一種降低電場輻射發射測試測量誤差的方法

瞿 丹，張建國，周 暢

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一種降低電場輻射發射測試測量誤差的方法

瞿 丹，張建國，周 暢

（武漢第二船舶設計研究院，武漢 430064）

隨著電磁兼容試驗技術的發展，測量誤差已經成為評估測試是否符合相應標準的關鍵性指標。為了降低軍用設備的電場輻射發射測試的測量誤差，本文對誤差偏高問題的原因進行了分析，并針對要因提出在天線周圍放置吸波材料及對測試結果進行校準的方法，使得測量誤差大大降低，從而保證了軍用設備的電場輻射發射測試數據的準確性和可靠性。

電磁兼容試驗 測試誤差 輻射發射測試

0 引言

電磁兼容是研究在有限空間、有限時間、有限頻譜資源條件下，各種用電設備或系統能夠正常工作，相互不受干擾。電磁兼容測試技術是電磁兼容研究的領域的重要方面，正如國際著名學者美國肯塔基大學的C.R.Paul教授所說：“對于最后的成功驗證，也許沒有任何其他領域象電磁兼容那樣強烈的依賴于測量！”

1 概況

為了保證軍用裝備在總體電磁兼容環境中能夠正常工作，不相互干擾，各裝備必須具有良好的電磁兼容性能，因此需根據相關標準要求進行一系列的電磁兼容測試。電場輻射發射測試是GJB151A/152A的一項電磁兼容測試，通過該項測試可以掌握設備及其有關電纜的電場發射是否超過規定要求[1]。其測試原理圖如下圖1所示：

圖1 電場輻射發射測試原理圖

隨著電磁兼容試驗技術的發展，測量誤差已經成為評估測試是否符合相應標準的關鍵性指標。若測試結果的誤差過大，將可能對設備的電磁兼容性能產生誤判，導致艦船內各電子設備相互干擾而不能正常工作，影響艦船戰斗力的發揮。同時測量誤差也是實驗室測量能力的表現，測量誤差越大，說明測試結果的準確性、有效性越低，則試驗室的檢測能力也越低。

在GB-T6113《無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規范》中規定“電場輻射發射測試的最大誤差不超過5dB”。采用與標準實驗室對比的方法，對實驗室的電場輻射發射測試的測量誤差進行了實測，測試結果如表1，最大誤差值約為8dB，超過了5dB的標準要求。

表1 電場輻射發射誤差測試結果

2 誤差分析

對電場輻射發射測試誤差偏高的問題分別從電磁環境、測量方法、測試人員、測試系統以及測試場所這幾個方面進行分析，經過檢查試驗確認誤差偏高是由于屏蔽室壁面對電磁波的反射，導致屏蔽室的場地均勻性較差，從而給測試結果帶來較大誤差。測量結果如圖2所示。

圖2 場地均勻性測試結果

在屏蔽室均勻選取9個測點，測試在不同頻率的最大場強與最小場強之差△E，由圖可知，△E的最大值達到16 dB/10 GHz，遠遠不滿足IEC61000關于測試場地均勻性不超過6 dB的標準要求。

3 降低測量誤差的方法和效果

針對電場輻射發射測試誤差要因，傳統的減小屏蔽室壁面反射的方法是在屏蔽室四周加裝吸波材料，但這種方法造價較高。為節省經費同時又能有效地減小屏蔽室壁面反射，提出了一種全新的方法，并編制了對策表，如下表2所示。

表2 減小屏蔽室壁面反射對策表

3.1 在接收天線周圍放置吸波材料

措施一：選擇吸波材料

結合屏蔽室實際情況，提出了3種吸波材料的選擇方案。

1） 泡沫尖劈材料

由聚氨酯類的泡沫塑料在碳膠溶液中滲透而成，具有較好的阻燃特性；通常設計成棱錐狀、圓錐狀和契形；角錐長度與吸收的電磁波頻率成反比，高頻吸波性能好，若要提高其低頻吸波性能，則體積較大；價格低廉，但維護費用高[2]所示

