GJB151B中CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試的思考

摘 要：本文針對發(fā)射機、放大器等在貫徹GJB151B-2013開展CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試時面臨需要重點考慮的設(shè)備安全性、測量結(jié)果準確性等問題，根據(jù)由受試設(shè)備發(fā)射功率、諧波亂真抑制限值確定的測試底噪要求與實際測試系統(tǒng)底噪之間的不同關(guān)系，提出相應(yīng)的測試配置方案并分析其中衰減器、抑制網(wǎng)絡(luò)、低噪聲放大器等關(guān)鍵器件的指標參數(shù)選取要求與原則，可幫助快速確定試驗方案或判斷試驗方案的可行性，具有較好的工程應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：CE106項目，發(fā)射狀態(tài)，諧波，亂真

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.24.027

0 引 言

隨著當前裝備信息化、一體化、智能化、多功能的快速發(fā)展，地面、機載、艦載等平臺電子系統(tǒng)大多由多部收發(fā)設(shè)備構(gòu)成，它們之間實現(xiàn)相互兼容工作，在離不開平臺電磁頻譜管理的同時，亦需要加強收發(fā)設(shè)備諧波、亂真等發(fā)射的控制。

CE106項目（10kHz～40GHz天線端口傳導(dǎo)發(fā)射）是GJB151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》中針對發(fā)射機、接收機和放大器等EUT（受試設(shè)備）天線端口傳導(dǎo)發(fā)射的測試項目，目的是控制EUT通過天線端口向外發(fā)射諧波、亂真等電磁干擾[1]。對于CE106項目大功率發(fā)射狀態(tài)下的測試存在測量設(shè)備安全性、發(fā)射頻譜測量準確性等問題，在試驗前需要慎重考慮制定方案，否則易出現(xiàn)測試設(shè)備受損、測試結(jié)果不準確等導(dǎo)致的反復(fù)過程[2]。

本文主要針對CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試，在標準規(guī)定的通用方法基礎(chǔ)上，根據(jù)EUT發(fā)射峰值功率、EUT限值要求、測試系統(tǒng)底噪等多個因素，結(jié)合實際微波器件性能參數(shù)，提出不同情況下的測試配置方案，能夠?qū)崿F(xiàn)測試設(shè)備安全及測試結(jié)果準確的要求，對CE106項目發(fā)射狀態(tài)貫標測試具有較強的指導(dǎo)意義。

1 對標準中CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試配置的理解

GJB151B-2013中CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試配置可簡單概括如圖1所示，主要由EUT、衰減裝置、抑制網(wǎng)絡(luò)及測量接收機組成。圖中衰減裝置可為一般的衰減器，也可采用定向耦合器（利用耦合端口），作用是衰減EUT的基波發(fā)射功率，確保輸入到后端的功率低于抑制網(wǎng)絡(luò)的最大耐功率指標或者測量接收機不出現(xiàn)減敏或亂真響應(yīng)的最大輸入功率。

抑制網(wǎng)絡(luò)的作用是抑制基波大信號以便于在一定動態(tài)范圍內(nèi)測量諧波、亂真發(fā)射小信號。理想的抑制網(wǎng)絡(luò)性能應(yīng)在基波頻率附近具有高插損，在其它頻段具有低插損，其使用與否需根據(jù)實際測試時系統(tǒng)底噪是否滿足測量要求來確定。目前CE106項目測試通常是通過軟件控制測量接收機自動完成，在測試配置中增加衰減器，軟件自動補償會造成測試系統(tǒng)底噪抬升（量值等于衰減器的衰減值）。標準中CE106項目限值的基本要求是諧波發(fā)射、亂真發(fā)射至少低于基波電平80dB，那么對測試系統(tǒng)底噪的要求應(yīng)是至少比基波電平低86dB（電磁環(huán)境電平應(yīng)至少低于規(guī)定限值的6dB）。因此當因EUT基波發(fā)射功率較大而需選用高衰減量的衰減器時，可能會造成測試系統(tǒng)底噪過高而不滿足貫標測試底噪要求，此時需使用抑制網(wǎng)絡(luò)與低噪聲放大器來降低測試系統(tǒng)底噪電平。

標準中CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試配置相對簡單，在多次實際測試中發(fā)現(xiàn)，主要存在以下兩個方面需要在試驗前重點關(guān)注：

（1）抑制網(wǎng)絡(luò)的合理選用

抑制網(wǎng)絡(luò)通常為濾波器或具有濾波特性的微波器件，可以是低通、帶阻、高通等濾波器，也可以使用具有高通特性的波導(dǎo)器件。根據(jù)標準中測試起始頻率與上限頻率的規(guī)定（起始頻率依據(jù)EUT工作頻率來確定，最高不超過10 MHz；試驗上限頻率為40 GHz或EUT最高發(fā)射頻率的20倍），測試頻率范圍一般都很寬，而單個濾波器往往難以覆蓋整個測試頻率范圍。例如，圖2即為一個C波段高通濾波器的頻率響應(yīng)，在頻率高端（9.8～18 GHz）的插損極度不平坦，某些頻點出現(xiàn)諧振（表現(xiàn)為高插損），在這些頻點處容易出現(xiàn)測試系統(tǒng)底噪不滿足貫標測試要求的情況。因此在CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試中，抑制網(wǎng)絡(luò)的使用需要根據(jù)實際情況，進行合理配置。

