JJF 2327-2025 9 kHz~30 MHz环天线校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范JJF2327—20259kHz~30MHz环天线校准规范CalibrationSpecificationforLoopAntennasfrom9kHzto30MHz2025‑11‑05发布 2026‑05‑05实施国家市场监督管理总局 发布JJF2327JJF2327—20259kHz~30MHz环天线校准规范CalibrationSpecificationforLoopAntennasfrom9kHzto30MHz

JJF2327—2025归 口 单 位：全国无线电计量技术委员主要起草单位：中国计量科学研究院广西壮族自治区计量检测研究院参加起草单位：中国航天科工集团二院203所本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：刘 潇中国计量科学研究吴 钒中国计量科学研究邹 敏广西壮族自治区计量检测研究）参加起草人：洪 力中国计量科学研究）刘东霞中国航天科工集团二院203赵 兴中国计量科学研究）目 录引言 1 范围 （1）引用文件 （1）术语和计量单位 （1）4 概述 （1）计量特性 （2）校准条件 （2）环境条件 （2）测量标准及其他设备 （2）校准项目和校准方法 （3）校准项目 （3）校准方法 （3）校准结果表达 （6）复校时间间隔 （7）附录A 原始记录格式 （8）附录B 校准证书内页格式 （9）附录C 磁场天线系数校准不确定度评定示例电流探头） 附录D 磁场天线系数校准不确定度评定示例（TEM室） Ⅰ引 言JJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》和JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范编制工作的基础性系列规范。本规范为首次发布。Ⅱ9kHz~30MHz环天线校准规范范围本规范适用于电磁兼容检测等领域中使用的9kHz~30MHz频段环天线的校准。引用文件本规范引用了下列文件：GB/T6113.104—2021 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第1⁃4分：无线电骚扰和抗扰度测量设备 辐射骚扰测量用天线和试验场地GB/T6113.106—2024 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第1⁃6分：无线电骚扰和抗扰度测量设备 EMC天线校准凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。术语和计量单位3.1 环天线 loopantenna在覆盖频段将空间磁场转变成导波中信号的转换装置，用于测量空间磁场强度。3.2 磁场天线系数 magneticfieldantennafactorFaH垂直于环天线所围区域的入射磁场分量的强度与天线所连规定负载上产生的电压的比值。单位为dS/）或者dΩ-1m-。概述环天线的大小可以被边长60cm的正方形完全包围。环天线可以是电屏蔽的，也可以非屏蔽的；根据是否带有放大器，环天线又分为有源环天线和无源环天线。一个典型的环天线如图1所示。图1 典型的环天线外观示意图1计量特性磁场天线系数：有源环天线的磁场天线系数范围-50dS/~10dS/；无源环天线的磁场天线系数范围-50dS/~50dS/。注：以上技术指标仅供参考，不作为符合性判定依据。校准条件6.1 环境条件6.1.1 环境温度：23±℃。6.1.2 相对湿度：≤80 。6.1.3 电源要求：220±2V50±Hz。6.1.4 周围无影响正常校准工作的电磁干扰和机械振动。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 信号发生器频率范围：9kHz~30MHz；输出电平：≥0dBm；频率最大允许误差：±1×10-5。6.2.2 测试接收机优选含内置跟踪源频率范围：9kHz~30MHz；跟踪源输出电平：≥80dBμV；测量电平最大允许误差：±0.5dB。6.2.3 网络分析仪频率范围：9kHz~30MHz；频率最大允许误差：±1×10-5；最大输出电平：大于0dBm。6.2.4 横电磁波频率范围：9kHz~30MHz；端口驻波：小于1.2；时域阻抗：49Ω~51Ω；芯板与顶板（或底板）的距离：大于或等于环天线直径的1.5倍。6.2.5 功率放大器频率范围：9kHz~30MHz；谐波抑制：>20dB。6.2.6 大功率衰减器频率范围：9kHz~30MHz；2衰减值：20dB~50dB6.2.7 负载频率范围：9kHz~30MHz；标称值：50Ω。6.2.8 发射环天线频率范围：9kHz~30MHz；单匝，非屏蔽，无源。2.9 电流探头频率范围：9kHz~30MHz；转移阻抗：0.95Ω~1Ω。校准项目和校准方法1 校准项目磁场天线系数7.2 校准方法7.2.1 外观及工作正常性检查环天线的外观应完好，不应有影响电气性能的机械损伤，配套附件齐全。将结果记录在A.1中。7.2.2 磁场天线系数磁场天线系数校准采用标准场法：电流探头法或TEM室法，其中TEM室法仅适合测量电屏蔽的环天线。2.2.1 电流探头法1距离发射环一定距离d处产生的磁场强度H可由公式1式中：

