電波暗室場地電壓駐波比標準測試法介紹和分析

鄧樂玉，陸健，張嘉，石昕陽

（1.電磁兼容性國防科技重點實驗室，武漢 430064；2.中國船舶工業(yè)電磁兼容性檢測中心，武漢 430064）

電波暗室作為一種典型電磁兼容性測試場地，被廣泛地應(yīng)用于電子電氣設(shè)備的輻射發(fā)射和輻射敏感度測試中。它可以分為半電波暗室和全電波暗室，分別用于模擬開闊試驗場（OATS）和自由空間。電波暗室建好后必須依據(jù)國際相關(guān)標準對其性能進行評估和測試。目前，主要是根據(jù)CISPR 16-1-4和IEC 6100-4-3標準對電波暗室進行評估。評價電波暗室性能的指標包括：歸一化場地衰減（NSA）測試，對應(yīng)30 MHz～18 GHz的輻射發(fā)射測試；測試面場地均勻性（FU）測試，對應(yīng)30 MHz～18 GHz的輻射抗擾度測試。為了更加準確地評定電波暗室場地性能，IEC 于 2007 年 1 月 12 日 表 決 通 過 了 CISPR/A/710/FDIS草案，采用場地電壓駐波比（SVSWR）法對暗室在1 GHz以上的性能進行評估。文中主要對該方法進行了介紹，并詳細說明了電波暗室SVSWR的測試原理、目的和使用天線的標準測試法，最后簡單說明了SVSWR測試中應(yīng)注意的問題。

1 CISPR 16-1-4：2007標準

1.1 對電波暗室SVSWR的規(guī)定

對電波暗室性能的評估，本質(zhì)上是驗證不同頻率的接收信號在暗室內(nèi)受反射信號的影響。電波暗室在1 GHz以上的場地驗證方法主要為歸一化場地衰減法，而CISPR 16-1-4：2007 標準中規(guī)定：電波暗室場地驗證方法以SVSWR測試取代1 GHz以上NSA測試；SVSWR測試的目的是評估電波暗室內(nèi)是否存在超過電平限值要求的電磁波發(fā)射，從而避免當(dāng)一個任意尺寸和形狀的受試設(shè)備（EUT）被放入測試靜區(qū)后，對EUT輻射發(fā)射造成影響[1]。

根據(jù)CISPR 場地認可的建議，SVSWR 測試的起始頻率為1 GHz,終止頻率為測試所用的最大頻率，且終止頻率不能低于2 GHz。

1.2 SVSWR的測試原理和目的

SVSWR 測試原理是基于電磁波的干涉現(xiàn)象。由波源（發(fā)射天線）發(fā)出的直射信號和其在電波暗室內(nèi)壁上的發(fā)射信號疊加產(chǎn)生的合成信號形成空間駐波。該合成信號的最大值和最小值之比即為空間駐波比，其大小可以表征反射波的強度，從而驗證暗室的反射特性。

SVSWR測試的目的，就是評估一個任意尺寸和形狀的EUT被放入測試域后可能造成的電磁波反射帶來的影響。

SVSWR 是接收信號的最大值和最小值之比（Emax/Emin），這是由直射信號的反射干涉產(chǎn)生的。

式中：Emax，Emin是接收信號的最大值和最小值；Vmax，Vmin是通過接收機或頻譜儀測得的電壓的最大值和最小值。如果用dB來表示，公式（1）可改為：

對于每個頻率和極化都要分別計算SVSWR 的值，每個位置會有6組這樣的測量數(shù)據(jù)。

1.3 SVSWR的合格標準

CISPR 16-1-4:2007標準中規(guī)定：如果一個測試場地能夠滿足場地自由空間駐波比小于等于6.0 dB，就認為其可以進行1～18 GHz 頻率范圍內(nèi)的電磁騷擾輻射測量。

2 電波暗室SVSWR測試

CISPR 16-1-4:2007 中定義了 2 種 SVSWR 測試法，一種是使用天線發(fā)射和天線接收的標準測試法，一種是使用天線發(fā)射和場強探頭接收的互易測試法。2種測試方法在理論上是等價的，筆者僅對目前使用最廣泛、儀器配置最簡單的標準測試法進行介紹。

