熊洋洋 柯進等

摘 要：電子電氣設備在進行射頻電磁場輻射抗擾度試驗中，為了保證試驗的有效性和重復性，需要對場均勻性進行校準。文中介紹了場均勻性校準的要求和方法，并以80MHz～1GHz10V/m的校準場強為例，分別選擇1.5m×1.5m和0.5m×0.5m兩個窗口對均勻域進行校準。然后從場強分布、場強差值分布、定點場強實測等方面對這兩個窗口的校準結果進行分析、對比，結果表明小窗口的場均勻性要明顯優(yōu)于大窗口。最后文章建議按照被測件（Equipment Under Test，簡稱EUT）的尺寸來選擇校準窗口的大小，在窗口覆蓋EUT的前提下盡量選擇較小的尺寸，對于過大尺寸的EUT可采用部分照射法。這樣不僅更好地保證了試驗的有效性和重復性，而且還提高了場均勻性校準的效率。

關鍵詞：半電波暗室 場均勻性校準 輻射抗擾度

中圖分類號：TM937 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0247-02

半電波暗室（semi-anechoic chamber）即除地面安裝反射接地平板外，其余內(nèi)表面均安裝吸波材料的屏蔽室[1-2]。目前國際上普遍采用半電波暗室替代開闊試驗場地進行電磁兼容測試，包括電磁輻射干擾測試和電磁輻射抗擾度測試[3]。

測試面場均勻性是衡量半電波暗室性能的非常重要的指標，也是保證EUT在電磁輻射抗擾度試驗中測量結果的可靠性和重復性的關鍵。IEC61000-4-3：2010《電磁兼容試驗和測量技術射頻電磁場輻射抗擾度試驗》對半電波暗室在80MHz～6GHz范圍內(nèi)場均勻性校準的要求和方法做了詳細的規(guī)定。該文參照標0準要求，以1GHz以下場均勻性校準為例，對不同大小窗口的校準結果分析驗證，最后對射頻電磁場輻射抗擾度試驗中場均勻性校準窗口的選擇提出建議。

1 IEC 61000-4-3：2010場均勻性校準要求與方法

1.1 試驗設備及場地布置

場均勻性校準需要用到的主要設備有：半電波暗室、射頻信號發(fā)生器、功率放大器、發(fā)射天線、場強監(jiān)測裝置、功率計等。在半電波暗室外信號發(fā)生器發(fā)出信號，將其傳送給功率放大器，信號經(jīng)放大后通過同軸電纜穿過穿墻板進入暗室，再通過天線向空間輻射出來，最后由校準平面上的場強探頭接收信號，并將數(shù)據(jù)傳回暗室外進行監(jiān)測。為了保證試驗區(qū)場的均勻一致，在天線與校準面之間需鋪設吸波材料，盡可能減少電磁波的地面反射[4-5]。場均勻性的校準布置場地如圖1所示。

1.2 場均勻性校準要求

場校準的目的是為了保證整個EUT的各處場強都足夠均勻以便確保試驗結果的有效性。標準中使用的“均勻域”（uniform field area，簡稱UFA）概念是一個假想的垂直平面，在該平面中場的變化足夠小，本文用到的“校準窗口”也是這個概念。根據(jù)標準規(guī)定，場均勻性校準要求需從以下幾點來考慮。

1.2.1 頻率范圍

根據(jù)EUT工作所在的電磁環(huán)境不同，場校準的頻率分為兩類，一是80～1GHz用于模擬普通電磁環(huán)境的輻射，二是800～960MHz和1.4～6.0GHz，主要針對來自數(shù)字無線電話和其他射頻發(fā)射裝置發(fā)出的電磁輻射。現(xiàn)在有些寬頻帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、高性能無線局域網(wǎng)、短距離發(fā)射裝置等的最高工作頻率都已接近6GHz。

1.2.2 高度

由于靠近參考地平面不可能建立一個均勻場，校準的區(qū)域應設在離參考地平面上方不低于0.8m處，天線中心軸線應垂直正對窗口中心。對于某些EUT必須接近參考地平面放置，為了建立測試的試驗嚴酷等級，此時還要記錄離參考地平面上方0.4m高處的場強。

