電磁耦合鉗的校準(zhǔn)方法及不確定度評定

摘 要：本文介紹了電磁耦合鉗（EM）耦合系數(shù)的校準(zhǔn)方法和不確定度的評定，滿足GB/T 17626.6/IEC 61000-4-6中對電磁耦合鉗的技術(shù)要求，可作為電磁耦合鉗校準(zhǔn)的方法參考和技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：電磁耦合鉗；耦合系數(shù)；校準(zhǔn)；不確定度

中圖分類號：TM933.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）07-0041-03

Abstract：The calibration method and uncertainty evaluation of coupling coefficient of electromagnetic coupling clamp （EM）are introduced in this paper，and meets the technical requirements of GB/T 17626.6/IEC 61000-4-6 for electromagnetic coupling clamp，which can be used as a method reference and technical reference for the calibration of electromagnetic coupling clamp.

Keywords：electromagnetic clamp forceps；coupling coefficient；calibration；uncertainty

0 引 言

電磁耦合鉗是由電容和電感耦合相組合的注入裝置，用于電器、設(shè)備電線、電纜抗干擾性能的測試，測試時(shí)與受試設(shè)備的非屏蔽電纜建立感性和容性耦合，可測量150kHz～230MHz頻率范圍內(nèi)射頻感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度。目前國家、行業(yè)、地方及軍工均沒有電磁耦合鉗的校準(zhǔn)方法，在GB/T 17626.6/IEC 61000-4-6中對電磁耦合鉗的耦合系數(shù)做出了技術(shù)要求；本文提出了電磁耦合鉗耦合系數(shù)的校準(zhǔn)方法及不確定度的評定，可滿足GB/T 17626.6/IEC 61000-4-6中的技術(shù)參數(shù)要求，依據(jù)此方法可進(jìn)行電磁耦合鉗的校準(zhǔn)，以保證其性能的準(zhǔn)確可靠。

1 術(shù)語和計(jì)量特性

耦合系數(shù)：在耦合裝置的受試設(shè)備端口所獲得的開路電壓（電動(dòng)勢）與信號發(fā)生器輸出端上的開路電壓的比值。

常見的電磁耦合鉗耦合系數(shù)如圖1所示。

2 測量標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備

電磁耦合鉗耦合系數(shù)校準(zhǔn)使用的測量標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備如表1所示。

3 耦合系數(shù)的校準(zhǔn)

耦合系數(shù)校準(zhǔn)時(shí)，需將測量標(biāo)準(zhǔn)及附件放在參考金屬平面上進(jìn)行，參考金屬接地平面應(yīng)接地良好；為減小失配誤差，在網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩端分別加10dB衰減器，按圖2所示連接衰減器、適配器和網(wǎng)絡(luò)分析儀。

3.1 校準(zhǔn)前設(shè)置

校準(zhǔn)前需對網(wǎng)絡(luò)分析及參考回路（10cm導(dǎo)線）進(jìn)行歸一化校準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)分析儀及校準(zhǔn)回路設(shè)置步驟如下：設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀為傳輸損耗測量功能S21，將電纜連接到網(wǎng)絡(luò)分析的兩個(gè)端口；設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀顯示為對數(shù)模式，刻度為2dB/div，參考值為0dB，頻率掃描為線性；設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀起始頻率為下限值，終止頻率大于230MHz，輸出功率為10dBm；按圖2分別將10dB衰減器、100Ω適配器接于網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個(gè)端口，100Ω適配器間接以10cm導(dǎo)線；對網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行歸一化校準(zhǔn)，以消除衰減器及適配器的損耗影響；網(wǎng)絡(luò)分析儀歸一化的值為X1（參考值）。

3.2 校準(zhǔn)步驟

對網(wǎng)絡(luò)分析儀及回路進(jìn)行歸一化校準(zhǔn)后再對電磁耦合鉗耦合系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)步驟如下：取下100Ω適配器間的10cm導(dǎo)線，更換為80cm導(dǎo)線，其他設(shè)備及附件狀態(tài)保持不變；將被校電磁耦合鉗卡到80cm導(dǎo)線上；網(wǎng)絡(luò)分析儀顯示的圖形為測量值X2，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀的標(biāo)記功能分別測量校準(zhǔn)頻率點(diǎn)的測量值。也可以打開網(wǎng)絡(luò)分析儀平均值模式取16次的平均值作為測量結(jié)果；電磁耦合鉗的耦合系數(shù)按公式k=X1-X2計(jì)算，其測量結(jié)果應(yīng)與圖1所示曲線相吻合。

