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電磁騷擾輻射發(fā)射測(cè)試方法
發(fā)布時(shí)間:2019-01-24 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】以下將全面介紹電磁騷擾輻射發(fā)射的測(cè)試方法。電磁騷擾發(fā)射(EMI)包括輻射發(fā)射(RE)和傳導(dǎo)發(fā)射(CE)。輻射發(fā)射測(cè)試是測(cè)量受試設(shè)備(EUT)通過空間傳播的騷擾輻射場(chǎng)強(qiáng)。傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試是測(cè)量受試設(shè)備(EUT)通過電源線或信號(hào)線向外發(fā)射的騷擾電壓和電流。
1 騷擾的輻射發(fā)射測(cè)試(9KHz~18GHz)
在30MHz~18GHz頻率段,測(cè)量騷擾的電場(chǎng)強(qiáng)度。1GHz以下使用開闊場(chǎng)地或半電波暗室,模擬半自由空間;1GHz以上使用全電波暗室,模擬自由空間。如采用替代法測(cè)量,則測(cè)試場(chǎng)地可用開闊場(chǎng)地、半電波暗室或全電波暗室,測(cè)量結(jié)果用發(fā)射功率表示。
在9KHz~30MHz頻率段,測(cè)量騷擾的磁場(chǎng)強(qiáng)度。如果EUT較小,則將其放在大磁環(huán)天線(LLA)中,測(cè)量騷擾磁場(chǎng)的感應(yīng)電流。如果EUT較大,則采用遠(yuǎn)天線法,用單小環(huán)在規(guī)定距離測(cè)量騷擾的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
1.1.1.1 30MHz~1000MHz頻率段的輻射發(fā)射測(cè)試
為了對(duì)輻射騷擾有一個(gè)統(tǒng)一的度量,標(biāo)準(zhǔn)不但對(duì)測(cè)量布置、測(cè)量方法作了規(guī)定,而且對(duì)騷擾測(cè)量?jī)x、天線和測(cè)量場(chǎng)地都作了嚴(yán)格的規(guī)定,現(xiàn)分別加以討論。
(1) 測(cè)量布置和測(cè)量方法
標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試在開闊場(chǎng)地或半電波暗室內(nèi)進(jìn)行,場(chǎng)地必須符合NSA(歸一化場(chǎng)地衰減)的要求。測(cè)試布置如圖1所示。
測(cè)試天線和受試設(shè)備(EUT)之間的距離應(yīng)符合遠(yuǎn)場(chǎng)條件,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為3、10m或30m。遠(yuǎn)場(chǎng)的場(chǎng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,電場(chǎng)方向、磁場(chǎng)方向和電波傳播方向三者互相垂直,波阻抗即電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比為377Ω,場(chǎng)強(qiáng)隨距離一次方衰減。近場(chǎng)的場(chǎng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,在電波傳播方向存在電場(chǎng)或磁場(chǎng)的分量,三者不一定互相垂直,波阻抗不為常數(shù)而是隨距離變化,場(chǎng)強(qiáng)隨距離平方或三次方衰減。
圖1:30MHz~1000MHz輻射發(fā)射測(cè)試的布置
