一种降低电场辐射发射测试测量误差的方法

瞿 丹，张建国，周 畅



一种降低电场辐射发射测试测量误差的方法

瞿 丹，张建国，周 畅

（武汉第二船舶设计研究院，武汉 430064）

随着电磁兼容试验技术的发展，测量误差已经成为评估测试是否符合相应标准的关键性指标。为了降低军用设备的电场辐射发射测试的测量误差，本文对误差偏高问题的原因进行了分析，并针对要因提出在天线周围放置吸波材料及对测试结果进行校准的方法，使得测量误差大大降低，从而保证了军用设备的电场辐射发射测试数据的准确性和可靠性。

电磁兼容试验 测试误差 辐射发射测试

0 引言

电磁兼容是研究在有限空间、有限时间、有限频谱资源条件下，各种用电设备或系统能够正常工作，相互不受干扰。电磁兼容测试技术是电磁兼容研究的领域的重要方面，正如国际著名学者美国肯塔基大学的C.R.Paul教授所说：“对于最后的成功验证，也许没有任何其他领域象电磁兼容那样强烈的依赖于测量！”

1 概况

为了保证军用装备在总体电磁兼容环境中能够正常工作，不相互干扰，各装备必须具有良好的电磁兼容性能，因此需根据相关标准要求进行一系列的电磁兼容测试。电场辐射发射测试是GJB151A/152A的一项电磁兼容测试，通过该项测试可以掌握设备及其有关电缆的电场发射是否超过规定要求[1]。其测试原理图如下图1所示：

图1 电场辐射发射测试原理图

随着电磁兼容试验技术的发展，测量误差已经成为评估测试是否符合相应标准的关键性指标。若测试结果的误差过大，将可能对设备的电磁兼容性能产生误判，导致舰船内各电子设备相互干扰而不能正常工作，影响舰船战斗力的发挥。同时测量误差也是实验室测量能力的表现，测量误差越大，说明测试结果的准确性、有效性越低，则试验室的检测能力也越低。

在GB-T6113《无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范》中规定“电场辐射发射测试的最大误差不超过5dB”。采用与标准实验室对比的方法，对实验室的电场辐射发射测试的测量误差进行了实测，测试结果如表1，最大误差值约为8dB，超过了5dB的标准要求。

表1 电场辐射发射误差测试结果

2 误差分析

对电场辐射发射测试误差偏高的问题分别从电磁环境、测量方法、测试人员、测试系统以及测试场所这几个方面进行分析，经过检查试验确认误差偏高是由于屏蔽室壁面对电磁波的反射，导致屏蔽室的场地均匀性较差，从而给测试结果带来较大误差。测量结果如图2所示。

图2 场地均匀性测试结果

在屏蔽室均匀选取9个测点，测试在不同频率的最大场强与最小场强之差△E，由图可知，△E的最大值达到16 dB/10 GHz，远远不满足IEC61000关于测试场地均匀性不超过6 dB的标准要求。

3 降低测量误差的方法和效果

针对电场辐射发射测试误差要因，传统的减小屏蔽室壁面反射的方法是在屏蔽室四周加装吸波材料，但这种方法造价较高。为节省经费同时又能有效地减小屏蔽室壁面反射，提出了一种全新的方法，并编制了对策表，如下表2所示。

表2 减小屏蔽室壁面反射对策表

3.1 在接收天线周围放置吸波材料

措施一：选择吸波材料

结合屏蔽室实际情况，提出了3种吸波材料的选择方案。

1） 泡沫尖劈材料

由聚氨酯类的泡沫塑料在碳胶溶液中渗透而成，具有较好的阻燃特性；通常设计成棱锥状、圆锥状和契形；角锥长度与吸收的电磁波频率成反比，高频吸波性能好，若要提高其低频吸波性能，则体积较大；价格低廉，但维护费用高[2]所示

