（通信与信息系统专业论文）电磁兼容测试场地评估系统的研究.pdf

韭鏖銮垣厶堂亟堂垃逾塞 擅墨 摘要 摘要： 本文首先介绍了当前电磁兼容测试的相关标准和常见的电磁兼容测试场地。 阐述了评估电波暗室性能的归一化场地衰减测试( n s a ) 和场均匀性测试f l u ) 的 测试原理和方法，并分析了电磁兼容测试场地评估测试的一般性步骤。根据最新 的c i s p r1 6 1 4 标准，介绍了一种用于取代传统l g h z 1 8 g h z 自由空问传输损 耗( t l ) 新的电波暗室评估方法，即场地驻波比测试法( s v s w r ) 。该方法利用 电磁波干涉原理，用来评价电波暗室用于1 g h z 1 8 g h z 频段内进行辐射发射测试 时的场地性能。通过分析场地驻波比法的测试原理、场地布置方式、设备参数要 求和测试步骤，本文构建了一套相应测试系统，开发了一套可用于各种电磁兼容 测试场地性能评估的测试软件。作者利用测试系统软件中的s v s w r 部分对中国 计量科学研究院新建成的全波暗室进行了初步尝试，结果表明评估测试系统可正 常运行，且测试数据准确可靠。 、 本文的主要工作为研究并开发套电磁兼容测试场地性能评估软件，该软件要 达到且最终实现的功能主要有： 1 可以对电波暗室、开阔场、t e m g t e m 室、混响室等电磁兼容测试场地进行 自动化的性能评估测试 2 采用数据库管理方式记录被测客户信息及其被测场地信息，将所有评估测试的 数据和结果都保存在数据库中，设定相应的检索机制来查看所存储的数据，且 能生成相应的特性曲线。 3 以动态链接库的形式构建统一接口的仪器驱动程序，使测试系统适应不同厂 家、不同型号的仪器。系统以仪器库的方式管理测试所需要的仪器驱动，便于 仪器的配置和使用。方便测试系统推广及用户使用。 4 将不同测试项目的测试功能流程封装在独立的动态链接库中，并用测试库的方 式管理。使用时，只需调用不同的测试库文件即可进行不同的场地评估测试， 极大的提高系统的通用性和扩展性。可适用于未来可能出现的测试方法。 5 设计美观大方的人机界面和友好的提示功能，便于用户的使用，减少测试中出 现的误操作，提高测试效率。 6 完善的侦错功能，测试结果准确、有效。 关键词：电磁兼容测试场地：电波暗室；场地电压驻波比；场地性能评估系统 分类号：t b 9 7 ：t p 2 7 3 j t 峦奎道厶堂亟堂僮盈塞 旦墅 坠! a b s t r a c t a b s t r a c t ： c u r r e n ts t a n d a r d so fe m ct e s ta n dc o m m o n l yt e s ts i t e sf o re m c t e s ta r ei n t r o d u c e d f i r s ti nt h i sp a p e r , t h e nt h ep e r f o r m a n c ee v a l u a t et e s tm e t h o da n dp r i n c i p l ef o ra n e c h o i c c h a m b e rs u c h 硒n o r m a l i z e ds i t ea t t e n u a t i o n ( n s a ) t e s ta n df i e l du n i f o r m i t y ( f u ) t e s ta r ei l l u m i n a t e da n dt h eg e n e r a l l yt e s tp r o g r a mo fd i f f e r e n te v a l u a t et e s t sf o re m c s i t e si sa n a l y z e d b a s e do nl a t e s tc i s p r1 6 - 1 4 。an e we v a l u a t em e t h o df o ra n e c h o i c c h a m b e r , s v s w ri si n t r o d u c e d t od e v e l o pas v s w rt e s ts y s t e m ，t h et e s tp r i n t i p l e , i n s t n t m e n t sr e q u i r e m e n t sa n dt e s tp r o c e d u r ea r ea n a l y z e d 1 1 1 es o f t w a r ep a r to fs v s w r t e s ts y s t e mi su s e da sat e s tm o d u l ei nt h ee m cs i t ee v a l u a t et e s ts o i t w a r e ，w h i c hc a l l b eu s e df o re v a l u a t i n gt h ep e r f o r m a n c eo fa uk i n d so fe m ct