丁敏 張萍 鄒愛華

摘 要：本文介紹了一種汽車零部件輻射騷擾試驗(yàn)的測(cè)量不確定評(píng)定方法，評(píng)定過程基于3米法半電波暗室，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T6113.402-2018/CISPR 16-4-2：2014中的要求，全面的分析了在30 MHz～6 GHz頻段對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不確定度的來(lái)源，并對(duì)每個(gè)不確定分量進(jìn)行了評(píng)定。

關(guān)鍵詞：汽車電子;輻射騷擾;測(cè)量不確定度

0 引言

在EMC測(cè)試的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)測(cè)量不確定度的評(píng)定方法越來(lái)越重要，但是由于測(cè)試距離、場(chǎng)地等的差異性，在CISPR 16-4-2的輻射發(fā)射測(cè)量不確定度評(píng)定方法中，多個(gè)參數(shù)的評(píng)定是在3 m，10 m以及30 m測(cè)試距離下進(jìn)行的，不適用于測(cè)試距離為1 m的汽車零部件。本文將嘗試給出一種汽車零部件輻射騷擾測(cè)試（30 MHz～6 GHz）測(cè)量不確定度的評(píng)定方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)室間試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)有一定的意義。

1 測(cè)量系統(tǒng)的布置

按照 CISPR 25 的標(biāo)準(zhǔn)要求，將被測(cè)樣品放在測(cè)試桌上，采用 50 mm 高的絕緣材料支撐，接收天線距離被測(cè)物線束 1 m，天線的相位中心指向線束中心（1 G 以上指向被測(cè)件），用屏蔽電纜將天線接收到的場(chǎng)強(qiáng)連接至接收機(jī)，將被測(cè)件調(diào)整至測(cè)試模式，用接收機(jī)測(cè)量此時(shí)被測(cè)樣品的輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)。在測(cè)試過程中，測(cè)試天線類型及其工作頻段可參考表1：

2 測(cè)量不確定度的評(píng)定

2.1 數(shù)學(xué)模型

測(cè)量量E可以用以下數(shù)學(xué)模型表示：

2.2 不確定度輸入量的計(jì)算- A類不確定度

2.2.1 接收機(jī)讀數(shù)Vr

該不確定度分量主要是由于接收機(jī)讀數(shù)的影響因素造成的，這些因素包括整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，接收機(jī)底噪以及坐標(biāo)分辨率改變而引起的誤差，可以采用A類評(píng)定方法。

將信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接至接收機(jī)的輸入端，測(cè)試信號(hào)頻率為1 000 MHz，電壓為40 dBμV，進(jìn)行連續(xù)測(cè)量10次（每次測(cè)量前均重新接線），得到測(cè)量值：40.03，40.04，40.10，40.03，39.99，39.95，39.96，39.94，39.97，40.00 （dBμV）。

2.3 不確定度輸入量的計(jì)算- B類不確定度[1]

2.3.1 天線和接收機(jī)之間的衰減ac

該不確定度分量主要是由接收機(jī)和天線之間連接的衰減偏差造成的，ac 的評(píng)定可采用計(jì)量報(bào)告中所給擴(kuò)展不確定度，其衰減偏差的限值e=±0.1 dB，其半寬為0.1 dB，包含因子k=2，所以：

2.3.2 天線系數(shù)Fa

該不確定度分量主要是由寬帶天線因子校準(zhǔn)偏差所引起的，u（Fa）的評(píng)定采用校準(zhǔn)報(bào)告中所給出不確定度值：

2.3.3 正弦波電壓δVsw

該不確定度分量主要是由于接收機(jī)正弦波電壓測(cè)量值不準(zhǔn)確產(chǎn)生的，u（δVsw）的評(píng)定可采用計(jì)量報(bào)告中所給出值，其正弦波電壓測(cè)量誤差限值e=±0.6 dB，由此其半寬區(qū)間為0.6 dB，包含因子k=2，所以：

