電磁兼容輻射騷擾樣品測(cè)試桌的設(shè)計(jì)與研究

葉長(zhǎng)青,趙海波,王　杰（惠州出入境檢驗(yàn)檢疫局，廣東　惠州516006）

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電磁兼容輻射騷擾樣品測(cè)試桌的設(shè)計(jì)與研究

葉長(zhǎng)青,趙海波,王杰
（惠州出入境檢驗(yàn)檢疫局，廣東惠州516006）

摘要：為減小木質(zhì)測(cè)試桌對(duì)輻射騷擾測(cè)試結(jié)果的影響，以低介電常數(shù)的聚苯乙烯顆粒為材料，設(shè)計(jì)一款高頻低反射樣品測(cè)試桌，參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6113.104——2008測(cè)試桌影響的評(píng)估程序，搭建測(cè)試系統(tǒng)。使用3m法電波暗室測(cè)試環(huán)境，在30 MHz～1 GHz和1～8 GHz兩個(gè)頻段對(duì)聚苯乙烯泡沫桌和木桌進(jìn)行對(duì)比測(cè)試并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證聚苯乙烯泡沫桌對(duì)輻射騷擾測(cè)試結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明：測(cè)試時(shí)，應(yīng)使用介電常數(shù)低、耐潮濕性、絕緣性?xún)?yōu)良和穩(wěn)定性高的樣品測(cè)試桌，以減小由測(cè)試桌引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。該研究結(jié)論對(duì)電磁兼容領(lǐng)域的輻射騷擾測(cè)試、輻射雜散測(cè)試、輻射抗擾度測(cè)試具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電磁兼容；輻射騷擾；測(cè)試桌；介電常數(shù)；不確定度

0 引　言

在電子產(chǎn)品電磁兼容檢測(cè)項(xiàng)目中，輻射騷擾測(cè)試是最重要的測(cè)試項(xiàng)目之一。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求該項(xiàng)目的測(cè)試需在電波暗室中進(jìn)行，電波暗室能有效地將內(nèi)外電磁場(chǎng)隔離開(kāi)來(lái)，使實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的干擾電平足夠低，并保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的輻射干擾信號(hào)不對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生有害的影響[1]。輻射騷擾測(cè)試是檢測(cè)結(jié)果離散性比較大的檢測(cè)項(xiàng)目[2]，檢測(cè)環(huán)境條件、測(cè)試設(shè)備和設(shè)施、被測(cè)樣品布置及類(lèi)型等因素均會(huì)對(duì)輻射騷擾測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。相關(guān)文獻(xiàn)資料中介紹了不同HDMI電纜線(xiàn)、布線(xiàn)方式、電源引線(xiàn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響[3-5]，但針對(duì)樣品測(cè)試桌做為影響因素的研究?jī)?nèi)容較少?，F(xiàn)行GB 9254——2008《信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線(xiàn)電騷擾限值和測(cè)量方法》[6]中僅說(shuō)明了輻射騷擾測(cè)試的測(cè)試桌應(yīng)為非導(dǎo)電桌，并未對(duì)材料有明確的要求，如厚度及材質(zhì)等。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6113.104——2008《無(wú)線(xiàn)電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法規(guī)范》[7]中提及了測(cè)試桌的形狀、結(jié)構(gòu)和材料的介電常數(shù)都會(huì)對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，對(duì)30 MHz～1 GHz輻射騷擾測(cè)試桌的評(píng)估給出了評(píng)定流程，但沒(méi)有1 GHz以上檢測(cè)時(shí)測(cè)試桌的驗(yàn)證方法。

目前，絕大部分實(shí)驗(yàn)室輻射騷擾測(cè)試所用的測(cè)試桌均為木桌，木桌本身介電常數(shù)較大，移動(dòng)不方便，木材還具有較強(qiáng)的吸濕性，易變形，介電常數(shù)隨含水率和溫度的增加而增大[8]，絕緣性能也會(huì)受到影響。因此，由木質(zhì)測(cè)試桌引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量較大，無(wú)法保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性、真實(shí)性，從而影響了檢測(cè)結(jié)果的質(zhì)量和工作效率。

結(jié)合以上所述，有必要設(shè)計(jì)和研究一款新型材料的樣品測(cè)試桌，在實(shí)際測(cè)試中減小測(cè)試桌對(duì)輻射騷擾測(cè)試結(jié)果的影響，來(lái)保證結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