e s ts i t s b e s i d e s t o d e m o n s t r a t et h a tt h es v s w tt e s ts y s t e md e v e l o p e di nt h i sp a p e rc a nw o r kn o r m a l l y a n dt h ed a t ao b t a i n e df r o mt h i ss y s t e ma r ep r e c i s e ，s v s w rt e s ti sp e r f o r m e di naf a r w h i c hi sb e l o n g e dt on a t i o n a li n s t i t u t eo f m e t r o l o g y t h em a i nw o r ko ft h i sp a p e ri st or e s e a r c ha n dd e v e l o pat e s te v a l u a t es y s t e mf o rt h e p e r f o r m a n c eo f e m cs i t e ，w h i c hh a v ec o m p l e t e df u n c t i o n sa sb e l o w ： 1 s a v ei n f o r m a t i o no f c u s t o m e ra n ds i t eb yd a t a b a s em a n a g e m e n t a l lt e s td a t aw h i c h a 心s a v e di nt h ed a t a b a s ec a l lb eo b t a i n e db ys e a r c hr e q u i r e m e n t sa n dp l o t t e di n t oa c ：l l r v l 0 2 p r o v i d eas t a n d a r da n du n i v e r s a li n s t r n _ m e r i td r i v e rf o rm e a s u r e m e n tm o d u l ew i t h d d l s ，w h i c hc a nb ea d a p t e dt od i f f e r e n tt y p e sa n dm a n u f a c t u r e r so fi n s t r u m e n t s m a n a g ei n s t n t m e n tb yi n s t r u m e n tl i b r a r yf i l e s 3 e m b e dt h ed i f f e r e n tt e s tf u n c t i o ni nt h ed i f f e r e n td l l sa n dm a n a g e db yt e s tl i b r a r y f i l e s o n l ya c t r e s ss e l e c t e dt e s tl i b r a r yf i l ew h e nt op e r f o r mae v a l u a t et e s t i n g i ti s g e n e r a l i z e df o ra l lk i n d so ft e s tf o re m c s i t ea n da l s ob ea d a p tf o rp o s s i b l et e s ti n t h ef u t u r e 4 g r e a tu id e s i g na n df r i e n d l ys u g g e s t i v ef i m c t i o nm a k eu s e r se a s i l yo p e r a t et e s t s y s t e ma n de n h a n c et h ew o r k i n ge f f i c i e n c y k e y w o r d s ：e m ct e s ts i t e ；a n e c h o i cc h a m b e r ；s v s w r ；e m ct e s ts i t ee v a l u a t e s y s t e m c l a s s n 0 ：t b 9 7 ：t p 2 7 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 李痛 签字日期：伽1 年f 1 月药日 导师签名：酝 签字日期：叫年_ 月巧日 e 盛銮运厶堂亟：兰缱i 金塞 独创蛙庄明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以杯注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年月日 致谢 两年多的研究生学习和生活对我而言是短暂、珍贵、快乐、难忘的。