比較近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的特性可知,在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)一致性和重復(fù)性較好,測(cè)量誤差較小。在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下測(cè)試距離d應(yīng)滿足下列情況:
a) d ≥ λ/2π, 如EUT被看作是偶極子天線,則誤差為3dB。
b) d ≥ λ, 可看作是平面波,如EUT被看作是偶極子天線,則誤差為0.5dB。
c) d ≥ 2D2/λ, D為EUT的最大尺寸,該條件僅適用于D>>λ的情況。
在30MHz~1000MHz頻率段,λ為10m~0.3m, d=3m、10m、30m時(shí)都符合上述遠(yuǎn)場(chǎng)條件。
國(guó)內(nèi)暗室絕大部分只能進(jìn)行3m法測(cè)試,而標(biāo)準(zhǔn)上給出的限值很多都是針對(duì)10m法測(cè)試的,所以應(yīng)該將它們轉(zhuǎn)換為3m法的限值,轉(zhuǎn)換公式為:
L2 =L1 (d1/d2)或L2 (dB) = L1 (dB)+ 20lg(d1/d2)
式中L1和 L2分別為測(cè)試距離為d1 和d2時(shí)的輻射限值,例如GB9245中僅規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備在10m 測(cè)量距離處的輻射騷擾限值,由此可轉(zhuǎn)換為3m處限值,如表1所示。
表1:B級(jí)ITE在10m和3m處的輻射限值
一般不同頻率段的限值是不一樣的,過渡頻率點(diǎn)應(yīng)該采取較低的限值,表1中230MHz的限值應(yīng)取較低值:30dB(µV/m)(10m法),40dB(µV/m)(3m法)。
在確定測(cè)試距離時(shí)常遇到起始點(diǎn)和終止點(diǎn)的問題,起始點(diǎn)是被測(cè)設(shè)備(EUT)的邊框,這在標(biāo)準(zhǔn)上有明確的規(guī)定。終止點(diǎn)應(yīng)該在天線的什么部位?當(dāng)天線是對(duì)稱振子天線或雙錐天線時(shí),終止點(diǎn)在天線的中間部位。當(dāng)天線是喇叭天線時(shí),終止點(diǎn)應(yīng)為喇叭口。但當(dāng)天線是對(duì)數(shù)周期天線和混合寬帶天線時(shí),終止點(diǎn)就不好確定,標(biāo)準(zhǔn)中也沒有明確規(guī)定。對(duì)數(shù)周期天線,根據(jù)其工作原理,在頻率較高時(shí)是短振子起作用,;頻率較低時(shí)是長(zhǎng)振子起作用。如果把終止點(diǎn)定在對(duì)數(shù)天線的頂端,則高頻測(cè)量時(shí)距離約為3m,而低頻測(cè)量時(shí)距離偏移較大。由于天線接收的場(chǎng)強(qiáng)E∝f/d,而由距離引起的測(cè)量誤差為△E∝f△d/d2,顯然對(duì)于同樣的距離偏移,頻率越高,產(chǎn)生的場(chǎng)的測(cè)量誤差就越高,所以筆者認(rèn)為終止點(diǎn)放在對(duì)數(shù)周期天線的頂端比較合適。如果天線上已有天線中心的標(biāo)記,則終止點(diǎn)放在天線中心的標(biāo)記處。
由于達(dá)標(biāo)測(cè)試是測(cè)量EUT可能輻射的最大值,所以EUT應(yīng)放在轉(zhuǎn)臺(tái)上(可360°旋轉(zhuǎn))以便尋找EUT的最大騷擾輻射方向。臺(tái)式EUT離地面高度通常為0.8m,立式EUT則直接放置地面,接觸點(diǎn)與地面應(yīng)絕緣。接收天線的高度應(yīng)該在1~4m(如測(cè)試距離為3m或10m)或2~6m(如測(cè)試距離為30m)內(nèi)掃描,記錄最大輻射場(chǎng)強(qiáng)。EUT的輻射電磁波到達(dá)天線有兩條途徑,如圖2所示。一條是直達(dá)波,一條是通過地面的反射波,天線接收到的總場(chǎng)強(qiáng)為直達(dá)波和反射波的矢量和,即由于二條路徑長(zhǎng)度不同,電磁波到達(dá)天線所需時(shí)間不同,因此和有一定相位差Δφ,總場(chǎng)強(qiáng)與Δφ有關(guān)。如果和同相,則兩者相加,總場(chǎng)強(qiáng)最大;如果和反相,則兩圖2 輻射電磁波的直達(dá)波和反射波 者相減,總場(chǎng)強(qiáng)最小。Δφ與天線高度有關(guān),當(dāng)接收天線在1~4m之間移動(dòng)時(shí),接收到的場(chǎng)強(qiáng)也以駐波方式變化,波峰和波谷間的高度差約為λ/2,因此可以保證在30MHz仍能找到最大場(chǎng)強(qiáng)。
