電磁兼容輻射騷擾場強測試能力驗證的探討

余洪文，柯　進，梁新興，史信榮，熊洋洋

（廣東省計量科學研究院，廣東 廣州 510405）

電磁兼容輻射騷擾場強測試能力驗證的探討

余洪文，柯進，梁新興，史信榮，熊洋洋

（廣東省計量科學研究院，廣東 廣州 510405）

為減小不同實驗室輻射騷擾場強測試結果的差異，保證測試結果的量值統一，研究電磁兼容輻射騷擾場強測試能力驗證。從測試方法、測試場地、測試系統、測試人員等方面系統分析測試結果的主要影響因素，提出具體的實施方法，提高測試結果的可靠性。實踐證明：該方法有助于主導實驗室和參比實驗室對電磁兼容輻射騷擾場強測試能力驗證活動的順利實施和執行；同時，可提升電磁兼容檢測實驗室的檢測能力。

電磁兼容；輻射騷擾；場強測試；能力驗證；比對

0　引　言

輻射騷擾場強測試是電磁兼容領域最復雜的一項測試，其測量結果受測試場地、測試系統、測試方法、測試人員的影響很大。在產品的測試過程中，可能會出現在一家實驗室測試合格的產品，而在另一家實驗室測試不合格的情況。如何避免不同實驗室測試結果不同，保證測試結果的量值統一，開展能力驗證比對活動是行之有效的手段之一。所謂比對，就是在規定的條件下，按照比對作業指導書，對同一樣品（或經確認的相似樣品）在不同實驗室之間測量，并對所有參比實驗室的測量結果進行比較、分析和評價的過程[1]。

近年來，隨著電子電氣產品檢測市場需求越來越大，國內電磁兼容實驗室也越來越多，各實驗室的技術能力水平也參差不齊。據能力驗證報告[2-4]顯示，每次電磁兼容實驗室能力驗證活動，均存在大約1/4實驗室的檢測結果偏差較大，超出規定的閾值而被判“不滿意”。為了避免相同的被測樣品在不同實驗室測量時出現較大差異，本文從測試方法、測試場地、測試系統、測試人員等方面系統分析了各影響因素，以期幫助參比實驗室提高測量結果的可靠性。

1　基本測量原理及測試方法

1.1基本測量原理

電磁兼容輻射騷擾場強測試最理想的測試場地是開闊試驗場。開闊試驗場是在自由空間內放置一個平直的、無限延伸的金屬導電平面所形成的半自由空間。其模型[5]如圖1所示。

圖1　電磁兼容輻射騷擾場強測試模型

接收天線處的場強E是空間直射波、地面反射波和地表波的合成。可表示為

式中：E0——直射波自由空間場強；

E0Γejφ——地面反射波場強；

E0（1-Γ）Aejφ——地表波場強；

?！孛娣瓷湎禂?；

φ——直射波和反射波路徑差產生的相位差；

A——地表反射因子。

當h/λ較大時，地表波隨收、發天線間距增加衰減很快。因此，在30MHz以上頻段，可忽略地表波的影響。接收天線測得的場強值為直射波和地面發射波的矢量疊加。

1.2測試方法

輻射騷擾場強測試方法一般采用CISPR 22標準中規定的方法[6]（見圖2）：即被測物放置于轉臺中心，轉臺360°旋轉。接收天線相位中心距離被測物考察點3m/10m，接收天線以水平和垂直兩種極化方式，高度在1~4 m范圍內掃描，以測得被測物的最大發射場強值。

圖2　電磁兼容輻射騷擾場強測試布置圖

在比對活動中，為保證測量結果的可復現性，被測物一般選取信號電平穩定的梳狀信號源（其信號發射值最大偏差Δmax=±0.5dB）。同時，轉臺也固定不動。通常情況下，比對作業指導書會詳細說明信號源的操作方法及測試布局等信息。

2　測試結果影響因素及對策

影響電磁兼容輻射騷擾場強測試結果的因素有很多，概括來講主要有：信號源、測試布局、測試場地、測試系統和測量人員等。

2.1信號源及測試布局

比對信號源的選取基于兩點原則：1）重復測量穩定性，測量穩定性包含頻率穩定性和發射值穩定性兩方面；2）測試布局的一致性，也就是說信號源在每次測試需保證其結構和相對位置一致。如此一來，通常選擇性能穩定的梳狀信號發生器作為比對樣品。

比對測試布局也是影響測量結果的一個重要因素。信號源的操作方法、相對位置、工作模式、發射天線相位中心及極化方式等稍有變化均會給測試結果帶來較大偏差。一般來說，比對試驗所用信號源的操作和測試布局通常在比對作業指導書中會詳細說明。因此，在比對測試開始前務必仔細研讀作業指導書，明確信號源的工作模式和測試布局，盡可能地減少由于信號源的操作不當及測試布局差異引入的測量偏差。