我在这 期间的每一点进步无不凝结着我的导师朱云老师和实验室各位老师的指导和帮 助。 首先要感谢我的导师朱云老师，朱老师给了我非常多的指导、建议及帮助， 论文的最终完成也得益于朱老师的指导，在这里我要衷心感谢朱老师在我攻读硕 士学位期徊j 自始至终给予我热情无私的帮助和悉心的指导。从基础知识的学习、 科研能力的培养到最后论文的选题、研究和成文，他都以渊博的专业知识和开阔 的思维方式对我做了关键性的指引。朱老师在学习、科研方面给予我的教导、帮 助和表率将使我受益终身。 同时在我攻读硕士学位期间，电磁兼容室的每一位老师都给了我很多的关心 和帮助。我对电磁兼容领域知识的理解、领会和应用都离不开各位老师的引导和 培养。衷心感谢实验室的沙斐老师、闻映红老师、王国栋老师、王风兰老师、周 克生老师，他们平易近人、学识丰富、治学严谨，给我留下了深刻的印象，也将 继续影响着我同后的工作和生活。 另外，在我学习和做论文期间，孟东林师兄、陈嵩师兄、肖猛师兄、李静、 杭晨哲、尹成、安皓、曲璐、苏立轩、翟杰等同学都给予我很多帮助，在此，我 向他们表示衷心的感谢。 毕业设计主要于中国计量院信息电子所电磁兼容研究室完成，这里特别要感 谢吴钒副所长，谢鸣主任，黄攀副主任，胡白涛，洪力，刘柏吉，王维龙，李渤 等同志，实习期间，他们以丰富的专业知识和多年的工作经验，耐心指导我的学 习和工作。论文的最后完成离不丌他们的热心帮助和建议。并在论文即将完成时， 提供暗室和仪器设备供我进行实地测试工作。 一直以来父母亲人是我不断进步的动力和后盾，在此衷心的感谢父母亲人对 我的关心和支持! | 塞銮疆叁堂题堂僮i 金塞 绪淦 1 1 研究背景和意义 1 绪论 当前，电子信息技术已应用到各行各业并得到迅猛发展。随着电子器件的小 型化，电路的高度集成化以及强弱电系统的混合化，用电设备闻的电磁兼容问题 愈显突出，为解决日益增多的电磁兼容问题，相应的电磁兼容测试标准和方法应 运而生。国际上规定的电磁兼容测试都需要在特定的场所进行，测试场地的好坏 很大程度上决定了电磁兼容测试的准确性和测量数据的可重复性。目前，电磁兼 容测试( e m c ) 按其内容分为电磁骚扰发射测试( e m i ) 和设备抗扰度测试( e m s ) 。 其中各个测试项目中都要求有指定的e m c 测试场地。进行电磁兼容测试的场地可 分为：屏蔽室、开阔场( o a t s ) 、电波暗室、t e mc e l l ，g t e mc e l l 以及正在迅速 发展的混响室，其中电波暗室又可分为半电波暗室和全电波暗室，分别用于模拟 开阔场和自由空间。 电磁兼容测试中以辐射发射和辐射抗扰度测试对场地的要求最为严格。从理 论上讲，用于该测试的场地以开阔场最好，但现在已经很难找到一块没有电磁波 的“净土”了，即使能够符合标准要求的场地，也是在远离城市的地方，交通极 为不便，无形中增加了测试成本，同时，开阔场的造价也较高。而可以模拟开阔 场和自由空间的电磁屏蔽电波暗室具有建造地点灵活，建造时间短，造价合理等 优点，遂成为现在国内外各个单位的首选。同时，用于检测电波暗室是否能很好 的模拟开阔场或自由空间的性能评估测试也成为暗室建成之后的一个必做的一项 工作。 混响室是一种目前较新的，且还在不断发展的e m c 测试场地，其最大的优点 就是它能够从较低的射频功率中提供较高的场强，这样用户就不必配置很高的射 频功率放大器就可以获得e m c 抗扰度试验所必须的商场强。评估其性能的关键指 标是混响室的场均匀性。 电波暗室的评估测试主要包括：归一化场地衰减测试( n s a ) ，场均匀性测试 ( f u ) ，场地驻波比测试( s v s w r ) 等等。混响室的评估测试为混响室的校准，用 来检验混响室工作区内电场的统计均匀性。由于以上测试场地的建造地点不定， 需要将大量的仪器设备运至工地现场，测试人员的工作时间较为紧凑，所以，要 想准确快捷的完成测试，研究如何构建一套好的场地性能评估系统显的十分重要。 e 哀窑道厶堂亟堂僮i 金塞 缝 金 1 2 电磁兼容测试标准和方法 电磁兼容全称为电磁兼容性，是研究在有限的空问、时间、频谱资源条件下， 各种用电设备可以共存，并不致引起性能降级的- f 3 科学，其不仅仅是一个技术 指标，而是反映了一个领域。该学科包含的内容非常广泛，实用性很强。当前， 几乎所有的现代工业包括电力、通信、交通、航天、军工、计算机、医疗等都必 须解决电磁兼容问题。现在，国际上已制定了许多相关标准，来规范各个领域电 磁兼容性能指标，统一电磁兼容测试方法。 电磁兼容测试贯穿在产品的设计、开发、生产、使用和维护的整个周期，其 按目的可分为诊断性测试和达标性测试。诊断测试的目的是调查产生电磁兼容问 题的原因，确定产生噪声和被干扰的具体部位，从而采取相应的解决办法。达标 测试是根据有关电磁兼容标准规定的方法对设备进行测试，以评估其是否达到标 准提出的要求。 1 2 1 国际组织及主要标准 目前，涉及电磁兼容的国际标准化组织主要是国际电工委员会 ( i n t e r n a t i o n a le 1 e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n i e c ) 。