由于騷擾場(chǎng)強(qiáng)的水平極化分量和垂直極化分量是不同的,所以測(cè)量時(shí)應(yīng)把天線水平放置測(cè)水平極化分量,垂直放置測(cè)垂直極化分量。垂直放置時(shí)天線的最低端離地應(yīng)大于25cm,以免影響天線的性能。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)是同軸傳輸系統(tǒng),應(yīng)該保持阻抗匹配,即天線的阻擾、同軸電纜的特性阻抗和干擾測(cè)量?jī)x的輸入阻抗都應(yīng)相等,一般為50Ω。阻抗不匹配將引起反射,從而影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性。目前自動(dòng)化的EMI測(cè)試系統(tǒng)己普遍使用,測(cè)量?jī)x、天線塔、轉(zhuǎn)臺(tái)都用GPIB(IEEE-488)接口連接,由計(jì)算機(jī)控制,進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)處理和報(bào)告生成。
(2) 騷擾測(cè)量?jī)x
騷擾測(cè)量?jī)x實(shí)際上是一臺(tái)超外差式選頻電壓表。騷擾波形通常是由很多頻率組成的,騷擾測(cè)量?jī)x可用來測(cè)量這些頻率的電壓幅值。圖3是其電路方框圖。
其電路結(jié)構(gòu)類似于半導(dǎo)體收音機(jī)。測(cè)量時(shí)先將測(cè)量?jī)x調(diào)諧,對(duì)準(zhǔn)某個(gè)頻率fi。該頻率經(jīng)高頻衰減器和高頻放大器后進(jìn)人混頻器,與本地振蕩器的頻率fl混頻,產(chǎn)生很多混頻信號(hào)。經(jīng)過中頻濾波器以后僅得到中頻f0=fl-fi。中頻信號(hào)經(jīng)中頻衰減器、中頻放大器后,由包絡(luò)檢波器進(jìn)行包絡(luò)檢波,濾去中頻得到其低頻包絡(luò)信號(hào)A(t)。A(t)再進(jìn)一步進(jìn)行加權(quán)檢波,加權(quán)可根據(jù)需要獲得A(t)的峰值(Peak)、有效值(rms)、平均值(Ave)或準(zhǔn)峰值(QP),這些值經(jīng)低頻放大后可推動(dòng)電表指示。測(cè)量前如果用校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)進(jìn)行預(yù)先校準(zhǔn), 則可以直接讀數(shù)。騷擾信號(hào)的讀數(shù)等效于正弦信號(hào)的有效植。
圖3:騷擾測(cè)量?jī)x的電路框圖
由于很多騷擾都是脈沖性的,所以騷擾測(cè)量?jī)x應(yīng)能測(cè)量脈沖信號(hào),這是它與一般電壓表的不同之處。設(shè)輸人信號(hào)是幅度為A、寬度為τ、周期為T的脈沖信號(hào)。由圖3可見其中頻信號(hào)波形[(b)點(diǎn)]為載波頻率為中頻f0的調(diào)幅信號(hào),其包絡(luò)幅度為2AτGB,G為中頻放大器和以前各級(jí)電路的增益,B為中頻帶寬;包絡(luò)主瓣寬度為2/B,兩個(gè)主瓣之間間隔為T.包絡(luò)檢波器后的波形[(c)點(diǎn)]只不過是濾去中頻載波后的中頻包絡(luò)。由于包絡(luò)的寬度和幅度都與中頻帶寬B有關(guān),因此測(cè)量?jī)x的中頻帶寬一定要有統(tǒng)一的規(guī)定 否則對(duì)于同一脈沖信號(hào),由于中頻帶寬不同,測(cè)量結(jié)果可能不同,這是與僅能測(cè)量正弦波的電壓表的一個(gè)不同之處。
