電磁騷擾測量不確定度的評定

楊旭富，劉寶華

（廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測中心，廣東 廣州 510300）

0 引言

為了避免用“誤差”的概念表述測量結(jié)果可能引起的問題，“不確定度”作為取代傳統(tǒng)的誤差表示體系被提出，隨著測試技術(shù)的發(fā)展，不確定度已成為評定測量水平、判定測量結(jié)果質(zhì)量的一個重要指標(biāo)[1]。不確定度即表征合理的賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，一切測量結(jié)果都不可避免的具有不確定度[2]。

1 不確定度的評定方法

1993年由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織、國際電工委員會、國際計量局、國際法制計量組織、國際理論化學(xué)與應(yīng)用聯(lián)合會、國際理論物理與應(yīng)用物理聯(lián)合會、國際臨床化學(xué)聯(lián)合會等7個國際組織聯(lián)合制訂的《Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement》[3]（簡稱GUM）正式出版，并在1995年進(jìn)行了修訂。GUM 使涉及測量的技術(shù)領(lǐng)域和部門，可以用統(tǒng)一的準(zhǔn)則對測量結(jié)果及其質(zhì)量進(jìn)行評定、表示和比較。根據(jù)評定方法的不同，不確定度可分為A類評定和B類評定。

1.1 不確定度的A類評定

不確定度的A類評定，即用對觀測列進(jìn)行統(tǒng)計分析的方法，來評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度。表征A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的估計方差 u2，是由一系列重復(fù)觀測值計算得到的，即為統(tǒng)計方差估計值 s2。標(biāo)準(zhǔn)不確定度u為 u2的正平方根值，即u=s。不確定度的A類評定，通常是應(yīng)用貝塞爾公式計算出實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)用單次測量值作為測量結(jié)果時，按式(1)計算A類評定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。當(dāng)以獨(dú)立觀測列的算術(shù)平均值作為測量結(jié)果，則按式(2)計算A類評定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

1.2 不確定度的B類評定

不確定度的B類評定，即用不同于對觀測列進(jìn)行統(tǒng)計分析的方法，來評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度。B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的估計方差 u2，則是根據(jù)有關(guān)信息來評定的，即通過一個假定的概率密度函數(shù)得到的，此函數(shù)基于事件發(fā)生的可信程度，即主觀概率或先驗(yàn)概率。

獲得 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的信息來源包括：以前的觀測數(shù)據(jù)；對有關(guān)技術(shù)資料和測量儀器特性的了解和經(jīng)驗(yàn)；生產(chǎn)部門提供的技術(shù)說明文件；校準(zhǔn)證書、檢定正式或其他文件提供的數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確度的等別或級別；手冊或某些資料給出的殘酷數(shù)據(jù)及其不確定度；規(guī)定實(shí)驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)或類似技術(shù)中給出重復(fù)性限r(nóng)或復(fù)現(xiàn)性限R等。

如已知信息表明Xi之值xi分散區(qū)間的半寬為a，且xi落于xi-a至xi+a之間的概率p為100%，即全部落在此范圍中，通過對其分布的估計，可以得出標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(xi)=a/k。常用分布與k、u(xi)的關(guān)系見表1。

表1 常用分布與k、u(xi)的關(guān)系

2 電磁騷擾測量不確定度評定

2.1 輸入量識別和評定模型建立

輻射騷擾電場強(qiáng)度測量、電源端口傳導(dǎo)騷擾測量、騷擾功率測量不確定度評定的數(shù)學(xué)模型分布為式(3)、式(4)、式(5)所示[4]：

