電磁兼容測(cè)試之測(cè)量場(chǎng)地

引言：電磁兼容測(cè)量是電磁兼容領(lǐng)域主要的研究?jī)?nèi)容之一，電磁兼容測(cè)量是指利用儀器與設(shè)施等手段對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)電磁兼容狀態(tài)進(jìn)行的測(cè)量。電磁兼容測(cè)量是獲取設(shè)備、系統(tǒng)電磁兼容性能數(shù)據(jù)的最直接手段，也是掌握設(shè)備、系統(tǒng)電磁兼容性能、進(jìn)行電磁兼容維護(hù)的基礎(chǔ)。電磁兼容測(cè)量主要是通過(guò)測(cè)量電子設(shè)備和系統(tǒng)內(nèi)部電路中的電流或者是空間的電磁波，圍繞構(gòu)成電磁干擾的三要素，即電磁干擾源、耦合通道和敏感設(shè)備，來(lái)開(kāi)展研究的。常用的測(cè)量方法是：開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)量和電波暗室測(cè)量。

1、開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)：
開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)是電磁兼容輻射發(fā)測(cè)量的重要場(chǎng)地，它是眾多測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)中都建議使用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量場(chǎng)地。在進(jìn)行輻射騷擾發(fā)射測(cè)量時(shí)，是以空間直射波和地面反射波在接收點(diǎn)上相互疊加的理論為基礎(chǔ)的，所以需要一個(gè)平坦、空曠、地面電導(dǎo)率均勻良好，周圍無(wú)任何反射物的場(chǎng)地，以確保測(cè)量結(jié)果的有效性和重復(fù)性。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CISPR16-1：2004 規(guī)定把受試設(shè)備（EUT）與接收天線分別放置于兩個(gè)焦點(diǎn)，以這兩個(gè)焦點(diǎn)作的一個(gè)橢圓形試驗(yàn)場(chǎng)。橢圓的長(zhǎng)軸是焦距的兩倍，短軸為焦距的倍。橢圓兩個(gè)焦點(diǎn)的間距 D即是所要求的測(cè)量距離，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，可分為3m、10m和 30m。如需滿足10m法試驗(yàn)，則場(chǎng)地長(zhǎng)度不小于 20m，寬度不小于 18m。

圖 1 開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)示意圖
開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)應(yīng)選在電磁環(huán)境干凈、背景電平低的地方。由于城市中能輻射電磁波的各種電子設(shè)備密集，開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)通常選在遠(yuǎn)離城市的地方。環(huán)境條件：開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)的地形應(yīng)空曠、水平，在其周圍不能有如金屬構(gòu)架、鋼筋水泥建筑物和高大樹(shù)木等物體。且應(yīng)遠(yuǎn)離公路，特別要避開(kāi)車輛較多的公路干道。另外，在場(chǎng)地上空應(yīng)沒(méi)有架空輸電線和高頻通信線路，試驗(yàn)場(chǎng)地周圍的射頻電平與試品電平相比應(yīng)足夠低，或者應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試品騷擾電平限值至少低10dB。


圖2 美國(guó)ETS10m法開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)
u 為了獲得穩(wěn)定的電波傳輸特性，開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)必須有一個(gè)固定的、面積足夠大的反射地面（或稱接地平板）。
u CISPR 標(biāo)準(zhǔn)推薦采用金屬材料建造，即可采用鋼板、鍍鋅鋼板、金屬絲網(wǎng)等。選用板材時(shí)，板與板之間要用電焊連接，無(wú)大的漏縫或空洞；選用金屬絲網(wǎng)時(shí)，孔徑的最大尺寸必須小于波長(zhǎng)的十分之一，頻率為 1GHz時(shí)，孔徑應(yīng)小于 3cm。反射地面的尺寸以滿足場(chǎng)地的有效性為準(zhǔn)。
u 試驗(yàn)場(chǎng)應(yīng)有單獨(dú)的接地系統(tǒng)與接地平板相連，通常采用單點(diǎn)接地
開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)使用的局限性
①鑒于被試品輻射騷擾試驗(yàn)對(duì)開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)的要求，目前在一般城市已很難找到合適的場(chǎng)地，需要到遠(yuǎn)離城市的農(nóng)村或山區(qū)才能找到合適的場(chǎng)地，因此交通不便，測(cè)試設(shè)備和被試品常在運(yùn)輸途中遭受損壞。
②當(dāng)用開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行輻射抗擾度試驗(yàn)時(shí)，由于需要建立人為的電磁場(chǎng)，可能會(huì)干擾周圍其它設(shè)備的正常工作，如通信系統(tǒng)，所以要得到當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門（如無(wú)線電管理委員會(huì)）的許可。
③采用開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)的試驗(yàn)還常受到氣候條件的限制。
④開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)在電磁兼容領(lǐng)域大于1GHz 頻率范圍的應(yīng)用 CISPR 尚在研究討論之中。
⑤ CISPR16 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用歸一化場(chǎng)地衰減（NormalizedSite Attenuation，縮寫NSA）來(lái)評(píng)定金屬接地平板試驗(yàn)場(chǎng)的有效性。開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)建成后，必須進(jìn)行歸一化場(chǎng)地衰減的測(cè)試。
⑥ 歸一化場(chǎng)地衰減定義為：一對(duì)天線通過(guò)電纜分別與發(fā)射源和接收機(jī)連接，天線按垂直和水平極化分別放置。則發(fā)射天線源電壓 UT與接收天線終端測(cè)得的接收電壓 UR之差為開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)的場(chǎng)地衰減（dB）。用場(chǎng)地衰減減去兩個(gè)天線的天線系數(shù) AFT 和AFR，所得結(jié)果稱為歸一化場(chǎng)地衰減。
⑦ 如果測(cè)得的歸一化場(chǎng)地衰減值與標(biāo)準(zhǔn)給出的理論計(jì)算值之差小于±4dB，則該場(chǎng)地條件合格。
開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)的性能評(píng)價(jià)
NSA 測(cè)試主要有兩種方法：
一種是離散頻率法，即用調(diào)諧偶極子天線，僅在標(biāo)準(zhǔn)推薦的頻率點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；
另一種是掃描頻率法，用寬帶天線在規(guī)定的范圍內(nèi)掃過(guò)天線所有的頻率和測(cè)量高度。這兩種測(cè)量方法得到的結(jié)果基本相同。



