曹晟，葛欣宏

（1.北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124；2.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所，長春 130033）

2013年，我軍發(fā)布了新版電磁兼容軍用標(biāo)準(zhǔn)《GJB 151B-2013軍用設(shè)備和分系統(tǒng) 電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》，用以代替GJB151A/152A-97的舊版標(biāo)準(zhǔn)。25Hz～50kHz地線傳導(dǎo)敏感度（CS102）是GJB151B-2013標(biāo)準(zhǔn)中新增的一項，CS102的測試對象為水面艦船、潛艇上帶有地線的設(shè)備及分系統(tǒng)，當(dāng)訂購方有規(guī)定時，也適用于工作在其他平臺上且?guī)У鼐€的設(shè)備和分系統(tǒng)，測試目的是驗證EUT（被測設(shè)備）的地線上注入GJB151B-2013中CS102項規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電平時，EUT是否工作正常。開展CS102的測量不確定度評定研究工作，可以有效的衡量25Hz～50kHz地線傳導(dǎo)敏感度的測量結(jié)果的質(zhì)量［1-6］。在CNAS實驗室認可工作中，在兩個或多個實驗室之間的能力比對是認可工作的一個重要環(huán)節(jié)，通過能力比對，能夠判別不同實驗室CS102測量結(jié)果的合理性，提高測量結(jié)果的一致性。本文依據(jù)GJB151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng) 電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》、及CS102的儀器配置，參考GB/T 6113.402-2006，對25Hz～50kHz地線傳導(dǎo)敏感度的測量不確定度評定方法進行了研究［7］。

1 測量原理

圖1為CS102項的測量原理圖。測量配置中，LISN（人工電源網(wǎng)絡(luò)）是為EUT（被測設(shè)備）供電的必要設(shè)備，一方面可以為不同的EUT提供統(tǒng)一的電源阻抗，另一方面用于抑制EUT本身的電磁干擾返回至電源及耦合電路，以提供干凈的電源品質(zhì)。信號發(fā)生器產(chǎn)生符合標(biāo)準(zhǔn)要求的干擾注入電平，依據(jù)不同EUT地線的注入難易程度可以選擇是否采用功率放大器，耦合變壓器是干擾注入的執(zhí)行設(shè)備，承擔(dān)將干擾電平注入地線的任務(wù)。示波器用于監(jiān)視干擾電平是否符合GJB151B-2013要求的注入電平要求。測量配置中，輔助設(shè)備用于監(jiān)視EUT的工作性能，觀察EUT是否工作正常。

圖1 CS102測量配置圖

測量過程為：依據(jù)圖1連接測量系統(tǒng)，受試設(shè)備加電并預(yù)熱，使其工作狀態(tài)處于穩(wěn)定。初始將信號發(fā)生器的輸出調(diào)節(jié)到最低測試頻率，然后慢慢增加信號電平，直到示波器的讀數(shù)值為1V，保持要求的信號電平，依據(jù)GJB151B-2013通用要求在測試頻率范圍內(nèi)進行頻率步進式注入，同時觀察EUT是否敏感。

2 測量不確定度的來源分析及測量模型的建立

電磁兼容測量過程中，形成測量不確定度的來源眾多，測量儀器、實驗人員的熟練度、測量方法的局限性及被測對象描述的不充分均會引入測量結(jié)果的不確定度。具體包括測量過程中不同實驗人員的熟練度引入的測量過程偏差、測量儀器的計量性能的受限及在相同條件下測量結(jié)果在多次觀測中的變化等［8-11］。據(jù)此分析，在CS102測量環(huán)節(jié)中，信號發(fā)生器的漂移、阻抗失配、測量的重復(fù)性等因素均引入了測量不確定度分量。

據(jù)此，建立式（1）所示的CS102干擾注入電平的測量模型：

式中，CVL：傳導(dǎo)干擾注入電平，dBV；VLAW：電壓的窗口接受度，dB，在可接受窗口內(nèi)，允許軟件接受的在校準(zhǔn)電平下的感應(yīng)電壓值。PD：信號發(fā)生器漂移，dB，與信號發(fā)生器的輸出電平及長期重復(fù)性有關(guān)。PAH：功率放大器諧波，dB，功率計的讀數(shù)中由放大器失真引入的不確定度分量。MVC：示波器-耦合變壓器間的阻抗失配，dB。Ur：示波器自身引入的不確定度修正因子，dB。REUT：EUT的重復(fù)性，dB，只有當(dāng)測量結(jié)果接近允許極限時才需要考慮，因為此時EUT的變化可能影響到合格判定。

3 測量結(jié)果的測量不確定度評定

測量不確定度評定包括A類評定和B類評定共兩個部分。

A類評定為在規(guī)定測量條件下，能夠用統(tǒng)計分析的方法對被測量進行評定的測量不確定度分量；

B類評定用非統(tǒng)計學(xué)方法對測量不確定分量進行評定。

3.1 A類測量不確定分量評定

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6113.402-2006，示波器電壓讀數(shù)Vr需要采用A類測量不確定分量評定方法進行評定，不確定的來源包括測量系統(tǒng)不穩(wěn)定、人員操作的重復(fù)性等因素，由于CS102的測試系統(tǒng)為閉環(huán)自動測試系統(tǒng)，不同EUT均要求保持注入干擾電平為1V，故A類測量不確定的來源也包括了EUT的不確定性。

