Defined site中接地平板對(duì)測(cè)試結(jié)果影響的研究

趙佳洋 丁海波 遼寧省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測(cè)院 （遼寧 沈陽 110000）

內(nèi)容提要： 現(xiàn)階段大型設(shè)備的電磁兼容發(fā)射試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)CISPR37正在進(jìn)行制定，其中對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的重要組成部分Defined site（由于IEC標(biāo)準(zhǔn)尚處于制定中，Defined site中文定義尚不確定，文章暫用“定義場(chǎng)”作為該專有名詞的中文解釋）場(chǎng)地的確認(rèn)成為了該標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)，Defined site作為一個(gè)全新概念，目標(biāo)為在現(xiàn)場(chǎng)做一個(gè)場(chǎng)地，使得輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果與在暗室中的測(cè)試結(jié)果具備一定的對(duì)比性。如何優(yōu)質(zhì)地布置Defined site成為準(zhǔn)確進(jìn)行場(chǎng)地確認(rèn)，完成輻射發(fā)射測(cè)試的重點(diǎn)。作為測(cè)試系統(tǒng)的影響因素，對(duì)其中Defined site中關(guān)于接地平板對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)影響做一討論。

根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)CISPR11規(guī)定，目前工業(yè)科學(xué)和醫(yī)療類設(shè)備進(jìn)行電磁兼容發(fā)射類試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于大型設(shè)備或大功率設(shè)備可以進(jìn)行設(shè)備安裝后的測(cè)試，即“in SITU”測(cè)試。但因是設(shè)備安裝后的測(cè)試，在測(cè)試的復(fù)現(xiàn)性方面存在一定問題。為增加試驗(yàn)的復(fù)現(xiàn)性，CISPR37標(biāo)準(zhǔn)增加了“Defined site”（由于IEC標(biāo)準(zhǔn)尚處于制定中，Defined site中文定義尚不確定，文章暫用"定義場(chǎng)"作為該專有名詞的中文解釋）測(cè)試。該測(cè)試為在一個(gè)非典型場(chǎng)地中，通過對(duì)場(chǎng)地做出一定的調(diào)整和布置，使測(cè)試結(jié)果與在典型場(chǎng)地中的測(cè)試結(jié)果具備一定可比性。本文通過試驗(yàn)和仿真著重研究了不同地面材質(zhì)，開闊空間尺寸、天線尺寸以及接地平板對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，以構(gòu)建Defined site場(chǎng)地的基本模型。

1.確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)源特性，建立測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)物

選擇梳狀源，將梳狀源放置在0.8m高的木質(zhì)桌子上（見圖1），其頻率間隔為5MHz，將其在國家計(jì)量院校準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果與10米法半電波暗室中的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，如果測(cè)試結(jié)果一致度較好，則可以證明本次測(cè)試系統(tǒng)的一致度較好，按照慣例，將測(cè)試差異定為不大于3dB。

圖1. 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)物試驗(yàn)布置圖

其中轉(zhuǎn)臺(tái)不轉(zhuǎn)動(dòng)，梳狀源正面面對(duì)天線，天線為垂直極化，天線高度1～4m，結(jié)果見表1。

表1. 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)物測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值比較表

經(jīng)過比較，選取200MHz～1GHz頻率范圍內(nèi)的頻率點(diǎn)進(jìn)行比較，步進(jìn)為100MHz。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可得到測(cè)試結(jié)果與國家計(jì)量院結(jié)果誤差在3dB以內(nèi)，可認(rèn)為梳狀源以及測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性符合要求。

由于外場(chǎng)測(cè)試天線高度固定在（2±0.2）m，為方便與外場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在暗室中，本次測(cè)試將天線固定在1.8m高度，測(cè)試結(jié)果確定為標(biāo)準(zhǔn)參考值。見表2。

表2. 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)物測(cè)試結(jié)果(天線高度1.8m)

該數(shù)據(jù)為半電波暗室中無預(yù)放，天線高度1.8m，垂直極化時(shí)，梳狀源的峰值結(jié)果，作為標(biāo)準(zhǔn)源的參考值。

2.外場(chǎng)布置

將梳狀源放置在實(shí)驗(yàn)室外側(cè)的空地區(qū)域（一側(cè)為10米法半電波暗室，另一側(cè)為墻壁，空間為44m×8m）中，置于0.8m高的木質(zhì)桌子上，天線與梳狀源距離為10m，天線高度1.8m，測(cè)試環(huán)境周邊有反射物，但反射物在以梳狀源與天線為焦點(diǎn)的橢圓范圍之外，地面為混凝土，天線后端有接收機(jī)及控制電腦等附件。如圖2所示。

