張峰， 戚露興， 吳淑忠

（中興通訊股份有限公司， 廣東 深圳 201203）

0 引言

目前行業(yè)里的輻射發(fā)射通常是在半電波暗室（SAC： Semi Anechoic Chamber） 內(nèi)進(jìn) 行低頻段（30 MHz~1 GHz） 的測試， 高頻段（1 GHz 以上）的測試則需要在SAC 的地面上人工鋪設(shè)吸波材料[1-4]， 這中間的搬移容易造成吸波材料損壞，且增加了測試時(shí)間。 若能夠證明可以在全電波暗室（FAR： Full Anechoic Room） 進(jìn)行全頻段的輻射發(fā)射測試， 那么將會(huì)帶來極大的便利性。 CISPR 32∶2015[1]對低頻段的輻射發(fā)射測試要求中不僅有SAC 的限值要求， 同時(shí)也增加了FAR 測試的限值要求， 為測試提供了依據(jù)。 此外， 與業(yè)界權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)溝通交流的結(jié)果是可以接受在FAR 中進(jìn)行輻射發(fā)射測試， 但前提是場地需要進(jìn)行自由空間歸一化場地衰減 （ FNSA） 和場地電壓駐波比（SVSWR） 的計(jì)量校準(zhǔn)， 結(jié)果合格且EUT 布置滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。 基于此， 對標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析。

1 全電波暗室用于輻射發(fā)射測試的計(jì)量要求

1.1 自由空間歸一化場地衰減（FNSA）

CISPR 16-1-4∶2019[5]中規(guī)定了輻射發(fā)射FAR 的FNSA 計(jì)量方法： 在3 m 間距， 30 MHz~1 GHz 的范圍內(nèi)， 分別以水平和極化方式測量， 接收天線的高度固定在1.5 m， 發(fā)射天線置于轉(zhuǎn)臺(tái)中心的中、 前、 后、 左、 右5 個(gè)位置， 并分別在0.75、 1.5 和2.25 m 3 個(gè)高度進(jìn)行測試， 構(gòu)成如圖1 所示的圓柱形測試空間。 要求測得的NSA 和標(biāo)準(zhǔn)理論值之差在±4 dB 之內(nèi)即為合格。

圖1 自由空間的NSA 法的試驗(yàn)布置

1.2 場地電壓駐波比（SVSWR）

根據(jù)CISPR 16-1-4∶2017 中對于FAR 場地的SVSWR 的計(jì)量要求， 天線需要分別在1、 2 m 的高度上進(jìn)行測量， 在測量時(shí)需要保持發(fā)射天線和接收天線高度一致。 天線之間間距為3 m， 在1~18 GHz范圍內(nèi)， 分別對水平和垂直兩個(gè)極化方向進(jìn)行測量。 發(fā)射天線置于轉(zhuǎn)臺(tái)中心的前、 中、 左、 右4 個(gè)位置， 每個(gè)位置包含6 個(gè)測試點(diǎn)， 構(gòu)成如圖2 所示的圓柱形測試空間。 需要沿著發(fā)射天線和接收天線之間的視軸線移動(dòng)發(fā)射天線到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)點(diǎn)， 然后計(jì)算這些點(diǎn)的SVSWR， 小于等于±6 dB 即為合格。 如果使用在SAC 地面鋪設(shè)吸波材料轉(zhuǎn)換為FAR 后能滿足計(jì)量要求， 也可以在此場地進(jìn)行測試。

圖2 場地電壓駐波比試驗(yàn)布置

2 全電波暗室用于輻射發(fā)射測試的標(biāo)準(zhǔn)要求

2.1 測試場地要求

CISPR 32∶2015 針對1 GHz 以下和1 GHz 以上的輻射發(fā)射的具體要求如表1-4 所示， 標(biāo)準(zhǔn)中對于測試的頻段、 場地、 天線高度、 檢波方式、 帶寬和限值都有明確的說明。