2.3.4 脈沖幅值響應(yīng)δVpa

該不確定度分量主要是由于接收機(jī)脈沖幅值響應(yīng)測(cè)量值不準(zhǔn)確產(chǎn)生的，接收機(jī)的校準(zhǔn)計(jì)量證書中表明其脈沖幅值響應(yīng)的擴(kuò)展不確定度為0.7 dB，可以看作服從矩形分布，以零為中心，半寬區(qū)間為0.7 dB，所以：

2.3.5 脈沖重復(fù)率響應(yīng)δVpr

該不確定度分量主要是由于接收機(jī)脈沖重復(fù)率響應(yīng)不準(zhǔn)確而造成的，從接收機(jī)的計(jì)量報(bào)告中得知脈沖重復(fù)率響應(yīng)的擴(kuò)展不確定度為±0.8 dB，可以看作是服從矩形分布，以零為中心，半寬為0.8 dB，所以：

2.3.6 接收機(jī)本底噪聲δVnf

該不確定度分量主要是由測(cè)量接收機(jī)本底噪聲所引起的，當(dāng)頻率小于1 GHz時(shí)，δVnf估計(jì)值應(yīng)為0，且服從半寬度為1.1 dB的矩形分布;當(dāng)測(cè)量頻率在1 GHz～6 GHz之間時(shí)，δVnf估計(jì)值為0，且服從半寬度為0.5 dB的矩形分布。從而可以得到：

2.3.7 接收機(jī)和天線之間的失配δM

該不確定度分量主要是由于接收機(jī)和寬帶天線之間的失配所引起的，為了減少底噪對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的影響，實(shí)驗(yàn)室大多選擇全測(cè)試頻段使用外置預(yù)放大器。因此，需要考量?jī)身?xiàng)失配的不確定度，一項(xiàng)是天線端口和預(yù)放輸入端口之間，另一項(xiàng)是預(yù)放輸出端口和接收機(jī)輸入端口之間的失配。

天線端口和預(yù)放輸入端口的失配誤差δM± =+1.3/-1.5（dB），該不確定度分量的寬度為δM+ -δM-=1.3+1.5=2.8 dB，估計(jì)值為0，并且服從U形分布，從而可得：

預(yù)置放大器輸出端口（Output）和接收機(jī)輸入端口（Input）之間的失配誤差δM± =+1.2/-1.4（dB），服從U形分布，估計(jì)值為0，從而可得：

2.3.8 天線系數(shù)的頻率內(nèi)插δFaf

該不確定度分量主要是由于天線校準(zhǔn)點(diǎn)之間的頻率間隔和天線因子隨頻率的變化所引起的不確定度影響，可以看作是服從以零為中心，半寬為0.3 dB的矩形分布，所以：

2.3.9 天線方向性的差異δFadir

該不確定度分量主要是由于天線工作時(shí)的方向性偏差所產(chǎn)生的不確定影響，該不確定度分量的評(píng)定可以看作是服從以零為中心，半寬為1.0 dB的矩形分布，所以：

2.3.10 天線相位中心的位置δFaph

測(cè)量天線的相位中心位置會(huì)隨頻率的變化而變化，該變化產(chǎn)生的不確定性所造成的偏差引起了δFaph的不確定度影響。

對(duì)于雙錐天線的相位中心位置的修正量δFaph可忽略不計(jì)。

對(duì)于對(duì)數(shù)周期天線（200 MHz～1 GHz），修正因子δFaph的評(píng)定可以看作是服從以零為中心，半寬區(qū)間為1 dB的矩形分布，所以：

對(duì)于或雙脊波導(dǎo)喇叭天線，該不確定度分量在評(píng)定時(shí)，可以看作是服從以零為中心的矩形分布，半寬區(qū)間的計(jì)算可以考慮在測(cè)試距離上誤差±0.1 m所產(chǎn)生的影響。此時(shí)，測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)和測(cè)試距離成反比例關(guān)系。

假設(shè)E=k/d，其中，E為場(chǎng)強(qiáng)（單位V/m），k為反比例系數(shù)，d為測(cè)試距離（單位m）。測(cè)試距離誤差為0.1 m時(shí)，