其中，从事与电磁兼容 标准化工作有关的有第7 7 技术委员会( i e c 代7 7 ) 郎电磁兼容技术委员会、国际 无线电干扰特别委员会( i e c c i s p r ) 以及大约5 0 多个关心特定产品的电磁兼容 方面问题的产品技术委员会和分委员会。负责制定四类电磁兼容出版物和标准： ( 1 ) 基础电磁出版物；( 2 ) 通用电磁兼容标准；( 3 ) 产品类电磁兼容标准；( 4 ) 产品电磁兼容标准。国际无线电干扰特别委员会c l s p r 是国际电工委员会的组成 部分之一，相当于i e c 的技术委员会。c i s p r 为涉足电磁兼容标准的重要国际组织 之一。3 1 国际上的电磁兼容标准体系如图1 所示： 2 e 瘟銮道左堂砸堂鱼途塞 绪论 图l 国际e m c 标准体系 f i g u r ei i n t e r n a t i o n a le m cs t a n d a r d ss y s t e m c i s p r 的标准名称是“出版物( p u b l i c a t i o n ) ”，其中涉及到电磁兼容测试的 标准主要有： c i s p r1 6 一l l 无线电骚扰与抗扰度测量设各、 c i s p r1 6 一l 一2 无线电骚扰与抗扰度测量设备、 c i s p r1 6 1 3 无线电骚扰与抗扰度测量设备、 c l s p r1 6 1 4 无线电骚扰与抗扰度测量设备、 c i s p r1 6 一l 一5 无线电骚扰与抗扰度测量设备、 地 c i s p r1 6 2 一l 无线电骚扰与抗扰度测量方法、 c i s p r1 6 2 2 无线电骚扰与抗扰度测量方法、 c i s p r1 6 2 3 无线电骚扰与抗扰度测量方法、 1 2 2 电磁兼容测试的内容和方法概述 测量仪器 辅助设备一传导骚扰 辅助设备一骚扰功率 辅助设备一辐射骚扰 3 0 m h z i 0 0 0 m h z 天线校准场 传导骚扰测量 辐射骚扰测量 抗扰度测量 电磁兼容( e m c ) 测试按其内容可分为电磁骚扰发射测试( e m i ) 和设备的抗 扰度测试( e m s ) 。e m i 测试是测量设备向外界发射的骚扰，e m s 测试是给设备外加 各种骚扰，测试设备的敏感度，即抗干扰能力。其中电磁骚扰发射测试( e m i ) 包 括辐射发射( r e ) 和传导发射( c e ) ，辐射发射测试是测量受试设备( e u t ) 通过 空间传播的骚扰辐射场强。传导发射测试是测量受试设备( e u t ) 通过电源线或信 号线向外发射的骚扰电压和电流。同理，抗扰度测试( e m s ) 也可分为辐射抗扰度 测试( r s ) 和传导抗扰度测试( c s ) 。根据电磁兼容要测量的内容，对测试场地要 求较高的为辐射发射测试和辐射抗扰度测试，以下对这两类测试的主要测试内容 i e 塞窆遒厶堂亟堂焦盈塞 绪论 进行简要介绍。“， 3 0 蛐z 1 0 0 0 唧z 频率段的辐射发射测试：标准要求测试在开阔场或半电波暗 室中进行，场地必须符合归一化场地衰减( n s a ) 的要求。本达标测试是测量e u t 可能辐射的最大值。测试天线和受试设备( e u t ) 之日j 的距离应符合远场条件，标 准规定为3 m 、l o m 、3 0 m 。进行该测试时，e u t 应放在可3 6 0 度旋转的转台上，以 便寻找e u t 的最大辐射方向。台式e u t 离地面高度通常为0 8 m ，立式e u t 则可直 接放置在地面上。接收天线的高度要在1 4 i i l ( 3 m 和l o m 测试距离) 或2 6 m ( 3 0 m 测试距离) 的范围内扫描。e u t 的电磁辐射到达天线有两条路径，一条是直达波， 一条是通过地面的反射波，通过骚扰测量仪接收到的总场强是直达波和反射波的 矢量和，当接收天线在i 4 m 高度上移动时，接收到的场强以驻波方式变化，波 峰和波谷间的高度差约为九2 ，可以保证在3 0 l d h z 能记录到e u t 最大辐射场强。 i g h z 1 8 g h z 频率段的辐射发射测试；试验场地为全波暗室，测试距离为3 m 。 由于为自由空间，只有直射波，没有反射波，所以接收天线设置在与e u t 在同一 高度，不用上下移动。转台要求3 6 0 度转动，以便获得最大值。天线应采用小口 径定向天线，水平和垂直极化状态都要测量。信号接收机采用频谱分析仪，在测 量时，频谱分析仪设置为最大值保持方式及对数d b 显示方式，来获取e u t 在指定 频段内的辐射场强最大值。 3 0 删z 1 8 g h z 频率段的辐射发射替代法测试；辐射发射测试时，测量天线接 收到的骚扰场强包括两个部分，一部分是e u t 内部的导线和电路直接通过机箱壳 体的缝隙向外的辐射，又称壳体辐射，另一部分是由外接电缆引出的共模电流辐 射。替代法的测试目的仅仅是测试e u t 的壳体辐射。做替代法测试时，首先用半 波振子天线a 和测量接收机测量出e u t 的最大骚扰值，然后用半波振子天线b 替 代e u t 。调节信号发生器输出功率，直至测量接收机达到同样的值。