表1 1 GHz 以下Class A 限值要求

表2 1 GHz 以下Class B 限值要求

表4 1GHz 以上Class B 限值要求

可以看出： 對于1 GHz 以下的測試場地， 表1-2 提到了FAR 的測量限值， 這就意味著標(biāo)準(zhǔn)允許在FAR 下進(jìn)行1 GHz 以下的輻射發(fā)射測試； 至于1 GHz 以上的測試場地， 通常情況下是在SAC的地面上鋪設(shè)吸波材料， 但是在表3-4 中提到的測試場地可以為FSOATS。 從CISPR 32∶2015 針對FSOATS 和FAR 的描述中可以得出： FSOATS 可以是FAR， 也可以是參考地平面上鋪設(shè)了吸波材料的SAC/OATS， 因此也可以使用FAR 進(jìn)行1 GHz以上的輻射發(fā)射測試。

表3 1 GHz 以上Class A 限值要求

2.2 布置要求

在CISPR 32∶2015 中， 對于在FAR 中的測試布置有以下要求： 對于離開測試區(qū)域的線纜需要在水平方向上至少暴露0.8 m， 在垂直方向上距離測試框底部最小0.8 m， 再從轉(zhuǎn)臺(tái)離開測試中心， 測試布置可以使用墊板來提高整個(gè)EUT 區(qū)域， 如圖3 所示。 其他布置要求可以參考OATS/SAC/FSOATS 中的要求。 CISPR 32∶2015 給出的臺(tái)式設(shè)備在FAR 中進(jìn)行輻射發(fā)射測試的典型布置如圖4所示。

圖3 EUT 線纜布置示意圖

圖4 CISPR 32 臺(tái)式設(shè)備的測試布置示意圖

在FAR 中， 所有的測試高度都是參考測試框的底部， 通常為轉(zhuǎn)臺(tái)的頂部， 若地面吸波材料鋪到了轉(zhuǎn)臺(tái)上方， 則測試框的底部為轉(zhuǎn)臺(tái)上方吸波材料的頂部， 測試框邊緣應(yīng)距離四周吸波材料最小0.5 m， 該要求與CISPR 16-2-3[6]的要求一致，其臺(tái)式設(shè)備測試的典型布置如圖5 所示。 CISPR 16-2-3 中指明了在FAR 的測試中， 可以使用支架將EUT 區(qū)域整體抬高， 使整個(gè)EUT 區(qū)域落在校準(zhǔn)區(qū)域中， 該測試框要求在1.5、 2.5、 5 m （分別對應(yīng)3、 5、 10 m 的測試距離） 的高度上計(jì)量。 接收天線高度應(yīng)與該測試框的中心點(diǎn)保持一致。 此外,針對線纜長度超過1.6 m 的部分應(yīng)擺放在測試區(qū)域外， 而當(dāng)線纜長度小于1.6 m 時(shí)， 應(yīng)分別將線長的一半置于水平方向， 一半置于垂直方向。 立式設(shè)備則要求放置在一塊厚度為12 cm （介于10~14 cm之間） 的托板上， 線纜擺放也要滿足EUT 框內(nèi)水平和垂直方向上的暴露長度為80 cm。

圖5 CISPR 16-2-3 FAR 試驗(yàn)空間內(nèi)臺(tái)式設(shè)備的典型試驗(yàn)布置

3 測試要求

3.1 CISPR 32 的測試要求

CISPR 32∶2015 中表明在OATS/SAC 中進(jìn)行30 MHz~1 GHz 輻射發(fā)射測試時(shí)， 天線高度應(yīng)該在RGP 上方1~4 m 高度升降。 對于在FAR 中進(jìn)行該頻段測試時(shí)除上述提到的布置要求以外， 并未對轉(zhuǎn)臺(tái)角度、 天線高度等做相關(guān)的規(guī)定， 具體還需要研究CISPR16-2-3 中的相關(guān)要求。 而對于1 GHz 以上的輻射發(fā)射測試， CISPR 32∶2015 中提到在FSOAT 中進(jìn)行， 天線高度應(yīng)包含CISPR 16-2-3 中規(guī)定的高度， 詳細(xì)的測試要求可查閱標(biāo)準(zhǔn)中的5.3.2.2 章節(jié)。 因此， 在FAR 中進(jìn)行全頻段輻射發(fā)射測試的具體要求均可參考CISPR 16-2-3 中的測試要求。