式中Vr為接收機(jī)讀數(shù)（單位：dBμV）；Lc為天線、人工電源網(wǎng)絡(luò)、吸收鉗和接收機(jī)間連接網(wǎng)絡(luò)的衰減（單位：dB）；AF為天線系數(shù)（單位：dB）；Lamn為人工電源網(wǎng)絡(luò)的電壓分壓系數(shù)（單位：dB）；Lac為吸收鉗的插入損耗（單位：dB）；δVsw、δVpa、δVpr、δVnf分別為對接收機(jī)正弦波電壓、脈沖幅度、脈沖重復(fù)頻率和本底噪聲影響的修正值（單位：dB）；δM 為對天線、人工電源網(wǎng)絡(luò)、吸收鉗與接收機(jī)端口間失配誤差的修正值（單位：dB）； δA Ff、δA Fh、δAdir、δAph、δAcp、δAbal分別為對天線系數(shù)內(nèi)插、天線系數(shù)隨高度變化與標(biāo)準(zhǔn)偶極子天線的天線系數(shù)隨高度變化之差別、天線方向性、天線相位中心位置、天線交叉極化響應(yīng)、天線不平衡的修正值（單位：dB）；δSA為對場地衰減的修正值（單位：dB）；δd為對天線與被測件間距離測不準(zhǔn)的修正值（單位：dB）；δh為對桌面離地面高度不適當(dāng)?shù)男拚担▎挝唬篸B）；δZ為對人工電源網(wǎng)絡(luò)阻抗不理想的修正值（單位：dB）；δM D 為對電源騷擾造成的誤差的修正值（單位：dB）；δE為對環(huán)境條件影響的修正值（單位：dB）。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算與說明

標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算與說明參考文獻(xiàn)[5-6]。

2.2.1 A類評定

輸入量接收機(jī)讀數(shù)的變化包括測量系統(tǒng)不穩(wěn)定、接收機(jī)噪聲以及表頭刻度內(nèi)插誤差等因素引起的，其不確定度評定采用 A類評定方法，即Vr的估計值是很多讀數(shù)的平均值，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2.2.2 B類評定

輸入量接收機(jī)正弦波電壓、脈沖幅度、脈沖重復(fù)頻率和本底噪聲影響的不確定度可由檢定或校準(zhǔn)證書獲得或從保守角度出發(fā)取《電磁干擾測量中不確定度的評定指南》(CNAS-GL07∶2006)中的參照值。

輸入量接收機(jī)與人工電源網(wǎng)絡(luò)、吸收鉗或天線之間的連接網(wǎng)絡(luò)的衰減量的估計值，可由檢定或校準(zhǔn)證書獲得，同時得到與其對應(yīng)得擴(kuò)展不確定度和包含因子。

輸入量天線系數(shù)的不確定度可由檢定或校準(zhǔn)證書獲得，輸入量天線系數(shù)內(nèi)插、天線系數(shù)隨高度變化與標(biāo)準(zhǔn)偶極子天線的天線系數(shù)隨高度變化之差別、天線方向性、天線相位中心位置、天線交叉極化響應(yīng)、天線不平衡等輸入量的不確定度，可從保守角度出發(fā)取《電磁干擾測量中不確定度的評定指南》(CNAS-GL07∶2006)中的參照值。

輸入量人工電源網(wǎng)絡(luò)電壓分壓系數(shù)的不確定度可由檢定或校準(zhǔn)證書獲得；輸入量人工電源網(wǎng)絡(luò)阻抗的不確定，可從保守角度出發(fā)取《電磁干擾測量中不確定度的評定指南》(CNAS-GL07∶2006)中的參照值。

輸入量吸收鉗的插入損耗的不確定度可由檢定或校準(zhǔn)證書獲得；輸入量吸收鉗電流變換器的隔離不良導(dǎo)致的電源騷擾、環(huán)境條件影響的不確定度，可從保守角度出發(fā)取《電磁干擾測量中不確定度的評定指南》(CNAS-GL07∶2006)中的參照值。