4 測量結(jié)果的不確定度評定

4.1 不確定度來源分析與標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

不確定度來源主要有適配器插損誤差、衰減器誤差、連接導(dǎo)線長度改變、網(wǎng)絡(luò)分析儀測量誤差、示值分辨力、測量重復(fù)性及環(huán)境條件的影響等。網(wǎng)絡(luò)分析儀在校準(zhǔn)前進(jìn)行了歸一化校準(zhǔn)，因此不考慮網(wǎng)絡(luò)分析儀電平最大允差的影響，只考慮網(wǎng)絡(luò)分析儀電平線性度和傳輸跟蹤誤差引入的不確定度分量；因校準(zhǔn)時(shí)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行且接地良好，故環(huán)境條件引入的不確定度分量可以忽略不計(jì)。

（1）100Ω適配器引入的不確定度分量u1。100Ω適配器插入損耗最大允差為±0.5dB，按均勻分布，k=，則適配器引入的不確定度分量為0.5dB/=0.289dB。校準(zhǔn)時(shí)使用兩個(gè)適配器，因此100Ω適配器引入的不確定度分量為u1=0.289dB*=0.409dB。

（2）衰減器引入的不確定度分量u2。衰減器擴(kuò)展不確定為U=0.14dB，k=2，則衰減器引入的不確定度分量為0.14dB/2=0.07d。校準(zhǔn)時(shí)使用兩個(gè)衰減器，因此衰減器引入的不確定度分量為u2=0.07dB* =0.099dB。

（3）網(wǎng)絡(luò)分析儀電平線性度引入的不確定度分量u3。網(wǎng)絡(luò)分析儀9kHz～3GHz電平線性度為±0.75dB，按均勻分布，取k=，則不確定度分量為u3=0.433dB。

（4）網(wǎng)絡(luò)分析儀傳輸跟蹤誤差引入的不確定度分量u4。網(wǎng)絡(luò)分析儀傳輸跟蹤測量9kHz～3GHz最大允許誤差為±0.027dB，按均勻分布，取k=，則不確定度分量為u4=0.016dB。

（5）網(wǎng)絡(luò)分析儀示值分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u5。網(wǎng)絡(luò)分析儀測量分辨力為0.05dB，不確定度分量為0.29δ，因此分辨率引入的不確定度分量為u5=0.014dB。

（6）測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uA。按重復(fù)性測量條件要求對電磁耦合鉗@100MHz進(jìn)行連續(xù)10次測量，測量結(jié)果及重復(fù)性如表2所示。

則測量結(jié)果重復(fù)性引入的不確定度分量為：

uA=s==0.146dB

由于測量重復(fù)性包含了人員讀數(shù)時(shí)因分辨率引入的誤差，因此由分辨率引入的不確定度分量u4和測量重復(fù)性引入的不確定度分量uA取大者。

4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

（1）不確定度主要分量如表3所示。

（2）合成不確定度計(jì)算。以上各項(xiàng)不確定度分量相互獨(dú)立不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按正態(tài)分布：

4.3 擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為：U=kuc=1.3dB，k=2。

5 結(jié) 論

通過對電磁耦合鉗耦合系數(shù)的校準(zhǔn)及不確定度的評定，說明本文校準(zhǔn)方法能滿足GB/T 17626.6/IEC 61000-4-6中對電磁耦合鉗技術(shù)要求溯源的需求，測量結(jié)果不確定度評定合理，可以滿足量值傳遞的要求，因此本文中校準(zhǔn)方法科學(xué)合理，可依據(jù)本文中方法開展電磁耦合鉗的校準(zhǔn)。

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作者簡介：張輝（1984-），男，漢族，河南臨潁人，工程師，一級注冊計(jì)量師，本科。研究方向：無線電、時(shí)間頻率、光電子測量儀器的校準(zhǔn)和測試。