2.1 測試天線要求

測試天線要在測試中照射到所有的反射表面，且能夠盡可能地模擬大多數(shù)EUT發(fā)射的較低的方向性和增益特性。因此測試用的發(fā)射天線應(yīng)是線性極化，且具有類似偶極子天線較低的方向性圖，其E面和H 面的波瓣圖必須滿足CISPR 16-1-4:2007 標準的規(guī)定。它可以照射到暗室的所有內(nèi)表面，且受位置的影響較小，天線較小的偏移不會影響測試結(jié)果。接收天線也必須是線性極化，且應(yīng)使用同發(fā)射試驗測試中相同類型的天線，比如喇叭天線或?qū)?shù)周期天線。

2.2 場地布置要求

對電波暗室進行SVSWR測試，首先要確定一個圓柱形的測試靜區(qū)，即EUT 要放置的位置。通常為轉(zhuǎn)臺所處的圓形區(qū)域，該圓柱形的底部應(yīng)該為EUT的支撐物的表面（如木質(zhì)平臺或桌子）。圓柱的頂部應(yīng)為EUT 的最大高度（包含了EUT 垂直高度上的所有電纜）。圓柱的半徑應(yīng)該是能夠容納包含電纜在內(nèi)的EUT的最大半徑寬度。對于超出測試區(qū)域的電纜，應(yīng)將30 cm 計入測試區(qū)域的尺寸內(nèi)。圖1 為SVSWR測試布置俯視圖。

SVSWR 測試需要的測試位置是由測試區(qū)域的尺寸決定的。一般在測試靜區(qū)上確定前、中、左、右4個測試位置，每個位置確定6 個測試點。SVSWR 測試由每個所要求的位置和極化方式?jīng)Q定，這些位置是一個有6個測試點的序列，這6個測試點在指向接收天線參考點的連線上，測試點布置如圖2所示。

圖2中，F(xiàn)1到F6為前端位置1—6，R1到R6為右側(cè)位置1—6，L1到L6為左側(cè)位置1—6，C1到C6為中心位置1—6。各個測試位置點在測試區(qū)域中心與接收天線參考點的連線上。以前端位置為例，確定這些位置時首先要確定F6，它位于測試區(qū)域的最前端。F6在測試軸線上，該點同接收天線的參考點的距離為測試距離D。F5到F1相對于F6進行測量，其遠離接收天線進行放置：F5＝F6＋離開接收天線2 cm；F4＝F6＋離開接收天線10 cm；F3＝F6＋離開接收天線18 cm；F2＝F6＋離開接收天線30 cm；F1＝F6＋離開接收天線40 cm。

計算出以上測試位置后，在測試區(qū)域的頂部可能會進行另外的SVSWR測試，該測試取決于測試區(qū)域的高度。測試高度通常為1 m或2 m，根據(jù)地面吸波材料的高度和實際EUT 的高度，可根據(jù)標準進行調(diào)整，需注意的是最高的高度僅進行“前端”位置的測試。測試高度布置如圖3所示。

圖3中，ha為測試區(qū)域中被吸波材料擋住的部分（最大為0.3 m）；h1為被定在測試區(qū)域中間的高度，或高于測試區(qū)域底部1 m；h2為到測試區(qū)域頂部的距離，當(dāng)h2與h1相距至少0.5 m時，該高度要求被測試。

2.3 SVSWR測試步驟

在下面的測試步驟中，Pmnopq表示測試位置,該腳標為表中測試位置的名稱。測量信號用Smnopq表示。例如表示在位置F1，高度1 m，水平極化方式；表示在位置F1，高度 1 m，垂直極化方式；其測量信號（以dB 為單位）也相應(yīng)的分別表示為和

1）將發(fā)射源以其參考點為準，置于前位置F6，高度1 m，水平極化（PF6h1H）。將接收天線也設(shè)為水平極化，測試距離為D。所有的測試中，接收天線始終保持同發(fā)射天線相同的高度。

2）確保接收到的信號要高于背景噪聲至少20 dB，接收機或頻譜分析儀要對整個頻段上的噪聲進行測量。如果要求不能滿足，則有必要更換另外的設(shè)備（天線，電纜，信號源，預(yù)放等）或使用部分頻段以保證接收信號高于噪聲20 dB。