輸入量天線、人工電源網(wǎng)絡(luò)、吸收鉗與接收機(jī)端口間失配誤差的修正值的估計值，可從儀器說明書等技術(shù)資料中查找出對應(yīng)的反射系數(shù)，由式(8)計算可得，或從保守角度出發(fā)取《電磁干擾測量中不確定度的評定指南》(CNAS-GL07∶2006)中的參照值。 δM 的概率分布近似為U形分布（反正弦分布），可能值的寬度不大于(δM+?δM?)，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度不大于半寬度除以。

式中Γr為接收機(jī)端口的反射系數(shù)，Γe人工電源網(wǎng)絡(luò)、吸收鉗、或天線的端口的反射系數(shù)，S11、S21、S22為雙端口電纜的S參數(shù)。

2.3 合成不確定度、擴(kuò)展不確定度的計算

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度即當(dāng)測量結(jié)果是由若干個其他量的值求得時，按其他各量的方差和協(xié)方差算得的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，是測量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差的估計值。

式中uc(y)為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，u(xi)為對應(yīng)輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，ci為靈敏度系數(shù)。

擴(kuò)展不確定度即確定測量結(jié)果區(qū)間的量，合理賦予被測量之值分布的大部分可望含于此區(qū)間。

式中ULAB為擴(kuò)展不確定度，k為包含因子，uc(y)為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。在電磁騷擾測試中，通常包含因子取k=2，其置信水平近似為95%。

2.4 測量結(jié)果的判定

當(dāng)ULAB≤Ucispr時，則如果測得的騷擾都不超過騷擾極限值，可以判定為合格；如果測得的騷擾超過騷擾極限值，可以判定為不合格。

當(dāng)ULAB≥Ucispr時，則如果測得的騷擾加上（ULABUcispr）后不超過騷擾極限值，可以判定為合格；如果測得的騷擾加上（ULAB- Ucispr）后超過騷擾極限值，可以判定為不合格。Ucispr的值見表2。

表2 Ucispr的值

根據(jù)上述不確定度評定方法對廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測中心電磁兼容實(shí)驗(yàn)室電磁騷擾測量進(jìn)行了不確定度評定，評定結(jié)果為：150 kHz～30 MHz電源端口傳導(dǎo)騷擾測量不確定度為2.7 dB，30～300 MHz騷擾功率測量不確定度為3.0 dB，30 MHz～1 GHz輻射騷擾測量水平極化的不確定度為4.3 dB、垂直極化的不確定度為4.4 dB。對照表2可見，ULAB＜Ucispr，即電磁騷擾的測量值不超過騷擾極限值，則判定為合格；電磁騷擾的測量值超過騷擾極限值，則判定為不合格。

3 結(jié)語

不確定度是對測量結(jié)果及其質(zhì)量進(jìn)行評估的重要參數(shù)。在電磁騷擾測量中，測量結(jié)果的影響因素較多，如測試設(shè)備復(fù)雜、測試場地電磁環(huán)境要求高等，其不確定度的評定較為復(fù)雜。在實(shí)際應(yīng)用中，為了使不同檢測實(shí)驗(yàn)室間的測試結(jié)果具有可比性，應(yīng)以 CNAS-GL07為基礎(chǔ)，結(jié)合儀器參數(shù)、檢定或校準(zhǔn)證書、實(shí)際測試經(jīng)驗(yàn)等對電磁騷擾測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。

[1] 周慶.無線電設(shè)備射頻一致性自動測試系統(tǒng)的不確定度分析[D].北京:北京郵電大學(xué),2008.

[2] JJF1059-1999.測量不確定度的評定與表示[S].

[3] ISO/IEC Guide98:1993.Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement(GUM)[S].

[4] CNAS-GL07:2006.電磁干擾測量中不確定度的評定指南[S].

[5] 張麗,郭輝萍,曹洪龍,等.GSM手機(jī)總?cè)蜢`敏度(TIS)的測量不確定度評定[J].通信技術(shù),2009,42(01):233-235.

[6] 龐姬,楊中海,沈庚麟.30～1 000 MHz電場輻射干擾測試中測量不確定度的評估方法[J].安全與電磁兼容,2004(03):28-30.