H=20lg(I1)+20lg(πr2)+K(1,2)

（1）I1——发射环天线上的电流，A；I1

Vref=|Z|=式中：Vref——电流探头输出端电压，V；|Z|——电流探头的转移阻抗，Ω。ïí1+βR 2 20()êïí1+βR 2 20()êê2K(1,2)=20112+0 ë 00ë0

315( rr )4úï0 ï0ïî 2πR3(1,2) ê 8 R2(1,2式中：

64 R2(1,2) ú12údm-，ûþR0(1,2)= d2+r212údm-，ûþ1 230式中：0

βR0(1,2)≤1.0,r1r2R2(1,2)≤116β —角波数，m-1；r1和r2——发射和接收天线半径，m；d ——收发天线中心距离，m。选取开阔的场地，按照图2布置。待测天线作为接收，收发天线平行放置，中心平行对准，在A.2d、Z、r1r2。Ⓒ($3zD*"r2yDrd1xDBBVrefV-F4yflD$0D{0D$0I1图2 电流探头法的布置图网络分析仪设置扫频测试频点，输出功率5dBm10Hz开始测量。定义网络分析仪连接发射天线的端口为1端口，连接接收天线的端口为2端口，连接电流探头端口为34端口网络分析仪，可以将待测3端口网络同时测量散射参数S21S312端口网络分析仪，分两次分别测量S21S31，S213S312端口接匹配负载。在A2S21S31。根据公式计算待测环天线的磁场天线系数FaH。F =H=A(1,2)+20lg(πr2)+K(1,2)-20lg|Z|

（2）式中：

aH V i 1A(1,2)=20lg(Vref)=

-SdB；i r1——发射天线半径，m；

31 21|Z|——电流探头的转移阻抗，Ω；Vref——2端口电压，V；V——3端口电压，V；S31——散射参数，dB；4S21——散射参数，dB。222 TEM室法TEM室中上半部分或下半部分）的中心位置为可计算的电场强度U/d校准环天线接收到的磁场强度通过公式=H =dη式中：H——磁场强度，A/m；

（3）U——馈入TEM室的电压，V；d——芯板距离顶板或者底板的高度，m；η——波阻抗，在自由空间中为120π，Ω。对于有源环天线，使用网络分析仪进行测量，布置如图31和2。dd214yflBD5&.$图3TEM室法的布置图（有源环天线）网络分析仪设置扫频频点，输出功率0dBm10Hz12S211S212，记录在A.3计算得到有源环天线的磁场天线系数。FaH=-[S21(2)-S21(1)]-20lgd-20lgη ）式中：S21(2)——按照2连接得到的S21，dB；S21(1)——按照1连接得到的S21，dB；d ——芯板距离顶板或者底板的高度，m；η ——波阻抗，在自由空间中为120π，Ω。5&.$BD5&.$BDdfl(¾}$4yfl21}fl(=$图4 TEM室法的布置图无源环天）网络分析仪设置扫频频点，输出功率0dBm10Hz，开启功率放大器，预热半小时，并保证信号经过衰减器后返回给网络分析仪的信号在其耐受范围512进行连接，得到S211S212A.3计算得到无源环天线的磁场天线系数。FaH=-[S21(2)-S21(1)-Aatt]-20lgd-20lgη ）式中：S21(2)——按照2连接得到的S21，dB；S21(1)——按照1连接得到的S21，dB；Aatt ——衰减器的衰减值，dB；d ——芯板距离顶板或者底板的高度，m；η ——波阻抗，在自由空间中为120π，Ω。d21"Ffld21"FflÆFBDª#5&.$图5采用信号源-接收机方式的TEM室法布置图U开启信号源，设置测量频率点，按照1连接，通过将接收机连接TEM室的输出端口上得到U02连接，通过接收机连接环天线输出得到U。根据公式算磁场天线系数。U式中：

