電磁兼容實驗室輻射發射場強測試比對方法

武超飛，任 鵬，耿建坡，李 翀，李 飛，李 涵，高 波

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

2017-06-21

武超飛(1989-)，男，工程師，主要從事計量設備性能實驗與技術研發工作。

電磁兼容實驗室輻射發射場強測試比對方法

武超飛，任 鵬，耿建坡，李 翀，李 飛，李 涵，高 波

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

輻射發射場強測試是檢測結果離散性比較大的檢測項目，常常采用實驗室之間比對的方法來尋找實驗室檢測結果的差異，從實驗室比對方案、測試系統構成和測試數據處理等方面，分析了輻射發射試驗比對方法，并用實例說明了具體實施過程。

電磁兼容；輻射騷擾場強測試；實驗室比對；比對數據分析

輻射發射場強測試是電磁兼容的一項基本測試項目，其目的是檢測并限制被測設備的電磁騷擾發射場強，以便實施對同一環境中其他設備、通訊及廣播的保護。輻射發射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[1]。通過參加電磁兼容實驗室間輻射發射場強檢測比對，可以檢驗實驗室檢測結果的準確性，并且有利于實驗室維持和拓展檢測資質。實驗室間比對是指：按照預先規定的條件，由2個或多個實驗室對相同或類似的測試樣品進行檢測的組織、實施和評價，從而確定參加比對的實驗室能力、識別實驗室存在的問題以及實驗室間的差異，是判斷和監控實驗室檢測能力的有效手段[2-4]。當獲得滿意比對結果時，可確保檢測結果準確可靠；當未獲得滿意比對結果時，可通過針對性的整改，重新驗證等，提升實驗室的檢測技術水平[5-6]。

1 實驗室比對方案

1.1 比對樣品的選擇

比對樣品除各項技術參數滿足比對試驗要求外，還應保證其輻射發射電磁騷擾的穩定性，即多次試驗時，每次發射的電磁波頻譜應保持一致[7]。比對樣品附件(如電源線)引入的電磁騷擾噪聲應盡可能小。

1.2 輻射發射試驗系統

輻射發射場強的頻率范圍一般為30 MHz～1 GHz，或根據被試設備工作時產生或使用的最高頻率選定檢測頻率上限。該檢測項目的主要試驗設備有EMI測量接收機、3 m法半電波暗室、接受天線、轉臺、天線塔及控制計算機等。以下介紹的實驗室比對依據是GB 4284-2004《工業、科學和醫療(ISM)射頻設備電磁騷擾特性 限值和測量方法》，實驗室應根據該標準的試驗方法進行檢測[8]。

測試系統示意如圖1所示，測試時，轉臺保持不動，天線1～4 m內升降尋找最大值。測試樣品分為水平極化和垂直極化狀態。測試時，測試系統的接收天線也應該處于相應的水平極化和垂直極化狀態。測試時，分別在給定的頻率點，記錄測試到的輻射騷擾場強最大值，并填寫至試驗記錄。試驗時應注意：在觸碰信號源前，應釋放身上的靜電，以免靜電擊毀信號源；連接天線和信號源時注意不要過于用力以致接口損壞或者天線變形，以避免影響測試精度；安裝天線等操作，應該在信號源處于關閉的狀態下進行。

圖1 輻射發射騷擾測試系統示意

1.3 測試結果評價方法及不確定度分析

1.3.1 數據評價方法

比對試驗的測量數據評價技術有多種方法。比較常用的統計方法是中國合格評定國家認定委員會的技術文件CNAS-GL02《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》中推薦的統計處理和能力評價方法。輻射騷擾場強由于具有其自身的特點，可以使用以下統計方法。

使用比對判據En值進行評價，En值又稱作歸一化偏差，En為各實驗室比對結果與參考值的差值與該差值的擴展不確定度之比[9]。

(1)

式中：Yi、Yri分別為i個測量點的實驗室比對結果和參考值；k為包含因子，一般情況取k=2；uci為第i個測量點上Yi-Yri的合成標準不確定度。

當uri，uei與ui相互無關或較弱時，

(2)

式中:ui為第i個測量點參比實驗室標準不確定度；uei為傳遞標準在第i個測量點上在比對傳遞環節引入的不確定度；uri為參考值的標準不確定度。

比對測量結果一致性評判原則：

En≤1：參比實驗室的測量結果與參考值之差與不確定度之比在合理的預期范圍之內，比對結果可接受。

En>1：參比實驗室的測量結果與參考值之差超出合理的預期，應分析原因。

1.3.2 不確定度分析

A類不確定度：A類不確定度主要是測量重復性引入的標準不確定度分量。在相同測量條件下對實驗室發生的輻射騷擾場強重復測量n次。以測量數據計算實驗標準偏差，根據貝塞爾公式有：

(3)

(4)

B類不確定度：輻射發射場強檢測的B類不確定度主要來源有天線系數、接收機修正、場地不完善、測量距離誤差、接收機性能指標及接收機與天線失配因子等[10-11]。

2 參加比對實驗室測試過程實例分析

2.1 測試樣品及儀器

按照前述比對樣品的選擇要求，此次比對選用梳狀信號發生器，型號為YRS-01。該樣品在工作頻率范圍內發射穩定性和重復性好，體積小巧，便于攜帶，適合于不同場地的比較。參考源內含有電池盒，不需要外部電源和外接電纜，可以避免電源及電纜對測試環境的影響，使測試更加準確。YRS-01的技術參數如表1所示。

