射频辐射电磁场抗扰度试验.docx

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射频辐射电磁场抗扰度试验

电磁兼容测试项目

——射频辐射电磁场抗扰度试验

测试标准

1.射频辐射电磁场抗扰度试验的由来

射频辐射电磁场干扰是人们最早考虑的电磁干扰，早在1934年，国际电工委员委（IEC）就成立了国际无线电干扰标准化特别委员会（CISPR），主要研究骚扰对通信和广播接收效果的影响，并因此制定了一些产品族的电磁兼容标准，旨在限制这些设备的电磁骚扰的发射，以便实施对通信和广播的保护。

真正把射频辐射电磁场作为对电子设备抗干扰能力的考核而写进电磁兼容抗扰度标准，是在1984年IEC的TC65委员会（研究工业过程测量与控制装置的专业委员会）出版的IEC801-3标准中，它首次把射频辐射电磁场与静电放电等并列在一起，作为对电子设备抗扰度试验中最主要的几种试验方法。

射频辐射电磁场抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.3（等同于国际标准IEC61000-4-3）。

2.试验等级

（1）一般试验等级

下表频率范围为80MHz～1000MHz内的优先选择试验等级。

表中给出的是未经调制的信号场强，在正式试验时要用1kHz的正弦波对未调制信号进行深度为80%的幅度调制。

对产品标准化技术委员会来说，可在IEC61000-4-3和IEC61000-4-6（对应于我国国家标准GB/T17626.3和GB/T17626.6）之间选择比80MHz略高或略低的频率作为过渡频率。

这里IEC61000-4-6（GB/T17626.6）标准为电气和电子产品规定了频率在80MHz以下的辐射电磁场对线路感应所引起的传导干扰试验。

（2）针对数字无线电话的射频辐射而设定的试验等级

下表给出频率范围为800MHz～960MHz,及1.4GHz～2.0GHz的优先试验等级。

表中给出的是未经调制的信号场强，在正式试验时要用1kHz的正弦波对未调制信号进行深度为80%的幅度调制。

如果产品只需要满足某些特定国家的使用要求，则对1.4GHz～2.0GHz的试验范围可缩至只满足当事国数字电话所采用的具体频段，但在试验报告中要反映出这一决定。

产品标准化技术委员会要指定每一频率范围内的试验等级。

在上述两张表格所提到的频率范围中，只需要对两个试验等级中较高的这一个进行试验就可以了。

在前述一般试验等级的优先选择表格中，试验等级分为1、2、3级，对应的试验场强分别为1V/m、3V/m、10V/m。

其中：

等级1为低电平的电磁辐射环境，如在离开电台和电视台1km以外地方的辐射情况。

等级2为中等电磁辐射环境，如附近有小功率的移动电话在使用，这是一种典型的商业环境。

等级3为严酷的电磁辐射环境，如有移动电话在靠近设备的地方使用（距离不小于1m），或附近有大功率广播发射机和工科医设备在工作，这是典型的工业环境。

等级×为一开放的等级，可通过用户和设备制造商协商，或在产品标准或设备说明书中规定。

通常受试设备的试验等级是根据其最终安装环境的电磁情况来选择的。

但对大多数产品来说，在它们的产品族和产品标准里已经充分考虑了使用的环境，所以它们的试验等级已经确定。

对于针对无线电话的射频辐射而设定的试验等级，主要是考虑了近距离使用移动无线电话时对设备造成的影响。

下式是移动无线电话的发射功率与场强之间的关系。

E=3P1/2/d

式中，E为场强（有效值），（V/m）；

3为经验常数；

P为移动无线电话的功率值，（W）；

d为到天线的距离，（m）。

下表是试验等级及相关距离的实例。

GSM蜂窝移动通信系统，全球应用；DECT无绳蜂窝移动通信系统，欧洲应用。

实验设备

电波暗室

这是标准所规定优先选用的试验场地。

要求电波暗室有合适的尺寸，能维持被试品以足够空间的均匀场域，必要时可在电波暗室里安装一些吸收材料来削弱室内的反射情况，维护场的均匀性。

另有一间辅助屏蔽室，用于安放场强发生设备（信号发生器、功率放大器）、监视设备、和对被试品的操控设备。

除了电波暗室外，完成射频辐射电磁场试验至少要有以下仪器：

电磁干扰滤波器

要确保滤波器接在线路上不会引起意外的谐振。

射频信号发生器

要能够覆盖相关的试验频段（按标准要求，上限频率应能达到2GHz以上），能以1kHz的正弦波进行幅度调制，调幅深度达到80%。

并具有以

十倍频程/秒或更低的速率自动扫频的能力。

如使用射频频率合成器，要求能对频率的步进幅度和停顿时间进行编程。

此外，上述信号发生器还应有手动设置的功能。

功率放大器

用于放大未调制和已调制的信号，并提供天线建立电磁场，使之达到所需等级。

目前已能做到用单个放大器来覆盖80MHz～1000MHz的频率范围。

但对1GHz～2GHz这一频率范围尚需专门有一个放大器来进行放大。

放大器产生的谐波和失真电平应比载波电平至少低15dB。

发射天线

用以产生所需的电磁场。

在标准所规定的80MHz～1000MHz频段内一般要用两种形式的天线（分别是双锥天线和对数周期天线。

前者的使用频率为20MHz～300MHz，后者为200MHz～1000MHz）。

但目前已经有能覆盖80MHz～1000MHz全频段的复合天线可供使用（见下图），这简化了试验的配置，有助于降低系统硬件的价格，同时也避免了在试验中需要在两种天线间的切换。

