电磁耦合钳的校准方法及不确定度评定

摘 要：本文介绍了电磁耦合钳（EM）耦合系数的校准方法和不确定度的评定，满足GB/T 17626.6/IEC 61000-4-6中对电磁耦合钳的技术要求，可作为电磁耦合钳校准的方法参考和技术参考。

关键词：电磁耦合钳；耦合系数；校准；不确定度

中图分类号：TM933.1 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）07-0041-03

Abstract：The calibration method and uncertainty evaluation of coupling coefficient of electromagnetic coupling clamp （EM）are introduced in this paper，and meets the technical requirements of GB/T 17626.6/IEC 61000-4-6 for electromagnetic coupling clamp，which can be used as a method reference and technical reference for the calibration of electromagnetic coupling clamp.

Keywords：electromagnetic clamp forceps；coupling coefficient；calibration；uncertainty

0 引 言

电磁耦合钳是由电容和电感耦合相组合的注入装置，用于电器、设备电线、电缆抗干扰性能的测试，测试时与受试设备的非屏蔽电缆建立感性和容性耦合，可测量150kHz～230MHz频率范围内射频感应的传导骚扰抗扰度。目前国家、行业、地方及军工均没有电磁耦合钳的校准方法，在GB/T 17626.6/IEC 61000-4-6中对电磁耦合钳的耦合系数做出了技术要求；本文提出了电磁耦合钳耦合系数的校准方法及不确定度的评定，可满足GB/T 17626.6/IEC 61000-4-6中的技术参数要求，依据此方法可进行电磁耦合钳的校准，以保证其性能的准确可靠。

1 术语和计量特性

耦合系数：在耦合装置的受试设备端口所获得的开路电压（电动势）与信号发生器输出端上的开路电压的比值。

常见的电磁耦合钳耦合系数如图1所示。

2 测量标准及设备

电磁耦合钳耦合系数校准使用的测量标准及设备如表1所示。

3 耦合系数的校准

耦合系数校准时，需将测量标准及附件放在参考金属平面上进行，参考金属接地平面应接地良好；为减小失配误差，在网络分析仪的两端分别加10dB衰减器，按图2所示连接衰减器、适配器和网络分析仪。

3.1 校准前设置

校准前需对网络分析及参考回路（10cm导线）进行归一化校准。网络分析仪及校准回路设置步骤如下：设置网络分析仪为传输损耗测量功能S21，将电缆连接到网络分析的两个端口；设置网络分析仪显示为对数模式，刻度为2dB/div，参考值为0dB，频率扫描为线性；设置网络分析仪起始频率为下限值，终止频率大于230MHz，输出功率为10dBm；按图2分别将10dB衰减器、100Ω适配器接于网络分析仪的两个端口，100Ω适配器间接以10cm导线；对网络分析仪进行归一化校准，以消除衰减器及适配器的损耗影响；网络分析仪归一化的值为X1（参考值）。

3.2 校准步骤

对网络分析仪及回路进行归一化校准后再对电磁耦合钳耦合系数进行校准，校准步骤如下：取下100Ω适配器间的10cm导线，更换为80cm导线，其他设备及附件状态保持不变；将被校电磁耦合钳卡到80cm导线上；网络分析仪显示的图形为测量值X2，使用网络分析仪的标记功能分别测量校准频率点的测量值。也可以打开网络分析仪平均值模式取16次的平均值作为测量结果；电磁耦合钳的耦合系数按公式k=X1-X2计算，其测量结果应与图1所示曲线相吻合。

4 测量结果的不确定度评定

4.1 不确定度来源分析与标准不确定度分量

不确定度来源主要有适配器插损误差、衰减器误差、连接导线长度改变、网络分析仪测量误差、示值分辨力、测量重复性及环境条件的影响等。网络分析仪在校准前进行了归一化校准，因此不考虑网络分析仪电平最大允差的影响，只考虑网络分析仪电平线性度和传输跟踪误差引入的不确定度分量；因校准时在实验室进行且接地良好，故环境条件引入的不确定度分量可以忽略不计。

（1）100Ω适配器引入的不确定度分量u1。100Ω适配器插入损耗最大允差为±0.5dB，按均匀分布，k=，则适配器引入的不确定度分量为0.5dB/=0.289dB。校准时使用两个适配器，因此100Ω适配器引入的不确定度分量为u1=0.289dB*=0.409dB。

（2）衰减器引入的不确定度分量u2。衰减器扩展不确定为U=0.14dB，k=2，则衰减器引入的不确定度分量为0.14dB/2=0.07d。校准时使用两个衰减器，因此衰减器引入的不确定度分量为u2=0.07dB* =0.099dB。

（3）网络分析仪电平线性度引入的不确定度分量u3。网络分析仪9kHz～3GHz电平线性度为±0.75dB，按均匀分布，取k=，则不确定度分量为u3=0.433dB。

（4）网络分析仪传输跟踪误差引入的不确定度分量u4。网络分析仪传输跟踪测量9kHz～3GHz最大允许误差为±0.027dB，按均匀分布，取k=，则不确定度分量为u4=0.016dB。

（5）网络分析仪示值分辨力引入的标准不确定度分量u5。网络分析仪测量分辨力为0.05dB，不确定度分量为0.29δ，因此分辨率引入的不确定度分量为u5=0.014dB。

（6）测量重复性引入的标准不确定度分量uA。按重复性测量条件要求对电磁耦合钳@100MHz进行连续10次测量，测量结果及重复性如表2所示。

则测量结果重复性引入的不确定度分量为：

uA=s==0.146dB

由于测量重复性包含了人员读数时因分辨率引入的误差，因此由分辨率引入的不确定度分量u4和测量重复性引入的不确定度分量uA取大者。

4.2 合成标准不确定度的计算

（1）不确定度主要分量如表3所示。

（2）合成不确定度计算。以上各项不确定度分量相互独立不相关，合成标准不确定度按正态分布：

4.3 扩展不确定度的计算

取包含因子k=2，则扩展不确定度为：U=kuc=1.3dB，k=2。

5 结 论

通过对电磁耦合钳耦合系数的校准及不确定度的评定，说明本文校准方法能满足GB/T 17626.6/IEC 61000-4-6中对电磁耦合钳技术要求溯源的需求，测量结果不确定度评定合理，可以满足量值传递的要求，因此本文中校准方法科学合理，可依据本文中方法开展电磁耦合钳的校准。

参考文献：

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[4] 国防科工委科技与质量司.无线电电子学计量 [M].北京：原子能出版社，2002.

[5] 倪育才.实用测量不确定度评定 [M].北京：中国标准出版社，2004.

作者简介：张辉（1984-），男，汉族，河南临颍人，工程师，一级注册计量师，本科。研究方向：无线电、时间频率、光电子测量仪器的校准和测试。