2.2測試場地

電磁兼容輻射騷擾場強測試場地主要有開闊場、10m法暗室、5m法暗室和3m法暗室。目前國內的測試場地以10m法暗室和3m法暗室為主。一般來說，測試場地只要定期由專業計量技術機構校準，保證其屏蔽效能、NSA等技術指標滿足CISPR 22標準規定的要求，那么由測試場地帶來的測量不確定度就會降至最低。然而，據調研發現，由于沒有明確的標準或規范規定暗室的校準周期，有些暗室場地長期不校準或校準周期很長，顯然暗室的性能指標就很難得到保證，這必然會給測試結果帶來不可預料的偏差。綜合考慮校準費用和保證暗室性能兩方面，建議暗室每2~3年校準一次較為合適。此外，在兩次暗室校準周期之間應該對暗室進行定期保養，并制定期間核查方案，通過期間核查方式來保證暗室性能。

另外值得注意的是，3 m法數據與10 m法數據之間的轉換會給測試結果帶來較大偏差。如果簡單套用理論公式進行轉換，那么這種轉換帶來的偏差較大。表1中的數據是在相同的場地、信號源、測試方法、測試系統，僅測試距離不同的情況下測得的QP值。由此可見，如果僅通過理論公式轉換，將對測量結果帶來最大8.4dB的偏差。顯然，這是不合理的。

表1　3m法/10m法測試結果比較

關于3m法測試數據如何轉換至10m法數據，文獻[7]提出了根據實際場地的NSA測量值或經驗值在3 m處和10 m處的差值作為修正因子對測試結果進行轉換。然而，文獻[8]通過理論計算和試驗相結合的研究方法得出結論，對于3m法和10m法測試結果的轉換不適宜引入確定性修正因子。文獻[9]通過實驗驗證，20 dB/10倍距離反比因子只是一種近似關系，與實際測量結果差別很大。文獻[10]通過理論分析和實際測試相結合的方法得出結論，只有當測試距離r>>λ/2π時，標準CISPR 22中的第10.6條才適用。

如何保證3 m法數據轉換到10 m法數據的準確性，實驗室之間的比對是最有效的方法之一。3m法場地應多與權威10 m法場地進行比對或測量審核，以獲得經驗轉換值，從而保證檢測結果的準確性。

2.3測試系統

測試系統是影響輻射騷擾場強測試結果的主要因素，包含了測量接收天線、預置放大器、連接電纜及測量接收機等部分。

2.3.1測量接收天線

30 MHz~1 GHz頻段范圍內的輻射騷擾場強測試一般采用復合天線作為接收天線。使用該類天線時，需要注意兩點：1）復合天線一般尺寸較大，測試時需要確定其相位中心的位置，否則測試距離會有30cm左右的偏差，這種偏差在3m法測試中會對結果帶來約1dB的偏差。2）需要注意接收天線的天線系數。理論上，在自由場空間中校準的3m法天線系數與10m法天線系數一致。實際上，在暗室中測量3m法天線系數和10m法天線系數是有差異的，可能給測試結果帶來1dB以上的偏差。表2是型號為R&S HL562的復合天線在中國計量院校準得到的3m法和10m法的天線系數，二者最大相差1.4dB/m。因此，3m法測試和10m法測試需要選用對應的天線系數，否則將直接給測量結果帶來一定偏差。

表2　10 m法天線系數/3 m法天線系數比較 dB/m

2.3.2預置放大器

預置放大器的作用能將微小信號放大，提高信噪比。然而，預置放大器也會帶來一些問題，如放大噪聲信號，導致信號非線性失真；預放增益大小隨校準輸入電平大小而改變。表3是型號為R&S SCU01的預置放大器在輸入不同電平時增益的比較。結果表明，輸入電平的不同，預置放大器的增益會有1.2dB的偏差。

表3　校準輸入電平對預置放大器增益測量值的影響

在輻射騷擾場強測試過程中，如果使用預置放大器，需要注意以下兩點：1）評估采用預置放大器的必要性。在測試前，先不使用預置放大器進行預測試，分析測試結果在考察頻點上的信噪比。如果信噪比較小，則使用；如果信噪比很大，則沒有必要使用預置放大器。2）考察預置放大器的增益系數和飽和失真情況。使用預置放大器前，需要在測試環境條件下，在考察頻點對預置放大器進行校準，校準時選取的輸入信號電平盡量與測試信號電平相當，這樣不僅可以準確測量預放的增益系數，還能判定預置放大器是否會出現非線性失真現象。

