電磁兼容輻射騷擾樣品測試桌的設計與研究

葉長青,趙海波,王　杰（惠州出入境檢驗檢疫局，廣東　惠州516006）

?

電磁兼容輻射騷擾樣品測試桌的設計與研究

葉長青,趙海波,王杰
（惠州出入境檢驗檢疫局，廣東惠州516006）

摘要：為減小木質測試桌對輻射騷擾測試結果的影響，以低介電常數的聚苯乙烯顆粒為材料，設計一款高頻低反射樣品測試桌，參考標準GB/T 6113.104——2008測試桌影響的評估程序，搭建測試系統。使用3m法電波暗室測試環境，在30 MHz～1 GHz和1～8 GHz兩個頻段對聚苯乙烯泡沫桌和木桌進行對比測試并進行數據分析，驗證聚苯乙烯泡沫桌對輻射騷擾測試結果的影響。研究結果表明：測試時，應使用介電常數低、耐潮濕性、絕緣性優良和穩定性高的樣品測試桌，以減小由測試桌引入的標準不確定度。該研究結論對電磁兼容領域的輻射騷擾測試、輻射雜散測試、輻射抗擾度測試具有一定的參考價值和指導意義。

關鍵詞：電磁兼容；輻射騷擾；測試桌；介電常數；不確定度

0 引　言

在電子產品電磁兼容檢測項目中，輻射騷擾測試是最重要的測試項目之一。依據標準要求該項目的測試需在電波暗室中進行，電波暗室能有效地將內外電磁場隔離開來，使實驗環境中的干擾電平足夠低，并保證實驗過程中產生的輻射干擾信號不對周圍環境產生有害的影響[1]。輻射騷擾測試是檢測結果離散性比較大的檢測項目[2]，檢測環境條件、測試設備和設施、被測樣品布置及類型等因素均會對輻射騷擾測試結果產生影響。相關文獻資料中介紹了不同HDMI電纜線、布線方式、電源引線對檢測結果的影響[3-5]，但針對樣品測試桌做為影響因素的研究內容較少。現行GB 9254——2008《信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法》[6]中僅說明了輻射騷擾測試的測試桌應為非導電桌，并未對材料有明確的要求，如厚度及材質等。標準GB/T 6113.104——2008《無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規范》[7]中提及了測試桌的形狀、結構和材料的介電常數都會對場強的測量結果產生影響，對30 MHz～1 GHz輻射騷擾測試桌的評估給出了評定流程，但沒有1 GHz以上檢測時測試桌的驗證方法。

目前，絕大部分實驗室輻射騷擾測試所用的測試桌均為木桌，木桌本身介電常數較大，移動不方便，木材還具有較強的吸濕性，易變形，介電常數隨含水率和溫度的增加而增大[8]，絕緣性能也會受到影響。因此，由木質測試桌引入的標準不確定度分量較大，無法保證測試結果的準確性、真實性，從而影響了檢測結果的質量和工作效率。

結合以上所述，有必要設計和研究一款新型材料的樣品測試桌，在實際測試中減小測試桌對輻射騷擾測試結果的影響，來保證結果的真實性和準確性。

1 樣品測試桌材料選擇及結構設計

1.1 測試桌材料選擇

材料本身介電常數的不同，會對干擾源發射的電磁波輻射能量有一定的影響。材料的介電常數越大，影響的程度越高。通過對不同材質的介電常數及性能進行比較，選擇低介電常數“聚苯乙烯顆粒”做為測試桌的材料。表1為常用物質介電常數表。

1.2 測試桌結構設計

由于進行輻射騷擾測試的樣品種類較多，測試桌的結構需要考慮兩方面內容：1）測試桌必需安裝及拆卸方便且穩固；2）測試桌須有較強的承重能力。

圖1 有測試桌時實驗布置圖

表1 介電常數表

新型測試桌由聚苯乙烯泡沫板組合而成，尺寸為1.5m×1.0m×0.8m，荷重≥100kg。

2 驗證測試方法及系統構成

2.1 驗證方法

驗證新型測試桌對輻射騷擾測試結果的影響主要是研究測試桌對電磁波輻射和傳播特性的影響。由于測試桌材質相對于空氣有一定的介電常數，即存在于桌面的輻射干擾源的電磁波有部分會被桌面吸收和反射，導致輻射騷擾測試結果的偏差。為了驗證測試桌的影響，應使用一特定的發射天線在有無測試桌的特定布置的情況下進行兩次發射測量，兩次測量結果之差可給出測試桌影響的驗證結果。