1 樣品測(cè)試桌材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)試桌材料選擇

材料本身介電常數(shù)的不同，會(huì)對(duì)干擾源發(fā)射的電磁波輻射能量有一定的影響。材料的介電常數(shù)越大，影響的程度越高。通過(guò)對(duì)不同材質(zhì)的介電常數(shù)及性能進(jìn)行比較，選擇低介電常數(shù)“聚苯乙烯顆?！弊鰹闇y(cè)試桌的材料。表1為常用物質(zhì)介電常數(shù)表。

1.2 測(cè)試桌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于進(jìn)行輻射騷擾測(cè)試的樣品種類(lèi)較多，測(cè)試桌的結(jié)構(gòu)需要考慮兩方面內(nèi)容：1）測(cè)試桌必需安裝及拆卸方便且穩(wěn)固；2）測(cè)試桌須有較強(qiáng)的承重能力。

圖1 有測(cè)試桌時(shí)實(shí)驗(yàn)布置圖

表1 介電常數(shù)表

新型測(cè)試桌由聚苯乙烯泡沫板組合而成，尺寸為1.5m×1.0m×0.8m，荷重≥100kg。

2 驗(yàn)證測(cè)試方法及系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 驗(yàn)證方法

驗(yàn)證新型測(cè)試桌對(duì)輻射騷擾測(cè)試結(jié)果的影響主要是研究測(cè)試桌對(duì)電磁波輻射和傳播特性的影響。由于測(cè)試桌材質(zhì)相對(duì)于空氣有一定的介電常數(shù)，即存在于桌面的輻射干擾源的電磁波有部分會(huì)被桌面吸收和反射，導(dǎo)致輻射騷擾測(cè)試結(jié)果的偏差。為了驗(yàn)證測(cè)試桌的影響，應(yīng)使用一特定的發(fā)射天線(xiàn)在有無(wú)測(cè)試桌的特定布置的情況下進(jìn)行兩次發(fā)射測(cè)量，兩次測(cè)量結(jié)果之差可給出測(cè)試桌影響的驗(yàn)證結(jié)果。

本驗(yàn)證方法參考GB/T 6113.104——2008中5.9.2條款（試驗(yàn)桌影響的評(píng)估程序）。具體方法如下：在3m法電波暗室中，采用偶極子天線(xiàn)（30 MHz～1 GHz）、喇叭天線(xiàn)（1～8 GHz）作為干擾源發(fā)射天線(xiàn)，對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)（30 MHz～1 GHz）、喇叭天線(xiàn)（1～8 GHz）作為接收天線(xiàn)。采用小型泡沫作為支撐體模擬無(wú)測(cè)試桌體（模擬空氣）放置發(fā)射天線(xiàn)的狀態(tài)，天線(xiàn)椎體部分伸出支撐體邊緣，盡可能減少支撐體對(duì)天線(xiàn)發(fā)射的影響。有測(cè)試桌體時(shí)，參考圖1布置方法將發(fā)射天線(xiàn)貼近于桌面的某位置固定放置，同時(shí)確保相對(duì)于地面的擺放參考點(diǎn)與無(wú)測(cè)試桌布置時(shí)相同。天線(xiàn)桿軸線(xiàn)方向正對(duì)接收天線(xiàn)，需保證天線(xiàn)桿整體與桌面平行且固定。測(cè)試時(shí)，僅驗(yàn)證水平極化即可，采用符合驗(yàn)證頻段要求的信號(hào)源連接發(fā)射天線(xiàn)進(jìn)行發(fā)射，測(cè)試環(huán)境為3m法電波暗室，接收天線(xiàn)接收后應(yīng)用測(cè)量接收機(jī)（30 MHz～1 GHz）及頻譜分析儀（1～8 GHz）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

表2 測(cè)試系統(tǒng)儀器設(shè)備

圖2 測(cè)試系統(tǒng)示意圖

2.2 測(cè)試系統(tǒng)組成

測(cè)試用儀器見(jiàn)表2，測(cè)試系統(tǒng)如圖2所示。

3 試驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)實(shí)施

首先將儀器設(shè)備按照驗(yàn)證方法的要求進(jìn)行布置，在30 MHz～1 GHz頻段測(cè)試時(shí)，將信號(hào)源發(fā)射信號(hào)電平設(shè)置為-20dBm，即為87dB（μV）；1～8 GHz頻段測(cè)試時(shí)，信號(hào)源發(fā)射信號(hào)電平設(shè)置為-10 dBm，即為97dB（μV）。應(yīng)用系統(tǒng)測(cè)試軟件對(duì)上述頻段進(jìn)行測(cè)試，保存結(jié)果數(shù)據(jù)，測(cè)試狀態(tài)分為無(wú)測(cè)試桌測(cè)試，木桌測(cè)試，聚苯乙烯泡沫桌測(cè)試3種。

