電磁兼容測試中『試驗桌』對輻射騷擾測量的影響

通過(guò)實(shí)驗研究試驗桌對輻射騷擾試驗的影響，尋找測試數據差異產(chǎn)生的原因及解決方法。實(shí)驗結果表明，輻射騷擾測試時(shí)應使用介電常數低的測試桌以減小不確定度。該研究對于電磁兼容 測試中的輻射騷擾測量具有一定的參考價(jià)值和指導意義。

     隨著(zhù)各國電磁兼容標準的推廣和實(shí)施，人們越來(lái)越重視產(chǎn)品的電磁兼容性問(wèn)題，各大電子設備制造商也越來(lái)越注重產(chǎn)品的電磁兼容性測試，特別是電磁輻射騷擾是否達到相關(guān)標準要求。在輻射騷擾測試中，場(chǎng)地對測試結果的影響非常明顯。在不同的測試場(chǎng)地，相同的儀器儀表會(huì )得到不同的測量結果，所以各個(gè)暗室的測試數據存在著(zhù)差異。EN55022:2010是歐洲旨在對適用范圍內的信息技術(shù)設備無(wú)線(xiàn)電騷擾電平給出統一要求的試驗標準，規定了騷擾限值、測量方法、運行條件和結果的處理要求。EN 55022:2010 輻射騷擾試驗中，臺式設備要求放置在非金屬的桌子上，如圖1所示。標準中只提到桌面的大小通常為1.5m×1.0m，而對試驗桌的材質(zhì)沒(méi)有明確規定。由于不同材料制作的試驗桌介電常數不同，導致輻射騷擾測試結果不同。本文就試驗桌對輻射騷擾測量的影響進(jìn)行定量分析。

1 試驗桌對場(chǎng)地性能的影響
     EN 55022:2010 規定，輻射騷擾試驗要在開(kāi)闊試驗場(chǎng)地進(jìn)行。開(kāi)闊試驗場(chǎng)地應平坦、無(wú)架空電力線(xiàn)、附近無(wú)反射物，場(chǎng)地足夠大，以便能在規定距離處放置天線(xiàn)，并使天線(xiàn)、受測設備和反射物體之間有足夠的間隔。但是隨著(zhù)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(kāi)闊試驗場(chǎng)的可替換場(chǎng)地被廣泛應用。標準中規定，歸一化場(chǎng)地衰減（簡(jiǎn)稱(chēng)NSA）是證明電波暗室是否能獲得有效結果的關(guān)鍵指標。電波暗室是為模擬開(kāi)闊試驗場(chǎng)地而建造的，電波暗室的歸一化場(chǎng)地衰減應該與開(kāi)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)地衰減試驗方法驗證試驗桌對試驗結果的影響，如圖2所示。

在10m暗室無(wú)測試桌的情況下，用信號源分別通過(guò)雙錐天線(xiàn)（頻率30~250MHz）和對數天線(xiàn)（頻率250~1000MHz）發(fā)射電磁波。用接收機和另一組雙錐天線(xiàn)和對數天線(xiàn)測得一組場(chǎng)地衰減數據。歸一化場(chǎng)地衰減的計算公式

A_N = V_T - V_R - AF_T - AF_R - ΔAF_TOT

式中：V_T —— 發(fā)射天線(xiàn)輸入電壓，dBμV； V_R —— 接收天線(xiàn)輸出電壓，dBμV； AF_T —— 發(fā)射天線(xiàn)的天線(xiàn)系數，dB； AF_R ——接收天線(xiàn)的天線(xiàn)系數，dB；

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

表 1 雙錐天線(xiàn)和對數天線(xiàn)測得的場(chǎng)地衰減數據

表 1 中，A_ideal 為標準的歸一化場(chǎng)地衰減值，偏差為 A_ideal 減去 A_N，且均小于 4 dB。

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

圖 3 泡沫桌場(chǎng)地衰減數據測量之一

圖4 木桌場(chǎng)地衰減數據測量之一 

對三組場(chǎng)地衰減數據進(jìn)行比較，如圖 5 所示。 

圖 5 場(chǎng)地衰減數據比較

2試驗桌對輻射騷擾試驗測量結果的影響分析
現將同一信號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(xiàn)在距離信號源 10 m 處分別測量輻射騷擾。

圖 6 泡沫桌場(chǎng)地衰減數據測量之二

圖 7 木桌場(chǎng)地衰減數據測量之二

測試得到的數據如圖 8 所示。

  從圖 8 中可看出，在頻率范圍 700~900 MHz 輻射騷擾試驗結果存在較大差異，其中在 800 MHz 處差異達到了 5.3 dB，而在 GB/T 6113.402-2006《無(wú)線(xiàn) 電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規范第 4-2 部分：不確定度、統計學(xué)和限值建模測量設備和設施的不確定度》中提到，輻射騷擾測量的不確定度最大允許值為 5.2 dB?？梢?jiàn)不同材質(zhì)試驗桌造成的輻射騷擾差異超出了標準規定的不確定度。

     3 結語(yǔ)
     從圖 5 和圖 8 中不難看出，不同材質(zhì)的試驗桌產(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)衰減的計算公式可以得出：
     V_R = V_T - AF_T - AF_R - ΔAF_TOT - A_N

     因泡沫的介電常數接近空氣，比木頭小，所以暗室使用泡沫桌時(shí)測得的場(chǎng)地衰減數據與無(wú)測試桌相似；而當暗室使用木桌時(shí)，測得的場(chǎng)地衰減數據與無(wú)測試桌時(shí)的數據存在較大差異。因木桌較大的介電常數使圖 5 中使用木桌的暗室場(chǎng)地衰減 A_N 偏大， 在AF_T、AF_R、ΔAF_TOT 不變的情況下接收機測得的最大測量電平值 V_R 將減小。
     所以，當電波暗室使用木桌或其他較大介電常數材質(zhì)制作的試驗桌等輔助設施時(shí)，會(huì )使場(chǎng)地衰減AN 增大而導致接收機測得的電場(chǎng)強度減小，使測試結果造成差異。試驗桌等輔助設備是試驗場(chǎng)地有效性中不可分割的一部分，因此建議，在選擇暗室輔助設施時(shí)選擇介電常數小的材質(zhì)，并進(jìn)行場(chǎng)地衰減的測量比較，以保障各暗室測量結果的一致性。