电磁兼容辐射骚扰场强测试能力验证的探讨

余洪文，柯　进，梁新兴，史信荣，熊洋洋

（广东省计量科学研究院，广东 广州 510405）

电磁兼容辐射骚扰场强测试能力验证的探讨

余洪文，柯进，梁新兴，史信荣，熊洋洋

（广东省计量科学研究院，广东 广州 510405）

为减小不同实验室辐射骚扰场强测试结果的差异，保证测试结果的量值统一，研究电磁兼容辐射骚扰场强测试能力验证。从测试方法、测试场地、测试系统、测试人员等方面系统分析测试结果的主要影响因素，提出具体的实施方法，提高测试结果的可靠性。实践证明：该方法有助于主导实验室和参比实验室对电磁兼容辐射骚扰场强测试能力验证活动的顺利实施和执行；同时，可提升电磁兼容检测实验室的检测能力。

电磁兼容；辐射骚扰；场强测试；能力验证；比对

0　引　言

辐射骚扰场强测试是电磁兼容领域最复杂的一项测试，其测量结果受测试场地、测试系统、测试方法、测试人员的影响很大。在产品的测试过程中，可能会出现在一家实验室测试合格的产品，而在另一家实验室测试不合格的情况。如何避免不同实验室测试结果不同，保证测试结果的量值统一，开展能力验证比对活动是行之有效的手段之一。所谓比对，就是在规定的条件下，按照比对作业指导书，对同一样品（或经确认的相似样品）在不同实验室之间测量，并对所有参比实验室的测量结果进行比较、分析和评价的过程[1]。

近年来，随着电子电气产品检测市场需求越来越大，国内电磁兼容实验室也越来越多，各实验室的技术能力水平也参差不齐。据能力验证报告[2-4]显示，每次电磁兼容实验室能力验证活动，均存在大约1/4实验室的检测结果偏差较大，超出规定的阈值而被判“不满意”。为了避免相同的被测样品在不同实验室测量时出现较大差异，本文从测试方法、测试场地、测试系统、测试人员等方面系统分析了各影响因素，以期帮助参比实验室提高测量结果的可靠性。

1　基本测量原理及测试方法

1.1基本测量原理

电磁兼容辐射骚扰场强测试最理想的测试场地是开阔试验场。开阔试验场是在自由空间内放置一个平直的、无限延伸的金属导电平面所形成的半自由空间。其模型[5]如图1所示。

图1　电磁兼容辐射骚扰场强测试模型

接收天线处的场强E是空间直射波、地面反射波和地表波的合成。可表示为

式中：E0——直射波自由空间场强；

E0Γejφ——地面反射波场强；

E0（1-Γ）Aejφ——地表波场强；

Γ——地面反射系数；

φ——直射波和反射波路径差产生的相位差；

A——地表反射因子。

当h/λ较大时，地表波随收、发天线间距增加衰减很快。因此，在30MHz以上频段，可忽略地表波的影响。接收天线测得的场强值为直射波和地面发射波的矢量叠加。

1.2测试方法

辐射骚扰场强测试方法一般采用CISPR 22标准中规定的方法[6]（见图2）：即被测物放置于转台中心，转台360°旋转。接收天线相位中心距离被测物考察点3m/10m，接收天线以水平和垂直两种极化方式，高度在1~4 m范围内扫描，以测得被测物的最大发射场强值。

图2　电磁兼容辐射骚扰场强测试布置图

在比对活动中，为保证测量结果的可复现性，被测物一般选取信号电平稳定的梳状信号源（其信号发射值最大偏差Δmax=±0.5dB）。同时，转台也固定不动。通常情况下，比对作业指导书会详细说明信号源的操作方法及测试布局等信息。

2　测试结果影响因素及对策

影响电磁兼容辐射骚扰场强测试结果的因素有很多，概括来讲主要有：信号源、测试布局、测试场地、测试系统和测量人员等。

2.1信号源及测试布局

比对信号源的选取基于两点原则：1）重复测量稳定性，测量稳定性包含频率稳定性和发射值稳定性两方面；2）测试布局的一致性，也就是说信号源在每次测试需保证其结构和相对位置一致。如此一来，通常选择性能稳定的梳状信号发生器作为比对样品。