对于1GHz～2GHz的频率范围，则要采用角锥喇叭天线和双脊波导天线来产生极化磁场。

监视水平和垂直极化的场强探头（或各向同性的监视天线）

用以监视被试设备这一边的射频辐射电磁场强度。

其置于被测电磁场中的前置放大和光电转换部分要有足够的抗干扰能力，再通过一根光纤电缆（对于经过充分滤波的信号连接线也可使用）与室外指示器连接。

用于记录功率电平的场强测试设备

通过场强测试设备可进一步控制信号发生器送到功率放大器的信号幅度，最终使加在被试品上的场强维持稳定。

值得注意的是，要保证场强测试设备有足够的抗干扰能力。

试验场地

试验场地的一般要求试验在电波暗空中进行。

电波暗室相对试品来说，应具有足够的空间，而且在试品周围空间还要有均匀场的特性（例如，有一个1.5m×1.5m的均匀场）。

电波暗室的均匀性每年校准一次。

另外，每当暗室内布置发生变化时（如更换吸波材料、试验位置的移动或试验设备的改变等等），也要重新校准。

天线与试品间的距离取决于试品的大小。

对小试品（例如每一面的尺寸小于0.5m×0.5m），即使天线与试品间距小至1m，也足够保证试品正面辐照区的场均匀性（例如，有一个1.5m×1.5m的均匀场），这时就可以采用1m法进行试验。

标准规定试品与产生电磁场的天线距离不得小于1m。

试品与天线之间的最佳距离是3m。

当对试验的距离有争议时，应优先便用3m法。

对于大型设备，即使采用3m法试验，也难以保证试品正面辐照区的均匀性，这时就该选用更大的试验场地。

试验中的测量距离是这样规定的：

双锥天线是天线中央到试品正面的距离；对数周期天线是天线的顶端到试品正面的距离，见下图。

GTEM小室

GETM小室又称吉赫芝（GHz）横电磁波室，是近十几年才发展起来的新型电磁兼容测试设备，它的工作频率范围可以从直流至数GHz以上，内部可用场区较大，尤其可贵的是小室本身与其配套设备的总价不算过于昂贵，能为大多数企业所接受。

GTEM小室是根据同轴及非对称矩形传输线原理设计而成的设备。

为避免内部电磁波的反射和谐振，GTEM小室在外形上被设计成尖锥形，其输入端采用N型同轴接头，随后中心导体展平成为一块扇形板，称为芯板。

在小室的芯板和底板之间形成矩形均匀场区。

为了使球面波（严格地说，由N型接头向GTEM小室传播的是球面波，但由于所设计的张角很小，因而该球面波近似于平面波）从输入端到负载端有良好的传输特性，芯板的终端因采用了分布式电阻匹配网络，从而成为无反射终端。

GTEM小室的端面还贴有吸波材料，用它对高端频率的电磁波作进一步吸收。

因此在小室的芯板和底板之间产生了一个均匀场强的测试区域。

试验时，试品被置于测试区中，为了做到不因被试设备置入而过于影响场的均匀性，被试设备以不超过芯板和底板之间距离的1/3高度为宜。

下图是GTEM小室的外形及典型的工作特性。

频率（GHz）频率（GHz）

电压驻波比电场强度特性

工作原理

GTEM小室中的电场强度与从N型接头输入信号电压V成一正比，与芯板距底板垂直距离h成反比：

E=V/h

在50Ω匹配的系统里，芯板对底板的电压与N型接头的信号输入功率之间的关系满足

V=（RP）1/2=（50P）1/2

故场强

E=（50P）1/2/h

如考虑实测值与理论值之间的差异，上式还应乘一个系数k，因此实际的电场强度是

E=k（50P）1/2/h

从上式可见，若在GTEM小室注入同样的功率，芯板的位置距底板的距离越近（h值越小），则可获得较大的场强；若产生同相的场强，较大空间处（h值越大）需要的输入功率亦较大。

上述结论表明，对于较小的试品，我们可以把试品放在GTEM小室中比较靠前的位置，这样用比较小的信号输入功率，就可以得到足够高的电场强度。

注意，试品的高度不能超过选定位置芯板与底板间距的1/3。

采用GTEM小室做射频辐射电磁场抗扰度试验的优点：

用GTEM产生的电场强度要远大于天线产生的场强，所以用比较小的射频功率放大器可以产生很强的电场，使得整个测试系统的价格大大降低。

这对尺寸不太大的设备来说，是一个非常好的射频辐射电磁场抗扰度试验方案。

由于用GTEM小室做射频辐射电磁场抗扰度试验不需要用天线，所以可方便地用于自动测试，大大减少了测试时间，也降低了对试验人员的技术要求。

GTEM小室的射频辐射电磁场抗扰度试验的系统图见下图，主要由信号发生器、功率放大器、测试探头、智能场强计、计算机及测试软件、及GTEM小室组成。

在下图中，当信号源经过放大后注入到GTEM小室的一端（通过N型同轴接头），就能在芯板和底板之间形成很强的均匀电磁场，放置在被测件附近的电场监视探头监测此场强，再经由计算机得到输入功率值，直接调节信号源以求达到所需求的场强值。

测控软件控制信号源以一定的步长进行辐射场的频率扫描。

另有视频监视器观测试品在射频电磁场干扰下的工作情况。