3.2 CISPR 16-2-3 的測試要求

與在SAC 中進(jìn)行30 MHz~1 GHz 輻射發(fā)射測試不同的是， CISPR 16-2-3 規(guī)定了在FAR 測試時(shí)， 用于測試的天線應(yīng)是在FAR 場地校準(zhǔn)時(shí)的天線， 天線應(yīng)固定在和測試框中心高度位置持平的高度上， EUT 要求與轉(zhuǎn)臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)， 至少要在0°、45°、 90° 3 個(gè)角度下進(jìn)行掃描， 轉(zhuǎn)臺(tái)可以不需要連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

對于1 GHz 以上的測試， CISPR 16-2-3：2010 中對接收天線的3 dB 波束寬度， 接收天線的掃描高度和EUT 掃描角度都做了相關(guān)要求， 具體如下所述。

a） 天線的3 dB 波束寬度

CISPR 16-2-3 對此進(jìn)行了相關(guān)的描述， 如圖6所示。

圖6 接收天線垂直極化方向1 GHz 以上測試方法

θ3dB表示的是接收天線的最小3 dB 波束寬度。ω 表示的是接收天線3 dB 波束寬度投影到EUT 上的寬度， ω 可以通過計(jì)算得出， d 為測試距離。 通常情況下ω 需要落在吸波材料之上， 只有不能升高到吸波材料以上的立式EUT， ω 才允許落在低于吸波材料的高度， 但低于吸波材料的高度不能大于30 cm。 典型的3 種天線的波束寬度和對應(yīng)的ω 值如表5 所示。

表5 3 種天線的ω 值

b） 接收天線的掃描高度

CISPR 16-2-3∶2010 中針對接收天線高度的描述， 如圖7 所示， 如果ω 大于EUT 的高度， 則接收天線只需要固定在一個(gè)高度下測試即可， 天線高度應(yīng)與EUT 的垂直高度中心保持一致。 但若是EUT 的尺寸較高， 或接收天線在接收高頻信號的時(shí)候， 由于3 dB 波束寬度較窄， 造成ω 值小于EUT 高度， 此時(shí)需要升降天線的高度來進(jìn)行掃描，從而獲取到可能的所測頻率信號的最大值， 一般是范圍為1~4 m。 若是EUT 小于4 m， 則天線不需要升高到EUT 的頂部高度以上。

圖7 天線高度描述

c） 預(yù)掃描EUT測試角度

在測試過程中，EUT 應(yīng)該連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或者每15°以下的角度進(jìn)行一次掃描， 整個(gè)測試應(yīng)在360°的測試范圍內(nèi)， 天線的垂直和水平極化都需要測試， 如果是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的， 頻譜掃描時(shí)間應(yīng)設(shè)置為小于或等于轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)15°所需要的時(shí)間； 如果掃描時(shí)間內(nèi)超過15°， 則應(yīng)該把頻段范圍縮小以滿足小于15°的要求。

4 實(shí)測比對

標(biāo)準(zhǔn)中對于在FAR 中進(jìn)行30 MHz~1 GHz 的方法較以往常用的測試方法有較大的區(qū)別， 為了驗(yàn)證測試差異， 利用某樣品進(jìn)行了比對驗(yàn)證。

首先， 為了驗(yàn)證在FAR 與在SAC 中的測試差異， 在兩個(gè)場地上對該樣品進(jìn)行30 MHz~1 GHz 的輻射發(fā)射測試， 分別按各自的標(biāo)準(zhǔn)要求布置。 在FAR 中， 按CISPR 16-2-3 的測試要求， 將天線高度固定在測試框中心高度持平的位置上， 設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)的角度為0~270°， 步進(jìn)45°； 在SAC 中， 設(shè)置天線高度在1~4 m 范圍內(nèi)掃描， 轉(zhuǎn)臺(tái)在0~360°中連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

此外， 在SAC 中測試標(biāo)準(zhǔn)要求轉(zhuǎn)臺(tái)在0~360°中連續(xù)旋轉(zhuǎn)來掃描最大的測量值， CISPR16-2-3 中對于在FAR 中測試的轉(zhuǎn)臺(tái)角度只要求了在0°、45°、 90° 3 個(gè)角度下進(jìn)行掃描， 為了分析測試角度的差異， 在FAR 中對在0~360°轉(zhuǎn)臺(tái)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況也進(jìn)行了測試， 接收天線的高度與標(biāo)準(zhǔn)測試要求保持一致， 固定在與測試框中心高度持平的位置上， 測試數(shù)據(jù)如表6 所示。