比对测试布局也是影响测量结果的一个重要因素。信号源的操作方法、相对位置、工作模式、发射天线相位中心及极化方式等稍有变化均会给测试结果带来较大偏差。一般来说，比对试验所用信号源的操作和测试布局通常在比对作业指导书中会详细说明。因此，在比对测试开始前务必仔细研读作业指导书，明确信号源的工作模式和测试布局，尽可能地减少由于信号源的操作不当及测试布局差异引入的测量偏差。

2.2测试场地

电磁兼容辐射骚扰场强测试场地主要有开阔场、10m法暗室、5m法暗室和3m法暗室。目前国内的测试场地以10m法暗室和3m法暗室为主。一般来说，测试场地只要定期由专业计量技术机构校准，保证其屏蔽效能、NSA等技术指标满足CISPR 22标准规定的要求，那么由测试场地带来的测量不确定度就会降至最低。然而，据调研发现，由于没有明确的标准或规范规定暗室的校准周期，有些暗室场地长期不校准或校准周期很长，显然暗室的性能指标就很难得到保证，这必然会给测试结果带来不可预料的偏差。综合考虑校准费用和保证暗室性能两方面，建议暗室每2~3年校准一次较为合适。此外，在两次暗室校准周期之间应该对暗室进行定期保养，并制定期间核查方案，通过期间核查方式来保证暗室性能。

另外值得注意的是，3 m法数据与10 m法数据之间的转换会给测试结果带来较大偏差。如果简单套用理论公式进行转换，那么这种转换带来的偏差较大。表1中的数据是在相同的场地、信号源、测试方法、测试系统，仅测试距离不同的情况下测得的QP值。由此可见，如果仅通过理论公式转换，将对测量结果带来最大8.4dB的偏差。显然，这是不合理的。

表1　3m法/10m法测试结果比较

关于3m法测试数据如何转换至10m法数据，文献[7]提出了根据实际场地的NSA测量值或经验值在3 m处和10 m处的差值作为修正因子对测试结果进行转换。然而，文献[8]通过理论计算和试验相结合的研究方法得出结论，对于3m法和10m法测试结果的转换不适宜引入确定性修正因子。文献[9]通过实验验证，20 dB/10倍距离反比因子只是一种近似关系，与实际测量结果差别很大。文献[10]通过理论分析和实际测试相结合的方法得出结论，只有当测试距离r>>λ/2π时，标准CISPR 22中的第10.6条才适用。

如何保证3 m法数据转换到10 m法数据的准确性，实验室之间的比对是最有效的方法之一。3m法场地应多与权威10 m法场地进行比对或测量审核，以获得经验转换值，从而保证检测结果的准确性。

2.3测试系统

测试系统是影响辐射骚扰场强测试结果的主要因素，包含了测量接收天线、预置放大器、连接电缆及测量接收机等部分。

2.3.1测量接收天线

30 MHz~1 GHz频段范围内的辐射骚扰场强测试一般采用复合天线作为接收天线。使用该类天线时，需要注意两点：1）复合天线一般尺寸较大，测试时需要确定其相位中心的位置，否则测试距离会有30cm左右的偏差，这种偏差在3m法测试中会对结果带来约1dB的偏差。2）需要注意接收天线的天线系数。理论上，在自由场空间中校准的3m法天线系数与10m法天线系数一致。实际上，在暗室中测量3m法天线系数和10m法天线系数是有差异的，可能给测试结果带来1dB以上的偏差。表2是型号为R&S HL562的复合天线在中国计量院校准得到的3m法和10m法的天线系数，二者最大相差1.4dB/m。因此，3m法测试和10m法测试需要选用对应的天线系数，否则将直接给测量结果带来一定偏差。

表2　10 m法天线系数/3 m法天线系数比较 dB/m

2.3.2预置放大器

预置放大器的作用能将微小信号放大，提高信噪比。然而，预置放大器也会带来一些问题，如放大噪声信号，导致信号非线性失真；预放增益大小随校准输入电平大小而改变。表3是型号为R&S SCU01的预置放大器在输入不同电平时增益的比较。结果表明，输入电平的不同，预置放大器的增益会有1.2dB的偏差。

表3　校准输入电平对预置放大器增益测量值的影响

在辐射骚扰场强测试过程中，如果使用预置放大器，需要注意以下两点：1）评估采用预置放大器的必要性。在测试前，先不使用预置放大器进行预测试，分析测试结果在考察频点上的信噪比。如果信噪比较小，则使用；如果信噪比很大，则没有必要使用预置放大器。2）考察预置放大器的增益系数和饱和失真情况。使用预置放大器前，需要在测试环境条件下，在考察频点对预置放大器进行校准，校准时选取的输入信号电平尽量与测试信号电平相当，这样不仅可以准确测量预放的增益系数，还能判定预置放大器是否会出现非线性失真现象。