FaH

=-20lgU0-20lgd-20lgη U0——2连接的输出电压，V；U——1连接的输出电压，V；d——芯板距离顶板或者底板的高度，m；η——波阻抗，在自由空间中为120π，Ω。设置信号源到频率列表中的下一个频点，重复，直至完成所有频点。记录在A.4中。校准结果表达环天线校准后，出具校准证书。校准证书应至少包含以下信息：实验室名称和地址；进行校准的地点如果与实验室的地址不同证书的唯一性标识如编号，每页及总页数的标识；6客户的名称和地址；被校对象的描述和明确标识；进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期；如果与校准结果的有效性或应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；校准环境的描述；校准结果及其测量不确定度的说明；对校准规范的偏离的说明；校准证书签发人的签名、职务或等效标识；校准结果仅对被校对象有效的说明；未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。复校时间间隔复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定，推荐为1年。7附录A原始记录格式检查结果A.1 外观及工作正常性检查检查结果A.2 电流探头法计算磁场天线系数记录频率MHz网络分析仪指示值发射环半径接收环半径间距电流探头转移阻抗磁场天线系数dB（S/m）S21dBS31dBr1mr2mdmZΩ0.0090.1…30A.3 TEM室法计算磁场天线系数记录网络分析仪方式）频率MHz网络分析仪指示值TEM室半高衰减器衰减值磁场天线系数dB（S/m）S21(1)dBS21(2)dBdmAattdB0.0090.1…304 TEM室法计算磁场天线系数记录信号源-频谱仪方式）频率MHz接收机指示值U0/UdB磁场天线系数dB（S/m）0.0090.1…308附录B校准证书内页格式1 磁场天线系数频率MHz磁场天线系数dB（S/m）0.0090.01…309附录C磁场天线系数校准不确定度评定示例（电流探头法）1 测量模型及合成标准不确定度计算公式C.1.1 测量模型电流探头法校准的磁场天线系数为FaH=Ai(1,2)+20lg(πr12)+K(1,2)-20lg|Z|C.1.2 合成标准不确定度计算公式合成标准不确定度为