選擇某艦載設(shè)備作為受試設(shè)備，設(shè)備為220V單相交流供電。依據(jù)試驗的標(biāo)準(zhǔn)測量配置進行10次測量，在50Hz頻點處取10次測量結(jié)果用于評定，具體數(shù)據(jù)見表1，由于示波器的測量結(jié)果單位為V，為便于計算合成不確定度，將V轉(zhuǎn)換為dBμV。

其次，計算實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差s（Vk），有：

表1 測量接收機讀數(shù)的A類評定計算

3.2 B類測量不確定分量評定

3.2.1 電壓電平可接受窗口VLAW，dB

依據(jù)CNAS-GL07，示波器電壓可接受窗口的半寬度值a=0.50dB，該值均勻分布，則電壓電平可接收窗口的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度為u（VLAW）=0.50/1.732=0.289dB。

3.2.2 信號發(fā)生器漂移PD，dB

在儀器的校準(zhǔn)證書中，信號發(fā)生器漂移PD的輸出幅度相對擴展不確定度為0.5%（k=2），由于校準(zhǔn)證書采用了相對不確定度的形式表示，需要換算成dB形式。

設(shè)信號發(fā)生器輸出幅度為Ur（V），則擴展不確定度的報告形式為：m=Ur（1±0.5%），將該式兩邊同時取以10為底的對數(shù)，并乘以20，有：

即m（dBV）=Ur（dBV）+［-0.0435dB，0.0043dB］

［-0.0435dB，0.0043dB］區(qū)間的半寬為0.0239dB，服從正態(tài)分布，則PD的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度為u（PD）=0.0239dB/2=0.012dB。

3.2.3 功率放大器諧波PAH，dB

在儀器的校準(zhǔn)證書中，功率放大器增益的擴展不確定度：0.6dB（k=2），則u（PAH）=0.6/2=0.3dB。

3.2.4 示波器-耦合變壓器間的阻抗失配MVC，dB

由于示波器-耦合變壓器測量路徑存在阻抗不完全匹配，需要對結(jié)果修正，其修正的最佳值為0dB。

電纜、耦合變壓器及電纜三者的串聯(lián)構(gòu)成了一個二端口網(wǎng)絡(luò)，示波器連接到二端口網(wǎng)絡(luò)的一端上，二端口網(wǎng)絡(luò)的另一端連接到受試設(shè)備，則阻抗失配修正因子為式（2）：

其中，Γe為EUT的反射系數(shù)，Γr為示波器的反射系數(shù)，考慮最壞情況假設(shè)接到示波器上的是一根良好匹配的電纜（S11＜＜1，S22＜＜1），其衰減可忽略（S21≈1），且示波器射頻衰減為10dB或更大，這時電壓駐波比為VSWR≤1.2：1，相當(dāng)于Γr≤0.09。

據(jù)此，可以計算δM的極限值，如式（3）：

式中，δM的半寬度值為0.785dB，服從U型分布，包含因子為則阻抗失配修正因子δM的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度為u(δM)=0.555dB。

3.2.5 示波器自身引入的不確定度修正因子Ur，dB

示波器自身引入的不確定度主要為電壓測量引入的擴展測量不確定度［12～15］，示波器的校準(zhǔn)證書中，電壓測量的相對擴展測量不確定度為0.5%（k=2），由于校準(zhǔn)證書采用了相對不確定度的形式表示，需要換算成dB形式。

設(shè)示波器的測量值為Ur（V），則擴展不確定度的報告形式為：

m=Ur（1±0.5%），將該式兩邊同時取以10為底的對數(shù)，并乘以20，有：

20lgm=20lgUr+20lg（1±0.5%）

即m（dBV）=Ur（dBV）+［-0.0435dB，0.0043dB］

［-0.0435dB，0.0043dB］區(qū)間的半寬為0.0239dB，服從正態(tài)分布，則Ur的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度為u(Ur)=0.0239dB/2=0.012dB。

3.2.6 EUT的重復(fù)性REUT，dB

由于CS102項測試的被測件基本不存在重復(fù)性，故該項不予考慮。

表2 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評定結(jié)果表

3.3 測量結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

干擾注入電平的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.4 測量結(jié)果的擴展不確定度

取k=2（對應(yīng)95%的置信水平），擴展不確定度為：

4 結(jié)論

本文系統(tǒng)的研究了軍用設(shè)備地線傳導(dǎo)敏感度的測量不確定度評定方法，以某艦載設(shè)備為測量對象，開展了測量不確定度評定工作，評定結(jié)果顯示，影響CS102測量不確定度的主要分量是阻抗失配帶來的不確定度、電壓電平可接受窗口及功率放大器諧波帶來的不確定度分量等。研究結(jié)果對符合GJB151B新標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容測量能力的建設(shè)以及測量結(jié)果質(zhì)量的保障具有積極的作用。

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