2.3.3连接电缆及测量接收机

由于一般实验室的测试连接电缆都是布置在高架地板下，当连接电缆或端口出现异常时较难发现。为了排除接收天线端口到接收机之间的电缆或接口出现异常，可在测试前对该段路径进行校准。一种简单有效的方法是：将检定合格的信号发生器的信号输出端口替代接收天线输出端，利用测量接收机在考察频点测量信号发生器的输出信号，判断信号源的输出信号电平与接收机测量的电平之差是否与该段路径电缆的衰减值相等，如果相差较大，则需要查找原因。

测量接收机在测试时需要根据标准要求设置测试频段、扫描步进、带宽等参数。需要注意的是，不到万不得已，应尽量不让接收机工作在射频“0 dB衰减”状态，这样不但可以借助射频衰减器保护接收机预选器，而且可以降低接收机带宽不匹配造成的测量误差。

2.4测量人员

电磁兼容辐射骚扰场强测试是一项复杂的测试，对测试人员的要求较高。通常要求测试人员具备一定的电磁兼容理论基础知识，对整个测试系统及每台测试设备的操作和性能熟悉，同时具备一定的测试技能和测试经验，才能尽量减少由于测试人员带来的影响。

3　结束语

本文在多次参加国内外电磁兼容辐射骚扰场强测试比对和组织广东省电磁兼容比对的基础上，总结了一些测试经验和测试技能。实践证明，将这些测试经验和技能应用于能力验证比对活动中，有助于比对试验的顺利实施，能减少测试结果的影响因素，提高测试结果的可靠性。同时，电磁兼容检测实验室如果在日常检测活动中注意文中涉及的相关内容，也可有效提高产品测试结果的可靠性。

[1]合格评定 能力验证的通用要求：GB/T 27043——2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

[2]中国合格评定国家认可委员会，CNAS T0672两岸电磁兼容辐射骚扰场强测试能力验证计划结果最终报告[R].北京:中国计量科学研究院，2013：7-8.

[3]中国合格评定国家认可委员会，CNAS T0663 1～6 GHz辐射骚扰场强能力验证计划结果最终报告[R].北京：中国计量科学研究院，2014：8-9.

[4]广东省质量技术监督局.电磁兼容量值比对总结报告[R].广州：广东省计量科学研究院，2014：11.

[5]全国无线电干扰标准化技术委员会，全国电磁兼容标准化技术委员会，中国实验室国家认可委员会.电磁兼容标准化实施指南[M].北京：中国标准出版社，1999：162-165.

[6]Informationtechnologyequipment-Radiodisturbance characteristics-Limitsandmethodsofmeasurement：CISPR 2006-03 Edition 5.2[S].GENEVA:IEC Central Office，2006.

[7]阚润田，淘洪波，王文检.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（3）：579-581.

[8]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（3）：582-285.

[9]胡文涛，李金龙.半电波暗室3 m法辐射骚扰测试的实验[J].上海计量测试，2014，241（3）：40-43.

[10]孔斌，万学滨.浅议辐射骚扰测量中距离的影响[J].安全与电磁兼容，2002（1）：31-33.

（编辑：李妮）

Discussions on laboratory proficiency testing of EMC radiated disturbance field strength

YU Hongwen，KE Jin，LIANG Xinxing，SHI Xinrong，XIONG Yangyang
（Guangdong Institute of Metrology，Guangzhou 510405，China）

A proficiency testing of EMC radiated disturbance field strength is introduced to reduce disparities in the testing results of EMC radiated disturbance field strength in different laboratories so as to ensure uniform measuring results.The main influence factors of the measuring results are systematically analyzed from test methods，test sites，test systems to test personnel.Moreover，other effective approaches are proposed to improve measurement accuracy.Practice proves that this approachcanhelppilotlaboratoriesandparticipatinglaboratoriestoimplementandfinish comparison tests，and also，it is conducive to enhancing the testing compatibility of EMC laboratories.

EMC；radiated disturbance；field strength measurement；proficiency testing；comparison

A

1674-5124（2016）03-0028-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.03.007

2015-05-21；

2015-07-16

余洪文（1982-），男，湖北鄂州市人，工程师，硕士，主要从事电磁兼容检测及研究。