電磁兼容測(cè)試中『試驗(yàn)桌』對(duì)輻射騷擾測(cè)量的影響

隨著各國(guó)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的推廣和實(shí)施，人們?cè)絹碓街匾暜a(chǎn)品的電磁兼容性問題，各大電子設(shè)備制造商也越來越注重產(chǎn)品的電磁兼容性測(cè)試，特別是電磁輻射騷擾是否達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。在輻射騷擾測(cè)試中，場(chǎng)地對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響非常明顯。在不同的測(cè)試場(chǎng)地，相同的儀器儀表會(huì)得到不同的測(cè)量結(jié)果，所以各個(gè)暗室的測(cè)試數(shù)據(jù)存在著差異。    EN55022:2010是歐洲旨在對(duì)適用范圍內(nèi)的信息技術(shù)設(shè)備無線電騷擾電平給出統(tǒng)一要求的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了騷擾限值、測(cè)量方法、運(yùn)行條件和結(jié)果的處理要求。EN 55022:2010 輻射騷擾試驗(yàn)中，臺(tái)式設(shè)備要求放置在非金屬的桌子上，如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)中只提到桌面的大小通常為1.5m×1.0m，而對(duì)試驗(yàn)桌的材質(zhì)沒有明確規(guī)定。由于不同材料制作的試驗(yàn)桌介電常數(shù)不同，導(dǎo)致輻射騷擾測(cè)試結(jié)果不同。本文就試驗(yàn)桌對(duì)輻射騷擾測(cè)量的影響進(jìn)行定量分析。

1 試驗(yàn)桌對(duì)場(chǎng)地性能的影響

EN 55022:2010 規(guī)定，輻射騷擾試驗(yàn)要在開闊試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行。開闊試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)平坦、無架空電力線、附近無反射物，場(chǎng)地足夠大，以便能在規(guī)定距離處放置天線，并使天線、受測(cè)設(shè)備和反射物體之間有足夠的間隔。但是隨著社會(huì)的發(fā)展，要尋找一塊符合要求的理想場(chǎng)地十分困難，所以電波暗室作為開闊試驗(yàn)場(chǎng)的可替換場(chǎng)地被廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，歸一化場(chǎng)地衰減（簡(jiǎn)稱NSA）是證明電波暗室是否能獲得有效結(jié)果的關(guān)鍵指標(biāo)。電波暗室是為模擬開闊試驗(yàn)場(chǎng)地而建造的，電波暗室的歸一化場(chǎng)地衰減應(yīng)該與開闊場(chǎng)地的差值小于4dB，以證明兩者的相似程度。
采用歸一化場(chǎng)地衰減試驗(yàn)方法驗(yàn)證試驗(yàn)桌對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，如圖2所示。

在10m暗室無測(cè)試桌的情況下，用信號(hào)源分別通過雙錐天線（頻率30~250MHz）和對(duì)數(shù)天線（頻率250~1000MHz）發(fā)射電磁波。用接收機(jī)和另一組雙錐天線和對(duì)數(shù)天線測(cè)得一組場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)。歸一化場(chǎng)地衰減的計(jì)算公式

AN = VT - VR - AFT - AFR - ΔAFTOT

式中：VT —— 發(fā)射天線輸入電壓，dBμV； VR —— 接收天線輸出電壓，dBμV； AFT —— 發(fā)射天線的天線系數(shù)，dB； AFR ——接收天線的天線系數(shù)，dB；

ΔAFTOT —— 互阻抗修正系數(shù)，dB（僅適用 于用偶極子天線測(cè)量、且測(cè)量距離為 3 m 時(shí)的情況， 除此之外，ΔAFTOT = 0）

表 1 雙錐天線和對(duì)數(shù)天線測(cè)得的場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)

表 1 中，Aideal 為標(biāo)準(zhǔn)的歸一化場(chǎng)地衰減值，偏差為 Aideal 減去 AN，且均小于 4 dB。

然后分別在采用泡沫桌和木桌情況下測(cè)得另兩組場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)，如圖 3 和圖 4 所示。

圖 3 泡沫桌場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)測(cè)量之一

圖4 木桌場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)測(cè)量之一 

對(duì)三組場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如圖 5 所示。 

圖 5 場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)比較

現(xiàn)將同一信號(hào)源分別放置在泡沫桌（如圖 6 所示）和木桌（如圖 7 所示）上，接收天線在距離信號(hào)源 10 m 處分別測(cè)量輻射騷擾。

圖 6 泡沫桌場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)測(cè)量之二

圖 7 木桌場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)測(cè)量之二

測(cè)試得到的數(shù)據(jù)如圖 8 所示。

從圖 8 中可看出，在頻率范圍 700~900 MHz 輻射騷擾試驗(yàn)結(jié)果存在較大差異，其中在 800 MHz 處差異達(dá)到了 5.3 dB，而在 GB/T 6113.402-2006《無線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法規(guī)范第 4-2 部分：不確定度、統(tǒng)計(jì)學(xué)和限值建模測(cè)量設(shè)備和設(shè)施的不確定度》中提到，輻射騷擾測(cè)量的不確定度最大允許值為 5.2 dB。可見不同材質(zhì)試驗(yàn)桌造成的輻射騷擾差異超出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不確定度。

從圖 5 和圖 8 中不難看出，不同材質(zhì)的試驗(yàn)桌產(chǎn)生最大差異的頻率相同，均在 700~900 MHz 之間。
由前述歸一化場(chǎng)衰減的計(jì)算公式可以得出：
     VR = VT - AFT - AFR - ΔAFTOT - AN

因泡沫的介電常數(shù)接近空氣，比木頭小，所以暗室使用泡沫桌時(shí)測(cè)得的場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)與無測(cè)試桌相似；而當(dāng)暗室使用木桌時(shí)，測(cè)得的場(chǎng)地衰減數(shù)據(jù)與無測(cè)試桌時(shí)的數(shù)據(jù)存在較大差異。因木桌較大的介電常數(shù)使圖 5 中使用木桌的暗室場(chǎng)地衰減 AN 偏大， 在AFT、AFR、ΔAFTOT 不變的情況下接收機(jī)測(cè)得的最大測(cè)量電平值 VR 將減小。
所以，當(dāng)電波暗室使用木桌或其他較大介電常數(shù)材質(zhì)制作的試驗(yàn)桌等輔助設(shè)施時(shí)，會(huì)使場(chǎng)地衰減AN 增大而導(dǎo)致接收機(jī)測(cè)得的電場(chǎng)強(qiáng)度減小，使測(cè)試結(jié)果造成差異。試驗(yàn)桌等輔助設(shè)備是試驗(yàn)場(chǎng)地有效性中不可分割的一部分，因此建議，在選擇暗室輔助設(shè)施時(shí)選擇介電常數(shù)小的材質(zhì)，并進(jìn)行場(chǎng)地衰減的測(cè)量比較，以保障各暗室測(cè)量結(jié)果的一致性。