3.2 30 MHz～1 GHz測(cè)試結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)30 MHz～1 GHz測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，繪制出相應(yīng)的數(shù)據(jù)圖，圖3為使用聚苯乙烯泡沫桌、常用木桌與無(wú)測(cè)試桌時(shí)絕對(duì)測(cè)試結(jié)果比較圖，圖4為聚苯乙烯泡沫桌與常用木桌的相對(duì)測(cè)試結(jié)果比較圖。

在測(cè)試頻率范圍內(nèi)，聚苯乙烯泡沫桌與無(wú)測(cè)試桌測(cè)試結(jié)果曲線(xiàn)吻合程度較高，僅有個(gè)別頻段有偏差；木桌與無(wú)測(cè)試桌測(cè)試結(jié)果曲線(xiàn)僅在30～90 MHz頻段吻合度較高，其余頻段偏差較大。在整個(gè)30MHz～1 GHz頻率范圍內(nèi)，聚苯乙烯泡沫桌與無(wú)測(cè)試桌測(cè)試結(jié)果差值絕對(duì)值均小于2dB，絕對(duì)值最大差值頻點(diǎn)為540 MHz，值為-1.72 dB；木桌與無(wú)測(cè)試桌測(cè)試結(jié)果差值絕對(duì)值在200～650 MHz頻段變化較為明顯，540 MHz為絕對(duì)值最大差值頻點(diǎn)，值為5.66 dB，在860MHz～1GHz頻段內(nèi)結(jié)果差值絕對(duì)值均大于2dB。

圖3 30 MHz～1 GHz絕對(duì)測(cè)試結(jié)果比較圖

圖4 30MHz～1 GHz相對(duì)測(cè)試結(jié)果比較圖

參考GB/T 6113.104——2008中條款5.9.2（實(shí)驗(yàn)桌影響的評(píng)估程序），定義有測(cè)試桌與無(wú)測(cè)試桌測(cè)量結(jié)果差為Δ，其中，Vr/有為有測(cè)試桌時(shí)測(cè)得的結(jié)果電壓，dB（μV）；Vr/無(wú)為無(wú)測(cè)試桌時(shí)測(cè)得的結(jié)果電壓，dB（μV）。30 MHz～1 GHz頻段內(nèi)的最大差值可作為評(píng)估的最大偏差Δmax=max|Vr/有-Vr/無(wú)|30MHz～1GHzdB；由測(cè)試桌引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u測(cè)試桌（單位：dB）可由測(cè)得的最大差值Δmax來(lái)進(jìn)行評(píng)估，并假設(shè)為矩形分布。因此可得到聚苯乙烯泡沫桌的標(biāo)準(zhǔn)不確定度最大值為，。

3.3 1～8 GHz測(cè)試結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)1～8GHz測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，繪制出相應(yīng)的數(shù)據(jù)圖，圖5為使用聚苯乙烯泡沫桌、常用木桌與無(wú)測(cè)試桌時(shí)絕對(duì)測(cè)試結(jié)果比較圖，圖6為聚苯乙烯泡沫桌與常用木桌的相對(duì)測(cè)試結(jié)果比較圖。

在測(cè)試頻率范圍內(nèi)，聚苯乙烯泡沫桌與無(wú)測(cè)試桌測(cè)試結(jié)果曲線(xiàn)吻合程度較高，木桌與無(wú)測(cè)試桌測(cè)試結(jié)果曲線(xiàn)吻合程度不高，特別在1～2.7GHz頻率范圍內(nèi)偏差較大。在整個(gè)1～8 GHz頻率范圍內(nèi)，絕大部分聚苯乙烯泡沫桌與無(wú)測(cè)試桌測(cè)試結(jié)果差值的絕對(duì)值均小于2dB，僅在頻點(diǎn)2.3 GHz及2.7 GHz處超過(guò)2dB，值分別為-2.07dB和-2.08dB；木桌與無(wú)測(cè)試桌測(cè)試結(jié)果差值絕對(duì)值在1～2.7 GHz頻段內(nèi)變化較為明顯，1 GHz處為最大值頻點(diǎn)，值為-13.44 dB，在6～8 GHz頻段內(nèi)結(jié)果差值絕對(duì)值均大于2dB。

