李建明，王 巍，肖 鵬，馬軻灜，鐘國林

（中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

0 引言

輻射騷擾主要是指騷擾能量以電磁波形式由騷擾源發(fā)射到空間或以電磁波形式在空間傳播的現(xiàn)象。由于30～1000MHz高頻電磁場的發(fā)射與接收完全是以空間直射波與地面反射波在接收點(diǎn)相互迭加的理論為基礎(chǔ)的，開闊試驗(yàn)場是重要的電磁兼容測試場地。但開闊試驗(yàn)場造價(jià)高并遠(yuǎn)離市區(qū)（背景噪聲電平大而影響EMC測試），使用不方便，而由電波暗室替代進(jìn)行測試[1]。半電波暗室和微波電波暗室不同，半電波暗室五面貼吸波材料，主要模擬開闊試驗(yàn)場地，即電波傳播時(shí)只有直射波和地面反射波。在電波暗室內(nèi)進(jìn)行輻射騷擾實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)果的不確定度是不可忽視的。

1 不確定度與誤差以及不確定度基本概念

用傳統(tǒng)方法對測量結(jié)果進(jìn)行誤差評定主要遇到兩個問題，第一邏輯概念不清，真值無法得到，因此嚴(yán)格意義上的誤差也無法得到，能得到的只是誤差的估計(jì)值，誤差的概念只能用于約定真值的情況。第二評定方法不一致，隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差是兩個性質(zhì)不同的量，前者用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，后者則用可能產(chǎn)生的最大誤差表示。在不同領(lǐng)域中采用的方法也不完全相同。為了避免用“誤差”的概念表述測量結(jié)果可能引起的問題，“不確定度”作為取代傳統(tǒng)誤差表示體系被提出來，它是表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。測量不確定度由多個分量組成。其中一些分量可用測量列結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分布估算，并用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差表征。另一些分量則可用基于經(jīng)驗(yàn)或其它信息的假定概率分布估算，也可用標(biāo)準(zhǔn)差表征。于是，測量結(jié)果理解為被測量之值的最佳估計(jì)，而所有的不確定度分量均貢獻(xiàn)給了分散性，包括由系統(tǒng)效應(yīng)引起的分量。測量不確定度是表征測量系統(tǒng)的重要特性指標(biāo)，是測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征[2]。測量誤差與不確定度的主要區(qū)別總結(jié)如表1所示。

要計(jì)算測量不確定度，首先必須識別測量中的不確定度來源。然后必須估計(jì)出每個來源的不確定度大小。最后把各個不確定度合成以給出總不確定度。有一些明確規(guī)則用于評定各項(xiàng)不確定度的貢獻(xiàn)，以及如何將它們合成在一起。

表1 測量誤差與不確定度的主要區(qū)別

2 電波暗室中電磁騷擾不確定度評析

2.1 輻射騷擾系統(tǒng)布局

本文對電波暗室內(nèi)進(jìn)行的輻射騷擾試驗(yàn)的不確定度分析是根據(jù)CNAS-GL07《電磁干擾測量中不確定度的評定指南》中的方法并結(jié)合自身試驗(yàn)室的實(shí)際情況，對主要被試設(shè)備（EUT）如信息技術(shù)設(shè)備和工科醫(yī)類設(shè)備在0.03～1 GHz頻段范圍內(nèi)的輻射騷擾電場進(jìn)行討論，并詳細(xì)描述了其中普遍存在的幾個B類不確定度分量情況。

對于信息技術(shù)設(shè)備，按照GB 9254-2008《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法》的要求進(jìn)行試驗(yàn)，使用復(fù)合天線測量被試設(shè)備（EUT）工作時(shí)向外輻射產(chǎn)生的電場強(qiáng)度，然后通過測量接收機(jī)進(jìn)行分析和計(jì)算，最終得到準(zhǔn)峰值的測量結(jié)果。試驗(yàn)測量系統(tǒng)布置如圖1所示。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在不同距離d1，d2進(jìn)行測量時(shí)，輻射騷擾限值可以根據(jù)式（1）進(jìn)行計(jì)算。

圖1 電波暗室中輻射騷擾試驗(yàn)布置圖

式中：L1——距離d1處規(guī)定的限值，μV/m；

L2——距離d2處規(guī)定的限值，μV/m。

2.2 輻射騷擾場強(qiáng)測量的數(shù)學(xué)模型與分析

輻射騷擾場強(qiáng)E由接收機(jī)讀數(shù)Vr、連接網(wǎng)絡(luò)的衰減量Lc、天線系數(shù)AF及測量系統(tǒng)的其他影響量組成，計(jì)算公式為