记录替代天线 b 的输入端功率，即是e u t 的壳体辐射功率。替代法对场地的要求较为宽松。合格 的符合要求的开阔场、半电波暗室和全电波暗室都可以进行替代法测试。 9 k l l z 3 0 m t l z 频率段的磁场辐射发射；该频段用环形天线测量e u t 辐射的磁场 分量。测量方法有两种，一种是大环天线法( l l a ) ，一种是远天线法。具体采用 何种方法主要是由e u t 的尺寸决定的，直径为2 m 的l l a 能够测量的最大e u t 对角 尺寸不应超过1 6 m 。用大环天线法，e u t 的三个正交磁偶极距的磁场分量都可以 测量。据g b 4 8 2 4 规定，尺寸超过1 6 m 的家用感应炊具的辐射磁场测量，使用直 径为0 6 m 的单小环天线，测量距离为3 m 。单小环天线垂直地面放置，最低部分高 于地面l m ( 典型值) ，测量得到的是环天线处的磁场的水平分量，由于是近场条件 及地面的反射，测量所得的值仍反映了e u t 的水平和垂直偶极距的情况。测试场 地要求为半波暗室。 4 匙鏖銮塑厶堂亟堂位论塞 缱逾 辐射电磁场抗扰度试验；该试验评估e u t 对来自空日j 的辐射电磁场的抗扰度。 信号发生器提供一定功率的调幅信号给发射天线，该信号经天线发射后在e u t 处 形成个规定场强的电磁场，以考察e u t 的工作性能是否下降。测试应该在电波 暗室中进行，地面需要铺设吸波材料。该测试场地布置见图2 ：d 1 图2 辐射抗扰度测试布置 f i g u r e2e m s t e s tm e t h o d 1 3常见电磁兼容测试场地介绍 目前，进行电磁兼容测试的场地可分为：开阔场( o a t s ) 、电波暗室、t e mc e l l ， g t e m c e l l 以及正在迅速发展的混响室，其中以电波暗室使用的最为广泛，且随着 技术的成熟和价格下降，需求量逐年增加。关于电波暗室的会在后面加以详细说 明，以下将简单介绍各类测试场地的特点。 1 3 1开阔试验场( o a t s ) 开阔试验场( o a t s ：o p e na r e at e s ts i t d 是电磁兼容测试中非常重要的试验 场地，通常作为标准测试场地。在电磁辐射发射和辐射抗扰度测试中，场地对测 j t 窳窑堑厶堂亟堂僮论塞蟹途 试结果的影响非常明显。主要原因是场地的差异，即空间直射波与地面反射波的 反射影响和接收点不同，造成相互叠加的场强不一致。为此国际和国内电磁兼容 相关标准中均明确规定，不同测试场地造成的试验测试结果差异，应以开阔试验 场的测试结果为准。 开阔试验场的基本结构应是周围空旷，无反射物体，地面为平坦而导电率均 匀的金属接地表面。场地按椭圆形设计，如图3 所示，场地长度不小于椭圆焦点 之间距离的2 倍，宽度不小于椭圆焦点之间距离的1 7 3 倍，具体尺寸的大小一般 视测试频率下限的波长而定。实际电磁辐射发射顶试时，被测设备( e u t ) 和接收天 线分别置于椭圆场地的两个焦点位置。考虑到开阔试验场及屏蔽暗室的建造成本 和环境的限制，国内外电磁兼容标准将e u t 到接收天线的距离定为3 m , 1 0 m ，俗称 3 m 法、1 0 m 法。 图3 开阔试验场基本结构不葸图 f i g u r e3o a t s s t r u c t u r e 开阔试验场主要用于e u t 在3 0 1 0 0 0 m h z 频率范围的电磁辐射发射测试和辐 射抗扰度测试。理想的开阔试验场可作为最终判定测量结果的标准测试场地，在 计量测试领域，开阔试验场也占有重要地位。 开阔试验场地的要求也给其使用带来了很大的局限性，比如随着广播、电视、 无线通信技术的高速发展，空间电磁环境闩趋复杂，在目前一般城市已经很难找 到合适的场地，选择远离城市的郊外地区，虽可减少和避丌电磁干扰，但因交通 不变，测试设备和试品常在运输途中遭受损坏，另外日常维护和试验以及生活管 理也有诸多不便：此外，当用开阔试验场进行辐射抗扰度试验时，由于需要建立 人为的电磁场，也有可能会干扰周围其他设备的j 下常工作；而且开阔试验场位于 室外，会经常受到气候条件的限值，这些因素都大大影响了丌阔试验场地的广泛 使用f 4 i 6 b 鏖銮煎厶堂亟主焦硷塞：缝：l 金 1 3 2 电波暗室 电波暗室分为半电波暗室( s a r ) 和全电波暗室( f a r ) 。 半电波暗室建在屏蔽室内，五面铺吸波材料，用于模拟丌阔试验场的传播条 件。半电波暗室的结构设计包含暗室尺寸的确定、吸波材料的选择和布置、地板 和电源等，其中，暗室尺寸应以开阔场的要求为依据，根据不同的测试距离，暗 室有不同尺寸，通常的测试距离有3 米，1 0 米以及目前新出来的5 米法测量。在 吸波材料的选择上通常要根据测量误差要求来确定材料的反射率，然后才确定吸 波材料的类型，一般有3 种类型可供选择：单层铁氧体片、角锥形含碳海绵复合 吸波材料、角锥台形复合吸波材料。此外，地板的铺设质量和电源滤波器的选择 与安装也是关系暗室性能的重要因素。 全电波暗室同样可建在室内，但不一定带屏蔽，六面铺吸波材料，用于模拟 自由空间的传播条件。