半电波暗室3 m法辐射骚扰测试的实验

胡文涛 李金龙 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

电磁兼容的辐射骚扰测试对测试场地的要求非常严格，标准GB 9254-2008规定了辐射骚扰测试应该在开阔试验场（OATS）进行。实测中，一般采用半电波暗室（SAC）作为OATS的替代场地，电子电器设备、工科医设备和信息技术设备的辐射骚扰测试都可以在SAC中进行[1-2]。对于频率在1 GHz以下的辐射骚扰测试，一般采用10 m法，即接收天线与受试设备的距离为10 m，然而很多企业和实验室由于受资金或技术条件的限制，只能修建3 m法的SAC进行产品的辐射骚扰测试。根据GB 9254-2008规定，当用3 m法测试时，为了判断受试设备的辐射是否满足限值要求，可以用20 dB/10倍距离的反比因子将测试数据归一化到10 m测试距离上。然而，在工程测试中，电磁辐射相当复杂，电场强度不仅与距离有关，还受其他因素影响[3-5]，如：SAC的屏蔽性能、接收天线与金属地板间的互偶以及接收天线的近场效应等。本文探讨3 m SAC的实际使用价值。

1 理论分析

实测中受试设备具有复杂的电路，分析其辐射电场需要知道电流分布，然后对该电流分布进行积分运算[6-7]。显然，得到受试设备的电流分布和进行复杂的积分运算都极其复杂，本文研究电偶极子辐射电场，因为其模型相对简单，并且在距离足够远处，其辐射场强与实际天线的辐射场强相似。电偶极子在自由空间距离 r处产生的电场矢量为

L — 电偶极子的长度；

r — 观察点到电偶极子的径向距离；

θ — 径向直线与Z坐标的夹角；

图1 电偶极子在（r、θ）处产生的电场

式（1）和式（2）包含有1/r2和1/r3项，当r足够大，即观察点距离电偶极子很远时，1/r2和1/r3相对于1/r只能起到支配作用，该距离就是远场与近场的边界。因此，只要满足远场条件，接收天线处的电场矢量就可以简化为

由此可以得出结论，当满足远场条件r时，电场强度与r成反比，换算成对数形式就得到20 dB/10倍距离的反比因子。但远场边界的一个通用标准是三个波长（3λ），利用3 m法进行1 GHz以下辐射骚扰测试时， 30～300 MHz并未处于远场区域，因此使用20 dB/10倍距离的反比因子进行换算只是一种近似处理方法。

SAC存在金属反射地面，会反射受试设备辐射出的电磁波，接收天线接收的电场不仅有直达电场矢量 ，还有金属地面反射电场矢量 ，图2是金属地面上方h1处垂直放置的电偶极子电场辐射示意图，接收天线处的总电场由式（4）给出。

图2 SAC中电偶极子电场辐射示意

将式（4）与式（3）比较可以得出结论，由于SAC中存在金属反射地面，接收天线处的电场变得更加复杂，式（3）中成立的电场强度与r成反比的关系不能适用于式（4），即不能将SAC中3 m法辐射骚扰测试所获得的电场强度直接用20 dB/10倍距离的反比因子推算至10 m处的电场强度。

2 实验验证

实验在10 mSAC中展开，利用双锥对数周期天线产生辐射电磁场，可以得到稳定的场强，方便后续的数据分析。双锥对数周期天线放置于离金属地面80 cm高度处，以符合GB 9254-2008关于台式受试设备需要放置于高度为80 cm的非金属桌子上的规定。接收天线分别在距离双锥对数周期天线水平距离3 m和10 m处测得电场强度，测试中接收天线高度需要在1 m和4 m范围内升降，测得最大电场强度。最后，得到3 m距离测得的电场强度与10 m距离测得的电场强度之差，将该值与根据20 dB/10倍距离的反比因子获得的10.45 dB差值进行比较，如图3所示。可以得出结论：不同的天线极化方式获得的场强差值相差很大；不同频率处的场强差值也不相同，并且没有稳定的变化趋势；一些特别频率处的差值严重偏离10.45 dB。

图3 3 m法与10 m法测得场强差值

3 结语

由于GB 9254-2008中给出的20 dB/10倍距离的反比因子只是一种近似转换关系，与实际测量结果的差别较大，因此，不建议利用3 m法进行辐射骚扰测试。3 m法辐射骚扰测试仍然能正确地反映距离受试设备3 m处的场强值，所以利用3 m SAC进行受试设备的EMC整改还是可行的，而且在工程实践中确实有厂商为了节约成本，在3 m SAC中进行产品的EMC整改。

[1]阚润田, 陶洪波, 王文俭. 半电波暗室3/10米法辐射场强换算的研究[J]. 电波科学学报, 2009, 24（3）：579-581.

[2]扈罗全, 陆全荣. 半电波暗室不同测试距离辐射场强的换算模型[J]. 中国电子科学研究院学报, 2010, 5（3）：282-285.

[3]Sugiura A, Shinozuka T, Nishikata A. Correction Factors for Normalized Site Attenuation[J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 1992，34（4）.

[4]吴冬燕. EMC实验室的构建与检测优化[D]. 苏州大学, 2009.

[5]J. David Gavenda. Near-field corrections to site attenuation[J]. IEEE Transactions on Electro- magnetic Compatibility, 1994，36（3）.

[6]C.R. Paul and S.A. Nasar, Introduction to Electromagnetic Fields[M].McGraw-Hill, NY，1987.

[7]保罗. 电磁兼容导论[M]. 闻映红, 译. 北京：机械工业出版社,2006.