3 測(cè)量的基本原理
表1 常用測(cè)試天線及其頻率



圖4 環(huán)形、雙錐形、對(duì)數(shù)周期形、螺旋天線
2、電波暗室
開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)造價(jià)較高，遠(yuǎn)離城區(qū)，使用不方便，于是代替開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)的電波暗室成了最普遍的電磁兼容測(cè)量場(chǎng)地。電波暗室 Aechoic Chamber有兩種結(jié)構(gòu)形式，半電波和全電波暗室
- 電磁屏蔽半電波暗室（Electromagnetic ShieldedSemi-anechoic Chamber）簡(jiǎn)稱半電波暗室或EMC 暗室。
- 半電波暗室的地面為金屬反射面，其余五面貼有吸波材料，用于模擬電磁波在開(kāi)闊場(chǎng)中的傳播。當(dāng)在地面上鋪裝吸波材料后，稱為全電波暗室，可用于輻射電磁場(chǎng)的輻射抗擾度試驗(yàn)。
CISPR 和美國(guó) FCC 標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定可用半電波暗室替換開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行電磁兼容檢測(cè)。

圖5電波暗室
暗室設(shè)計(jì)考慮因素：
- 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，是軍標(biāo)測(cè)試還是民標(biāo)測(cè)試，軍標(biāo)測(cè)試頻率很寬，可從10kHz到40GHz；
- 測(cè)試類型，是進(jìn)行廠家內(nèi)部預(yù)兼容及診斷測(cè)試，還是要進(jìn)行第三方的認(rèn)證測(cè)試；
- 被測(cè)物的尺寸，確定是3m法、5m法還是10m法測(cè)試；
- EMC 暗室吸波材料是暗室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，材料的吸波性能越好，反射率越小， 對(duì)暗室中場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量產(chǎn)生的不確定度就越小。 作為 EMC試驗(yàn)用的電波暗室，吸收性能應(yīng)大于或接近 20dB。
- 民用測(cè)量要求的暗室，直接采用鐵氧體磚作為電波暗室的吸波材料即可。其工作頻率范圍為 30~1000MHz，吸收性能約為 15dB。
- 對(duì)于高性能暗室，近年多采用鐵氧體磚與泡沫角錐復(fù)合構(gòu)成。利用鐵氧體材料在低頻段和泡沫角錐在高頻段的吸收性能，可將頻率擴(kuò)展到 18GHz，甚至可達(dá) 40GHz。
- 配套屏蔽室：為了保證 EMC 測(cè)試的順利進(jìn)行，必須根據(jù)需要，建造配套的屏蔽室，其用途如下：1）控制室，2）放大器室，3）輔助設(shè)備室。
- 電波暗室的關(guān)鍵部位：1） 屏蔽門 ，門扇與門框之間的屏蔽一般采用內(nèi)凹三刀狀接觸結(jié)構(gòu)，通過(guò)把門上的釬刀插入固定到門框上的指狀彈簧片來(lái)保證。2） 轉(zhuǎn)臺(tái)和天線升降塔 ，3）暗室的接地 ，4） 電氣照明 ，5） 消防探測(cè)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，6） 暗室的接口：一些重要的傳輸接口。

后續(xù)會(huì)為大家詳細(xì)介紹電磁兼容的測(cè)量原理，測(cè)量設(shè)備，測(cè)量方法，以及相CAE仿真模擬，敬請(qǐng)關(guān)注！