對(duì)同一個(gè)脈沖輸人信號(hào)的中頻輸出波形進(jìn)行不同形式的加權(quán)檢波,可能得到不同的值,一般包絡(luò)的峰值>準(zhǔn)峰值>有效值>平均值。騷擾測(cè)量中的發(fā)射限值(即標(biāo)準(zhǔn)允許的最大騷擾發(fā)射量)絕大多數(shù)都是以準(zhǔn)峰值形式規(guī)定的,因?yàn)闇?zhǔn)峰值可以反映人耳或人眼對(duì)脈沖騷擾的響應(yīng),當(dāng)脈沖很快上升時(shí),人耳不能立即反應(yīng),當(dāng)脈沖跌落后,人耳的感覺仍有滯留效應(yīng)。加權(quán)檢波的形式是由檢波電路的充放電時(shí)間常數(shù)決定的,充電慢、放電快得到的加權(quán)值就越低,所以對(duì)準(zhǔn)峰值的充放電時(shí)間也要有統(tǒng)一規(guī)定。這是與僅能測(cè)量正弦波的電壓表的又一個(gè)不同之處,因?yàn)閷?duì)于正弦波輸人信號(hào),其中頻輸出波形的包絡(luò)的峰值、準(zhǔn)峰值、有效值、平均值都是相等的。
圖中(d)點(diǎn)的波形是準(zhǔn)峰值加權(quán)波形,(e)點(diǎn)是電表讀數(shù)。由于電表具有一定的慣性(即電表機(jī)械時(shí)間常數(shù))所以電表讀數(shù)將受一定影響,因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電表應(yīng)處于臨界阻尼狀態(tài),并具有確定的機(jī)械時(shí)間常數(shù)。雖然現(xiàn)在大多使用數(shù)字化電表,該指標(biāo)仍然保留,只要在A/D變換器后加一個(gè)二階低通濾波器即可。
由于騷擾測(cè)量?jī)x以測(cè)量脈沖信號(hào)為主,脈沖幅度往往很大,所以測(cè)量?jī)x還應(yīng)該具有較大的過載能力,以免把脈沖頂部削掉。
綜上所述,騷擾測(cè)量?jī)x必須具有統(tǒng)一的中頻帶寬、檢波器充放電時(shí)間常數(shù)、電表機(jī)械時(shí)間常數(shù)和過載系數(shù),這樣才能保證在測(cè)量同一脈沖信號(hào)時(shí)得到一致的結(jié)果。表2為GB/T6113.1規(guī)定的騷擾測(cè)量?jī)x指標(biāo)。其中各頻率段的范圍為:
A頻段——9~150kHz;
B頻段——0.15~30MHz;
C頻段——30~300MHz;
D頻段——300~1000MHz;
表2:騷擾測(cè)量?jī)x的四大類指標(biāo)
為了鑒別騷擾測(cè)量?jī)x是否達(dá)到了表2規(guī)定的四大類指標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)又進(jìn)一步規(guī)定了騷擾測(cè)量?jī)x的絕對(duì)脈沖特性和相對(duì)脈沖特性。所謂絕對(duì)脈沖特性指輸人規(guī)定的周期脈沖信號(hào)時(shí)騷擾測(cè)量?jī)x的讀數(shù)應(yīng)達(dá)到規(guī)定的值。絕對(duì)脈沖特性見表3。
表3:騷擾測(cè)量?jī)x的絕對(duì)脈沖特性
表3的含義是:在A、B、C、D各頻段內(nèi),分別輸入各自的標(biāo)準(zhǔn)周期脈沖,要求脈沖的幅度×寬度等于a(μVs),重復(fù)頻率為c(Hz),該周期脈沖的頻譜至少應(yīng)該在b(MHz)以下是均勻的,脈沖信號(hào)發(fā)生器的源阻抗應(yīng)和騷擾測(cè)量?jī)x輸入阻抗相等。對(duì)于該輸人信號(hào),騷擾測(cè)量?jī)x在該頻段的任何頻率上的讀數(shù)都應(yīng)該等于60dB(μV)。
所謂相對(duì)脈沖特性指輸人周期性脈沖信號(hào)時(shí),脈沖的重復(fù)頻率越高,其讀數(shù)越高,重復(fù)頻率低,讀數(shù)低。當(dāng)讀數(shù)不變時(shí)輸人脈沖的幅度和重復(fù)頻率的關(guān)系應(yīng)符合表4的規(guī)定。
