余洪文，柯　進(jìn)，梁新興，史信榮，熊洋洋

（廣東省計(jì)量科學(xué)研究院，廣東 廣州 510405）

電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試能力驗(yàn)證的探討

余洪文，柯進(jìn)，梁新興，史信榮，熊洋洋

（廣東省計(jì)量科學(xué)研究院，廣東 廣州 510405）

為減小不同實(shí)驗(yàn)室輻射騷擾場強(qiáng)測試結(jié)果的差異，保證測試結(jié)果的量值統(tǒng)一，研究電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試能力驗(yàn)證。從測試方法、測試場地、測試系統(tǒng)、測試人員等方面系統(tǒng)分析測試結(jié)果的主要影響因素，提出具體的實(shí)施方法，提高測試結(jié)果的可靠性。實(shí)踐證明：該方法有助于主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室和參比實(shí)驗(yàn)室對電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試能力驗(yàn)證活動的順利實(shí)施和執(zhí)行；同時(shí)，可提升電磁兼容檢測實(shí)驗(yàn)室的檢測能力。

電磁兼容；輻射騷擾；場強(qiáng)測試；能力驗(yàn)證；比對

0　引　言

輻射騷擾場強(qiáng)測試是電磁兼容領(lǐng)域最復(fù)雜的一項(xiàng)測試，其測量結(jié)果受測試場地、測試系統(tǒng)、測試方法、測試人員的影響很大。在產(chǎn)品的測試過程中，可能會出現(xiàn)在一家實(shí)驗(yàn)室測試合格的產(chǎn)品，而在另一家實(shí)驗(yàn)室測試不合格的情況。如何避免不同實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果不同，保證測試結(jié)果的量值統(tǒng)一，開展能力驗(yàn)證比對活動是行之有效的手段之一。所謂比對，就是在規(guī)定的條件下，按照比對作業(yè)指導(dǎo)書，對同一樣品（或經(jīng)確認(rèn)的相似樣品）在不同實(shí)驗(yàn)室之間測量，并對所有參比實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果進(jìn)行比較、分析和評價(jià)的過程[1]。

近年來，隨著電子電氣產(chǎn)品檢測市場需求越來越大，國內(nèi)電磁兼容實(shí)驗(yàn)室也越來越多，各實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)能力水平也參差不齊。據(jù)能力驗(yàn)證報(bào)告[2-4]顯示，每次電磁兼容實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證活動，均存在大約1/4實(shí)驗(yàn)室的檢測結(jié)果偏差較大，超出規(guī)定的閾值而被判“不滿意”。為了避免相同的被測樣品在不同實(shí)驗(yàn)室測量時(shí)出現(xiàn)較大差異，本文從測試方法、測試場地、測試系統(tǒng)、測試人員等方面系統(tǒng)分析了各影響因素，以期幫助參比實(shí)驗(yàn)室提高測量結(jié)果的可靠性。

1　基本測量原理及測試方法

1.1基本測量原理

電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試最理想的測試場地是開闊試驗(yàn)場。開闊試驗(yàn)場是在自由空間內(nèi)放置一個(gè)平直的、無限延伸的金屬導(dǎo)電平面所形成的半自由空間。其模型[5]如圖1所示。

圖1　電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試模型

接收天線處的場強(qiáng)E是空間直射波、地面反射波和地表波的合成?？杀硎緸?/p>

式中：E0——直射波自由空間場強(qiáng)；

E0Γejφ——地面反射波場強(qiáng)；

E0（1-Γ）Aejφ——地表波場強(qiáng)；

?！孛娣瓷湎禂?shù)；

φ——直射波和反射波路徑差產(chǎn)生的相位差；

A——地表反射因子。

當(dāng)h/λ較大時(shí)，地表波隨收、發(fā)天線間距增加衰減很快。因此，在30MHz以上頻段，可忽略地表波的影響。接收天線測得的場強(qiáng)值為直射波和地面發(fā)射波的矢量疊加。

1.2測試方法

輻射騷擾場強(qiáng)測試方法一般采用CISPR 22標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法[6]（見圖2）：即被測物放置于轉(zhuǎn)臺中心，轉(zhuǎn)臺360°旋轉(zhuǎn)。接收天線相位中心距離被測物考察點(diǎn)3m/10m，接收天線以水平和垂直兩種極化方式，高度在1~4 m范圍內(nèi)掃描，以測得被測物的最大發(fā)射場強(qiáng)值。

