BP机灵敏度电场强度E的计算方法.doc

www.yanziedu.comBP机灵敏度电场强度E的计算方法摘要：如何将在TEM小室中测得的BP机灵敏度dBm值转换为野外测试场人体携带时BP机灵敏度电场强度E值?是目前普遍存在和要求解决的一个问题。本文就此作了全面论述并给出了计算方法，在BP机的调试、检验等测试过程中具有应用推广价值。标准规定：BP机灵敏度测试应在30m野外场进行。但是，由于建立30m野外场对众多企业存在着实际困难，目前普遍在矩形TEM横电磁波传输小室中进行，给出的灵敏度是以dBm为单位的电平值，而非标准要求的以Vm为单位的电场强度值E。如何克服TEM小室内电场强度E标定的困难?本文就此展开讨论。1在射频耦合器TEM小室中场强E和输入电平的基本关系TEM测试小室的结构是按传输线理论设计的，在IEC489689版本中已有说明，其附录J是此种装置的结构与测试指南。当射频电能馈入TEM小室，小室两平板导体之间的中心部位(不是所有的部位!)就建立一个均匀的TEM电磁场，电场分量垂直于平板导体，磁场分量平行于平板导体，两个分量都与电磁波传播方向相垂直。其中心部位电场强度：(1)可推导出：(2)式中：P信号源入射高频功率(W)；RTEM小室输入阻抗实部()；D中部导板到上下底板垂距(m)；AC修正系数，其中A为中心导板上的电压U0对U的比(U0U)；C修正常数等于1；U信号源RF输出信号电平，通过50测试电缆加至TEM小室入口端，忽略电缆损耗，可视为TEM小室输入电压，单位V。例1在南韩TESCOMTC5010A(B)小室中，D=0.075mR=50，假设AC=1，则式中，I为TEM小室输入电流可推出：U=E13.33查TESCOMTEM小室给出的变换系数H(Conversionfactor)，也可得到同样的结果。因为H=EUwww.yanziedu.comH=22.5dBarc20lgH(dB)=13.33所以E=HU=13.33U例2在我国自产的NIM8801TEM小室中，其说明书给出：E=UD其中D=0.15m，R=50则有E=U0.15=6.67U，这里，令AC=1对国产的8155G等TEM小室，均可用公式E=ACUD进行计算。以上对二种TEM小室的AC取值等于1，即A=1，C=1，这显然是理想的无损耗的横电磁波测试室，同时也是按空的TEM小室考虑的结果。我国电子产品特别是无线电产品在进行电磁扰动性能测试中，已有一些标准引用了TEM小室，如GB1573495、GBT1383892和GBT13926.392等。由于不同场合引用中，对TEM小室的内部设计作了调整，如有的TEM小室无中间平板导体，因此D就是小室底部到顶部的距离。有的TEM小室为敞开式，如用于TV辐射抗扰度的测量，其R=75，其D指底部到顶部的距离。TEM小室的作用比较广泛，可以用它对高频场强仪进行校准，测量电子元器件、仪器的电磁辐射敏感度，测试电子产品的电磁辐射。1992年我国开始又把它推广到BP机灵敏度电参数的测量。2用TEM小室作为BP机灵敏度测试装置其中，专用信号源可以是：TC1002A，TC1002B或HP8648等配有BP机编码器的RF信号源。TEM小室为封闭式，其输入阻抗Ri和负载RL均等于50，最高工作频率为500MHz或1GHz，其中TC5010A(B)最高工作频率为1GHz，NIM8801最高工作频率为500MHz，NIM8801C最高工作频率为900MHz。U非常微弱，为防止外来干扰和辐射引起TEM小室内TEM场结构畸变，测量应在屏蔽室内进行。以TC1002A(TC1002B)和TC5010TEM小室组成一个测量系统，置于屏蔽室中。TC1002A或TC1002B系统专用信号源，配有输入RF电压U的dBm读值和小室内对应的场强E示值。请注意：这是在这种D=0.075m的TEM小室中的电场强度示值，不能通用到D不相同的其它TEM小室中去。把此系统用作BP机专用测试系统，仪器制造商TESCOM经与BP机30m野外试验场实测结果比较，给出了合适的修正值即对场强作降5dB处理。这样在TEM小室所得的结果就与30m野外场实测结果相一致。大量检测数据也证明了这个结果的可行性和可信性。因此，当TEM小室用作BP机专用测试系统时，厂商对E公式作了修正。修正后对TC5010A(或B)(D=0.075m)E降5dB即：Arc20lg5=1.78E=13.33U1.78=7.5U，(U单位是V，E单位是Vm)根据式(2)有：AC=0.5625，A=0.5625我们也可以对国产的TEM小室作出如下修正：www.yanziedu.com根据大量实测数据的对比结果，对NIM8801，D=0.15，令E降7dB，此时，RC20lg7=2.24E=6.67U2.24=2.978U，(U单位是V，E单位是Vm)根据式(2)有：AC=0.4467，A=0.4467当NIM8801TEM小室在最初推广应用到BP机测试专业的时候，北京、广州等地检测机构和企业纷纷反映其说明书给出的计算公式无法等同或近似30m野外试验场测试结果，因而不敢使用。