（2）低噪聲放大器的正確使用

低噪聲放大器能夠降低測試系統(tǒng)底噪，增加測量動態(tài)范圍，對諧波、亂真等小信號的準確測量很有幫助，但一旦使用不當，反而會因低噪聲放大器的非線性響應(yīng)導(dǎo)致測試結(jié)果嚴重失真。所以一定要保證低噪聲放大器的輸入功率在其線性工作區(qū)范圍內(nèi)。在CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試中，低噪聲放大器往往需與抑制網(wǎng)絡(luò)同時使用。

2 CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試配置的詳細分析

CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試配置的基本原則：一是保證測量設(shè)備、微波器件的安全或者不出現(xiàn)影響測試結(jié)果準確性的響應(yīng)；二是測試系統(tǒng)的底噪滿足測試實際使用要求。

首先應(yīng)確定基波電平，根據(jù)EUT的發(fā)射功率指標，選擇相應(yīng)衰減量的衰減器，確保EUT的發(fā)射功率經(jīng)衰減后到達測量接收機時小于導(dǎo)致測量接收機出現(xiàn)減敏或亂真響應(yīng)的最小輸入功率，在圖3配置下，測量得到基波電平P 0，此時即可確定測試系統(tǒng)的底噪限值，即在基頻f 0的±5%頻率范圍外的底噪應(yīng)比基波電平低86 dB。

在圖3配置下，EUT斷電，利用測量接收機在整個測試頻率范圍內(nèi)掃描獲取此配置下的系統(tǒng)底噪。一般情況下，在相同配置條件時，底噪隨著頻率的增加而逐漸升高。底噪與底噪限值大體上存在3種情況，如圖4所示，其中f s表示試驗的起始頻率，f e表示試驗的上限頻率，f0L是基頻的-5%頻率（即0.95×f0），f 0H是基頻的+5%頻率（即1.05×f 0）。不同情況的測試配置不同，有些情況需分頻段考慮測試配置。

（1）底噪曲線在整個測試頻段內(nèi)低于底噪限值如圖4曲線①所示，采用圖3配置已滿足測試底噪要求，直接按圖3配置可實現(xiàn)整個測試頻段CE106項目的準確測試。

（2）底噪曲線在高頻段與底噪限值相交如圖4曲線②所示，f IH是底噪曲線②與底噪限值曲線交點處的頻率。

在測試頻率f ≥f IH時，N B≥N L （N B表示底噪，N L表示底噪限值），運用抑制網(wǎng)絡(luò)與低噪聲放大器來降低測試底噪，測試配置見圖5。

衰減器衰減量大小是根據(jù)EUT基波電平與后端抑制網(wǎng)絡(luò)的耐功率指標來確定的，在確保到達抑制網(wǎng)絡(luò)輸入端口的功率小于其耐功率指標的同時，衰減器衰減量盡量小。

抑制網(wǎng)絡(luò)一般采用帶阻濾波器或高通濾波器或具有高通濾波作用的波導(dǎo)器件，其對基波的抑制度要滿足后端低噪聲放大器線性工作或測量接收機不出現(xiàn)減敏、亂真響應(yīng)的要求，抑制網(wǎng)絡(luò)通帶頻率范圍至少包含f IH～f e，通帶插損盡量低，當f IH～f e范圍很寬時，單個帶阻濾波器或高通濾波器的性能往往無法滿足這樣的要求，需要帶阻濾波器與數(shù)個高通濾波器或者多個高通濾波器組合來覆蓋整個測試頻段要求。

低噪聲放大器是否選用主要看圖5配置（未采用低噪聲放大器）測試系統(tǒng)實際底噪是否滿足貫標測試要求，若用L N表示基頻f 0的±5%頻率范圍外的底噪限值，則L N=P 0-86，若N 1表示圖3配置的系統(tǒng)底噪，A 1表示圖3配置下EUT發(fā)射端口到測量接收機的路徑損耗，A 2表示圖5配置（未采用低噪聲放大器）EUT發(fā)射端口到測量接收機的路徑損耗，若用N 2表示圖5配置（未采用低噪聲放大器）系統(tǒng)底噪，那么N 2=N 1-A 1+A 2，當N 2gt;L N時，需采用低噪聲放大器來降低測試系統(tǒng)底噪。加入低噪聲放大器后，測試系統(tǒng)的噪聲系數(shù)主要取決于低噪聲放大器，此時系統(tǒng)底噪N 2A可表示為[3]：