表4中各頻段的輸入脈沖的相對(duì)等效電平,以絕對(duì)脈沖特性中的該頻段的標(biāo)準(zhǔn)周期脈沖的幅值為基準(zhǔn)(定義為0dB)。如果騷擾測(cè)量?jī)x的絕對(duì)脈沖特性和相對(duì)脈沖特性都符合表3和表4的要求,則說明該騷擾測(cè)量?jī)x的四大類指標(biāo)基本符合表2的要求。
表4:騷擾測(cè)量?jī)x的相對(duì)脈沖特性
騷擾測(cè)量?jī)x除了具有準(zhǔn)峰值測(cè)試功能外,一般還具有峰值和平均值測(cè)試功能,峰值檢波器的放電時(shí)間常數(shù)(TD)和充電時(shí)間常數(shù)(TC)的比值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于準(zhǔn)峰值檢波器,各項(xiàng)段的TD/TC值如表5所示。
表5:騷擾測(cè)量?jī)x峰值測(cè)量時(shí)的指標(biāo)
峰值測(cè)量時(shí)中頻帶是可以選擇的,其選擇范圍和優(yōu)選值如表5所示,在給出騷擾電平時(shí)應(yīng)標(biāo)明所選帶寬。對(duì)于非重疊騷擾,指中頻段輸出波形中的各個(gè)主瓣不重疊,見圖3中(b)點(diǎn)波形,由于峰值測(cè)量結(jié)果和帶寬成正比,所以測(cè)量結(jié)果也可用對(duì)于1MHz帶寬的歸一化值V1MHz (dBμV/MHz)來表示。
V1MHz (dBμV/MHz)═V(dBμ)+20lg 1MHz/Bimp
式中Bimp為脈沖帶寬,與6dB帶寬B6 的關(guān)系為Bimp =1.05 B6。V(dBμ)為使用Bimp帶寬時(shí)的峰值測(cè)量讀數(shù), 20lg 1MHz/Bimp為1MHz和Bimp的比值的對(duì)數(shù)。峰值測(cè)量所需的過載系數(shù)比峰值測(cè)量小的多,檢波器前電路的過載系數(shù)只需比1稍大些即可。
峰值測(cè)量時(shí)的絕對(duì)脈沖特性的含義和準(zhǔn)峰值測(cè)量是相同的,只不過輸入的標(biāo)準(zhǔn)脈沖強(qiáng)度不同,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為脈沖幅度×寬度=1.4/Bimp(mVs), Bimp單位為Hz ,具體數(shù)值見表6。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)脈沖輸入,測(cè)量?jī)x在該頻段上的任何頻率上的測(cè)量結(jié)果均應(yīng)該等于60dB(μV)。
騷擾測(cè)量?jī)x用于平均值測(cè)量時(shí),帶寬的選擇同峰值測(cè)量方法。檢波器前電路對(duì)于脈沖重復(fù)頻率為fPR 的脈沖過載系數(shù)應(yīng)該為Bimp/fPR,但是實(shí)際上當(dāng)fPR很低時(shí),接收機(jī)不可能提供足夠的過載系數(shù)。平均值測(cè)量時(shí)要求的絕對(duì)脈沖特性和峰值基本一樣,但各頻段的重復(fù)頻率不同,即輸入標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1.4/Bimp(mV.s),重復(fù)頻率為A頻段:25Hz;B頻段:500Hz;C和D頻段:5KHz。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)脈沖輸入,測(cè)量?jī)x在該頻段上的任何頻率上的測(cè)量結(jié)果均應(yīng)該等于60dB(μV)。
表6:峰值測(cè)量時(shí)的絕對(duì)脈沖特性
