電磁兼容實(shí)驗(yàn)室輻射發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試比對(duì)方法

武超飛，任 鵬，耿建坡，李 翀，李 飛，李 涵，高 波

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

2017-06-21

武超飛(1989-)，男，工程師，主要從事計(jì)量設(shè)備性能實(shí)驗(yàn)與技術(shù)研發(fā)工作。

電磁兼容實(shí)驗(yàn)室輻射發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試比對(duì)方法

武超飛，任 鵬，耿建坡，李 翀，李 飛，李 涵，高 波

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

輻射發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試是檢測(cè)結(jié)果離散性比較大的檢測(cè)項(xiàng)目，常常采用實(shí)驗(yàn)室之間比對(duì)的方法來(lái)尋找實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果的差異，從實(shí)驗(yàn)室比對(duì)方案、測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成和測(cè)試數(shù)據(jù)處理等方面，分析了輻射發(fā)射試驗(yàn)比對(duì)方法，并用實(shí)例說(shuō)明了具體實(shí)施過(guò)程。

電磁兼容；輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試；實(shí)驗(yàn)室比對(duì)；比對(duì)數(shù)據(jù)分析

輻射發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試是電磁兼容的一項(xiàng)基本測(cè)試項(xiàng)目，其目的是檢測(cè)并限制被測(cè)設(shè)備的電磁騷擾發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)，以便實(shí)施對(duì)同一環(huán)境中其他設(shè)備、通訊及廣播的保護(hù)。輻射發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試是電磁兼容領(lǐng)域最復(fù)雜的一項(xiàng)測(cè)試，其測(cè)量結(jié)果受測(cè)試場(chǎng)地、測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試方法、測(cè)試人員的影響很大[1]。通過(guò)參加電磁兼容實(shí)驗(yàn)室間輻射發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)比對(duì)，可以檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且有利于實(shí)驗(yàn)室維持和拓展檢測(cè)資質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)是指：按照預(yù)先規(guī)定的條件，由2個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)相同或類(lèi)似的測(cè)試樣品進(jìn)行檢測(cè)的組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)，從而確定參加比對(duì)的實(shí)驗(yàn)室能力、識(shí)別實(shí)驗(yàn)室存在的問(wèn)題以及實(shí)驗(yàn)室間的差異，是判斷和監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)能力的有效手段[2-4]。當(dāng)獲得滿意比對(duì)結(jié)果時(shí)，可確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠；當(dāng)未獲得滿意比對(duì)結(jié)果時(shí)，可通過(guò)針對(duì)性的整改，重新驗(yàn)證等，提升實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)技術(shù)水平[5-6]。

1 實(shí)驗(yàn)室比對(duì)方案

1.1 比對(duì)樣品的選擇

比對(duì)樣品除各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)滿足比對(duì)試驗(yàn)要求外，還應(yīng)保證其輻射發(fā)射電磁騷擾的穩(wěn)定性，即多次試驗(yàn)時(shí)，每次發(fā)射的電磁波頻譜應(yīng)保持一致[7]。比對(duì)樣品附件(如電源線)引入的電磁騷擾噪聲應(yīng)盡可能小。

1.2 輻射發(fā)射試驗(yàn)系統(tǒng)

輻射發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)的頻率范圍一般為30 MHz～1 GHz，或根據(jù)被試設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生或使用的最高頻率選定檢測(cè)頻率上限。該檢測(cè)項(xiàng)目的主要試驗(yàn)設(shè)備有EMI測(cè)量接收機(jī)、3 m法半電波暗室、接受天線、轉(zhuǎn)臺(tái)、天線塔及控制計(jì)算機(jī)等。以下介紹的實(shí)驗(yàn)室比對(duì)依據(jù)是GB 4284-2004《工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)射頻設(shè)備電磁騷擾特性 限值和測(cè)量方法》，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)[8]。