（C.1）c1iu2=c2u[c1i

(1,2)]+c2u(

)+c2u[K(1,2)]+c2u(20lg|Z|)+c2u(δ

)21345coup其中灵敏系数ci为21345coup

c= ∂FaH =11 ∂ i(1,21 c=∂FaH=

m-）2 ∂r1 r1ln103 c=∂FaH 3 ∂ (1,2)| 4c= ∂FaH =| 4∂(20lg )∂δ5c=∂FaH∂δ5coupcoup为环境影响。C.1.3 标准不确定度分量的评定C.1.3.1 场地插入损耗测量的不确定度分量场地插入损耗测量引入的不确定度取决于网络分析仪接收机线性、发射天线失配、接收天线失配、同轴电缆的泄露、电缆弯折、信噪比等。考虑到Ai(2,1)=S31-S21 网络分析仪同时测量S31S21S31S21的测量结果相关。在评定其测量不确定时，认为两者之间的相关系数γ=1。根据测量电平值，确定网络分析仪测量散射参数的不确定度。以30MHz为例，场地插入损耗测量引入的不确定度如表C1所示。表C.1 场地插入损耗测量引入的不确定度最大偏差/dB分布包含因子（k）灵敏系数标准不确定度/dB0.4665正态210.23C.13.2 发射环半径r1引入的不确定度分量若发射环天线的半径为5cm，游标卡尺进行10次重复测量，使用其平均值，那么10由发射环天线半径r1引入的不确定度见表C.2。表C.2 发射环天线半径引入的不确定度r1变化/m分布包含因子（k）灵敏系数标准不确定度/dB0.0005均匀33470.10C.1.3.3格林公式引入的不确定度分量发射环天线和待测接收环天线的尺寸、收发天线之间的距离以及环与x轴、y轴和z轴的夹角等都会影响的不确定度评定所使用的部分参数如图C.1所示。zDr2yDr1dxzDr2yDr1dxDzDxzDxD d yDθiθj图C.1用于评定1，）不确定度的部分参数图基于格林公式很难直接评定引入的不确定度，因此采用NEC（Numeri⁃calElectronagneticsCode，数值电磁学代码）建模方法评定。使用NEC为电流探头法环天线校准建立相应模型，改变图C.1中的参数。根据模型输出的系统输入阻抗和负载上电流计算出两环天线之间的场地插入损耗。若接收环天线的半径为15cm天线距离0.4m，1，）引入的测量不确定度见表C.3。表C.3 1，）引入的不确定度1，）最大偏差分布包含因子（k）灵敏系数标准不确定度/dB0.36正态210.18C.1.3.4 电流探头转移阻抗校准引入的不确定度电流探头转移阻抗的不确定度来自电流探头校准证书，引入的不确定度如表C.4所示。表C.4 转移阻抗校准引入的不确定度转移阻抗校准不确定度/dB分布包含因子（k）灵敏系数标准不确定度/dB0.17正态1-1-0.1711C.1.3.5环境耦合引入的不确定度理想的测试环境是自由空间，然而实际校准可能会在空旷场地或者开阔试验场上方一定高度进行。离地面越高，影响越小，尤其对于10MHz~30MHz频段，高度的影响不可忽视。假定1.3m高度，环境影响量约为0.2dB，若同样条件，升高到2.5m高度，环境影响将降低至少一半。表C.5地面耦合引入的不确定度地面耦合不确定度/dB分布包含因子（k）灵敏系数标准不确定度/dB0.2均匀310.12C.1.3.6连接重复性n(ix-x)2i=1n-n(ix-x)2i=1n-10.24d30MH，见表C.6。表C.6 连接重复性标准不确定度/dB分布包含因子（k）灵敏系数标准不确定度/dB0.24正态10.24C.1.4 合成标准不确定度计算电流探头法环天线合成标准不确定度汇总表见表C.7。其中影响量较大的分量为标准不确定度接近正态分布，环境耦合为均匀分布，因此这些分量的合成标准不确定度接近正态分布，各分量不相关。表C.730MHz磁场天线系数的不确定度分量汇总表（电流探头法）不确定度来源或输入量最大允许误差MPE或不确定度U/dB分布包含因子（k）灵敏系数ci输出量的标准不确定度/dB场地插入损耗i2，）0.4665正态210.23发射天线半径r10.0005均匀33470.101，）0.36正态210.18电流探头转移阻抗Z0.17正态1-1-0.17环境耦合0.2均匀310.12连接重复性0.24正态10.24合成标准不确定度0.44C.1.5 扩展不确定度k=2，扩展不确定度为：U=kuc=0.88dk=。12附录D磁场天线系数校准不确定度评定示例（TEM室法）D.1 测量模型及合成标准不确定度计算公式D.1.1 测量模型按照式（D.1）和式（D.2）分别考虑有源/无源环天线的磁场天线系数FaH=S1

-S1

-20lgd-20lgη D.）式中：

FaH=S1

-S1

-Aat-20lgd-20lgη D.）S1S1

2连接得到的S21，dB；1连接得到的S21，dB；Aatt ——衰减器的衰减值，dB；d——芯板距离顶板或者底板的高度，m；η——波阻抗，在自由空间中为120π，Ω。磁场天线系数FaH的表达式为：FaH=S1