騷擾測(cè)量?jī)x可以進(jìn)行準(zhǔn)峰值測(cè)量、峰值測(cè)量和平均值測(cè)量。當(dāng)輸入信號(hào)是正弦波時(shí),無論用何種方式測(cè)量,得到的讀數(shù)都是相同的,等于該正弦波的有效值,精度應(yīng)優(yōu)于±2dB。但是如果輸入的是周期脈沖信號(hào),則三種測(cè)量方法得到的讀數(shù)是不一樣的,其結(jié)果如表7所示。
表7:峰值、準(zhǔn)峰值和平均值測(cè)量的結(jié)果比較
表中 E——正弦波的有效值;
δ——脈沖強(qiáng)度,等于脈沖幅度×脈沖寬度,單位:mVS
Bimp——脈沖寬度;Bimp=1.05B6
fPR——脈沖重復(fù)頻率;
P(α)——準(zhǔn)峰值檢波效率,與檢波器的充、放電時(shí)間常數(shù)、脈沖重復(fù)頻率和帶寬有關(guān),P(α)≤1。
由表7可知,峰值測(cè)量結(jié)果≥準(zhǔn)峰值測(cè)量結(jié)果。表6中列出了輸入標(biāo)準(zhǔn)脈沖,在標(biāo)準(zhǔn)寬帶情況下峰值與準(zhǔn)峰值表頭指示之比值。表8列出了具有相同帶寬的準(zhǔn)峰值和平均值表頭指示之比值,由表可知,準(zhǔn)峰值≥平均值。對(duì)于規(guī)則的周期性脈沖可以根據(jù)表7來進(jìn)行峰值、準(zhǔn)峰值、平均值之間的轉(zhuǎn)換。但是一般騷擾都是隨機(jī)的,很難進(jìn)行彼此間的換算,因此有些標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)規(guī)定了發(fā)射測(cè)量的準(zhǔn)峰值限值和平均值限值。
表8:在相同帶寬條件下準(zhǔn)峰值和平均值表頭讀數(shù)之比值
在準(zhǔn)峰值測(cè)量時(shí),如想要在某個(gè)頻率點(diǎn)得到較穩(wěn)定的測(cè)量值,則測(cè)量時(shí)間應(yīng)大于檢波器充放電時(shí)間和電表機(jī)械時(shí)間常數(shù)之和,并且測(cè)量不止一個(gè)周期,所以一般準(zhǔn)峰值測(cè)量時(shí)間要求比較長(zhǎng)。如果測(cè)量?jī)x具有掃頻測(cè)量功能,則設(shè)置的掃描時(shí)間應(yīng)符合表9的規(guī)定。在實(shí)際測(cè)量中,往往先用峰值進(jìn)行全頻段測(cè)量,然后再對(duì)超過限值的頻率點(diǎn)進(jìn)行峰值測(cè)量,這樣可以大大節(jié)省測(cè)量時(shí)間。
表9:最小掃頻時(shí)間
綜上所述騷擾測(cè)量?jī)x由于規(guī)定了四大類指標(biāo)和二個(gè)脈沖特性,所以可以測(cè)量脈沖信號(hào)和正弦信號(hào),在測(cè)量正弦信號(hào)時(shí)無論采用哪一種檢波方式,結(jié)果都是一樣的。一般的電壓表(包括場(chǎng)強(qiáng)儀)僅能測(cè)量正弦波,不能測(cè)量脈沖信號(hào)。騷擾測(cè)量?jī)x目前市場(chǎng)上有二種基本類型,一種是測(cè)量接收機(jī)類型,它是單頻點(diǎn)測(cè)量,靈敏度較高,自動(dòng)化程度高的可以自動(dòng)掃描各頻點(diǎn)。另一種是頻譜分析儀類型,可以顯示整個(gè)頻段,但靈敏度稍低些。但是無論什么類型的測(cè)量?jī)x,只有符合GB/T6113.1規(guī)定的四大類指標(biāo)和二個(gè)脈沖特性后才能進(jìn)行EMI測(cè)量。
(3)測(cè)量用天線
圖4:EMI測(cè)量用的天線
(a) 雙錐天線 (b)對(duì)數(shù)周期天線 (c)混合寬帶天線 (d)喇叭天線 (e)對(duì)稱振子天線
天線用來接收騷擾電磁場(chǎng),把場(chǎng)強(qiáng)轉(zhuǎn)變成電壓,騷擾測(cè)量?jī)x測(cè)量的是轉(zhuǎn)變后的電壓值,所以測(cè)量?jī)x的讀數(shù)只有加上天線系數(shù)后才能得到騷擾場(chǎng)強(qiáng),如果連接天線和測(cè)量?jī)x的同軸
電纜有損耗,則還應(yīng)加上損耗值,即