測(cè)試系統(tǒng)示意如圖1所示，測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)保持不動(dòng)，天線1～4 m內(nèi)升降尋找最大值。測(cè)試樣品分為水平極化和垂直極化狀態(tài)。測(cè)試時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)的接收天線也應(yīng)該處于相應(yīng)的水平極化和垂直極化狀態(tài)。測(cè)試時(shí)，分別在給定的頻率點(diǎn)，記錄測(cè)試到的輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)最大值，并填寫(xiě)至試驗(yàn)記錄。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意：在觸碰信號(hào)源前，應(yīng)釋放身上的靜電，以免靜電擊毀信號(hào)源；連接天線和信號(hào)源時(shí)注意不要過(guò)于用力以致接口損壞或者天線變形，以避免影響測(cè)試精度；安裝天線等操作，應(yīng)該在信號(hào)源處于關(guān)閉的狀態(tài)下進(jìn)行。

圖1 輻射發(fā)射騷擾測(cè)試系統(tǒng)示意

1.3 測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)方法及不確定度分析

1.3.1 數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)方法

比對(duì)試驗(yàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)技術(shù)有多種方法。比較常用的統(tǒng)計(jì)方法是中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)定委員會(huì)的技術(shù)文件CNAS-GL02《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南》中推薦的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)方法。輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)由于具有其自身的特點(diǎn)，可以使用以下統(tǒng)計(jì)方法。

使用比對(duì)判據(jù)En值進(jìn)行評(píng)價(jià)，En值又稱作歸一化偏差，En為各實(shí)驗(yàn)室比對(duì)結(jié)果與參考值的差值與該差值的擴(kuò)展不確定度之比[9]。

(1)

式中：Yi、Yri分別為i個(gè)測(cè)量點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室比對(duì)結(jié)果和參考值；k為包含因子，一般情況取k=2；uci為第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)上Yi-Yri的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

當(dāng)uri，uei與ui相互無(wú)關(guān)或較弱時(shí)，

(2)

式中:ui為第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)參比實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)不確定度；uei為傳遞標(biāo)準(zhǔn)在第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)上在比對(duì)傳遞環(huán)節(jié)引入的不確定度；uri為參考值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

比對(duì)測(cè)量結(jié)果一致性評(píng)判原則：

En≤1：參比實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果與參考值之差與不確定度之比在合理的預(yù)期范圍之內(nèi)，比對(duì)結(jié)果可接受。

En>1：參比實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果與參考值之差超出合理的預(yù)期，應(yīng)分析原因。

1.3.2 不確定度分析

A類(lèi)不確定度：A類(lèi)不確定度主要是測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。在相同測(cè)量條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)室發(fā)生的輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)重復(fù)測(cè)量n次。以測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，根據(jù)貝塞爾公式有：

(3)

(4)

B類(lèi)不確定度：輻射發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)的B類(lèi)不確定度主要來(lái)源有天線系數(shù)、接收機(jī)修正、場(chǎng)地不完善、測(cè)量距離誤差、接收機(jī)性能指標(biāo)及接收機(jī)與天線失配因子等[10-11]。

2 參加比對(duì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試過(guò)程實(shí)例分析

2.1 測(cè)試樣品及儀器

按照前述比對(duì)樣品的選擇要求，此次比對(duì)選用梳狀信號(hào)發(fā)生器，型號(hào)為YRS-01。該樣品在工作頻率范圍內(nèi)發(fā)射穩(wěn)定性和重復(fù)性好，體積小巧，便于攜帶，適合于不同場(chǎng)地的比較。參考源內(nèi)含有電池盒，不需要外部電源和外接電纜，可以避免電源及電纜對(duì)測(cè)試環(huán)境的影響，使測(cè)試更加準(zhǔn)確。YRS-01的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 梳狀信號(hào)發(fā)生器YRS-01技術(shù)參數(shù)

頻率范圍溫度穩(wěn)定性時(shí)間穩(wěn)定性工作時(shí)間30MHz～1GHz15～30℃<0.5dB<1dB,在12個(gè)月周期內(nèi)8.5h

由于檢測(cè)場(chǎng)地和檢測(cè)儀器對(duì)電磁兼容檢測(cè)的準(zhǔn)確性起到關(guān)鍵性作用，本次參比試驗(yàn)對(duì)檢測(cè)儀器的選用要求嚴(yán)格，檢測(cè)儀器都是目前電磁兼容檢測(cè)中主流的儀器型號(hào)。測(cè)試過(guò)程均在電波暗室中進(jìn)行。測(cè)試場(chǎng)地如圖2所示。表2為參比實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行輻射騷擾測(cè)試的主要儀器設(shè)備技術(shù)參數(shù)。