1.2.3 距離

對于1GHz以下的場校準，發(fā)射天線的中心與均勻域之間的距離至少在1m以上，最好為3m。1GHz以上由于鐵氧體和吸波材料的吸收性能下降以及高頻天線的束寬較窄，校準區(qū)域應分割為0.5m×0.5m的小窗口進行試驗，場發(fā)射天線應距校準區(qū)域1m。

1.2.4 均勻性判據(jù)

對0.5m×0.5m的最小校準區(qū)域，柵格4個頂點的場強幅值在標稱值的-0dB～+6dB范圍內(nèi)，即認為該場是均勻的；對于大于0.5m×0.5m的校準區(qū)域，柵格75%的校準點的場強幅值在標稱值得-0dB～+6dB范圍內(nèi)，認為該場是均勻的。若在試驗頻率的最大3%范圍內(nèi)不滿足6dB判據(jù)，但至少在-0dB～+10dB容差內(nèi)即可認為已滿足校準要求，有爭議時優(yōu)先考慮-0dB～+6dB。

1.3 場均勻性校準方法

場強校準必須用未調(diào)制的信號分別對水平和垂直極化進行校準。校準場強Ec應至少是給EUT施加的試驗場強Et的1.8倍，以檢驗并確保試驗場強被調(diào)制擴大了1.8倍后，放大器仍能正常工作。場校準有恒定場強法和恒定功率法，下面以1.5m×1.5m校準平面（如圖2）為例對這兩種方法進行簡單介紹和對比。

它們都是用校準過的場強探頭置于16個柵格點的任一點從下限頻率開始，調(diào)節(jié)天線正向功率，使場強等于所需校準場強Ec，記錄正向功率及場強。以當前頻率的1%為最大增量來增加頻率。

不同之處在于恒定場強法對每個點施加相同的場強Ec，記錄正向功率讀數(shù)，最后在每一頻率點將16個點正向功率按升序排列，至少有12個點的讀數(shù)在6dB范圍內(nèi)，則記錄這些讀數(shù)的最大正向功率值。而恒定功率法是對其余各點施加初始位置記錄的正向功率，記錄場強值，最后在每個頻率點將16個點場強讀數(shù)按升序排列。如果至少有12個點的讀數(shù)在6dB范圍內(nèi)，則從這些讀數(shù)中選擇最小場強的點作為參考點，計算出該參考點達到校準場強Ec所需的正向功率值。

2 場均勻性校準窗口的選擇及驗證

2.1 IEC 61000-4-3：2010校準窗口說明

IEC 61000-4-3：2010與GB/T17626.3-2006相比，新增了對1GHz以下和超過1GHz的場均勻性校準窗口的詳細說明，如表1所示。

2.2 不同校準窗口的場均勻性驗證

由于校準窗口大小尺寸組合較多，限于篇幅該文不予一一驗證，這里只選擇0.5m×0.5m和1.5m×1.5m兩個典型窗口進行校準驗證并對比分析。為方便觀察和試驗這里設定校準場強為Ec=10V/m，試驗頻率為80MHz～1GHz，另外現(xiàn)有發(fā)射天線為高增益對數(shù)周期天線，1kW功率發(fā)生器，9kHz～6GHz的信號發(fā)生器。由經(jīng)驗知天線水平極化校準的場強均勻性整體上優(yōu)于垂直極化方向，所以下面不再對水平極化進行討論，僅以垂直極化作為代表，按照2.3中的方法對不同尺寸窗口的場均勻性進行校準分析。

2.2.1 校準0.5m×0.5m窗口

如圖2所示，以2、3、7、6為四個頂點的正方形區(qū)域作為0.5m×0.5m校準窗口進行校準，窗口中心A點距離參考地面高度為H4=0.8+0.5/2=1.05（m），天線中心高度也為1.05m，正對窗口中心，天線與窗口之間距離為3m。