2） 铁氧体材料

直接将铁氧体片贴于壁板上，利用其磁性能吸收电磁波。该材料低频吸波性能好，体积小，性能稳定可靠，安装方便，维护费用小。

3） 泡沫—铁氧复合材料

将泡沫尖劈和铁氧体制成复合材料，该材料兼顾了两种材料的优点，工作频带宽，吸波性能好，价格较为昂贵。

根据以上分析，从吸波性能、工作频宽、可靠性以及经济性这四个方面对这三种材料进行综合评估[3]，结果如下表3。

从表可看出，泡沫—铁氧复合材料综合得分最高，故选用泡沫—铁氧复合材料。

措施二：设计隔离室的结构

隔离室的结构采用最简单有效的U型框。基于几何光学和电磁波射线理论，以及GJB151A规定的被测设备必须位于接收天线的半功率带宽范围内的原则，通过理论计算对U型隔离室进行了设计，尺寸为（长）=1.8 m，(宽)=2.1 m，（高）=1.9 m，其结构简图及模型图如下图3所示。

根据设计的U型隔离室结构，采用CST电磁仿真软件对屏蔽室在的场强分布进行了仿真，图5为频率500 MHz的的仿真结果。由图4可知，隔离室的局部均匀性得到改善，可见该设计合理可行[3]。

表3 吸波材料评估表

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图3 隔离室的结构简图及模型图

图4 未加隔离室（左）和加隔离室后（右）的场强分布

对策一实施完毕后，在隔离室内均匀选取了6个点对其场强进行了实测，测试结果如下表4所示。图5为加装隔离室前后场地均匀性对比图。

从表4可以看出，测试中的6个点的场强幅值偏差在6dB范围内，满足IEC61000关于场地均匀性的标准要求。由图5可知，对策一实施后，隔离室内的局部均匀性得到了明显的改善。

3.2 对测试结果进行校准

措施一：实施校准试验

测试结果校准的原理是在相同测试系统不同测试环境中找出测试结果的差异，以来补偿系统的误差。具体方法如图6的校准测试流程。

在30 MHz～1 GHz频段内选择需要测试的频点，在测试系统和测试布置不变的前提下，分别在标准试验室和屏蔽室内对同一频率不同发射功率信号源的受试系统进行测试，如图7为频率为300 MHz的不同功率的校准测试数据。

表4 场地均匀性测试结果（加装隔离室后）

图6 校准测试流程

图7 300 MHz频率下的校准测试数据

措施二：编制测试校准软件

在校准测试结果的基础上，对未校准的频点通过插值方法生成环境校准曲线。插值方法包括线性插值、二次插值、三次插值，分别采用三种算法对测试结果进行了处理，三种方法的误差分别为2 dB、3 dB、3.5 dB，由此可知，线性差值算法误差最小。采用线性插值算法编写了《军用电子设备电磁兼容测试校准软件》。

采用测试校准软件对5个不同受试件的电场辐射发射测试结果进行了校准，其中最大误差不超过4 dB。

4 结论

电磁兼容性能是军用电子、电气设备重要的性能之一。通过本方法提高了电磁兼容实验室电场辐射发射测试的的测试质量，保证了军用设备的电场辐射发射测试数据的准确性和可靠性，给舰船总体电磁兼容的管理、设计以及评估奠定了基础。

[1] 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求. 国防科学技术工业委员会, 1997.

[2] 孟东林等. 电波暗室用吸波材料的性能优化和选用[J]. 安全和电磁兼容, 2015(10).

[3] 郑长进等. 吸波材料的设计和应用前景[J]. 宇航材料工艺, 2014(5).

[4] 胡申. 小屏蔽室环境下辐射发射测试误差的研究[J]. 西安电子科技大学, 2010,(1).

A Method of Reducing Measure Error of Electromagnetic Emission Measurement

Qu Dan，Zhang Jianguo, Zhou Chang

（Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China）

2018-06-01

TM397

A

1003-4862（2018）10-0061-04

瞿丹（1986-），女，硕士研究生，工程师。研究方向：电磁兼容试验与研究。

E-mail: 272140803@qq.com