騷擾場(chǎng)強(qiáng)[dB(μV/m)]=測(cè)量?jī)x讀數(shù)[dB(μV)]十天線系數(shù)(dB)+電纜損耗(dB)
每部天線都有天線系數(shù),該系數(shù)與頻率有關(guān),曲線一般由天線制造商給出。電磁騷擾測(cè)量中
常用的天線為寬帶天線,便于自動(dòng)化掃頻測(cè)量。一般用雙錐天線(30~300MHz)和對(duì)數(shù)周期天線(200~1000MHz),最近又推出把二種天線合二為一的寬帶天線(30~1000MHz)。在測(cè)量1GHz以上的頻率時(shí)常用喇叭天線,喇叭天線具有很強(qiáng)的方向性。有時(shí)EMI測(cè)量也用對(duì)稱振子天線,其長(zhǎng)度應(yīng)該等于被測(cè)頻率的半波長(zhǎng),由于改變測(cè)量頻率時(shí)需同時(shí)改變振子長(zhǎng)度,所以這種天線不適合進(jìn)行自動(dòng)化掃頻測(cè)量。以上這些天線的形狀見圖4。
1.1.1.2 1GHz~18GHz頻率段的輻射發(fā)射測(cè)試
1GHz~18GHz頻率段的輻射發(fā)射測(cè)試一般使用全電波暗室,現(xiàn)以工科醫(yī)(ISM)設(shè)備為例說明。由于試驗(yàn)場(chǎng)地是自由空間,只有直達(dá)波,沒有反射波,所以接收天線可以設(shè)置在與EUT同一高度上,不必上下移動(dòng)。但是轉(zhuǎn)臺(tái)仍需360度轉(zhuǎn)動(dòng),以獲得最大值。測(cè)試距離為3米。天線應(yīng)采用小口徑定向天線,水平和垂直二種狀態(tài)都要測(cè)試。測(cè)量采用頻譜分析儀,因?yàn)楣た漆t(yī)(ISM)設(shè)備在運(yùn)行期間工作頻率可能會(huì)有明顯變化,所以采用全景分析比較適宜。頻譜分析儀應(yīng)設(shè)在最大保持方式和對(duì)數(shù)dB顯示方式。測(cè)量結(jié)果用電場(chǎng)強(qiáng)度的峰值或平均值表示(不用準(zhǔn)峰值)。峰值測(cè)量時(shí)采用1MHz的分辨率帶寬和視頻帶寬,平均值測(cè)量時(shí)仍采用1MHz的分辨率帶寬,但是視頻帶寬應(yīng)大大縮小至10Hz,相當(dāng)于加入一個(gè)低通濾波器。
1.1.1.3 30MHz~18GHz頻率段的輻射發(fā)射替代法測(cè)試
輻射發(fā)射測(cè)試時(shí),測(cè)量天線接收到的騷擾強(qiáng)場(chǎng)包括兩個(gè)部分,一部分是EUT內(nèi)部的導(dǎo)線和電路直接通過機(jī)箱殼體的縫隙向外的輻射,稱殼體輻射,另一部分是由外接電纜引出的共模電流輻射。替代法測(cè)試的目的是僅僅測(cè)試EUT的殼體輻射,所以要求拆除所有可以拆卸的電纜,不能拆卸的電纜上要加鐵氧體磁環(huán),并放在不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的位置上。
圖7所示為替代法測(cè)試的方法和布置。首先用半波振子天線A和測(cè)量接收機(jī)測(cè)量出EUT的最大騷擾值,然后用半波振子天線B替代EUT。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出功率,直至測(cè)量接收機(jī)達(dá)到同樣的值。記錄替代天線B的輸入端功率,即為EUT的殼體輻射功率。
由于采用替代法,所以對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地的要求比較寬松,只要求替代天線B在各方向上移動(dòng)±10cm,測(cè)量值變化不超過±1.5dB既可。合格的開闊場(chǎng)地、半波暗室和全電波暗室都符合上述要求,都可以進(jìn)行替代法測(cè)試。
測(cè)試天線A的高度h應(yīng)和EUT中心的高度相同,只要求h>1m,測(cè)試天線A也不需上下移動(dòng)。但要求EUT在常規(guī)放置位置和90o翻轉(zhuǎn)位置上分別旋轉(zhuǎn)翻360o,以便尋找EUT的最大騷擾值。