3）在每一個要確認的頻率處記錄接收信號電平SF6h1H。掃頻測量或步進頻點測量都可以使用。如果用步進頻點測量，則頻率的步長要小于等于50 MHz。

4）將發(fā)射源置于前位置的其它5 個點，高度為水平極化時，共測量了從前位置的 6 個

5）改變發(fā)射源和接收天線的極化方式為垂直極化，重復(fù)上述步驟，從位置測得信號數(shù)據(jù)

6）對于所有的測試點，用參考位置距離Dref據(jù)下式修正接收的數(shù)據(jù)：

其中，Dmnopq是測量位置與接收天線參考點間的實際距離，Dref是參考測試位置與接收天線參考點間的距離。

7）用式（2）計算水平極化的SVSWR。在第6）步中對6個測試位置進行距離修正之后，可用式（2）對垂直極化獲得的數(shù)據(jù)重復(fù)同樣的計算操作。

8）在每個極化方式下，SVSWR應(yīng)小于等于2:1，或小于等于6 dB。

9）在測試區(qū)域的左側(cè)位置和右側(cè)位置重復(fù)以上步驟。注意，當(dāng)把發(fā)射天線置于左或右位置時，其視覺軸線應(yīng)瞄準接收天線。接收天線只要指向測試區(qū)域的中心即可，不用指向發(fā)射天線。在以后測試EUT時，也同樣保持這樣的方向。

10）如果滿足h2-h1≥0.5 m，要在中間位置和第2 個高度重復(fù)上述的測量步驟。在測量第2 個高度時，要將接收天線置于同發(fā)射天線相同的高度。

2.4 SVSWR測試中應(yīng)注意的問題

1）當(dāng)對電波半暗室進行SVSWR 測試時，就需要在半暗室測試靜區(qū)與接收天線之間地面鋪設(shè)吸波材料[2—3]。因為裸露的金屬地板易造成較強的反射，對測試結(jié)果影響較大。

2）依照標準測試法進行SVSWR 測試時，通常選用網(wǎng)絡(luò)分析儀進行信號的收發(fā)。其好處是測試速度快、精度高，測量動態(tài)范圍較大，并且更方便、快捷地對有問題的電波暗室進行診斷。

3）由于SVSWR 測試頻率在微波頻段，因此應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)的、高頻特性較好的電纜進行信號的傳輸以降低線損，提高測量動態(tài)范圍。發(fā)射天線支架應(yīng)選用高頻導(dǎo)電率低的材料。

4）標準測試法中使用的發(fā)射天線為全向天線，接收天線使用方向性較強的喇叭天線。該測試法影響測試結(jié)果的一般為靜區(qū)后部、上下、左右兩側(cè)的墻體，且最容易出現(xiàn)問題的頻段為1～3 GHz。故開始測試時，應(yīng)首先選該頻段內(nèi)低高度、垂直極化和靠近后墻最近的那個位置進行測量。

5）當(dāng)測試結(jié)果出現(xiàn)超差時，首先要檢查所有電纜接頭是否接好，然后對每個測試點重復(fù)測量2～3次，以驗證測試系統(tǒng)的重復(fù)性。

3 結(jié)語

SVSWR 測試法和NSA 測試法所用的絕對校準不同，它采用的是相對測量技術(shù)。作為一種新的電磁兼容電波暗室評估方法，它很好地解決了NSA 測試法中天線不能均勻有效地照射在暗室內(nèi)的所有墻壁上的問題。該測試方法，能夠在1～18 GHz 頻段內(nèi)對暗室的反射特性做出準確、嚴謹?shù)卦u估。SVSWR 測試目前成為國內(nèi)外電波暗室驗收測試中的必做項目，它不僅保證了暗室的設(shè)計與施工質(zhì)量，推動了電磁兼容技術(shù)的發(fā)展，并對暗室設(shè)計商和制造商提出了更高的要求，而且提高了電波暗室進行電磁兼容測試的準確性和可靠性。

[1]IEC CISPR 16-1-4 Ed2：2007，Specification for Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus and Methods-Part 1-4：Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus-Ancillary Equipment-Radiated Disturbances[S].

[2]張超.電波暗室場地電壓駐波比實測[J].安全與電磁兼容，2008（4）：33—35.

[3]FRIEDRICH-WILHELM T A G.暗室吸波材料的進展與場地電壓駐波比驗證方法[J]. 安皓，譯. 安全與電磁兼容，2008（4）：45—48.