圖2. 外場(chǎng)10m測(cè)距布置圖

對(duì)該布置選取同樣梳狀源信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表3。

表3. 外場(chǎng)-10m測(cè)距-無接地參考面測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值比較表(dBμV/m)

可以看到測(cè)試結(jié)果與參考值有較大的差異，主要集中在低頻段，最大近9dB，顯然周圍環(huán)境對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了較大影響。

3.接地參考板的布置

本次測(cè)試使用了尺寸為單塊1m×2m的銅制接地板，通過各種排列組合組成的接地平板系統(tǒng)，對(duì)測(cè)試進(jìn)行模擬，接地部分通過扁銅帶與大地良好連接，首先使用了3m的測(cè)試距離，銅板尺寸排列為4m×2m，測(cè)量結(jié)果見表4。

表4. 外場(chǎng)-3m測(cè)距-4m×2m接地參考面與標(biāo)準(zhǔn)值(dBμV/m)

可以看到，在3m測(cè)試距離下，與暗室測(cè)試的結(jié)果離散度更大，并非是簡(jiǎn)單的10dB的差距，這其中的主要原因如下：①測(cè)試結(jié)果在天線同高的前提下，3m的騷擾路徑、相位均與10m的不同。②接地參考平面的情況與暗室情況差別較大。

所以，在天線高度固定的前提下，不應(yīng)考慮3m測(cè)試結(jié)果與10m測(cè)試結(jié)果的可對(duì)比性。

之后，在10m測(cè)試距離上使用接地銅板以各種排列組合對(duì)試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行了布置（見圖3），通過分析測(cè)試結(jié)果找出在同樣天線高度下，那種接地平板的布置最接近暗室的測(cè)試結(jié)果，見表5。

表5. 10m測(cè)距-不同接地平板放置方式的試驗(yàn)布置的測(cè)試結(jié)果(dBμV/m)

圖3. 10m測(cè)距-不同接地平板放置方式的試驗(yàn)布置

通過對(duì)所有測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖4，該圖表示在不同頻點(diǎn)下，測(cè)試數(shù)據(jù)超出參考值的幅度。

圖4. 不同頻率點(diǎn)-不同布置下與標(biāo)準(zhǔn)值的離散圖

圖5. 與標(biāo)準(zhǔn)值離散度最小的兩個(gè)布置

圖6. CST軟件對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)仿真的邊界條件

圖7. 建立參照系統(tǒng)（7a.銅制接地平板；7b. 4m×10m混凝土（藍(lán)色部分）；7c. 9m×10m銅制接地（黃色部分）混合混凝土（藍(lán)色部分）；7d. 4m×5m 銅制接地混合4m×5m 混凝土；7e. 4m×2m 銅制接地混合4m×8m 混凝土）

表6. 與標(biāo)準(zhǔn)值離散度最小的兩個(gè)布置的測(cè)量值(dBμV/m)

可以得到結(jié)果見表6。

這兩種試驗(yàn)布置的測(cè)試結(jié)果最接近參考值，差異最大不超過4dB，這兩個(gè)最接近數(shù)據(jù)的接地平板布置見圖5。

5.仿真結(jié)果

通過CST軟件對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，其中邊界條件見圖6。

首先，建立參照系統(tǒng)（見圖7）。4m×10m的銅制接地平板，使用上述天線分別從1～4m，1m為步進(jìn)進(jìn)行測(cè)試結(jié)果的仿真，獲得測(cè)試參考數(shù)據(jù)。建立起原始參考值之后，分別（但不限于）對(duì)如下條件進(jìn)行仿真，得出1～4m的測(cè)試結(jié)果。

得到仿真結(jié)果，見圖8。

圖8. CST軟件對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)仿真結(jié)果

其中，與參考值最接近的試驗(yàn)布置為4m×5m銅制接地混合4m×5m混凝土的布置。

6.結(jié)論

通過試驗(yàn)和仿真可以得到以下結(jié)論：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試接地平板的布置對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，實(shí)際驗(yàn)證證明，在靠近EUT處布置參考接地平板，在200MHz～1GHz的頻率下更容易得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，寬度應(yīng)盡量超過天線的物理尺寸，位置布置在EUT與天線的中軸線上。接地平板的尺寸應(yīng)盡可能大，如果在現(xiàn)場(chǎng)無法實(shí)現(xiàn)，則靠近被測(cè)物附近的接地平板起到的作用比其他位置上的作用更大。