本驗證方法參考GB/T 6113.104——2008中5.9.2條款（試驗桌影響的評估程序）。具體方法如下：在3m法電波暗室中，采用偶極子天線（30 MHz～1 GHz）、喇叭天線（1～8 GHz）作為干擾源發射天線，對數周期天線（30 MHz～1 GHz）、喇叭天線（1～8 GHz）作為接收天線。采用小型泡沫作為支撐體模擬無測試桌體（模擬空氣）放置發射天線的狀態，天線椎體部分伸出支撐體邊緣，盡可能減少支撐體對天線發射的影響。有測試桌體時，參考圖1布置方法將發射天線貼近于桌面的某位置固定放置，同時確保相對于地面的擺放參考點與無測試桌布置時相同。天線桿軸線方向正對接收天線，需保證天線桿整體與桌面平行且固定。測試時，僅驗證水平極化即可，采用符合驗證頻段要求的信號源連接發射天線進行發射，測試環境為3m法電波暗室，接收天線接收后應用測量接收機（30 MHz～1 GHz）及頻譜分析儀（1～8 GHz）進行數據處理。

表2 測試系統儀器設備

圖2 測試系統示意圖

2.2 測試系統組成

測試用儀器見表2，測試系統如圖2所示。

3 試驗及結果分析

3.1 試驗實施

首先將儀器設備按照驗證方法的要求進行布置，在30 MHz～1 GHz頻段測試時，將信號源發射信號電平設置為-20dBm，即為87dB（μV）；1～8 GHz頻段測試時，信號源發射信號電平設置為-10 dBm，即為97dB（μV）。應用系統測試軟件對上述頻段進行測試，保存結果數據，測試狀態分為無測試桌測試，木桌測試，聚苯乙烯泡沫桌測試3種。

3.2 30 MHz～1 GHz測試結果分析

通過對30 MHz～1 GHz測試結果數據進行整理，繪制出相應的數據圖，圖3為使用聚苯乙烯泡沫桌、常用木桌與無測試桌時絕對測試結果比較圖，圖4為聚苯乙烯泡沫桌與常用木桌的相對測試結果比較圖。

在測試頻率范圍內，聚苯乙烯泡沫桌與無測試桌測試結果曲線吻合程度較高，僅有個別頻段有偏差；木桌與無測試桌測試結果曲線僅在30～90 MHz頻段吻合度較高，其余頻段偏差較大。在整個30MHz～1 GHz頻率范圍內，聚苯乙烯泡沫桌與無測試桌測試結果差值絕對值均小于2dB，絕對值最大差值頻點為540 MHz，值為-1.72 dB；木桌與無測試桌測試結果差值絕對值在200～650 MHz頻段變化較為明顯，540 MHz為絕對值最大差值頻點，值為5.66 dB，在860MHz～1GHz頻段內結果差值絕對值均大于2dB。

圖3 30 MHz～1 GHz絕對測試結果比較圖

圖4 30MHz～1 GHz相對測試結果比較圖

參考GB/T 6113.104——2008中條款5.9.2（實驗桌影響的評估程序），定義有測試桌與無測試桌測量結果差為Δ，其中，Vr/有為有測試桌時測得的結果電壓，dB（μV）；Vr/無為無測試桌時測得的結果電壓，dB（μV）。30 MHz～1 GHz頻段內的最大差值可作為評估的最大偏差Δmax=max|Vr/有-Vr/無|30MHz～1GHzdB；由測試桌引入的標準不確定度u測試桌（單位：dB）可由測得的最大差值Δmax來進行評估，并假設為矩形分布。因此可得到聚苯乙烯泡沫桌的標準不確定度最大值為，。

3.3 1～8 GHz測試結果分析

通過對1～8GHz測試結果數據進行整理，繪制出相應的數據圖，圖5為使用聚苯乙烯泡沫桌、常用木桌與無測試桌時絕對測試結果比較圖，圖6為聚苯乙烯泡沫桌與常用木桌的相對測試結果比較圖。

在測試頻率范圍內，聚苯乙烯泡沫桌與無測試桌測試結果曲線吻合程度較高，木桌與無測試桌測試結果曲線吻合程度不高，特別在1～2.7GHz頻率范圍內偏差較大。在整個1～8 GHz頻率范圍內，絕大部分聚苯乙烯泡沫桌與無測試桌測試結果差值的絕對值均小于2dB，僅在頻點2.3 GHz及2.7 GHz處超過2dB，值分別為-2.07dB和-2.08dB；木桌與無測試桌測試結果差值絕對值在1～2.7 GHz頻段內變化較為明顯，1 GHz處為最大值頻點，值為-13.44 dB，在6～8 GHz頻段內結果差值絕對值均大于2dB。