N 2A=N in+NF

其中，N in=10 log（kTB），是接收機的輸入噪聲電平，NF是低噪聲放大器的噪聲系數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)，T 為熱力學(xué)溫度，B 為接收機的分辨率帶寬。低噪聲放大器增益G gt;N 2-N 2A。當然，N 2A也可在將低噪放接到測量接收機上，直接利用測量接收機測試獲取。

在flt;f IH時，N Blt;N L，直接采用圖3測試配置即可。

（3）底噪曲線在低頻段與底噪限值相交如圖4曲線③所示，f IL是底噪曲線③與底噪限值曲線交點處的頻率。

在f≥f 0H時，N Bgt;N L，與上述（2）的情況相同，測試配置見圖5；在f 0Llt;f lt;f 0H時，僅需保證基波大信號測試準確，直接采用圖3測試配置即可；在f IL≤f≤f 0L時，N Bgt;N L，需考慮采用抑制網(wǎng)絡(luò)與低噪聲放大器來降低測試底噪，測試配置見圖6，其衰減器、低噪聲放大器的選用原則與上述（2）的分析情況基本相同，在抑制網(wǎng)絡(luò)選用上主要考慮采用帶阻濾波器或低通濾波器，要保證其通帶范圍至少包含f IL～f 0L，通帶內(nèi)插損盡量小；在f≤f IL時，N Blt;N L，可采用圖3測試配置，也可以采用圖6配置，這主要是由于低通濾波器的通帶往往較為容易做到低頻。

3 應(yīng)用舉例

若EUT發(fā)射狀態(tài)的基頻為3.2 GHz，發(fā)射電平為60 dBm，根據(jù)GJB151B-2013的規(guī)定，測試頻率范圍為10～40 GHz，限值要求為所有諧波發(fā)射、亂真發(fā)射至少比基波電平低80 dB，那么測試系統(tǒng)底噪限值見圖7曲線1。測量接收機的底噪（RBW為1 MHz）見圖7曲線2，為保證測量接收機不出現(xiàn)減敏、亂真響應(yīng)，輸入到接收機的功率低于0 dBm，測試配置1的衰減器選取60 dB，此時測試系統(tǒng)的底噪見圖7曲線3，基本位于底噪限值之上，屬于上述第2節(jié)分析的第3種情況。

那么，測試頻率在3.04～3.36 GHz時，采用測試配置1，衰減器選用60 dB。

測試頻率大于等于3.36GHz或小于等于3.04 GHz時，需用到抑制網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)抑制網(wǎng)絡(luò)的耐功率指標為30dBm，則在EUT與抑制網(wǎng)絡(luò)間的衰減器選用30dB，此時系統(tǒng)底噪見圖7曲線4，基本位于底噪限值之下。所以在大于等于3.36 GHz時，采用測試配置2，不需要低噪聲放大器，衰減器選用30 dB，抑制網(wǎng)絡(luò)在3.04～3.36 GHz的抑制度要確保到達接收機的功率低于0 dBm，在大于等于3.36 GHz的通帶插損盡量低。在小于等于3.04 GHz時，采用測試配置3，不需要低噪聲放大器，衰減器選用30 dB，抑制網(wǎng)絡(luò)在3.04～3.36GHz的抑制度要確保到達接收機的功率低于0 dBm，在小于等于3.04 GHz時的通帶插損盡量低。按上述配置測試既能保證設(shè)備安全，又能得到準確的測試結(jié)果。（以上分析忽略了連接線纜，實際測試時應(yīng)考慮線纜損耗，分析方法同衰減器）。

4 結(jié) 語

本文提出的根據(jù)EUT發(fā)射功率、諧波亂真抑制要求及測試系統(tǒng)底噪來確定CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試配置的分析方法，能夠幫助形成確保設(shè)備安全、測試結(jié)果準確的CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試方案。后續(xù)可以已有測量接收機、衰減器、抑制網(wǎng)絡(luò)、低噪聲放大器等的性能參數(shù)為基礎(chǔ)，通過軟件化，在輸入EUT發(fā)射功率及其諧波亂真抑制要求時，快速輸出EUT發(fā)射狀態(tài)的CE106項目測試鏈路分段配置方案，提高CE106項目發(fā)射狀態(tài)測試的效率。

參考文獻

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沈國連.正確實施CE106發(fā)射試驗的兩個基本條件[J].航空電子技術(shù)，2004（2）：11-14.

劉建，溫建龍，劉巍.電磁兼容輻射發(fā)射測量改善方案[J].安全與電磁兼容，2021，172（5）：79-82.

作者簡介

許明明，工程師，研究方向為電磁兼容測試技術(shù)。

侯其坤，高級工程師，研究方向為電磁兼容測試技術(shù)。

（責(zé)任編輯：張佩玉）