-S1

-Aat-D-Z D.）和FaH=S

-S1

-D-Z D.）式中：S21=S

-S1

，dB；D=20lgd，d；Z=20lgη，d。aH1212att34D.1.2 合成标准不确定度计算公式对于无源环天线：aH1212att34cu2(Fc

)=c2u2(S

)+c2u2(A

)+c2u2(D)+c2u2(Z)5u+c2u2(δH5u

)+c2u2(δH)+c2u2(δH

（D.5）86i7p+c2u2(δH186i7p

)+c2u2(δHs

)+c2u2(δHr)910式中：灵敏系数c1=-1，c2=1，c3=-1，c4=-1，c5=1，c6=1，c7=1，c8=1，c9=1,c10=1。910δHu为TEM室磁场均匀性引入的修正因子，估计值为0；δHi为环天线放入引起场畸变引入的修正因子，估计值为0；δHp为环天线定位误差引入的修正因子，估计值为0；δH1为系统线性修正因子，估计值为0；δHs为系统稳定性修正因子，估计值为0；δHr为测量重复性修正因子，估计值为0。对于有源环天线，第2项和Aatt有关项为零。对于上述10项不确定度分量，对于两个系统来说，因电平不同和系统差异，第1项S21不确定度和第9项系统稳定性需针对有源和无源环天线分别评定。D.1.3标准不确定度分量的评定D.1.3.1S21的不确定度）S1］根据图2中的步骤1中测量得到的S

1）电平值随频率的变化查网络分析仪手册，13得到该项不确定度分量，表D.1中给出4个典型频点的测量不确定度示例。其中300kHz以下数据为根据300kHz数据的估计值。表D.1 S21的测量不确定度频率不确定度/dk=）9kHz0.19150kHz0.191MHz0.1930MHz0.19）S1］根据图2中的步骤2中测量得到的S1）电平值随频率的变化查网络分析仪手册，得到该项不确定度分量。考虑到常见的待测环天线直径在60cm以内，最小直径可以达到10cm。对于无源环天线和有源环天线，电平值随频率曲线范围不同，考虑网络分析仪测量最小的电平值出现在：10cm直径无源单匝环天线在9kHz频点，此时不确定度最大。而无源环天线网络分析仪测量得到的电平值在全频段较平滑，在-20dB左右。针对有源和无源环天线的测量电平值，分别评估该项不确定度分量，如表D.2和表D.3所示。表D.2 无源环天线S1）的测量不确定度频率不确定度/dk=）9kHz0.55150kHz0.231MHz0.2330MHz0.19表D.3 有源环天线S1）的测量不确定度频率不确定度/dk=）9kHz0.21150kHz0.211MHz0.1930MHz0.19由S21=S

-S1

，考虑使用同一个网络分析仪测量，因此S1

）和S1）存在相关性，取相关系数为1，则S21的不确定度见表D.4和表D.5。14表D.4 无源环天线S21的测量不确定度频率不确定度/dk=）9kHz0.74150kHz0.421MHz0.4230MHz0.38表D.5 有源环天线S21的测量不确定度频率不确定度/dk=）9kHz0.40150kHz0.401MHz0.3830MHz0.38D.13.2 衰减器的衰减值Aatt引入的不确定度衰减器的衰减值采用另一台网络分析仪测量得到，测量不确定度值见表D.6。表D.6 衰减器的衰减值Aatt引入的不确定度频率分散区间半宽/dB概率分布包含因子（k）灵敏系数影响量的标准不确定度/dB9kHz0.23正态210.115150kHz0.23正态210.1151MHz0.23正态210.11530MHz0.23正态210.115D.1.3.3 芯板高度引入的不确定度采用手持式激光测距仪测量TEM室下半部分高度，重复测量10次，测量平均值0.9045m，考虑到激光测距仪综合测距的不确定度为0.3度测量的标准不确定度u（D）为0.001dB。D.1.3.4 波阻抗引入的不确定度波阻抗决定了TEM室中电场到磁场的转换，在自由空间中波阻抗为120π。然而实际的TEM室的波阻抗随着频率下降逐渐偏离该数值，频率越低，偏离越大。通常150kHz以上波阻抗非常接近120π。频率范围在150kHz~1MHz之间的天线系数曲线是线性的，可以用一条直线拟合，拟合的曲线在9kHz~150kHz与测量值比较，可以得到9kHz~150kHz的波阻抗与120π的偏离值，见图D.1和图D.2。得到最大偏差如表D.7所示。15"F"F33($32($321UE#U41UU40200–20