表1 梳狀信號發生器YRS-01技術參數

頻率范圍溫度穩定性時間穩定性工作時間30MHz～1GHz15～30℃<0.5dB<1dB,在12個月周期內8.5h

由于檢測場地和檢測儀器對電磁兼容檢測的準確性起到關鍵性作用，本次參比試驗對檢測儀器的選用要求嚴格，檢測儀器都是目前電磁兼容檢測中主流的儀器型號。測試過程均在電波暗室中進行。測試場地如圖2所示。表2為參比實驗室進行輻射騷擾測試的主要儀器設備技術參數。

圖2 參比實驗室輻射發射測試場地

表2 參比實驗室輻射騷擾場強測試儀器設備

儀器名稱型號測量范圍電波暗室3m法30MHz～18GHzEMI測量接收機N9038A-52610Hz～26.5GHz寬頻帶天線VULB916230MHz～1GHz

從參比實驗室進行輻射騷擾場強測試儀器設備的技術參數來看，選用的測試場地為3 m法半電波暗室，EMI 測量接收機、寬頻帶接收天線均是目前輻射測試大部分檢測機構用的天線，測試范圍覆蓋了本次測試所有頻帶。所采用設備均經過計量檢定機構檢定合格，且在有效期內，儀器完全符合 CISPR16-1-1[4]標準的要求，可以作為本次實驗室間比對使用。

2.2 測試結果分析

該次試驗在相同測量條件下對實驗室發生的輻射騷擾場強重復測量5次，通過式(3)、式(4)分別計算實驗標準偏差和標準不確定度，測試的輻射騷擾場強典型波形如圖3所示。各頻率點的測試結果、不確定度如表3所示。

圖3 實驗室輻射騷擾場強數據

a. 天線系數：該次電磁兼容實驗室的校準不確定度可由中國計量科學研究院校準報告查得，

表3 各頻率點測試結果、A類不確定度及參考值

頻率/MHzYi/(dBμV·m-1)s(x)/dBμA/dB52.547.80.430.19102.547.10.700.31302.556.50.680.31502.556.01.430.64702.553.50.180.08802.555.01.250.56

其擴展不確定度為1.6 dB，包含因子為：K=2 ，服從正態分布，故μB1=0.8 dB。

b. 接收機修正：接收機修正值不確定度與天線系數的標準不確定度一樣，由校準實驗室提供。在中國計量科學研究院提供的接收機校準報告中可查得，接收機修正的標準不確定度為0.3 dB，按正態分布考慮，取包含因子K=2，故μB2=0.15 dB。

f. 接收機與天線失配因子。接收機的VRC為0.2；天線最大VRC 為 0.67；其不確定度極限值為20log(1±0.2×0.67)，并按U形分布考慮，則μB6=0.86 dB。

傳遞標準在比對傳遞環節引入的不確定度較小，可忽略，則根據式(2)計算本次測試各頻率點的擴展不確定度及En值見表4。

表4 各頻率點測試擴展不確定度及En值

通過En計算分析，可以得出此次進行的比對試驗結果較滿意。各測量點的En值均小于1，表明實驗室的輻射騷擾場強檢測結果是準確的。

3 結束語

通過實驗室比對測試方法、數據處理及不確定度分析，計算出比對判據En值。結果表明參比實驗室En值小于1，證明參比實驗室輻射發射強度檢測的準確度符合要求。定期開展實驗室間比對，可有效保證實驗室出具檢測結果的準確性。

[1] 余洪文，柯 進，梁新興，等.電磁兼容輻射騷擾場強測試能力驗證的探討[J]. 中國測試，2016，42(3)：28-31.

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[5] 馬蔚宇. 國軍標電磁兼容檢測實驗室間的能力比對[J]. 宇航計測技術，2005，25(5)：42-46.

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[8] GB 4284-2004. 工業、科學和醫療(ISM)射頻設備電磁騷擾特性 限值和測量方法[S].

[9] 黃耀文. 一級注冊計量師基礎知識及專業實務[M].北京：中國質檢出版社，2017.

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[11] 魏邦友，魏邦帥，張 晶. 電磁兼容輻射發射測試中的誤差分析[J]. 電子質量，2010(6)：71-73.

Comparison Method of Radiated Emission Intensity in Electromagnetic Compatibility Laboratory

Wu Chaofei,Ren Peng,Geng Jianpo,Li Chong,Li Fei,Li Han,Gao Bo

(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

The radiated emission field strength test is a relatively large detection result,and the method of comparison between laboratories is often used to find the difference of laboratory test results.This paper analyzes the comparison method of radiated emission field strength from the aspects of the laboratory comparison scheme,the composition of the test system and the data processing.

electromagnetic compatibility;radiated disturbance field strength test;comparison between laboratories;analysis of comparison

TM937

A

1001-9898(2017)05-0044-03

本文責任編輯：丁 力