陳虹財

北海市產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測中心 廣西北海 536000

電磁兼容應(yīng)用十分廣泛，幾乎所有的現(xiàn)代工業(yè)包括通信、軍工、計(jì)算機(jī)等都必須解決電磁兼容問題。各國這一領(lǐng)域的科學(xué)工作者也經(jīng)過多年的努力，研發(fā)出先進(jìn)的電磁干擾測量設(shè)備，如Keysight的射頻信號源和頻譜分析儀、Rohde&Schwarz的接收機(jī)、Schwarzbeck的抗干擾能力（EMS）發(fā)射天線等。同時也制定出相應(yīng)的測量方法，如DINEN55022-2011、EN55013-2013等。在IEEE出版的《Effects of test table materials for EMC measurement above1GHz》論文中也分析了木材、泡沫塑料和空氣等臺面材料對頻率在1GHz以上范圍的電磁兼容測量結(jié)果的影響[1]，但是，目前的檢測方法及前人的研究結(jié)果尚無對試驗(yàn)品附屬設(shè)備金屬外殼做出明確規(guī)定或分析，這個問題如不引起足夠重視將會導(dǎo)致測量結(jié)果的誤判。本文在十米法的半電波暗室環(huán)境條件下，從試驗(yàn)品附屬設(shè)備金屬外殼入手對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性評價進(jìn)行研究，得出了試驗(yàn)品附屬設(shè)備金屬外殼對測量結(jié)果有明顯影響的結(jié)論，對產(chǎn)品電磁兼容測量結(jié)果準(zhǔn)確性評價有極好的參考價值。

1 十米法半電波暗室及測量系統(tǒng)

1.1 十米法及半電波暗室

信號源的電磁干擾測量實(shí)驗(yàn)是在十米法、半電波暗室環(huán)境條件下進(jìn)行的，布置框圖見圖1，實(shí)際的電磁兼容測試場地見圖2。

圖1 布置框圖

圖2 電磁兼容測試場地圖

1.2 測量系統(tǒng)

測量系統(tǒng)包括：待測物轉(zhuǎn)臺、天線架（天線升降塔）、雙通道控制器等。

2 實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)電磁波信號以輻射場的方式在十米法的半電波暗室暗室中傳播，并垂直入射到接收機(jī)天線。試驗(yàn)品為4GHz的射頻信號發(fā)生器，外接附屬設(shè)備有功率放大器、直流電源（試驗(yàn)品附屬設(shè)備）等。其中直流電源的外殼為金屬材質(zhì)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場按照GB/T 9254-2008《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法》中要求布置[2]，試驗(yàn)品放到試驗(yàn)臺中央位置。由于需要給射頻信號發(fā)生器進(jìn)行供電，需將直流電源與信號發(fā)生器連接好，并一同放置在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場。實(shí)驗(yàn)過程中，直流電源分別擺放在試驗(yàn)臺左上角和右上角位置，然后在進(jìn)行參數(shù)設(shè)置操作。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

對射頻信號發(fā)生器進(jìn)行電磁兼容測量，將直流電源置于試驗(yàn)臺左上角和右上角，然后分別測量并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

將直流電源置于試驗(yàn)臺左上角。

（1）給射頻信號發(fā)生器供電。

（2）設(shè)置射頻信號發(fā)生器的輸出頻率和輸出功率。

（3）將接收機(jī)天線調(diào)到最佳接收狀態(tài)。

（4）測量輻射值，并記錄數(shù)據(jù)。

（5）將電源設(shè)備置于試驗(yàn)臺右上角，重復(fù)步驟（2）到（5）。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1直流電源擺放在試驗(yàn)臺左上角的測量結(jié)果

試驗(yàn)品1#、2#輸出的射頻信號頻率為4.4GHz，輸出功率為5dBm，對射頻信號發(fā)生器供電的直流電源擺放在試驗(yàn)臺的左上角，射頻信號發(fā)生器輸出不外接功率放大器的情況下，測得的輻射值，如表1所示。

表1 左上角的輻射值

2.3.2直流電源擺放在試驗(yàn)臺右上角的測量結(jié)果

試驗(yàn)品1#、2#輸出的射頻信號頻率為4.4GHz，輸出功率為5dBm，對射頻信號發(fā)生器供電的直流電源擺放在試驗(yàn)臺的右上角，射頻信號發(fā)生器無外接輸出功率放大器的情況下，測得的輻射值，如表2所示。