圖2　電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試布置圖

在比對活動中，為保證測量結(jié)果的可復(fù)現(xiàn)性，被測物一般選取信號電平穩(wěn)定的梳狀信號源（其信號發(fā)射值最大偏差Δmax=±0.5dB）。同時(shí)，轉(zhuǎn)臺也固定不動。通常情況下，比對作業(yè)指導(dǎo)書會詳細(xì)說明信號源的操作方法及測試布局等信息。

2　測試結(jié)果影響因素及對策

影響電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試結(jié)果的因素有很多，概括來講主要有：信號源、測試布局、測試場地、測試系統(tǒng)和測量人員等。

2.1信號源及測試布局

比對信號源的選取基于兩點(diǎn)原則：1）重復(fù)測量穩(wěn)定性，測量穩(wěn)定性包含頻率穩(wěn)定性和發(fā)射值穩(wěn)定性兩方面；2）測試布局的一致性，也就是說信號源在每次測試需保證其結(jié)構(gòu)和相對位置一致。如此一來，通常選擇性能穩(wěn)定的梳狀信號發(fā)生器作為比對樣品。

比對測試布局也是影響測量結(jié)果的一個(gè)重要因素。信號源的操作方法、相對位置、工作模式、發(fā)射天線相位中心及極化方式等稍有變化均會給測試結(jié)果帶來較大偏差。一般來說，比對試驗(yàn)所用信號源的操作和測試布局通常在比對作業(yè)指導(dǎo)書中會詳細(xì)說明。因此，在比對測試開始前務(wù)必仔細(xì)研讀作業(yè)指導(dǎo)書，明確信號源的工作模式和測試布局，盡可能地減少由于信號源的操作不當(dāng)及測試布局差異引入的測量偏差。

2.2測試場地

電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試場地主要有開闊場、10m法暗室、5m法暗室和3m法暗室。目前國內(nèi)的測試場地以10m法暗室和3m法暗室為主。一般來說，測試場地只要定期由專業(yè)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，保證其屏蔽效能、NSA等技術(shù)指標(biāo)滿足CISPR 22標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，那么由測試場地帶來的測量不確定度就會降至最低。然而，據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范規(guī)定暗室的校準(zhǔn)周期，有些暗室場地長期不校準(zhǔn)或校準(zhǔn)周期很長，顯然暗室的性能指標(biāo)就很難得到保證，這必然會給測試結(jié)果帶來不可預(yù)料的偏差。綜合考慮校準(zhǔn)費(fèi)用和保證暗室性能兩方面，建議暗室每2~3年校準(zhǔn)一次較為合適。此外，在兩次暗室校準(zhǔn)周期之間應(yīng)該對暗室進(jìn)行定期保養(yǎng)，并制定期間核查方案，通過期間核查方式來保證暗室性能。

另外值得注意的是，3 m法數(shù)據(jù)與10 m法數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換會給測試結(jié)果帶來較大偏差。如果簡單套用理論公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，那么這種轉(zhuǎn)換帶來的偏差較大。表1中的數(shù)據(jù)是在相同的場地、信號源、測試方法、測試系統(tǒng)，僅測試距離不同的情況下測得的QP值。由此可見，如果僅通過理論公式轉(zhuǎn)換，將對測量結(jié)果帶來最大8.4dB的偏差。顯然，這是不合理的。

表1　3m法/10m法測試結(jié)果比較

關(guān)于3m法測試數(shù)據(jù)如何轉(zhuǎn)換至10m法數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)[7]提出了根據(jù)實(shí)際場地的NSA測量值或經(jīng)驗(yàn)值在3 m處和10 m處的差值作為修正因子對測試結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然而，文獻(xiàn)[8]通過理論計(jì)算和試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法得出結(jié)論，對于3m法和10m法測試結(jié)果的轉(zhuǎn)換不適宜引入確定性修正因子。文獻(xiàn)[9]通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，20 dB/10倍距離反比因子只是一種近似關(guān)系，與實(shí)際測量結(jié)果差別很大。文獻(xiàn)[10]通過理論分析和實(shí)際測試相結(jié)合的方法得出結(jié)論，只有當(dāng)測試距離r>>λ/2π時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)CISPR 22中的第10.6條才適用。