从设计结构上和半电波暗室大体相当，但由于其完全摒弃 了平面大地干涉原理，因此，不存在3 米法和l o 米法测量距离问题，只需要3 米 法即可，大大节省了建设费用。 电波暗室中的吸波材料一般采用介质损耗型吸收材料，早期常用聚胺酯类发 泡塑料在碳胶溶液中浸溃而成，这种材料具有较好的阻燃特性。吸收体多制成棱 锥状，并紧密地安装在电波暗室的所有壁面，但吸收体的高度与试验的最低频率 有关。试验最低频率愈低，要求吸收体的长度越长，一般应大于或等于最低试验 频率波长的1 4 至1 2 才能有效。因此，电波暗室的使用频率不能太低，否则由 于吸收体长度太高，会使暗室的有效空间大大减少，建造费用太高。目前通常采 用带有铁氧体的组合吸收体，可使工作频率大大下降。 目前，由于电磁兼容技术的发展及暗室的建造成本的大幅下降，电波暗室的 使用得到极大的普及。为进一步缩减成本，节省建造场地，近年来可半全转换的 电波暗室开始出现，为更好更高效的进行电磁兼容测试提供支持。” 1 3 3 横电磁波室( t e m g t e mc e l l ) 横电磁波传输室( t e mt r a n s m i s s i o nc e l l ) 是近几十年内发展起来的一种测试 设备，t e m 传输室的本质是扩展的同轴传输线，在其内部可以传输均匀的横电磁波。 t e mc e l l 可以测试e u t 的辐射抗扰度和辐射发射性能。 图4 所示的是横电磁波室的侧视图和俯视图。从图中可见，横电磁波室由矩 形外导体和平扳中心导体( 芯板) 所构成，两端通过四棱锥过渡和精密5 0 欧姆的n 型同轴连接器连接，芯板用绝缘支架固定，将横电磁波室分成两部分。e u t 的供电 7 北塞窑通厶堂亟堂位i 幺塞绪论 系统通过电源滤波器进入。 植i b 盛眭宣的翻税瞄 图4 横电磁波室示意图 f i g u r e4t e m s l r u c t u r e 由于t e m 传输室相当于可移动的屏蔽室，因而非常便于操作使用，横电磁波 传输装旨试验误差很小，电磁场封闭在腔体内，不向外辐射干扰，所需测试设备 少，使用简便、效率高，容易获得较高的场强。但是横电磁传输室也有其不足之 处，即横电磁波室的有效工作频率较低，一般最高仅能达到数百兆赫兹，无法完 成e u t 在高频段上的测试。”1 g t e mc e l l ( g i g a h e r t zt r a n s v e r s ee l e c t r o m a g n e t i cc e l l ) 吉赫兹横电磁波 传输小室是近年来国际电磁兼容领域发展起来的一项新技术，它是对t e mc e l l 工 作频段的拓展。其工作频率范围可从直流至数g h z 以上，内部可用场区大。它既 可以用于电磁辐射抗扰度的测试，也可以进行电磁骚扰辐射发射测试。采用g t e m 小室产生的电场强度要远大于天线产生的场强，使整个测试系统的价格大大降低； 另外由于g t e m 小室做射频辐射电磁场抗扰度试验不需要用天线，可以方便的用于 自动测试，大大减少了测试时间。 由于e u t 在g t e m 小室中摆放的位置不同，会造成芯板与底扳之闻相对距离不 同，也将导致测试结果不同，而且改变试验时的极化方向也需要人为的改变试品 相对芯板和底板的摆放方向来实现，给使用过程带来了一些不便。” 1 3 4 混响室 般地说，普通的混响室就是通常所说的模搅拌室( m o d e - s t i r r e rc h a m b e r ) 或者 模调谐室( m o d e - t u n e rc h a m b e o ，它是一个由金属墙壁构成的矩形腔室，腔室的品 质因素( q ) 很高，室内距墙壁一定距离处或者接近天花板处配备有一个或多个机械 金属搅拌器( s t i r r e r ) ，由于搅拌器的不断地运动着，连续地改变混响室内部的电磁 场结构，从而在腔室内的某个区域形成一个高场强的统计均匀场。 查 腿 韭塞銮邋厶堂亟堂位诠塞 绪论 混响室主要由以下三部分构成： 1 、屏蔽腔体 屏蔽腔体的腔壁材料一般选用反射性能比较好的材料，如镀锌钢板，以满足 混响室高q 值的要求。混响室的形状一般为矩形，混响室的大小通常要求在最低 可用频率能够产生多模的电磁环境。通常混晌室腔室体积越大，容纳本征模数越 多，最低可用频率越低。 2 、搅拌器 搅拌器是混响室非常重要的部分，从电磁散射的角度来讲，搅拌器同混响室 的各个壁面一同对发射天线馈入混响室内的电磁波能量进行多次的反射和散射， 由于搅拌器和混响室的壁面均为良导体，损耗小，经过多次反射和散射后的信号 相互叠加，使混响室内空间部分位置的功率密度增大，形成较强的空间场强，而 有些位置则有可能因反相叠加而得到很小的场强。通过搅拌器的运动，随机改变 搅拌器的反射和散射特性，从而随机改变空间最大场强值的位置，使区域内每一 点均能达到所期望的高场强。另外由于搅拌器和混响室壁面的随机散射和反射， 电磁波的极化特性也变得混乱和随机，从而形成统计意义上的统计均匀和各向同 性s 。 i e c6 1 0 0 0 4 2 1 对混响室的机械搅拌器的尺寸作了如下要求：搅拌器的一个尺 寸至少为最低可用频率波长的l 4 ，每一个搅拌器相对于混晌室的总尺寸来说还应 该尽可能大，在这个方向的尺寸至少为混响室最小尺寸的3 4 ；另外在搅拌器旋转 一周的过程中，混晌室内不会出现重复的场分布。 