表2 右上角的輻射值

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 誤差分析

表1和表2為同一個試驗(yàn)品的測量結(jié)果，即把直流電源分別放置在試驗(yàn)臺左上角和右上角，在相同的頻率下，測量出的輻射值，明顯存在較大誤差。水平方向和垂直方向絕對誤差都大于3dB（uV/m）。從輻射值數(shù)據(jù)結(jié)果來看，直流電源擺放在左上角的輻射值要比在右上角的輻射值小。

3.2 影響測量準(zhǔn)確度的因素

為了明晰導(dǎo)致上述測量誤差的因素，我們的初步判斷是射頻電磁波輻射附屬設(shè)備金屬外殼上造成二次同頻電磁輻射到接收機(jī)天線所致。為此，這里引入微波射頻信號多徑輻射理論展開討論[3]。

（1）首先將電磁波輻射到接收機(jī)天線的路徑用圖3加以展示。圖3是射頻信號的電磁波E+或H+通過空氣（媒質(zhì)1）垂直入射到金屬外殼邊界面上（媒質(zhì)2），這個界面用xy平面表示。并假設(shè)媒質(zhì)2是理想導(dǎo)體，電導(dǎo)率γ為無窮大。那么，電磁波不能穿過該媒質(zhì)而形成反射。

圖3 電磁波垂直入射與反射

式(4.2.1)和式(4.2.2) 中的字母右上角的“+”為入射波，“-”為反射波，+mE和-mE是邊界條件確定的常數(shù)，j為媒介表面電流密度，β為相位系數(shù)，z為常數(shù)，η為媒介的本征阻抗。

兩個方向相反的行波合成的結(jié)果形成了駐波，而根據(jù)右手螺旋關(guān)系，還要考慮坡印廷矢量進(jìn)來，在分界面左方媒介1中的平均坡印廷矢量為：

可見，駐波不能傳輸電磁能量，而只存在電場能和磁場能的相互轉(zhuǎn)換。因此，在這種情況下，信號能量反饋不到接收機(jī)天線，不會引起測量誤差。

（2）其次是射頻信號的電磁波E+或H+通過空氣（媒質(zhì)1）以一定的斜角入射到金屬外殼邊界面上（媒質(zhì)2），見圖4。此刻，電磁波輻射作用在媒介2上，會產(chǎn)生平行極化或垂直極化分量。這里以平行極化波的斜入射為例進(jìn)行分析。

圖4 平行極化波的斜入射

從式（4.2.4）可以看出，斜入射到附屬裝置殼體的電磁波經(jīng)折射后作用在接收機(jī)天線上將產(chǎn)生干攏信號，斜入射角的不同，接收機(jī)天線上產(chǎn)生干攏信號幅值是不同的。由此可知直流電源擺放在試驗(yàn)臺左、右上角的位置，造成射頻信號發(fā)生器與附屬設(shè)備金屬外殼有一定的角度，致使射頻信號會以一定的斜入射角方向在附屬設(shè)備金屬外殼上形成二次同頻電磁輻射到接收機(jī)天線，且不同角度，二次同頻電磁輻射值也不同，從而導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。

3.3 消除干擾的方法及技術(shù)措施

經(jīng)上述分析得知，影響測量準(zhǔn)確度的因素是射頻電磁波輻射附屬設(shè)備金屬外殼上造成二次同頻電磁輻射到接收機(jī)天線。為此，采取如下措施：

第一，附屬設(shè)備金屬外殼與十米半電波暗室的金屬地板連接（即接地），然后敷設(shè)吸波材料；

第二，對試驗(yàn)品供電線路增加屏蔽；

第三，試驗(yàn)品和附屬設(shè)備擺放位置要在一條水平線上。

通過采取這些措施，能有效消除試驗(yàn)品附屬設(shè)備金屬外殼引起的二次電磁波輻射到接收機(jī)天線造成的測量誤差[4]。

4 結(jié)語

通過對試驗(yàn)品附屬設(shè)備金屬外殼引起在十米法的半電波暗室進(jìn)行電磁兼容測量造成誤差的原因進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論分析研究，試驗(yàn)品附屬金屬外殼的擺放位置會對測量準(zhǔn)確性有影響，引起誤差達(dá)到3dB(uV/m)～4dB(uV/m)。必須加以重視，避免金屬外殼二次電磁波輻射造成測量結(jié)果偏差，導(dǎo)致測量結(jié)果誤判。