EMC電場測量天線校準(zhǔn)

1、EMC 電場測量天線校準(zhǔn)杜 浩（陜西海泰電子有限責(zé)任公司公司電磁兼容事業(yè)部）摘 要: 本文對EMC 電場測量天線校準(zhǔn)方法進(jìn)行了深入研究，并結(jié)合公司自研的雙錐對數(shù)周期天線，對軍標(biāo)1m 天線系數(shù)進(jìn)行了摸底校準(zhǔn)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：自研天線測試結(jié)果與ETS-3142B 測試結(jié)果呈現(xiàn)較好的一致性。 關(guān)鍵字: 天線系數(shù) 三天線法1 概述EMC 電場測量天線校準(zhǔn)的基本方法可分為三類：第一類是“標(biāo)準(zhǔn)天線法”，即研制一個標(biāo)準(zhǔn)的電場接收天線，并配上相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)測試儀表，且能從它的讀數(shù)直接推算出場強(qiáng)值，然后將被測天線與此標(biāo)準(zhǔn)天線放在同一個場中進(jìn)行對比測量，從而對被測天線的天線系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)；第二類是“標(biāo)準(zhǔn)場地法”，即設(shè)

2、計、建造一個標(biāo)準(zhǔn)測試場，這個場的場強(qiáng)及其空間分布是可以準(zhǔn)確計算的，然后將被測天線放入該標(biāo)準(zhǔn)場中進(jìn)行測量，對天線系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)；第三類是“三天線法”，即設(shè)計、建造一個標(biāo)準(zhǔn)的理想發(fā)射場地，在這個場地上對三個被測天線兩兩組合，共形成三組發(fā)、收對，可得到三組測量數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算就可以分別得到三個天線的天線系數(shù)。三天線法是一種利用標(biāo)準(zhǔn)場地測量天線的方法，該方法被美國國家標(biāo)準(zhǔn)所采用。本文將結(jié)合該方法對天線系數(shù)校準(zhǔn)進(jìn)行討論。2 天線校準(zhǔn)2.1 三天線法校準(zhǔn)原理及系統(tǒng)組成本方法適用于距被測件1m 、3m 或10m 的電磁兼容測量天線的天線系數(shù)校準(zhǔn)。1m 距離是GJB151A-1997和GJB152A-1997中規(guī)

3、定的典型測試距離，3m 和10m 是民標(biāo)電磁兼容測試中的典型測試距離。因此，在進(jìn)行天線系數(shù)校準(zhǔn)時根據(jù)需求可分別使用1m 、3m 和10m 的測試距離。采用3m 、10m 測試距離測試時，需配置天線升降塔。下面結(jié)合軍標(biāo)天線系數(shù)校準(zhǔn)對三天線法校準(zhǔn)原理及系統(tǒng)組成進(jìn)行論述。 圖1 軍標(biāo)天線系數(shù)校準(zhǔn)原理框圖 本校準(zhǔn)方法需要三個相同類型的天線，也稱作三天線法校準(zhǔn)。校準(zhǔn)原理如圖1，將天線相互對準(zhǔn)，確保兩天線軸線在同一條直線上，并且極化匹配，兩天線間的插入損耗與天線系數(shù)之間的關(guān)系可用公式1表示：T R 0AF +AF=IL+20lg-20lg Z （1） 式中： AF T 發(fā)射天線的天線系數(shù)，單位為分貝每米（

4、dB/m）； AF R 接收天線的天線系數(shù)，單位為分貝每米（dB/m）； IL從發(fā)射天線輸入端口到接受天線輸出端口的插入損耗，單位為分貝（dB ）； Z 0系統(tǒng)特性阻抗，通常為50； 0波阻抗，單位為歐姆（），自由空間波阻抗為377； 波長，單位為米（m ）。 將常數(shù)代入公式1中，可得到公式2：T R (MHzAF +AF=IL+20lgf-32（2）式中：頻率，單位為兆赫茲（MHz ）。(MHzf 設(shè)三副待測天線分別編號為1、2、3，將它們按照表1所示組合依次組隊進(jìn)行測量。表1 天線校準(zhǔn)組合配置表發(fā)射天線接收天線插入損耗組1 天線1天線2IL 1組2 天線2天線3IL 2組3 天線3天線1I