在汽車電子輻射騷擾試驗(yàn)中，天線距離測(cè)試樣件1 m，此時(shí)：

2.3.11 交叉極化δFacp

對(duì)于雙錐天線（30 MHz～200 MHz）和雙脊波導(dǎo)喇叭天線（1 GHz～6 GHz），交叉極化可以忽略不計(jì)，對(duì)于對(duì)數(shù)周期天線，該分量符合估計(jì)值為0，半寬度為0.9 dB的矩形分布，具體分量計(jì)算如下：

2.3.12 平衡δFabal

該不確定度分量主要是由于天線工作時(shí)不平衡所引起的不確定度，水平極化和垂直極化時(shí)，該不確定度分量的評(píng)定可以看作是服從矩形分布，半寬區(qū)間不同，具體分量計(jì)算如下所示：

2.3.13 場(chǎng)地的不理想δAN

該不確定度分量主要是由于場(chǎng)地歸一化衰減值與理論值偏差引起的不確定度影響，由場(chǎng)地校準(zhǔn)報(bào)告中的結(jié)果可知，該不測(cè)量確定度分量的評(píng)定可以看作是服從以零為中心的三角分布。

2.3.14 測(cè)量距離δd

該不確定度分量主要是由于天線和被測(cè)樣件之間測(cè)量距離的偏差而造成的不確定度影響，該分量的評(píng)定可以看作是服從以零為中心的矩形分布，同樣的，其半寬區(qū)間的計(jì)算可以考慮在測(cè)試距離上誤差±0.1 m所造成的影響，測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)和測(cè)試距離成反比例關(guān)系。

2.3.15 試驗(yàn)桌的高度δh

該不確定度分量主要是由于測(cè)試桌的高度與標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的高度之間的偏差而產(chǎn)生的不影響，如果測(cè)試桌的高度與標(biāo)準(zhǔn)中所要求的高度相差小于0.01 m，該不確定度分量的評(píng)定可以看作是服從以置信概率為95%擴(kuò)展不確定度為0.1 dB的分布，所以：

2.3.16 天線系數(shù)的高度偏差δFah

該不確定度分量是由于天線與其在接地平面內(nèi)的鏡像發(fā)生互耦從而導(dǎo)致天線系數(shù)發(fā)生變化產(chǎn)生的，其修正量隨著頻率的增加而減小，頻率在300 MHz以上可以忽略不計(jì);頻率小于300 MHz時(shí)，δFah符合估計(jì)值為0 的矩形分布，具體半寬度需根據(jù)雙錐天線系數(shù)和對(duì)數(shù)周期天線系數(shù)分別進(jìn)行評(píng)估具體如下：

2.3.17 試驗(yàn)桌材料δANT

2.4 合成不確定度和擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

在確認(rèn)各不確定度分量u（xi）以及靈敏系數(shù)Ci之后，可以使用公式計(jì)算出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。假設(shè)測(cè)量結(jié)果不確定度的置信水平為95%，此時(shí)包含因子k=2，從而可用公式U=2uc（y）得到各頻段的擴(kuò)展不確定度[2]。

具體評(píng)定結(jié)果一覽表如表2所示：

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)汽車電子輻射騷擾試驗(yàn)30 MHz～6 GHz頻段的測(cè)量不確定度評(píng)定方法進(jìn)行了研究，搭建出了數(shù)學(xué)模型，并給出了評(píng)定實(shí)例，從而得出了測(cè)量結(jié)果的不確定度。由于影響汽車電子輻射騷擾試驗(yàn)最終測(cè)量結(jié)果的因素較多，因此給測(cè)量不確定度的評(píng)定帶來(lái)了一定的困難。通過合理全面的測(cè)量不確定度分析評(píng)定，會(huì)讓實(shí)驗(yàn)室間進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)或者進(jìn)行能力驗(yàn)證時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)的比對(duì)更有參考性。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 6113.402-2018/CISPR 16-4-2：2014無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法規(guī)范 第4-2 部分：不確定度、統(tǒng)計(jì)學(xué)和限值建模測(cè)量設(shè)備和設(shè)施的不確定度.

[2]JJF 1059-2012，測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示[S].