圖2 參比實(shí)驗(yàn)室輻射發(fā)射測(cè)試場(chǎng)地

表2 參比實(shí)驗(yàn)室輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試儀器設(shè)備

儀器名稱型號(hào)測(cè)量范圍電波暗室3m法30MHz～18GHzEMI測(cè)量接收機(jī)N9038A-52610Hz～26.5GHz寬頻帶天線VULB916230MHz～1GHz

從參比實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試儀器設(shè)備的技術(shù)參數(shù)來(lái)看，選用的測(cè)試場(chǎng)地為3 m法半電波暗室，EMI 測(cè)量接收機(jī)、寬頻帶接收天線均是目前輻射測(cè)試大部分檢測(cè)機(jī)構(gòu)用的天線，測(cè)試范圍覆蓋了本次測(cè)試所有頻帶。所采用設(shè)備均經(jīng)過(guò)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格，且在有效期內(nèi)，儀器完全符合 CISPR16-1-1[4]標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以作為本次實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)使用。

2.2 測(cè)試結(jié)果分析

該次試驗(yàn)在相同測(cè)量條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)室發(fā)生的輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)重復(fù)測(cè)量5次，通過(guò)式(3)、式(4)分別計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差和標(biāo)準(zhǔn)不確定度，測(cè)試的輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)典型波形如圖3所示。各頻率點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果、不確定度如表3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)室輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)

a. 天線系數(shù)：該次電磁兼容實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)不確定度可由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院校準(zhǔn)報(bào)告查得，

表3 各頻率點(diǎn)測(cè)試結(jié)果、A類(lèi)不確定度及參考值

頻率/MHzYi/(dBμV·m-1)s(x)/dBμA/dB52.547.80.430.19102.547.10.700.31302.556.50.680.31502.556.01.430.64702.553.50.180.08802.555.01.250.56

其擴(kuò)展不確定度為1.6 dB，包含因子為：K=2 ，服從正態(tài)分布，故μB1=0.8 dB。

b. 接收機(jī)修正：接收機(jī)修正值不確定度與天線系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度一樣，由校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室提供。在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院提供的接收機(jī)校準(zhǔn)報(bào)告中可查得，接收機(jī)修正的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.3 dB，按正態(tài)分布考慮，取包含因子K=2，故μB2=0.15 dB。

f. 接收機(jī)與天線失配因子。接收機(jī)的VRC為0.2；天線最大VRC 為 0.67；其不確定度極限值為20log(1±0.2×0.67)，并按U形分布考慮，則μB6=0.86 dB。

傳遞標(biāo)準(zhǔn)在比對(duì)傳遞環(huán)節(jié)引入的不確定度較小，可忽略，則根據(jù)式(2)計(jì)算本次測(cè)試各頻率點(diǎn)的擴(kuò)展不確定度及En值見(jiàn)表4。

表4 各頻率點(diǎn)測(cè)試擴(kuò)展不確定度及En值

通過(guò)En計(jì)算分析，可以得出此次進(jìn)行的比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果較滿意。各測(cè)量點(diǎn)的En值均小于1，表明實(shí)驗(yàn)室的輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)結(jié)果是準(zhǔn)確的。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室比對(duì)測(cè)試方法、數(shù)據(jù)處理及不確定度分析，計(jì)算出比對(duì)判據(jù)En值。結(jié)果表明參比實(shí)驗(yàn)室En值小于1，證明參比實(shí)驗(yàn)室輻射發(fā)射強(qiáng)度檢測(cè)的準(zhǔn)確度符合要求。定期開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)，可有效保證實(shí)驗(yàn)室出具檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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Comparison Method of Radiated Emission Intensity in Electromagnetic Compatibility Laboratory

Wu Chaofei,Ren Peng,Geng Jianpo,Li Chong,Li Fei,Li Han,Gao Bo

(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

The radiated emission field strength test is a relatively large detection result,and the method of comparison between laboratories is often used to find the difference of laboratory test results.This paper analyzes the comparison method of radiated emission field strength from the aspects of the laboratory comparison scheme,the composition of the test system and the data processing.

electromagnetic compatibility;radiated disturbance field strength test;comparison between laboratories;analysis of comparison

TM937

A

1001-9898(2017)05-0044-03

本文責(zé)任編輯：丁 力