5、L 3由2式可以得出公式3：121(MHz232(MHz313(MHzAF +AF=IL+20lgf-32AF +AF=IL+20lgf-32AF +AF=IL+20lgf-32（3） 式中：AF 1天線1的天線系數(shù)，單位為分貝每米（dB/m）； AF 2天線2的天線系數(shù)，單位為分貝每米（dB/m）； AF 3天線3的天線系數(shù)，單位為分貝每米（dB/m）。 以AF 1、AF 2、AF 3為未知數(shù)求解方程組（3），就可以得出（4）： 1123(MHz2231(MHz3312(MHz1AF =IL IL IL +10lgf-1621AF =IL IL IL +10lgf-1621AF =IL IL

6、 IL +10lgf-162+（4）通過上述三次測量，根據(jù)公式（4）即可計算出三副天線的天線系數(shù)。 2.2 校準(zhǔn)場地EMC 電場測量天線的校準(zhǔn)場地有標(biāo)準(zhǔn)開闊測試場與半電波暗室兩種。 a. 標(biāo)準(zhǔn)開闊試驗(yàn)場標(biāo)準(zhǔn)電場是建立在一個場地光滑、平坦、電導(dǎo)率均勻良好和無反射物體的寬闊平臺之上的。所有的發(fā)射與接收試驗(yàn)均在其上面進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)開闊試驗(yàn)場是建立標(biāo)準(zhǔn)電場的必要條件，也是標(biāo)準(zhǔn)天線得以實(shí)施準(zhǔn)確接收的充分條件。通常，標(biāo)準(zhǔn)開闊試驗(yàn)場要求為橢圓形狀，試驗(yàn)場地的地面應(yīng)為平坦、開闊的并鋪設(shè)金屬反射面的地面，場地附近應(yīng)無影響測量數(shù)據(jù)的反射物、機(jī)械振動，且無影響校準(zhǔn)結(jié)果的電磁干擾信號，應(yīng)符合GB/T6113.1中要求的開

7、闊試驗(yàn)場的場地條件。b 半電波暗室半電波暗室是除了地面（接地平板）之外，其余五面都裝有吸波材料的屏蔽室。作為室外開闊測試場地的替代場所，半電波暗室已被國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可，成為應(yīng)用廣泛的EMC 測試場所。對于半電波暗室，在所有校準(zhǔn)頻率上，除地面反射外其它的影響可忽略，應(yīng)符合GB9254中試驗(yàn)場地的要求。 2.3 校準(zhǔn)實(shí)例下面結(jié)合海泰公司自行研發(fā)的雙錐對數(shù)周期天線原理樣機(jī)，進(jìn)行天線系數(shù)校準(zhǔn)摸底試驗(yàn)。校準(zhǔn)方法采用2.1節(jié)中所描述的三天線法，待測天線分別采用兩個自主研發(fā)的原理樣機(jī)和一個ETS 公司的ETS-3142B 。測試布置框圖見圖1，采用計算機(jī)程控信號源與頻譜儀，自動獲取測試數(shù)據(jù)并處理，最終獲得待測天線的天線系數(shù)。本次測試由于暫無標(biāo)準(zhǔn)測試場地，所以選取了一塊開闊的、周圍反射物盡量少的操場作為測試場地對公司研發(fā)的雙錐對數(shù)周期天線進(jìn)行了摸底性測試，并在同樣測試環(huán)境下將自研天線與ETS-3142B 的測試結(jié)果進(jìn)行了對比，見圖2。測試結(jié)果顯示：自研天線與ETS-3142B 的測試結(jié)果呈現(xiàn)出較好的一致性。本次摸底試驗(yàn)旨在通過自研天線與ETS-3142B 的對比分析而了解自研天線的電特性，因此測試場地對此影響不大。下一步我們將對自研天線進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，并依照三天線法在標(biāo)準(zhǔn)測試場上進(jìn)行校準(zhǔn)，獲取其可用的天線系數(shù)。 f(GHz圖2 自研天線的天線系數(shù)摸底測試結(jié)果3 結(jié)束語本