圖5 1～8 GHz絕對測試結果比較圖

圖6 1～8 GHz相對測試結果比較圖

同理，參考30 MHz～1 GHz測試結果分析中對測試桌引入的標準不確定度計算方法，即可得到聚苯乙烯泡沫桌的標準不確定度最大值為

4 結束語

綜上所述，通過30 MHz～1 GHz頻段及1～8 GHz頻段結果數據對比分析，木桌測試桌對輻射騷擾測試結果的影響較大，標準不確定最大值為7.76dB，聚苯乙烯泡沫桌對輻射騷擾測試結果影響較小，標準不確定度最大值為1.2dB。同時檢測環境溫濕度變化對木桌測試桌絕緣性及介電常數的影響也較大，聚苯乙烯的電絕緣性優良，且不受溫度和濕度的影響[9]，聚苯乙烯泡沫桌具有更好的耐潮濕性、絕緣性和穩定性。

聚苯乙烯泡沫桌具有較低的介電常數，適合在輻射騷擾、輻射雜散、輻射抗擾度等檢測項目中使用，可替代行業普遍應用的木質測試桌，檢測時能真實體現待測產品的輻射狀態，提高檢測結果的準確度，提高工作效率。在CNAS-GL07《電磁干擾測量中不確定度的評定指南》[10]中，僅提及了安放被測設備的桌子的高度做為輻射騷擾電場強度測量要考慮的影響量，本文對比研究的測試桌材料對輻射騷擾的影響結論有助于檢測人員對檢測結果的不確定度評估進行較全面的綜合評定。本文提出的聚苯乙烯泡沫桌的材質應用廣泛，易于回收利用，節省成本，有較好的推廣和使用價值。

目前對于普通民用電子產品來講輻射騷擾測試最高測試頻率為6GHz，聚苯乙烯泡沫板測試桌在8 GHz以上對輻射騷擾測試結果的影響有待于進一步的驗證和分析。另外，在EMC技術指標的測量過程中，引起測量不確定度的因素有很多[11]，暗室性能、儀器設備、人員的操作、待測樣品的布置及測試桌等均是影響輻射騷擾檢測結果的標準不確定分量，實際應用中，檢測人員對檢測結果的不確定度評估要充分考慮各種影響因素，以便獲得準確的檢測結果。

參考文獻

[1]周曉燕. EMC及用于EMC測試的電波暗室[J].環境技術，1998（3）：35-36.

[2]武彤，沈慶飛.實驗室之間輻射騷擾場強比對的設計[J].電子質量，2007（8）：82-84.

[3]何飛，孫小妹.不同HDMI電纜線對輻射騷擾場強測試的影響[J].電子質量，2013（12）：65-70.

[4]周毅，張少杰，謝晉雄，等.布線方式對信息技術設備輻射騷擾場強測試的影響[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2014，33（2）：255-260.

[5]楊立委，陳繼宣，龐達.電源引線對信息技術設備輻射騷擾特特性的影響[J].科技傳播，2011（11）：70-71.

[6]信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法：GB 9254—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[7]無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規范第1-4部分：無線電騷擾和抗擾度測量設備輔助設備輻射騷擾：GB/T 6113.104—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[8]吳曄.木材介電常數的研究[J].安徽農學院學報，1989 （1）：59-74.

[9]郭明洋.淺談家電中聚苯乙烯的應用前景[J].化學工程與裝備，2010（10）：131-132.

[10]電磁干擾測量中不確定度的評定指南：CNAS-GL07[S].北京：中國合格評定國家認可委員會，2006.

[11]李建明，王巍，肖鵬，等.半電波暗室中的EMI輻射騷擾試驗測量不確定度分析與評定[J].中國測試，2012，38 （6）：17-19.

（編輯：劉楊）

The design and research of test table applied in radiated emission of electromagnetic compatibility

YE Changqing，ZHAO Haibo，WANG Jie
（Huizhou Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau，Huizhou 516006，China）

Abstract:To decrease the influence caused by wooden test tables on the results of radiated emission measurement，a low reflective test table that is especially used in high frequency is made with low dielectric constant polystyrene. A testing system is designed as per the evaluation procedure for test table influences of standard GB/T 6113.104——2008. Comparison testing and research are done under the frequency scope of 30 MHz- 1 GHz and 1- 8 GHz in a 3- meter anechoic chamber. It turns out that the polystyrene test table has smaller influence than the wooden test table in reference to the radiated emission measurement. The experiment shows test tables characterized by low dielectric constant，moisture resistance，good insulation，and high stability should be used to reduce standard uncertainty in radiated emission measurement. The conclusions are instructive and meaningful for measuring radiated emission，spurious emission and radiated susceptibility.

Keywords:electromagnetic compatibility；radiated emission；test table；dielectric constant；uncertainty

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5124（2016）04-0089-04

doi：10.11857/j.issn.1674-5124.2016.04.019

收稿日期：2015-07-20；收到修改稿日期：2015-09-09

作者簡介：葉長青（1978-），男，山東武城縣人，高級工程師，碩士，主要從事電子電器產品安全與電磁兼容檢測與研究工作。