3 、接收天线及发射天线 一般要求天线的效率在7 5 以上，多采用对数周期天线或其它线性极化天线。 1 9 1 9 e 塞窑堑厶堂亟堂位论塞 绪逾 1 4本文主要研究内容 本文的主要研究目的，是歼发一套通用性的电磁兼容测试场地自动评估系统， 该系统的核心部分是测试场地评估测试软件。该系统预期实现的功能是能够对各 类电磁兼容测试场地进行性能评估测试，并可以根据国内外的测试标准灵活修改 测试内容或添加新的评估测试项目。 由于时间及篇幅有限，本文只着重论述以下方面： 简要介绍电波暗室的一般性评估方法 详细介绍当前较新的1 g h z 1 8 g h z 电波暗室评估方法场地电压驻波比场地 验证法s v s w r 场地评估测试方法流程分析 电磁兼容测试场地评估系统设计及相关模块构建 s v s w r 测试流程极其测试模块构建 用电磁兼容测试场地评估系统实际进行s v s w r 测试以验证评估系统的功能实现 o 丝廛窑墟厶堂亟堂位迨塞 生遮堕垒透毡趔这直选 2 1概述 2 电波暗室评估测试方法 测试场地对于电磁兼容测试十分重要，它的好坏直接影响测试的准确性，测 量的可重复性以及测试人员的安全性，所以，在一个电磁兼容测试场地建设完毕， 交付用户使用之前，要由第三方依据标准对该场地进行相应的性能评估测试，以 验证其是否达到所要求的技术指标。验收合格后，由拥有资质的第三方出据合格 证书，该测试场地方可交付使用。若该场地拥有对外提供e m c 达标测试资质，则 在完工后必须要进行场地评估测试，且在指定年限后还要复检。可以说严格而准 确的场地评估测试不仅是对场地施工质量的检验，更是今后e m c 精确高效测试的 保证。 对于电波暗室，评估测试的流程为，在其屏蔽体搭建完成后，首先进行屏蔽 效能测试，测试通过后，继续施工，完成安装吸波体，转台等内部设施，全部完 工后，进行场地性能评估测试，主要测试内容为场均匀性测试f u ( f i e l d u n i f o r m i t y ) ，归一化场地衰减测试n s a ( n o r m a l i z e ds i ta t t e n u a t i o n ) 和场地 电压驻波比测试s v s w r ( s i t ev o l t a g es t a n d i n gw a v er a t i o ) 。s v s w r 测试为近年来 新提出的测试方法，目前国内还没有机构可以进行该项测试，在下章中会详细 讨论s v s w r 的测试原理和测试方法，以下分别介绍电波暗室测试和n s a 测试。 2 2场均匀性测试f u ( f i e l du n i f o r m i t y ) 2 2 1 场均匀性测试的原理 该测试的频率范围为2 6 m i - i z 1 8 g i - i z ，进彳亍电磁辐射抗扰度测试时，需要受 试设备( e u t ) 处产生规定的场强( 1 v m 3 0 v m ) 。 场均匀性测试的目的是确保在被测样品( e u t ) 上产生的场的均匀性，以便能 保证测试结果的有效性。为了保证场强探头的读数准确，在场地校准时，发射信 号不进行任何调制的。i e c6 1 0 0 0 - 4 3 定义了“均匀面”的概念，该面是一个被 认为场的变化足够小的假想的垂直面。e u t 及其线束内在一个较小的区域内被充分 的照射，通常的均匀面的尺寸为1 5 m x l 5 m 。均匀面的最小尺寸不链小于 0 5 m x 0 5 m ( 仅一个4 点的窗口) 。在测试布置中，应把e u t 被照射的面和浚均匀 面重合起来。 b 瘟窑垣厶堂亟堂位淦塞出这竖童谜芷i 捌试友鎏 由于在参考地平面附近不可能建立一个均匀场，所以，被校面的高度不能低 于0 8 米。如果有可能，以后测试时e u t 也尽可能处于这个高度。有一些e u t 及 其线束在测试时必须要靠近参考地平面或者超出1 5 m 1 5 m 的范围，那测试高度 也可定在0 4 m ，但关于e u t 的所有的尺寸数据应当包含的报告中加以说明。 均匀面的校准要在一个空暗室中进行，其中仅保留测试相关的东西( 天线， 探头，额外的吸波材料等等) 。玛1 2 2 2 测试场地布置 发射天线应放置在一个合适的距离上，以便发射场的主瓣带宽能够覆盖 1 5 m x1 5 m 的校准面。在高频段若使用的喇叭天线主瓣宽度较窄，则可分区域照 射校准面，即窗口法测场均匀性。场强探头同发射天线的距离至少为1 米。最好 是3 米，这是天线和e u t 之间的距离。这个距离是以双锥天线的中心或周期天线 的标记处为准量得的。要注意的事，在出现争议时，3 米法校准为优先考虑的。 通常，对全电波暗室或半电波暗室的场均匀性测试的布置如图5 ： 图5 屯波暗室中场均匀性测试的设备布置 f i g u r e5l m t r u a a e n t sf o rf ut e s ti na n e c h o i cc h a m b e r 场均匀性测试一般在水平和垂直极化方式下用给定的频率步进的无调制载波 | e 噩奎迪厶堂亟堂位迨塞 虫遮瞳童迁岱捌选友遮 进行测试。