胡文濤 李金龍 / 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

電磁兼容的輻射騷擾測(cè)試對(duì)測(cè)試場(chǎng)地的要求非常嚴(yán)格，標(biāo)準(zhǔn)GB 9254-2008規(guī)定了輻射騷擾測(cè)試應(yīng)該在開闊試驗(yàn)場(chǎng)（OATS）進(jìn)行。實(shí)測(cè)中，一般采用半電波暗室（SAC）作為OATS的替代場(chǎng)地，電子電器設(shè)備、工科醫(yī)設(shè)備和信息技術(shù)設(shè)備的輻射騷擾測(cè)試都可以在SAC中進(jìn)行[1-2]。對(duì)于頻率在1 GHz以下的輻射騷擾測(cè)試，一般采用10 m法，即接收天線與受試設(shè)備的距離為10 m，然而很多企業(yè)和實(shí)驗(yàn)室由于受資金或技術(shù)條件的限制，只能修建3 m法的SAC進(jìn)行產(chǎn)品的輻射騷擾測(cè)試。根據(jù)GB 9254-2008規(guī)定，當(dāng)用3 m法測(cè)試時(shí)，為了判斷受試設(shè)備的輻射是否滿足限值要求，可以用20 dB/10倍距離的反比因子將測(cè)試數(shù)據(jù)歸一化到10 m測(cè)試距離上。然而，在工程測(cè)試中，電磁輻射相當(dāng)復(fù)雜，電場(chǎng)強(qiáng)度不僅與距離有關(guān)，還受其他因素影響[3-5]，如：SAC的屏蔽性能、接收天線與金屬地板間的互偶以及接收天線的近場(chǎng)效應(yīng)等。本文探討3 m SAC的實(shí)際使用價(jià)值。

1 理論分析

實(shí)測(cè)中受試設(shè)備具有復(fù)雜的電路，分析其輻射電場(chǎng)需要知道電流分布，然后對(duì)該電流分布進(jìn)行積分運(yùn)算[6-7]。顯然，得到受試設(shè)備的電流分布和進(jìn)行復(fù)雜的積分運(yùn)算都極其復(fù)雜，本文研究電偶極子輻射電場(chǎng)，因?yàn)槠淠Ｐ拖鄬?duì)簡(jiǎn)單，并且在距離足夠遠(yuǎn)處，其輻射場(chǎng)強(qiáng)與實(shí)際天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)相似。電偶極子在自由空間距離 r處產(chǎn)生的電場(chǎng)矢量為

L — 電偶極子的長(zhǎng)度；

r — 觀察點(diǎn)到電偶極子的徑向距離；

θ — 徑向直線與Z坐標(biāo)的夾角；

圖1 電偶極子在（r、θ）處產(chǎn)生的電場(chǎng)

式（1）和式（2）包含有1/r2和1/r3項(xiàng)，當(dāng)r足夠大，即觀察點(diǎn)距離電偶極子很遠(yuǎn)時(shí)，1/r2和1/r3相對(duì)于1/r只能起到支配作用，該距離就是遠(yuǎn)場(chǎng)與近場(chǎng)的邊界。因此，只要滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件，接收天線處的電場(chǎng)矢量就可以簡(jiǎn)化為

由此可以得出結(jié)論，當(dāng)滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件r時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度與r成反比，換算成對(duì)數(shù)形式就得到20 dB/10倍距離的反比因子。但遠(yuǎn)場(chǎng)邊界的一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)是三個(gè)波長(zhǎng)（3λ），利用3 m法進(jìn)行1 GHz以下輻射騷擾測(cè)試時(shí)， 30～300 MHz并未處于遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域，因此使用20 dB/10倍距離的反比因子進(jìn)行換算只是一種近似處理方法。

SAC存在金屬反射地面，會(huì)反射受試設(shè)備輻射出的電磁波，接收天線接收的電場(chǎng)不僅有直達(dá)電場(chǎng)矢量 ，還有金屬地面反射電場(chǎng)矢量 ，圖2是金屬地面上方h1處垂直放置的電偶極子電場(chǎng)輻射示意圖，接收天線處的總電場(chǎng)由式（4）給出。

圖2 SAC中電偶極子電場(chǎng)輻射示意

將式（4）與式（3）比較可以得出結(jié)論，由于SAC中存在金屬反射地面，接收天線處的電場(chǎng)變得更加復(fù)雜，式（3）中成立的電場(chǎng)強(qiáng)度與r成反比的關(guān)系不能適用于式（4），即不能將SAC中3 m法輻射騷擾測(cè)試所獲得的電場(chǎng)強(qiáng)度直接用20 dB/10倍距離的反比因子推算至10 m處的電場(chǎng)強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)在10 mSAC中展開，利用雙錐對(duì)數(shù)周期天線產(chǎn)生輻射電磁場(chǎng)，可以得到穩(wěn)定的場(chǎng)強(qiáng)，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。雙錐對(duì)數(shù)周期天線放置于離金屬地面80 cm高度處，以符合GB 9254-2008關(guān)于臺(tái)式受試設(shè)備需要放置于高度為80 cm的非金屬桌子上的規(guī)定。接收天線分別在距離雙錐對(duì)數(shù)周期天線水平距離3 m和10 m處測(cè)得電場(chǎng)強(qiáng)度，測(cè)試中接收天線高度需要在1 m和4 m范圍內(nèi)升降，測(cè)得最大電場(chǎng)強(qiáng)度。最后，得到3 m距離測(cè)得的電場(chǎng)強(qiáng)度與10 m距離測(cè)得的電場(chǎng)強(qiáng)度之差，將該值與根據(jù)20 dB/10倍距離的反比因子獲得的10.45 dB差值進(jìn)行比較，如圖3所示?？梢缘贸鼋Y(jié)論：不同的天線極化方式獲得的場(chǎng)強(qiáng)差值相差很大；不同頻率處的場(chǎng)強(qiáng)差值也不相同，并且沒有穩(wěn)定的變化趨勢(shì)；一些特別頻率處的差值嚴(yán)重偏離10.45 dB。

圖3 3 m法與10 m法測(cè)得場(chǎng)強(qiáng)差值

3 結(jié)語(yǔ)

由于GB 9254-2008中給出的20 dB/10倍距離的反比因子只是一種近似轉(zhuǎn)換關(guān)系，與實(shí)際測(cè)量結(jié)果的差別較大，因此，不建議利用3 m法進(jìn)行輻射騷擾測(cè)試。3 m法輻射騷擾測(cè)試仍然能正確地反映距離受試設(shè)備3 m處的場(chǎng)強(qiáng)值，所以利用3 m SAC進(jìn)行受試設(shè)備的EMC整改還是可行的，而且在工程實(shí)踐中確實(shí)有廠商為了節(jié)約成本，在3 m SAC中進(jìn)行產(chǎn)品的EMC整改。

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