電磁兼容測試中『試驗桌』對輻射騷擾測量的影響

隨著各國電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的推廣和實施，人們越來越重視產(chǎn)品的電磁兼容性問題，各大電子設(shè)備制造商也越來越注重產(chǎn)品的電磁兼容性測試，特別是電磁輻射騷擾是否達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。在輻射騷擾測試中，場地對測試結(jié)果的影響非常明顯。在不同的測試場地，相同的儀器儀表會得到不同的測量結(jié)果，所以各個暗室的測試數(shù)據(jù)存在著差異。    EN55022:2010是歐洲旨在對適用范圍內(nèi)的信息技術(shù)設(shè)備無線電騷擾電平給出統(tǒng)一要求的試驗標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了騷擾限值、測量方法、運(yùn)行條件和結(jié)果的處理要求。EN 55022:2010 輻射騷擾試驗中，臺式設(shè)備要求放置在非金屬的桌子上，如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)中只提到桌面的大小通常為1.5m×1.0m，而對試驗桌的材質(zhì)沒有明確規(guī)定。由于不同材料制作的試驗桌介電常數(shù)不同，導(dǎo)致輻射騷擾測試結(jié)果不同。本文就試驗桌對輻射騷擾測量的影響進(jìn)行定量分析。

1 試驗桌對場地性能的影響

EN 55022:2010 規(guī)定，輻射騷擾試驗要在開闊試驗場地進(jìn)行。開闊試驗場地應(yīng)平坦、無架空電力線、附近無反射物，場地足夠大，以便能在規(guī)定距離處放置天線，并使天線、受測設(shè)備和反射物體之間有足夠的間隔。但是隨著社會的發(fā)展，要尋找一塊符合要求的理想場地十分困難，所以電波暗室作為開闊試驗場的可替換場地被廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，歸一化場地衰減（簡稱NSA）是證明電波暗室是否能獲得有效結(jié)果的關(guān)鍵指標(biāo)。電波暗室是為模擬開闊試驗場地而建造的，電波暗室的歸一化場地衰減應(yīng)該與開闊場地的差值小于4dB，以證明兩者的相似程度。
采用歸一化場地衰減試驗方法驗證試驗桌對試驗結(jié)果的影響，如圖2所示。

在10m暗室無測試桌的情況下，用信號源分別通過雙錐天線（頻率30~250MHz）和對數(shù)天線（頻率250~1000MHz）發(fā)射電磁波。用接收機(jī)和另一組雙錐天線和對數(shù)天線測得一組場地衰減數(shù)據(jù)。歸一化場地衰減的計算公式

AN = VT - VR - AFT - AFR - ΔAFTOT

式中：VT —— 發(fā)射天線輸入電壓，dBμV； VR —— 接收天線輸出電壓，dBμV； AFT —— 發(fā)射天線的天線系數(shù)，dB； AFR ——接收天線的天線系數(shù)，dB；

ΔAFTOT —— 互阻抗修正系數(shù)，dB（僅適用 于用偶極子天線測量、且測量距離為 3 m 時的情況， 除此之外，ΔAFTOT = 0）

表 1 雙錐天線和對數(shù)天線測得的場地衰減數(shù)據(jù)

表 1 中，Aideal 為標(biāo)準(zhǔn)的歸一化場地衰減值，偏差為 Aideal 減去 AN，且均小于 4 dB。

然后分別在采用泡沫桌和木桌情況下測得另兩組場地衰減數(shù)據(jù)，如圖 3 和圖 4 所示。

圖 3 泡沫桌場地衰減數(shù)據(jù)測量之一

圖4 木桌場地衰減數(shù)據(jù)測量之一 

對三組場地衰減數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如圖 5 所示。 

圖 5 場地衰減數(shù)據(jù)比較

現(xiàn)將同一信號源分別放置在泡沫桌（如圖 6 所示）和木桌（如圖 7 所示）上，接收天線在距離信號源 10 m 處分別測量輻射騷擾。

圖 6 泡沫桌場地衰減數(shù)據(jù)測量之二

圖 7 木桌場地衰減數(shù)據(jù)測量之二

測試得到的數(shù)據(jù)如圖 8 所示。

從圖 8 中可看出，在頻率范圍 700~900 MHz 輻射騷擾試驗結(jié)果存在較大差異，其中在 800 MHz 處差異達(dá)到了 5.3 dB，而在 GB/T 6113.402-2006《無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備和測量方法規(guī)范第 4-2 部分：不確定度、統(tǒng)計學(xué)和限值建模測量設(shè)備和設(shè)施的不確定度》中提到，輻射騷擾測量的不確定度最大允許值為 5.2 dB。可見不同材質(zhì)試驗桌造成的輻射騷擾差異超出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不確定度。

從圖 5 和圖 8 中不難看出，不同材質(zhì)的試驗桌產(chǎn)生最大差異的頻率相同，均在 700~900 MHz 之間。
由前述歸一化場衰減的計算公式可以得出：
     VR = VT - AFT - AFR - ΔAFTOT - AN

因泡沫的介電常數(shù)接近空氣，比木頭小，所以暗室使用泡沫桌時測得的場地衰減數(shù)據(jù)與無測試桌相似；而當(dāng)暗室使用木桌時，測得的場地衰減數(shù)據(jù)與無測試桌時的數(shù)據(jù)存在較大差異。因木桌較大的介電常數(shù)使圖 5 中使用木桌的暗室場地衰減 AN 偏大， 在AFT、AFR、ΔAFTOT 不變的情況下接收機(jī)測得的最大測量電平值 VR 將減小。
所以，當(dāng)電波暗室使用木桌或其他較大介電常數(shù)材質(zhì)制作的試驗桌等輔助設(shè)施時，會使場地衰減AN 增大而導(dǎo)致接收機(jī)測得的電場強(qiáng)度減小，使測試結(jié)果造成差異。試驗桌等輔助設(shè)備是試驗場地有效性中不可分割的一部分，因此建議，在選擇暗室輔助設(shè)施時選擇介電常數(shù)小的材質(zhì)，并進(jìn)行場地衰減的測量比較，以保障各暗室測量結(jié)果的一致性。