2.3.3連接電纜及測量接收機

由于一般實驗室的測試連接電纜都是布置在高架地板下，當連接電纜或端口出現異常時較難發現。為了排除接收天線端口到接收機之間的電纜或接口出現異常，可在測試前對該段路徑進行校準。一種簡單有效的方法是：將檢定合格的信號發生器的信號輸出端口替代接收天線輸出端，利用測量接收機在考察頻點測量信號發生器的輸出信號，判斷信號源的輸出信號電平與接收機測量的電平之差是否與該段路徑電纜的衰減值相等，如果相差較大，則需要查找原因。

測量接收機在測試時需要根據標準要求設置測試頻段、掃描步進、帶寬等參數。需要注意的是，不到萬不得已，應盡量不讓接收機工作在射頻“0 dB衰減”狀態，這樣不但可以借助射頻衰減器保護接收機預選器，而且可以降低接收機帶寬不匹配造成的測量誤差。

2.4測量人員

電磁兼容輻射騷擾場強測試是一項復雜的測試，對測試人員的要求較高。通常要求測試人員具備一定的電磁兼容理論基礎知識，對整個測試系統及每臺測試設備的操作和性能熟悉，同時具備一定的測試技能和測試經驗，才能盡量減少由于測試人員帶來的影響。

3　結束語

本文在多次參加國內外電磁兼容輻射騷擾場強測試比對和組織廣東省電磁兼容比對的基礎上，總結了一些測試經驗和測試技能。實踐證明，將這些測試經驗和技能應用于能力驗證比對活動中，有助于比對試驗的順利實施，能減少測試結果的影響因素，提高測試結果的可靠性。同時，電磁兼容檢測實驗室如果在日常檢測活動中注意文中涉及的相關內容，也可有效提高產品測試結果的可靠性。

[1]合格評定 能力驗證的通用要求：GB/T 27043——2012[S].北京：中國標準出版社，2012.

[2]中國合格評定國家認可委員會，CNAS T0672兩岸電磁兼容輻射騷擾場強測試能力驗證計劃結果最終報告[R].北京:中國計量科學研究院，2013：7-8.

[3]中國合格評定國家認可委員會，CNAS T0663 1～6 GHz輻射騷擾場強能力驗證計劃結果最終報告[R].北京：中國計量科學研究院，2014：8-9.

[4]廣東省質量技術監督局.電磁兼容量值比對總結報告[R].廣州：廣東省計量科學研究院，2014：11.

[5]全國無線電干擾標準化技術委員會，全國電磁兼容標準化技術委員會，中國實驗室國家認可委員會.電磁兼容標準化實施指南[M].北京：中國標準出版社，1999：162-165.

[6]Informationtechnologyequipment-Radiodisturbance characteristics-Limitsandmethodsofmeasurement：CISPR 2006-03 Edition 5.2[S].GENEVA:IEC Central Office，2006.

[7]闞潤田，淘洪波，王文檢.半電波暗室3/10米法輻射場強換算的研究[J].電波科學學報，2009（3）：579-581.

[8]扈羅全，陸全榮.半電波暗室不同測試距離輻射場強的換算模型[J].中國電子科學研究院學報，2010（3）：582-285.

[9]胡文濤，李金龍.半電波暗室3 m法輻射騷擾測試的實驗[J].上海計量測試，2014，241（3）：40-43.

[10]孔斌，萬學濱.淺議輻射騷擾測量中距離的影響[J].安全與電磁兼容，2002（1）：31-33.

（編輯：李妮）

Discussions on laboratory proficiency testing of EMC radiated disturbance field strength

YU Hongwen，KE Jin，LIANG Xinxing，SHI Xinrong，XIONG Yangyang
（Guangdong Institute of Metrology，Guangzhou 510405，China）

A proficiency testing of EMC radiated disturbance field strength is introduced to reduce disparities in the testing results of EMC radiated disturbance field strength in different laboratories so as to ensure uniform measuring results.The main influence factors of the measuring results are systematically analyzed from test methods，test sites，test systems to test personnel.Moreover，other effective approaches are proposed to improve measurement accuracy.Practice proves that this approachcanhelppilotlaboratoriesandparticipatinglaboratoriestoimplementandfinish comparison tests，and also，it is conducive to enhancing the testing compatibility of EMC laboratories.

EMC；radiated disturbance；field strength measurement；proficiency testing；comparison

A

1674-5124（2016）03-0028-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.03.007

2015-05-21；

2015-07-16

余洪文（1982-），男，湖北鄂州市人，工程師，碩士，主要從事電磁兼容檢測及研究。