经过几年的实践，人们认识到在测试BP机时，AC=1是不准确的，当它与野外实测结果比较时，AC=0.4467因此，E6.67U而应是E=2.978U3讨论出现上述差别的主要原因如下：当BP机被人体携带时，由于人体对电磁波的反射等作用，改变了BP机的电磁场分布。国内外的试验结果表明：在BP机前方部分电场强度增加，在BP机背后部分电场分布减弱。为了反映这一实际使用情况，标准中规定测试人体携带时的BP机灵敏度。从灵敏度测试的结果看，人体携带时的BP机灵敏度比无人携带时(即如TEM小室中)BP机的好。换句话说，人体携带的BP机灵敏度场强E比TEM小室测得的BP机灵敏度场强E值低。其次，由于TEM小室加工工艺误差、材料损耗、阻抗不匹配、泡沫塑料(或其它垫衬材料)、BP机占有空间及样品高度(试验样品应处于小室两平面导板之间的中心部位)，甚至外部RF电缆损耗等因素的影响，破坏了空的TEM小室的理想状态，使其两平板之间中部的电场分布不完全是均匀行波场特性。这种影响往往还与它的工作频率有关。综合以上原因，要使TEM小室中测得的灵敏度E值符合人体或模拟人携带状态下的灵敏度就必须对TEM小室测试结果作降E处理。由于仅从TEM小室的结构、工艺等方面的改进实现降E在技术上是难以做到的，所以我们所说的对TEM小室降E处理，实际上是从测试系统出发，通过在信号源上E示值的设置调整来完成。对TEM小室作降E处理，意味着改变了小室的A值。如果我们用精密RF微伏表对中心导板与底板之间进行RF电压测量，会发现A=U0U1。IEC4896附录J列出的TEM小室其A值等于0.5858，与我们测算得到的TEM小室0.5625和0.4467接近。三个不同A值同时也反映了三种TEM小室各自的电性能特性水平。对同一厂家同材同工艺同设备由同人员制作的同一型号经验收合格的TEM小室，它们之间尽管可能会存在微小差异，但其A值能做到相同或差别小到可以忽略不计，或者，还可以通过检定手段对其误差值加以校正。如果有一台A值已确定了的TEM小室，那么可借助它换算未知TEM小室的A值。对影响TEM小室场分布的诸因素进行测定，是确定小室A值的一种方法。这是一件十分细致和复杂的测试分析工作，同时还必须配备十分精密的测试手段。A值的确定，更直接方便的办法是以30m野外测试场的实测数据作比对依据，www.yanziedu.com这需要长期比对的积累。南韩TESCOM在E降0dB6dB范围内定5dB确定A=0.5625，主要是考虑到BP机携带时人体的影响，其次是对TEM小室制作误差的分析，是来自对MOTOROLA和中国等地区产品野外场大量实测值比对的结果。我们所以认可这一结果并测算到NIM8801TEM小室上去，也是由于长期与30m野外测试场实测数据进行比对而得出来的。30m野外测试场的建设，有其严格的标准。IEC489、ETS300133、YDT791、YDT942、GBT15938等专业标准都对30m野外场作了明确规定。30m野外测试场是BP机灵敏度参数验收的最终手段。虽然各个30m野外场的条件会有某些差别，但按标准验收合格的试验场地的测试结果都会满足误差限定要求，因而是能够被公认的。如果发生灵敏度测试结果的争议而需要仲裁，TEM小室的测试结果必须以30m野外场的实测结果为准，因为TEM小室是一种人工模拟环境，而30m野外场实测值才是接近真值的实地结果。这个判断准则不仅适用于TEM小室，也适用于所有人工模拟测试环境，其中也包括电磁暗室和GTEM测试室。标准规定，BP机灵敏度的单位应该是Vm。然而由于说明书给出的计算公式不适用和存在疑虑，故企业普遍以dBm为单位给出灵敏度值。使用以上修正公式，就可以改以dBm为单位表示的灵敏度为以Vm为单位的灵敏度。在一些信号源如HP8657A上，其电平的读值既有dBm单位，又有V单位，二者的转换可在仪器上直读。当信号源上只有dBm时，dBm与V的换算依下式：dBm=20logV107使用过TC5010A和NIM8801两种TEM小室的人都清楚，在TC5010A中测出的灵敏度dBm值比NIM8801的要好8dBm左右。使用本文给出的场强E修正公式，可以得到与实测基本一致的结果。为方便测试人员，根据修正公式，本文分别列出了TC5010A(B)TEM小室和NIM8801小室两种测试装置下EVm、UV、UdBm、三者之间的对应值。在使用2955B信号源时，此表可方便地将测得的dBm值转算为场强Vm值。使用TC5010A(B)时查表1，使用NIM8801时查表2。表1EVmUdBmUVEVmUdBmUV1.673.04.05.06.07.0120114.9112.4110.5108.9107.60.2230.4000.5330.6680.8000.93317181920304099.999.498.998.595.092.02.262.402.542.663.985.62