电磁兼容实验室辐射发射场强测试比对方法

武超飞，任 鹏，耿建坡，李 翀，李 飞，李 涵，高 波

(国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)

2017-06-21

武超飞(1989-)，男，工程师，主要从事计量设备性能实验与技术研发工作。

电磁兼容实验室辐射发射场强测试比对方法

武超飞，任 鹏，耿建坡，李 翀，李 飞，李 涵，高 波

(国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)

辐射发射场强测试是检测结果离散性比较大的检测项目，常常采用实验室之间比对的方法来寻找实验室检测结果的差异，从实验室比对方案、测试系统构成和测试数据处理等方面，分析了辐射发射试验比对方法，并用实例说明了具体实施过程。

电磁兼容；辐射骚扰场强测试；实验室比对；比对数据分析

辐射发射场强测试是电磁兼容的一项基本测试项目，其目的是检测并限制被测设备的电磁骚扰发射场强，以便实施对同一环境中其他设备、通讯及广播的保护。辐射发射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[1]。通过参加电磁兼容实验室间辐射发射场强检测比对，可以检验实验室检测结果的准确性，并且有利于实验室维持和拓展检测资质。实验室间比对是指：按照预先规定的条件，由2个或多个实验室对相同或类似的测试样品进行检测的组织、实施和评价，从而确定参加比对的实验室能力、识别实验室存在的问题以及实验室间的差异，是判断和监控实验室检测能力的有效手段[2-4]。当获得满意比对结果时，可确保检测结果准确可靠；当未获得满意比对结果时，可通过针对性的整改，重新验证等，提升实验室的检测技术水平[5-6]。

1 实验室比对方案

1.1 比对样品的选择

比对样品除各项技术参数满足比对试验要求外，还应保证其辐射发射电磁骚扰的稳定性，即多次试验时，每次发射的电磁波频谱应保持一致[7]。比对样品附件(如电源线)引入的电磁骚扰噪声应尽可能小。

1.2 辐射发射试验系统

辐射发射场强的频率范围一般为30 MHz～1 GHz，或根据被试设备工作时产生或使用的最高频率选定检测频率上限。该检测项目的主要试验设备有EMI测量接收机、3 m法半电波暗室、接受天线、转台、天线塔及控制计算机等。以下介绍的实验室比对依据是GB 4284-2004《工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性 限值和测量方法》，实验室应根据该标准的试验方法进行检测[8]。

测试系统示意如图1所示，测试时，转台保持不动，天线1～4 m内升降寻找最大值。测试样品分为水平极化和垂直极化状态。测试时，测试系统的接收天线也应该处于相应的水平极化和垂直极化状态。测试时，分别在给定的频率点，记录测试到的辐射骚扰场强最大值，并填写至试验记录。试验时应注意：在触碰信号源前，应释放身上的静电，以免静电击毁信号源；连接天线和信号源时注意不要过于用力以致接口损坏或者天线变形，以避免影响测试精度；安装天线等操作，应该在信号源处于关闭的状态下进行。

图1 辐射发射骚扰测试系统示意

1.3 测试结果评价方法及不确定度分析

1.3.1 数据评价方法

比对试验的测量数据评价技术有多种方法。比较常用的统计方法是中国合格评定国家认定委员会的技术文件CNAS-GL02《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》中推荐的统计处理和能力评价方法。辐射骚扰场强由于具有其自身的特点，可以使用以下统计方法。

使用比对判据En值进行评价，En值又称作归一化偏差，En为各实验室比对结果与参考值的差值与该差值的扩展不确定度之比[9]。

(1)

式中：Yi、Yri分别为i个测量点的实验室比对结果和参考值；k为包含因子，一般情况取k=2；uci为第i个测量点上Yi-Yri的合成标准不确定度。

当uri，uei与ui相互无关或较弱时，

(2)

式中:ui为第i个测量点参比实验室标准不确定度；uei为传递标准在第i个测量点上在比对传递环节引入的不确定度；uri为参考值的标准不确定度。

比对测量结果一致性评判原则：

En≤1：参比实验室的测量结果与参考值之差与不确定度之比在合理的预期范围之内，比对结果可接受。

En>1：参比实验室的测量结果与参考值之差超出合理的预期，应分析原因。

1.3.2 不确定度分析

A类不确定度：A类不确定度主要是测量重复性引入的标准不确定度分量。在相同测量条件下对实验室发生的辐射骚扰场强重复测量n次。以测量数据计算实验标准偏差，根据贝塞尔公式有：

(3)

(4)

B类不确定度：辐射发射场强检测的B类不确定度主要来源有天线系数、接收机修正、场地不完善、测量距离误差、接收机性能指标及接收机与天线失配因子等[10-11]。

2 参加比对实验室测试过程实例分析

2.1 测试样品及仪器

按照前述比对样品的选择要求，此次比对选用梳状信号发生器，型号为YRS-01。该样品在工作频率范围内发射稳定性和重复性好，体积小巧，便于携带，适合于不同场地的比较。参考源内含有电池盒，不需要外部电源和外接电缆，可以避免电源及电缆对测试环境的影响，使测试更加准确。YRS-01的技术参数如表1所示。