如何保證3 m法數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到10 m法數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)室之間的比對是最有效的方法之一。3m法場地應(yīng)多與權(quán)威10 m法場地進(jìn)行比對或測量審核，以獲得經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換值，從而保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)是影響輻射騷擾場強(qiáng)測試結(jié)果的主要因素，包含了測量接收天線、預(yù)置放大器、連接電纜及測量接收機(jī)等部分。

2.3.1測量接收天線

30 MHz~1 GHz頻段范圍內(nèi)的輻射騷擾場強(qiáng)測試一般采用復(fù)合天線作為接收天線。使用該類天線時(shí)，需要注意兩點(diǎn)：1）復(fù)合天線一般尺寸較大，測試時(shí)需要確定其相位中心的位置，否則測試距離會有30cm左右的偏差，這種偏差在3m法測試中會對結(jié)果帶來約1dB的偏差。2）需要注意接收天線的天線系數(shù)。理論上，在自由場空間中校準(zhǔn)的3m法天線系數(shù)與10m法天線系數(shù)一致。實(shí)際上，在暗室中測量3m法天線系數(shù)和10m法天線系數(shù)是有差異的，可能給測試結(jié)果帶來1dB以上的偏差。表2是型號為R&S HL562的復(fù)合天線在中國計(jì)量院校準(zhǔn)得到的3m法和10m法的天線系數(shù)，二者最大相差1.4dB/m。因此，3m法測試和10m法測試需要選用對應(yīng)的天線系數(shù)，否則將直接給測量結(jié)果帶來一定偏差。

表2　10 m法天線系數(shù)/3 m法天線系數(shù)比較 dB/m

2.3.2預(yù)置放大器

預(yù)置放大器的作用能將微小信號放大，提高信噪比。然而，預(yù)置放大器也會帶來一些問題，如放大噪聲信號，導(dǎo)致信號非線性失真；預(yù)放增益大小隨校準(zhǔn)輸入電平大小而改變。表3是型號為R&S SCU01的預(yù)置放大器在輸入不同電平時(shí)增益的比較。結(jié)果表明，輸入電平的不同，預(yù)置放大器的增益會有1.2dB的偏差。

表3　校準(zhǔn)輸入電平對預(yù)置放大器增益測量值的影響

在輻射騷擾場強(qiáng)測試過程中，如果使用預(yù)置放大器，需要注意以下兩點(diǎn)：1）評估采用預(yù)置放大器的必要性。在測試前，先不使用預(yù)置放大器進(jìn)行預(yù)測試，分析測試結(jié)果在考察頻點(diǎn)上的信噪比。如果信噪比較小，則使用；如果信噪比很大，則沒有必要使用預(yù)置放大器。2）考察預(yù)置放大器的增益系數(shù)和飽和失真情況。使用預(yù)置放大器前，需要在測試環(huán)境條件下，在考察頻點(diǎn)對預(yù)置放大器進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)選取的輸入信號電平盡量與測試信號電平相當(dāng)，這樣不僅可以準(zhǔn)確測量預(yù)放的增益系數(shù)，還能判定預(yù)置放大器是否會出現(xiàn)非線性失真現(xiàn)象。

2.3.3連接電纜及測量接收機(jī)

由于一般實(shí)驗(yàn)室的測試連接電纜都是布置在高架地板下，當(dāng)連接電纜或端口出現(xiàn)異常時(shí)較難發(fā)現(xiàn)。為了排除接收天線端口到接收機(jī)之間的電纜或接口出現(xiàn)異常，可在測試前對該段路徑進(jìn)行校準(zhǔn)。一種簡單有效的方法是：將檢定合格的信號發(fā)生器的信號輸出端口替代接收天線輸出端，利用測量接收機(jī)在考察頻點(diǎn)測量信號發(fā)生器的輸出信號，判斷信號源的輸出信號電平與接收機(jī)測量的電平之差是否與該段路徑電纜的衰減值相等，如果相差較大，則需要查找原因。