從表6 的數(shù)據(jù)中可以看出， 在SAC 和FAR 中的測試結(jié)果存在差異， 在FAR 中的測量值相對較小， 但Margin 并不一定， 此樣品綜合考慮水平和垂直方向的結(jié)果之后， 最小Margin 值差異不大。同樣在FAR 中測試， 轉(zhuǎn)臺(tái)0~360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)， 或按0~270°范圍內(nèi)非連續(xù)步進(jìn)45°， 二者的測量結(jié)果差距不大， 也就是說不需要連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)0~360°， 按45°步進(jìn)掃描的方式也可以找到最大測量值。

表6 比對驗(yàn)證數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

通 過 對CISPR 32∶2015、 CISPR 16-1-4：2019 和CISPR 16-2-3∶2010 標(biāo)準(zhǔn)的研究分析， 我們得出可以在FAR 環(huán)境下進(jìn)行輻射發(fā)射測試， 前提是場地需要滿足標(biāo)準(zhǔn)中提到的計(jì)量要求， 包括FNSA 和SVSWR； 此外， 研究總結(jié)了標(biāo)準(zhǔn)中對于在FAR 中的測試要求， 對比分析了在全電波與半電波中測試的區(qū)別， 得到了以下結(jié)論。

在FAR 中進(jìn)行30 MHz~1 GHz 測試的要求如下：

1） 與在SAC 中測試要求天線高度在1~4 m 內(nèi)進(jìn)行掃描不同的是， 在FAR 中接收天線的高度要求固定在和測試區(qū)區(qū)域中心高度持平的位置上；

2） 測試區(qū)域的高度應(yīng)為1.5、 2.5 或5 m （分別對應(yīng)3、 5 或10 m 的測試距離）；

3） 在FAR 中測試不需要轉(zhuǎn)臺(tái)在0~360°內(nèi)連續(xù)旋轉(zhuǎn)， 但至少要在0°、 45°、 90° 3 個(gè)角度下進(jìn)行掃描；

4） EUT 區(qū)域包含EUT、 AE 和相關(guān)線纜， 且要求離開測試區(qū)域的線纜需要在水平方向上至少暴露0.8 m， 在垂直方向上最小距離測試框底部0.8 m， 測試布置可以使用墊板來提高整個(gè)EUT 區(qū)域， 臺(tái)式設(shè)備和立式設(shè)備詳細(xì)擺放可參考標(biāo)準(zhǔn)中的布置圖。

至于在FAR 中進(jìn)行1 GHz 以上的輻射發(fā)射測試要求與在鋪設(shè)吸波材料的SAC 中測試要求一致。接收天線的高度需要根據(jù)EUT 的尺寸L 和天線的3 dB 波束寬度ω 來決定， 若ω＞L， 則天線只需要在一個(gè)高度下測試即可， 高度與EUT 垂直中心保持一致； 若ω＜L，則要求在1~4 m 范圍內(nèi)升降天線來尋求最大的測量值。 與1 GHz 以下不同的是， 測試過程中EUT 要求在0~360°內(nèi)連續(xù)旋轉(zhuǎn)， 在預(yù)掃描測試過程中， EUT 應(yīng)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或者每15°甚至更小的角度進(jìn)行一次掃描。

此外， 為了分析驗(yàn)證在FAR 和SAC 中進(jìn)行1 GHz 以下測試的差異， 以及在FAR 中EUT 旋轉(zhuǎn)角度對測試結(jié)果的影響， 利用樣品進(jìn)行了實(shí)測比對。 結(jié)果表明： 在FAR 中的測量值相對較小， 但結(jié)合限值要求和此樣品整體測試數(shù)據(jù)來看， 最小的Margin 值差距不大； 按照0~360°范圍內(nèi)45°步進(jìn)的方式與轉(zhuǎn)臺(tái)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的測量值差距也不大， 45°步進(jìn)的測量方法也可以找到最大的測量值。

綜上所述， 本文對在FAR 內(nèi)進(jìn)行輻射發(fā)射測試的可行性進(jìn)行了分析論證， 結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)研究和實(shí)測的比對驗(yàn)證， 明確了各項(xiàng)技術(shù)要求， 提供了FAR輻射發(fā)射的測試依據(jù)。