2） 鐵氧體材料

直接將鐵氧體片貼于壁板上，利用其磁性能吸收電磁波。該材料低頻吸波性能好，體積小，性能穩定可靠，安裝方便，維護費用小。

3） 泡沫—鐵氧復合材料

將泡沫尖劈和鐵氧體制成復合材料，該材料兼顧了兩種材料的優點，工作頻帶寬，吸波性能好，價格較為昂貴。

根據以上分析，從吸波性能、工作頻寬、可靠性以及經濟性這四個方面對這三種材料進行綜合評估[3]，結果如下表3。

從表可看出，泡沫—鐵氧復合材料綜合得分最高，故選用泡沫—鐵氧復合材料。

措施二：設計隔離室的結構

隔離室的結構采用最簡單有效的U型框。基于幾何光學和電磁波射線理論，以及GJB151A規定的被測設備必須位于接收天線的半功率帶寬范圍內的原則，通過理論計算對U型隔離室進行了設計，尺寸為（長）=1.8 m，(寬)=2.1 m，（高）=1.9 m，其結構簡圖及模型圖如下圖3所示。

根據設計的U型隔離室結構，采用CST電磁仿真軟件對屏蔽室在的場強分布進行了仿真，圖5為頻率500 MHz的的仿真結果。由圖4可知，隔離室的局部均勻性得到改善，可見該設計合理可行[3]。

表3 吸波材料評估表

★表示1分

圖3 隔離室的結構簡圖及模型圖

圖4 未加隔離室（左）和加隔離室后（右）的場強分布

對策一實施完畢后，在隔離室內均勻選取了6個點對其場強進行了實測，測試結果如下表4所示。圖5為加裝隔離室前后場地均勻性對比圖。

從表4可以看出，測試中的6個點的場強幅值偏差在6dB范圍內，滿足IEC61000關于場地均勻性的標準要求。由圖5可知，對策一實施后，隔離室內的局部均勻性得到了明顯的改善。

3.2 對測試結果進行校準

措施一：實施校準試驗

測試結果校準的原理是在相同測試系統不同測試環境中找出測試結果的差異，以來補償系統的誤差。具體方法如圖6的校準測試流程。

在30 MHz～1 GHz頻段內選擇需要測試的頻點，在測試系統和測試布置不變的前提下，分別在標準試驗室和屏蔽室內對同一頻率不同發射功率信號源的受試系統進行測試，如圖7為頻率為300 MHz的不同功率的校準測試數據。

表4 場地均勻性測試結果（加裝隔離室后）

圖6 校準測試流程

圖7 300 MHz頻率下的校準測試數據

措施二：編制測試校準軟件

在校準測試結果的基礎上，對未校準的頻點通過插值方法生成環境校準曲線。插值方法包括線性插值、二次插值、三次插值，分別采用三種算法對測試結果進行了處理，三種方法的誤差分別為2 dB、3 dB、3.5 dB，由此可知，線性差值算法誤差最小。采用線性插值算法編寫了《軍用電子設備電磁兼容測試校準軟件》。

采用測試校準軟件對5個不同受試件的電場輻射發射測試結果進行了校準，其中最大誤差不超過4 dB。

4 結論

電磁兼容性能是軍用電子、電氣設備重要的性能之一。通過本方法提高了電磁兼容實驗室電場輻射發射測試的的測試質量，保證了軍用設備的電場輻射發射測試數據的準確性和可靠性，給艦船總體電磁兼容的管理、設計以及評估奠定了基礎。

[1] 軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求. 國防科學技術工業委員會, 1997.

[2] 孟東林等. 電波暗室用吸波材料的性能優化和選用[J]. 安全和電磁兼容, 2015(10).

[3] 鄭長進等. 吸波材料的設計和應用前景[J]. 宇航材料工藝, 2014(5).

[4] 胡申. 小屏蔽室環境下輻射發射測試誤差的研究[J]. 西安電子科技大學, 2010,(1).

A Method of Reducing Measure Error of Electromagnetic Emission Measurement

Qu Dan，Zhang Jianguo, Zhou Chang

（Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China）

2018-06-01

TM397

A

1003-4862（2018）10-0061-04

瞿丹（1986-），女，碩士研究生，工程師。研究方向：電磁兼容試驗與研究。

E-mail: 272140803@qq.com