由于第三方进行的场均匀性测试为场地验证测试，发射到校准面的场 强大小要足够大，以消除电场探头接收误差的影响。 测试前应记录好天线，电缆及相关设备的位置，因为场地中极小的改动都会 对场造成很大的影响，在以后的测试中要使用和校准时相同的位置。 2 2 3 场均匀性测试步骤 场均匀性有两种不同的场校准方法。如果使用正确，这两种方法能给出相同 的场均匀性结果。 ( 1 ) 恒定场强法 通过调整前向功率，建立个场强恒定的均匀场，用一个经校准的场强探头已 指定的步长在每个频段内进行测量，个位置接一个位置的测，一共1 6 个位置。 如图6 图61 6 个探头位置 f i g u r e61 6 sp r o b ep o s i t i o n 峦窑蝗厶堂速堂位i 金塞 生迭堕塞迁i 占型达左洼 以下为恒定场强法测试步骤： 1 将场探头置于1 6 个测试位置中的一个，并将信号发生器的频率设为校准要 求中的最低频率( 比如：8 0 m h z ) 。 2 调整馈入发射天线的静向功率( 即调整功放的增益) ，使场强达到校准要求 的e c 。记录此时的i j 向功率值。 3 以最大为前频率的1 为步进，增加频率。 4 重复2 、3 步。直到该频段的最大频率点。( 使每个频点的场强都一样) 5 在每个测试位冠重复l 4 步，直到测完1 6 个位置。 6 测完之后，在每个频点：将1 6 个前向功率值作升序排列。 7 从最大值开始，检查是否至少有1 1 个低于该值的数和该最大值的差在容限 一6 d b + o d b 内。 8 若不在上述容限内，按照上述步骤l 7 重测该频点，注意到，每个频点有 5 个可重测的位置( 5 个重测完后，仍不达标，测试失败) 9 不含场强最大的位置，如果至少1 2 个值在6 d b 容限内，则测试完成 ( 2 ) 恒定功率法 通过调整前向功率，建立一个场强恒定的均匀场，用一个经校准的场强探头 已指定的步长在每个频段内进行测量，一个位置接一个位置的测，一共1 6 个位置， 布置如图6 。在1 6 个位置应用相同的前向功率，由此在每一个位置记录产生的场 强。 以下为恒定功率法测试步骤： 1 将场探头置于1 6 个测试位置中的一个，并将信号发生器的频率设为校准要 求中的最低频率( 比如：8 0 m h z ) 。 2 调整馈入发射天线的前向功率( 即调整功放的增益) ，使场强达到校准要求 的e c 。记录此时的前向功率值和场强值。 3 以最大为前频率的1 为步进，增加频率。 4 重复2 、3 步，直到该频段的最大频率点。( 使每个频点的场强都一样) 5 应用2 步中每个频点记录的i j 向功率值( 保持功率值不变) ，在每个位置重 复1 4 步，记录场强值，直到测完所有的1 6 个位置。 6 测完之后，在每个频点：将1 6 个场强值作升序排列 7 选一个场强值为参考值，在d b 单位下计算其它值同参考值的差值。 8 从最小值丌始，检查是否至少有1 1 个高于该值的数和该最小值的差在容限 一一0 d b + 6 d b 内。 9 若不在上述容限内，按照上述步骤l 7 重测该频点，注意到，每个频点有 5 个可重测的位置( 5 个重测完后，仍不达标，测试失败) 1 0 不含场强最大的位置，如果至少1 2 个值在6 d b 容限内，则测试完成 若校准面中的大部分点( 7 5 以上) 的归一化值在( 一o + 6 d b ) 内时，该 面i - 的场被认为是均匀。如果校准面尺寸为0 5 m x 0 5 r n ，则全部点都应满足要求。 4 北錾奎擅厶堂亟堂垃监塞生遮蜷塞透i 占捌遮直壁 允许有3 的频率的归一值落入+ 6 d b + l o d b 的容限范围内，但不能低于- - 0 d b ， 若存在争议时，一0 + 6 d b 范围优先。5 1 2 3 归一化场地衰减测试n s a ( n o r m a ii z e ds i t ea t t e n u a t i o n ) 2 3 1 归一化场地衰减测试原理 该测试的频率范围为3 0 m h z 1 0 0 0 m h z ，既然电波暗室是用于模拟开阔实验 场或自由空间而建造的，暗室中的n s a 就应和开阔场或自由空间相一致，归一化 场地衰减测试就是比较电波暗室和理想开阔场之间的差异性，以评价暗室的好坏。 n s a 测量过程中要对两个不同的接收电压v r 进行测量。第一个读到的v r 是 当同轴电缆不连接发射接收天线，而是通过一个连接器直接连接时测得的电压。 第二个读到的v r 是当同轴电缆接回各自的天线，且接收天线作高度扫描( 3 米或 l o 米法测量时l 4 米扫描，3 0 米法时l 4 米或2 6 米扫描) 时接收到的最大 信号的电压。在这两种测试中，信号源的输出电平要保持不变。第一个读到的v r 记为v d m e c t ，第二个成为v s r r e 。根据下式，可算得暗室的n s a 值，在d b 单位下 可表示为：“ a n = v d i r e c t - v s r r e 一陋r 毖时厶a f t o t 其中，a f t 是发射天线系数；a