表1 梳状信号发生器YRS-01技术参数

频率范围温度稳定性时间稳定性工作时间30MHz～1GHz15～30℃<0.5dB<1dB,在12个月周期内8.5h

由于检测场地和检测仪器对电磁兼容检测的准确性起到关键性作用，本次参比试验对检测仪器的选用要求严格，检测仪器都是目前电磁兼容检测中主流的仪器型号。测试过程均在电波暗室中进行。测试场地如图2所示。表2为参比实验室进行辐射骚扰测试的主要仪器设备技术参数。

图2 参比实验室辐射发射测试场地

表2 参比实验室辐射骚扰场强测试仪器设备

仪器名称型号测量范围电波暗室3m法30MHz～18GHzEMI测量接收机N9038A-52610Hz～26.5GHz宽频带天线VULB916230MHz～1GHz

从参比实验室进行辐射骚扰场强测试仪器设备的技术参数来看，选用的测试场地为3 m法半电波暗室，EMI 测量接收机、宽频带接收天线均是目前辐射测试大部分检测机构用的天线，测试范围覆盖了本次测试所有频带。所采用设备均经过计量检定机构检定合格，且在有效期内，仪器完全符合 CISPR16-1-1[4]标准的要求，可以作为本次实验室间比对使用。

2.2 测试结果分析

该次试验在相同测量条件下对实验室发生的辐射骚扰场强重复测量5次，通过式(3)、式(4)分别计算实验标准偏差和标准不确定度，测试的辐射骚扰场强典型波形如图3所示。各频率点的测试结果、不确定度如表3所示。

图3 实验室辐射骚扰场强数据

a. 天线系数：该次电磁兼容实验室的校准不确定度可由中国计量科学研究院校准报告查得，

表3 各频率点测试结果、A类不确定度及参考值

频率/MHzYi/(dBμV·m-1)s(x)/dBμA/dB52.547.80.430.19102.547.10.700.31302.556.50.680.31502.556.01.430.64702.553.50.180.08802.555.01.250.56

其扩展不确定度为1.6 dB，包含因子为：K=2 ，服从正态分布，故μB1=0.8 dB。

b. 接收机修正：接收机修正值不确定度与天线系数的标准不确定度一样，由校准实验室提供。在中国计量科学研究院提供的接收机校准报告中可查得，接收机修正的标准不确定度为0.3 dB，按正态分布考虑，取包含因子K=2，故μB2=0.15 dB。

f. 接收机与天线失配因子。接收机的VRC为0.2；天线最大VRC 为 0.67；其不确定度极限值为20log(1±0.2×0.67)，并按U形分布考虑，则μB6=0.86 dB。

传递标准在比对传递环节引入的不确定度较小，可忽略，则根据式(2)计算本次测试各频率点的扩展不确定度及En值见表4。

表4 各频率点测试扩展不确定度及En值

通过En计算分析，可以得出此次进行的比对试验结果较满意。各测量点的En值均小于1，表明实验室的辐射骚扰场强检测结果是准确的。

3 结束语

通过实验室比对测试方法、数据处理及不确定度分析，计算出比对判据En值。结果表明参比实验室En值小于1，证明参比实验室辐射发射强度检测的准确度符合要求。定期开展实验室间比对，可有效保证实验室出具检测结果的准确性。

[1] 余洪文，柯 进，梁新兴，等.电磁兼容辐射骚扰场强测试能力验证的探讨[J]. 中国测试，2016，42(3)：28-31.

[2] JJF 1117-2010. 计量比对[S].

[3] 武 彤，沈庆飞. 实验室之间辐射骚扰场强比对的设计[J]. 电子质量，2007(8)：82-84.

[4] 马整平，李晓琴. 电磁兼容检测实验室测试系统相符性比对研究[J]. 电子质量，2010(8)：81-83.

[5] 马蔚宇. 国军标电磁兼容检测实验室间的能力比对[J]. 宇航计测技术，2005，25(5)：42-46.

[6] 张林昌. 加强实验室间比对提高EMC检测能力[J]. 安全与电磁兼容，2002(2)：15-184.

[7] 何光平，朱浩冰，林敬长，等. 30 MHz～1 000 MHz辐射骚扰场强实验室间比对分析[J]. 电子质量，2006(3)：57-61.

[8] GB 4284-2004. 工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性 限值和测量方法[S].

[9] 黄耀文. 一级注册计量师基础知识及专业实务[M].北京：中国质检出版社，2017.

[10] 王益民，余定华，蔡万银. 辐射发射场强测量不确定度评定[J]. 机车电传动，2010(1)：71-73.

[11] 魏邦友，魏邦帅，张 晶. 电磁兼容辐射发射测试中的误差分析[J]. 电子质量，2010(6)：71-73.

Comparison Method of Radiated Emission Intensity in Electromagnetic Compatibility Laboratory

Wu Chaofei,Ren Peng,Geng Jianpo,Li Chong,Li Fei,Li Han,Gao Bo

(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

The radiated emission field strength test is a relatively large detection result,and the method of comparison between laboratories is often used to find the difference of laboratory test results.This paper analyzes the comparison method of radiated emission field strength from the aspects of the laboratory comparison scheme,the composition of the test system and the data processing.

electromagnetic compatibility;radiated disturbance field strength test;comparison between laboratories;analysis of comparison

TM937

A

1001-9898(2017)05-0044-03

本文责任编辑：丁 力