0.01S 0.1 1 10 M(1.)[图D.1 用直线拟合天线系统&.&.$"KflS77?.1E#0.20–0.2–0.4–0.60.009 0.1 1M(1.)[图D.2 测量值和拟合值的偏差表D.7 波阻抗η引入的不确定度频率分散区间半宽/dB概率分布包含因子（k）灵敏系数影响量的标准不确定度/dB9kHz0.23均匀3-10.133150kHz0.01均匀3-10.0061MHz0.02均匀3-10.01230MHz0均匀3-10D.1.3.5 由TEM室内测试区域内磁场均匀性引入的不确定度分量δH）待测环天线放置的方式为：环所在平面与TEM室内横电磁波的传播方向垂直，环的中心为TEM室下半部分的中心重合。采用一个直径为6cm的小环测量直径为60cm、50cm、30cm、10cm的常用环天线覆盖区域内的不同位置的磁场，见图D.3，与TEM室中电场均匀性测量类似。将这些位置的磁场取平均值并和中心位置点磁场比较，得到由场均匀性引入的不确定度分量结果，如表D.8所示。由场均匀性测量结果可以得知，环天线覆盖区域内的磁场的平均值接近TEM室中心测试位置点的磁场值。16)§fi图D.3 场均匀性测量位置点)§fi表D.8 磁场均匀性引入的不确定度频率分散区间半宽/dB概率分布包含因子（k）灵敏系数影响量的标准不确定度/dB9kHz0.44均匀310.25150kHz0.13均匀310.081MHz0.12均匀310.0730MHz0.08均匀310.05D.1.3.6 由于待测环天线放入TEM室引起场畸变引入的不确定度分量δHi通过没有放入和放入待测环天线情况下S2）的变化来评估环天线的放入对TEM室的原有场引起的变化，见表D.9。表D.9 环天线放入TEM室引起场畸变引入的不确定度频率分散区间半宽/dB概率分布包含因子（k）灵敏系数影响量的标准不确定度/dB9kHz0.05均匀310.029150kHz0.06均匀310.0351MHz0.06均匀310.03530MHz0.1均匀310.058D.1.3.7 环天线定位引入的不确定度δH）将环天线放置位置在上下、左右±2cm范围变化，测量得到由环天线定位不准引入的不确定度分量见表D.10。表D.10 环天线定位引入的不确定度频率分散区间半宽/dB概率分布包含因子（k）灵敏系数影响量的标准不确定度/dB9kHz0.16均匀310.092150kHz0.15均匀310.0871MHz0.15均匀310.08730MHz0.17均匀310.09817D.1.3.8 系统线性引入的不确定度δH）通过S1）在不同的信号电平下的响应来评估系统的线性。考虑网络分析仪端口1输出电平在-20dBm~0dBm之间变化，在表D.11中记录S表D.11 系统线性引入的不确定度

变化。频率分散区间半宽/dB概率分布包含因子（k）灵敏系数影响量的标准不确定度/dB9kHz0.4均匀310.231150kHz0.04均匀310.0231MHz0.01均匀310.00630MHz0.01均匀310.006D.1.3.9 系统稳定性引入的不确定度δH）无源环天线测量系统的稳定性主要取决于功率放大器输出的稳定性，使用20minS1）的漂移来评估该项不确定度分量，见表D.12；有源环天线测量系统的稳定性取决于网络分析仪输出的稳定性，20minS1）的漂移远小于0.01dB。表D.12 无源环天线系统稳定性引入的不确定度频率分散区间半宽/dB概率分布包含因子（k）灵敏系数影响量的标准不确定度/dB9kHz0.13均匀310.075150kHz0.15均匀310.0871MHz0.15均匀310.08730MHz0.16均匀310.092表D.13 有源环天线系统稳定性引入的不确定度频率分散区间半宽/dB概率分布包含因子（k）灵敏系数影响量的标准不确定度/dB9kHz0.01均匀310.006150kHz0.01均匀310.0061MHz0.01均匀310.00630MHz0.01均匀310.006D.13.10 测量重复性n(x-iˉ)2i=1n-n(x-iˉ)2i=1n-10.05D.14。这里采用有源环天