圖5 1～8 GHz絕對(duì)測(cè)試結(jié)果比較圖

圖6 1～8 GHz相對(duì)測(cè)試結(jié)果比較圖

同理，參考30 MHz～1 GHz測(cè)試結(jié)果分析中對(duì)測(cè)試桌引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算方法，即可得到聚苯乙烯泡沫桌的標(biāo)準(zhǔn)不確定度最大值為

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)30 MHz～1 GHz頻段及1～8 GHz頻段結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比分析，木桌測(cè)試桌對(duì)輻射騷擾測(cè)試結(jié)果的影響較大，標(biāo)準(zhǔn)不確定最大值為7.76dB，聚苯乙烯泡沫桌對(duì)輻射騷擾測(cè)試結(jié)果影響較小，標(biāo)準(zhǔn)不確定度最大值為1.2dB。同時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫濕度變化對(duì)木桌測(cè)試桌絕緣性及介電常數(shù)的影響也較大，聚苯乙烯的電絕緣性?xún)?yōu)良，且不受溫度和濕度的影響[9]，聚苯乙烯泡沫桌具有更好的耐潮濕性、絕緣性和穩(wěn)定性。

聚苯乙烯泡沫桌具有較低的介電常數(shù)，適合在輻射騷擾、輻射雜散、輻射抗擾度等檢測(cè)項(xiàng)目中使用，可替代行業(yè)普遍應(yīng)用的木質(zhì)測(cè)試桌，檢測(cè)時(shí)能真實(shí)體現(xiàn)待測(cè)產(chǎn)品的輻射狀態(tài)，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度，提高工作效率。在CNAS-GL07《電磁干擾測(cè)量中不確定度的評(píng)定指南》[10]中，僅提及了安放被測(cè)設(shè)備的桌子的高度做為輻射騷擾電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量要考慮的影響量，本文對(duì)比研究的測(cè)試桌材料對(duì)輻射騷擾的影響結(jié)論有助于檢測(cè)人員對(duì)檢測(cè)結(jié)果的不確定度評(píng)估進(jìn)行較全面的綜合評(píng)定。本文提出的聚苯乙烯泡沫桌的材質(zhì)應(yīng)用廣泛，易于回收利用，節(jié)省成本，有較好的推廣和使用價(jià)值。

目前對(duì)于普通民用電子產(chǎn)品來(lái)講輻射騷擾測(cè)試最高測(cè)試頻率為6GHz，聚苯乙烯泡沫板測(cè)試桌在8 GHz以上對(duì)輻射騷擾測(cè)試結(jié)果的影響有待于進(jìn)一步的驗(yàn)證和分析。另外，在EMC技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量過(guò)程中，引起測(cè)量不確定度的因素有很多[11]，暗室性能、儀器設(shè)備、人員的操作、待測(cè)樣品的布置及測(cè)試桌等均是影響輻射騷擾檢測(cè)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量，實(shí)際應(yīng)用中，檢測(cè)人員對(duì)檢測(cè)結(jié)果的不確定度評(píng)估要充分考慮各種影響因素，以便獲得準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

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（編輯：劉楊）

The design and research of test table applied in radiated emission of electromagnetic compatibility

YE Changqing，ZHAO Haibo，WANG Jie
（Huizhou Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau，Huizhou 516006，China）

Abstract:To decrease the influence caused by wooden test tables on the results of radiated emission measurement，a low reflective test table that is especially used in high frequency is made with low dielectric constant polystyrene. A testing system is designed as per the evaluation procedure for test table influences of standard GB/T 6113.104——2008. Comparison testing and research are done under the frequency scope of 30 MHz- 1 GHz and 1- 8 GHz in a 3- meter anechoic chamber. It turns out that the polystyrene test table has smaller influence than the wooden test table in reference to the radiated emission measurement. The experiment shows test tables characterized by low dielectric constant，moisture resistance，good insulation，and high stability should be used to reduce standard uncertainty in radiated emission measurement. The conclusions are instructive and meaningful for measuring radiated emission，spurious emission and radiated susceptibility.

Keywords:electromagnetic compatibility；radiated emission；test table；dielectric constant；uncertainty

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-5124（2016）04-0089-04

doi：10.11857/j.issn.1674-5124.2016.04.019

收稿日期：2015-07-20；收到修改稿日期：2015-09-09

作者簡(jiǎn)介：葉長(zhǎng)青（1978-），男，山東武城縣人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事電子電器產(chǎn)品安全與電磁兼容檢測(cè)與研究工作。