 測定結果と分析
LED駆動電源をEUTとして、 LISUN EMI-9KBEMIスペクトラムアナライザから出力されるデータは以下のとおりです。
表2 代表的な周波数における伝導性干渉の測定データ（QP値）

表3 代表的な周波数における放射干渉の測定データ（QP値）

結果分析:
・EMIスペクトラムアナライザは、要求されるダイナミックレンジと分解能を備え、微弱な干渉を安定して捉えることができます。
• EMI-9KB 優れた自己干渉抑制性能を備えており、ノイズフロアは20 dBμV未満で、測定結果に影響を与えません。
・伝導および放射のすべての曲線は制限値以下であり、システムは適合性に関する結論を正確に提供できます。
・自動テスト全体にかかる時間は約5～8分で、従来の手動テストよりも大幅に効率的です。

6. システムの利点とエンジニアリング上の価値
・高精度：EMIスペクトラムアナライザの中核ユニットは±2 dBの誤差と高い周波数分解能を備えており、研究開発の修正や認証試験に適しています。
・強力な自己干渉耐性：完全密閉型のシールド構造により、発生源からのシステムノイズが低減され、微弱信号の測定能力が向上します。
・規格準拠：CISPR、GB、FCC、ENシリーズ規格に対応し、共通レポートにより認証コストを削減します。
・高度な自動化：ソフトウェアによるワンクリックのスキャン、判定、エクスポートが可能で、バッチ品質検査に適しています。
・柔軟な構成：無響室、双円錐アンテナ、吸収クランプ、電流プローブを追加することで拡張可能で、複数の製品の試験シナリオに対応できます。

7 結論と展望
EMIスペクトラムアナライザ は、電気電子製品の伝導性および放射性干渉を定量的に測定するためのコア機器であり、EMC 試験の精度と信頼性を直接決定します。専用の EMI スペクトラムアナライザを本体として、 LISUN EMI-9KB 本システムは、高性能で全自動、国際規格に準拠したEMI試験システムであり、9kHzから300MHzまでの伝導性および放射性干渉の定量測定が可能です。照明器具、家電製品、電源装置、電動工具などの製品の研究開発、製造、認証に幅広く活用されています。測定結果によると、本システムは安定した測定、小さな誤差、強力な耐干渉性能、そして便利な操作性を備えており、製品のEMC最適化と規格適合化を効果的にサポートします。

今後、5G、新エネルギー、IoT機器の普及に伴い、干渉周波数帯域は拡大し、信号はより複雑化するため、EMIスペクトラムアナライザに対する要求はますます高まるでしょう。高周波拡張、リアルタイムスペクトラム分析、AIによる干渉位置特定、自動診断などが開発方向となり、電磁両立性試験の効率とインテリジェンスレベルは継続的に向上していくと考えられます。