淺析對數周期天線對輻射發射測量的影響

徐曉，巨歡

（陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710119）

引言

對數周期天線作為一種非頻變天線，其阻抗、方向圖、增益等電特性在頻帶范圍內基本無變化，在工程上的應用非常廣泛。在電磁兼容測試領域，由于其頻帶寬，也經常被用來測試200MHz～1GHz 甚至更寬范圍的電磁場。本文以GB/T18655-2018 中汽車電子零部件輻射發射-ALSE 法測試為例，討論分析對數周期天線對測量結果的影響。

1 影響因素分析

GB/T18655 中汽車電子零部件輻射發射采用在半電波暗室中1m 法進行測試，天線對測量結果的影響主要有以下幾方面的因素：

天線對測量結果的影響主要有以下幾方面的因素：

（1）天線系數的影響，包含天線系數校準、內插誤差以及高度偏差帶來的影響；

（2）天線位置的影響，包含天線與EUT 距離偏差、天線中心點與EUT 線束中心位置對準偏差、以及天線水平放置偏差帶來的影響；

（3）天線自身性能的影響，包含天線方向性、交叉極化、不平衡性及相位中心與參考點偏移帶來的影響。

2 測量不確定度計算

根據以上影響因素的分析可建立天線帶來的測量不確定度的計算模型：

本實驗室采用的是R&S 公司的HL223 對數周期天線，現以200MHz～1GHz 范圍內水平極化方向的測試為例，對天線引入的測量不確定度進行計算。

（1）本實驗室采用的是R&S 公司的HL223 對數周期天線，天線系數的估計值可從校準報告獲得，服從正態分布，其標準不確定度。

（2）天線系數頻率插值修正值的估計值為0，具有一個半寬度為0.3dB 的矩形概率分布（參考CISPR16-4-2：2011），其標準不確定度。

（3）汽車電子測試中測試桌高度一般為0.9m，此時天線高度與校準時相同均為1m，可直接采用CISPR16-4-2：2011中的取值，因此在水平極化時天線高度引入的標準不確定度

（4）天線與EUT 距離為1m±0.01m，在遠場條件下場強隨距離成反比衰減，距離偏差引入的修正值服從矩形分布，引入的標準不確定度：

（5）天線中心與EUT 線束中心對準時，按惡劣情況估計產生±3°的偏差，HL223 天線3dB 波瓣寬度從方向圖(E-Plane)可看出約為56°，中心對準引入的誤差半寬約為3*3/(56/2)=0.32dB，服從矩形分布，其標準不確定度。

（6）天線放置時其軸向可能與地面形成一定的俯仰角，按惡劣情況估計產生±5°的偏差，HL223 天線3dB 波瓣寬度從H 面方向圖可看出約為120°，引入的誤差半寬為5*3/(120/2)=0.25dB，距離偏差引入的修正值服從矩形分布，其標準不確定度：

（7）天線方向性引入的偏差根據EUT 大小、測量距離及天線的方向圖獲得。參考CISPR16-1-4：2012 計算出對應的φ=arctan((h1+h2)/d)=63°（其中h1/h2/d 分別對應天線高度/EUT 高度/測試距離），根據天線方向圖可得到天線方向性引入的誤差為3.2dB，服從矩形分布，其標準不確定度。

（8）對數周期天線對交叉極化影響的修正的估計值為0，服從矩形分布，其半寬度參考CISPR16-4-2：2011 取值0.9dB，其標準不確定度。

（9）當輸入同軸電纜與天線陣子平行時，天線不平衡造成的影響最大。對于對數周期天線來說其不平衡性造成的影響在垂直極化方向最大，在水平極化方向可以忽略，。

（10）對數周期天線的相位中心隨頻率變化，參考CISPR16-1-6：2014 對HL223 的相位中心進行測算，其距參考點的距離最大值為0.577m（對應200MHz），最小值為0.115m（對應1GHz）。對數周期天線相位中心位置修正值δFaph的估計值為0，服從矩形分布，相位中心位置與參考點的偏差所引入的標準不確定度：

合成標準不確定度：

3 結果分析

根據以上測量不確定度的評定，我們可以看出：

（1）天線性能對結果的影響最大，尤其是天線的方向性及相位中心位置（引入的標準不確定度分別為1.85dB 和1.44dB），這兩個方面的影響均與測試距離密切相關，且影響程度隨距離的增大而迅速降低，這也是許多標準采用3m 或10m 法測試的原因之一。

（2）天線位置的影響最弱，即天線與EUT 的距離偏差、天線與EUT 對中偏差、天線水平放置偏差對測量結果的影響有限。

（3）本文計算出的由天線帶來的測量擴展不確定度為5.1dB，如果考慮到接收機、人工網絡、場地、阻抗失配等其它因素對實際測試的影響，可經計算獲得200MHz～1GHz 水平極化方向輻射發射測試總的測量擴展不確定度約為6.4dB，可以看出天線對總測試結果影響的重要程度。

4 結語

本文以汽車電子零部件的輻射發射測試為例，對對數周期天線帶來的測量結果影響進行了分析，由于篇幅原因未對天線方向性及相位中心引入的不確定度計算進行詳細展開說明，后續將在另外的文章中專門討論。希望通過文中的分析，能夠讓大家認識到天線對測量結果的重要性，也為大家進行測量不確定度評定提供參考。