測量接收機(jī)在測試時(shí)需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置測試頻段、掃描步進(jìn)、帶寬等參數(shù)。需要注意的是，不到萬不得已，應(yīng)盡量不讓接收機(jī)工作在射頻“0 dB衰減”狀態(tài)，這樣不但可以借助射頻衰減器保護(hù)接收機(jī)預(yù)選器，而且可以降低接收機(jī)帶寬不匹配造成的測量誤差。

2.4測量人員

電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試是一項(xiàng)復(fù)雜的測試，對測試人員的要求較高。通常要求測試人員具備一定的電磁兼容理論基礎(chǔ)知識，對整個(gè)測試系統(tǒng)及每臺測試設(shè)備的操作和性能熟悉，同時(shí)具備一定的測試技能和測試經(jīng)驗(yàn)，才能盡量減少由于測試人員帶來的影響。

3　結(jié)束語

本文在多次參加國內(nèi)外電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試比對和組織廣東省電磁兼容比對的基礎(chǔ)上，總結(jié)了一些測試經(jīng)驗(yàn)和測試技能。實(shí)踐證明，將這些測試經(jīng)驗(yàn)和技能應(yīng)用于能力驗(yàn)證比對活動中，有助于比對試驗(yàn)的順利實(shí)施，能減少測試結(jié)果的影響因素，提高測試結(jié)果的可靠性。同時(shí)，電磁兼容檢測實(shí)驗(yàn)室如果在日常檢測活動中注意文中涉及的相關(guān)內(nèi)容，也可有效提高產(chǎn)品測試結(jié)果的可靠性。

[1]合格評定 能力驗(yàn)證的通用要求：GB/T 27043——2012[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2]中國合格評定國家認(rèn)可委員會，CNAS T0672兩岸電磁兼容輻射騷擾場強(qiáng)測試能力驗(yàn)證計(jì)劃結(jié)果最終報(bào)告[R].北京:中國計(jì)量科學(xué)研究院，2013：7-8.

[3]中國合格評定國家認(rèn)可委員會，CNAS T0663 1～6 GHz輻射騷擾場強(qiáng)能力驗(yàn)證計(jì)劃結(jié)果最終報(bào)告[R].北京：中國計(jì)量科學(xué)研究院，2014：8-9.

[4]廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.電磁兼容量值比對總結(jié)報(bào)告[R].廣州：廣東省計(jì)量科學(xué)研究院，2014：11.

[5]全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，全國電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，中國實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可委員會.電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施指南[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999：162-165.

[6]Informationtechnologyequipment-Radiodisturbance characteristics-Limitsandmethodsofmeasurement：CISPR 2006-03 Edition 5.2[S].GENEVA:IEC Central Office，2006.

[7]闞潤田，淘洪波，王文檢.半電波暗室3/10米法輻射場強(qiáng)換算的研究[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2009（3）：579-581.

[8]扈羅全，陸全榮.半電波暗室不同測試距離輻射場強(qiáng)的換算模型[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2010（3）：582-285.

[9]胡文濤，李金龍.半電波暗室3 m法輻射騷擾測試的實(shí)驗(yàn)[J].上海計(jì)量測試，2014，241（3）：40-43.

[10]孔斌，萬學(xué)濱.淺議輻射騷擾測量中距離的影響[J].安全與電磁兼容，2002（1）：31-33.

（編輯：李妮）

Discussions on laboratory proficiency testing of EMC radiated disturbance field strength

YU Hongwen，KE Jin，LIANG Xinxing，SHI Xinrong，XIONG Yangyang
（Guangdong Institute of Metrology，Guangzhou 510405，China）

A proficiency testing of EMC radiated disturbance field strength is introduced to reduce disparities in the testing results of EMC radiated disturbance field strength in different laboratories so as to ensure uniform measuring results.The main influence factors of the measuring results are systematically analyzed from test methods，test sites，test systems to test personnel.Moreover，other effective approaches are proposed to improve measurement accuracy.Practice proves that this approachcanhelppilotlaboratoriesandparticipatinglaboratoriestoimplementandfinish comparison tests，and also，it is conducive to enhancing the testing compatibility of EMC laboratories.

EMC；radiated disturbance；field strength measurement；proficiency testing；comparison

A

1674-5124（2016）03-0028-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.03.007

2015-05-21；

2015-07-16

余洪文（1982-），男，湖北鄂州市人，工程師，碩士，主要從事電磁兼容檢測及研究。