測(cè)試距離d雖然沒有明確要求,但最好還應(yīng)符合遠(yuǎn)場(chǎng)條件。d的起始點(diǎn)為EUT的幾何中心,終止點(diǎn)為測(cè)量天線A的天線中心。替代試驗(yàn)和校準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí),替代天線B應(yīng)置于EUT 的幾何中心。
對(duì)天線的要求:在30MHz~1GHz頻段,測(cè)量天線A可采用半波振子天線,也可采用寬帶天線,但替代天線B則必須用半波振子天線。1GHz~8GHz 都用線性極化的喇叭天線。
替代法的校準(zhǔn)很重要。一般水平極化和垂直極化狀態(tài)都要進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)發(fā)射天線B與測(cè)量天線A平行放置,對(duì)于每個(gè)頻率點(diǎn),都要記錄發(fā)射天線的輸入功率和測(cè)量接收機(jī)的接收電壓的關(guān)系曲線,找出校準(zhǔn)系數(shù)K(f)。以后測(cè)試時(shí)就可以直接將測(cè)到的最大騷擾電壓加入校準(zhǔn)系數(shù)K(f)后得到殼體輻射功率,不必再做替代試驗(yàn)。
圖7:輻射發(fā)射的替代法測(cè)試
1.1.1.4 9KHz~30MHz頻率段的磁場(chǎng)輻射發(fā)射測(cè)試
9KHz~30KHz頻段用環(huán)型天線測(cè)量EUT輻射的磁場(chǎng)分量。測(cè)量方法有兩種:一種是大環(huán)天線(LLA)法,見圖8;一種是遠(yuǎn)天線法。采用何種方法主要是由EUT的尺寸決定的,例如對(duì)于工科醫(yī)(ISM)設(shè)備,國(guó)標(biāo)GB4824規(guī)定,直徑為2m的LLA可測(cè)量的最大設(shè)備其對(duì)角線尺寸不應(yīng)超過1.6m。大環(huán)天線法比較好,因?yàn)镋UT的三個(gè)正交磁偶極距的磁場(chǎng)分量都可以測(cè)量,三個(gè)環(huán)上都有電流探頭,測(cè)量結(jié)果用大環(huán)上的磁感應(yīng)電流dB(μA)表示。大環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)直徑為2m,也可用1、1.5、3和4m直徑的大環(huán),但結(jié)果都應(yīng)轉(zhuǎn)換到2m大環(huán)上,以便和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值比較。大環(huán)天線(LLA)測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)使用規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)天線進(jìn)行校準(zhǔn),所以大環(huán)法也可以視做某種替代法,即EUT的磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度等效于標(biāo)準(zhǔn)天線的輻射強(qiáng)度。如果EUT太大無法使用LLA法,則應(yīng)采用遠(yuǎn)天線法。例如國(guó)標(biāo)GB4824規(guī)定,尺寸超過1.6m的家用感應(yīng)炊具的輻射磁場(chǎng)測(cè)量,使用直徑0.6m的單小環(huán)天線,測(cè)量距離3m。單小環(huán)天線垂直地面放置,最低部高于地面1m(典型值),所以測(cè)量得到的是環(huán)天線處的磁場(chǎng)的水平分量,但是由于測(cè)量處于近場(chǎng)條件,地面又有反射,所以測(cè)量所得的值仍然反映了EUT的水平和垂直偶極距的情況。
圖8:大環(huán)天線(LLA)法測(cè)量EUT輻射的磁場(chǎng)分量
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