式中：Vr——接收機(jī)讀數(shù)，dB（μV/m）；

Lc——復(fù)合天線和接收機(jī)間連接網(wǎng)絡(luò)的衰減量，dB；

AF——天線系數(shù)，dB（/m）；

δVsw——接收機(jī)正弦波電壓不準(zhǔn)確的修正值，dB；

δVpa——接收機(jī)脈沖幅度響應(yīng)修正值，dB（如果加到檢波器的干擾信號為連續(xù)波信號，則不必考慮脈沖響應(yīng)修正）；

δVpr——接收機(jī)脈沖重復(fù)頻率響應(yīng)修正值，dB；

δVnf——接收機(jī)本底噪聲修正值，dB；

δM——復(fù)合天線的接收機(jī)端口與接收機(jī)之間失配誤差的修正值，dB；

δAFf——天線系數(shù)內(nèi)插誤差的修正值，dB；

δAFh——天線系數(shù)隨高度變化與標(biāo)準(zhǔn)偶極子天線的天線系數(shù)隨高度變化之差別的修正值，dB；

δAdir——天線方向性的修正值，dB；

δAph——天線相位中心位置的修正值，dB；

δAcp——天線交叉極化響應(yīng)的修正值，dB；

δAbal——天線不平衡的修正值，dB；

δSA——不完善的場地衰減的修正值，dB；

δd——天線與被測件間距離測不準(zhǔn)的修正值，dB；

δh——桌面離地面高度不適當(dāng)?shù)男拚担琩B。

輸入量中接收機(jī)讀數(shù)不確定度評定采用A類評定方法，即Vr的估計(jì)值是很多讀數(shù)的平均值，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差。其余分量如輸入量的接收機(jī)正弦波電壓、脈沖幅度、脈沖重復(fù)頻率和本底噪聲影響等因素的不確定度均可以由校準(zhǔn)證書獲得，或基于經(jīng)驗(yàn)從統(tǒng)計(jì)分布估算，或從保守角度出發(fā)取文獻(xiàn)[3]中的參照值。本文著重闡述復(fù)合天線的接收機(jī)端口與接收機(jī)之間失配誤差的影響。

復(fù)合天線的接收機(jī)端口（由一根電纜、衰減器、衰減器和電纜的串聯(lián)組成）連接到一個兩端口網(wǎng)絡(luò)的一端口上，其反射系數(shù)為T1；測量接收機(jī)的一端連接到反射系數(shù)為T2的另一端口上，兩端口網(wǎng)絡(luò)用S參數(shù)表征[4]，如圖2所示。

圖2 兩端口網(wǎng)絡(luò)示意圖

失配誤差的修正值為

當(dāng)只知道這些參數(shù)的模值時(shí)，是無法計(jì)算δM值的，但可確定其不會超出極限值δM±：

輻射騷擾場強(qiáng)測量時(shí)，假設(shè)天線的技術(shù)指標(biāo)VSWR≤2.0，則 T1≤0.33，T2≤0.33。同時(shí)假設(shè)有一根匹配良好的電纜|S11|≤1，|S22|≤1，其中衰減可忽略，得|S21|≈1。則δM的概率分布近似為U形分布：

由修正值δM和δM±的表達(dá)式表明，可以通過在接收機(jī)前面增接一個匹配良好、有衰減的兩端口網(wǎng)絡(luò)來減小失配誤差，但是會降低測量的靈敏度。

對于復(fù)雜天線測試，必須注意確保從接收機(jī)向天線端看的阻抗?jié)M足VSWR≤2.0∶1的要求。如果對人工電源網(wǎng)絡(luò)或吸收鉗的電壓駐波比測量是在與其固定連接的衰減器的輸出端口上進(jìn)行的，則被測設(shè)備的阻抗對失配誤差的影響將隨衰減的增大而減小[5-6]。

2.3 合成不確定度

經(jīng)總結(jié)得到輻射騷擾測量的各不確定度分量的評定，詳見表2。

表2 輻射騷擾的不確定度評定

2.4 測量結(jié)果的判定

是否符合騷擾的允許極限要求，應(yīng)按下述方式判定[7]：

（1）假設(shè)ULAB小于或等于表3中列出的Ucispr，則：

如果測得的騷擾都不超過騷擾極限值，則可以判定為合格；

如果測得的騷擾超過騷擾極限值，則可以判定為不合格。

（2）假設(shè) ULAB＞表 3 中列出的 Ucispr，則：

如果測得的騷擾加上（ULAB-Ucispr）后不超過騷擾極限值，則可以判定為合格；

如果測得的騷擾加上（ULAB-Ucispr）后超過騷擾極限值，則可以判定為不合格。

表3 判定所依據(jù)的Ucispr值

3 結(jié)束語

在EMC技術(shù)指標(biāo)的測量過程中，引起測量不確定度的因素有很多，測量系統(tǒng)的概念不僅局限于測量儀器、測量設(shè)備的范疇，而是指對被測量值賦值的測量程序、測量人員、設(shè)備、環(huán)境及軟件等要素的綜合，是獲得測量結(jié)果的整個過程，其不確定度的評定較為復(fù)雜。工作人員可以參考CNAS-GL07《電磁干擾測量中不確定度的評定指南》，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室自身情況和儀器的校準(zhǔn)證書，對輻射騷擾結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。還有重要的一點(diǎn)就是測量不確定度是不能拿來修正測量結(jié)果的，這是很多工作人員會犯的錯誤。

[1]鐘國林，李建明，馬軻瀛，等.利用吉赫茲橫電磁波室實(shí)現(xiàn)電能表輻射騷擾測量[J].中國測試，2011，37（2）：9-12.

[2]周慶.無線電設(shè)備射頻一致性自動測試系統(tǒng)的不確定度分析[D].北京：北京郵電大學(xué)，2008.

[3]CNAS-GL07電磁干擾測量中不確定度的評定指南[S].2006.

[4]楊旭富，劉寶華.電磁騷擾測量不確定度的評定[J].通信技術(shù)，2011（9）：126-128.

[5]林青園，張學(xué)寧.EMC輻射騷擾場強(qiáng)的測量不確定度分析與評定[J].通信與廣播電視，2006（3）：52-56.

[6]葉雪兵，湯洪波.EMC測量系統(tǒng)測量不確定度的評定[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2007，34（10）：17-18.

[7]劉輕松，丁良旭，許響林，等.30MHz～1GHz電場輻射騷擾測量不確定度的評定[J].電測與儀表，2008（3）：43-46.