校準后得到4個點的場強如圖3所示，由圖中可以看出各點的場強都在10V/m以上，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)最大場強為18.38V/m，出現(xiàn)在點2位置。現(xiàn)對校準數(shù)據(jù)進行驗證，將每個頻率上4個校準點的場強與標稱值的最大差值用dB來表示，繪制場強差值分布圖，如圖4所示。根據(jù)圖4可以得出結論，在0.5m×0.5m的校準區(qū)域，柵格4個頂點的場強幅值均在標稱值的-0dB～+6dB范圍內(nèi)，即認為該場是均勻的。

2.2.2 校準1.5m×1.5m窗口

如圖2所示，以1、4、16、13為四個頂點的正方形區(qū)域作為1.5m×1.5m校準窗口進行校準，窗口中心距離參考地面高度為H4=0.8+1.5/2=1.55（m），天線中心高度也為1.55m，正對窗口中心，天線與窗口之間距離為3m。

校準后得到16個點的場強如圖5所示，由圖中可以看出有些點的場強在10V/m以下，有些點場強超過30V/m。按照該文2.3中的方法，繪制場強差值分布圖，如圖4所示，圖中下方曲線表示滿足校準要求的12個點在各頻率點的最大場強差值，上方曲線表示16個點在各頻率點的最大場強差值。根據(jù)圖6可以得出結論，在1.5m×1.5m的校準區(qū)域，柵格16個頂點中75%的校準點的場強幅值在標稱值得-0dB～+6dB范圍內(nèi)，即認為該場是均勻的。

2.2.3 不同校準窗口場均勻性對比

由圖3和圖5可以清楚的看到0.5m×0.5m窗口和1.5m×1.5m窗口在各自的校準點上場強有明顯的差異，小窗口的場強均在10V/m以上最大不超過19V/m，大窗口的場強差異性較大，最小的場強低至7.76V/m，最大的場強超過30V/m。這一點從圖4和圖6的場強差值分布中也可以看到，小窗口校準點場強與標稱值差值均在6dB限值內(nèi)并有一定的裕量，大窗口校準點中12個在6dB限值內(nèi)，16點最大的差值接近10dB。所以單從校準點來看，小窗口的場均勻性要優(yōu)于大窗口。

那么這兩個窗口在非校準點上的場強差異到底有多大呢？這里我們?nèi)砸晕凑{(diào)制的信號對均勻域施加10V/m的場強，選取小窗口的中心點A和大窗口的中心點B為代表（如圖2所示）進行試驗?，F(xiàn)分別用場強探頭測試小窗口均勻場在A點的場強和大窗口均勻場在A、B兩點的場強，并繪制圖7進行對比。

由圖7可以看到小窗口均勻場在A點的場強基本上在10～14V/m范圍內(nèi)，而大窗口均勻場在A、B兩點的場強很多頻段上都較大地偏離了標稱值，最大場強超過20V/m。在日常對EUT的測試中考慮到信號80%的調(diào)幅，這種偏離將會更大，必然影響到對EUT實際性能的判定。因此，總體上來說小窗口的場均勻性要優(yōu)于大窗口。

3 結語

IEC 61000-4-3：2010與GB/T17626.3-2006相比在校準窗口的內(nèi)容上做了更詳細的說明，可見標準的制定者也考慮到選擇合適的窗口在場均勻性校準中的重要性。

根據(jù)文中的試驗數(shù)據(jù)及分析來看，筆者建議按照EUT的尺寸來選擇校準窗口的大小，在窗口覆蓋EUT的前提下盡量選擇較小的尺寸，這樣不僅更好地保證了試驗的有效性和重復性，而且還提高了場均勻性校準的效率。例如日常試驗中大部分EUT尺寸比較小，就可以選擇0.5m×0.5m的試驗窗口。但如果EUT的尺寸比較大，根據(jù)天線性能窗口無法覆蓋它，則建議采用部分照射法，選擇1.5m×1.5m甚至更大的窗口進行試驗。另外考慮到試驗場地的差異、吸波材料的性能、天線的性能、功率放大器的性能、EUT及其布線的特殊性等等因素，場均勻性校準窗口的選擇有一定的靈活性，試驗人員也要根據(jù)實際情況進行選擇。

參考文獻

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