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射频电磁场辐射抗扰度(RS)

1 射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验
      目的与应用场合
1.1 辐射抗扰度(RS)概述
      本标准主要介绍国际标准IEC61000-4-3:2006,对应国家标准GB/T17626.3:2006《电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度》的试验方法。
1.2 辐射抗扰度试验目的和应用场合
      本标准所涉及的主要骚扰源是来自80MHz~2000MHz以上频率范围内射频辐射源产生的电磁场。比如电台、电视台、固定或移动式无线电发射台以及各种工业辐射源产生的电磁场(目前该标准的上限频率已经提高到6000MHz,这与目前使用的无线通讯设备的频率有关,很多无线通讯设备使用2.4GHz或者5.6GHz频率)。在该电磁场中运行的电气、电子设备会受到该电磁场的作用,从而影响设备的正常运行。所以,本标准的目的主要是建立一个评估射频电磁场辐射抗扰度性能的公共参考,为有关产品的专业技术委员会或用户和制造商提供一个基本参考。

2 射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验常见术语
2.1 电波暗室
      安装吸波材料用以降低内表面电波反射的屏蔽室
2.2 半电波暗室
      除地面安装反射接地平板外,其余内表面全部安装吸波材料的屏蔽室。
2.3 天线
      将射频信号源功率发射到空间或者接收空间电磁能量并转化为电信号的装置。
2.4 远场
      由天线发生的功率密度近似地随距离的平方呈反比关系的电磁场区域。
2.5 场强
      场强用于远场测量,测量可以是电场分量或磁场分量,可以V/m,A/m或W/m²表示。
2.6 极化
      辐射电磁场电场向量的方向。
2.7 扫描
      连续或步进扫过一段频率范围。

3 射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验等级及选择
射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验等级

频率范围80MHz~1000MHz

辐射抗扰度试验等级

辐射抗扰度试验场强(V/m,场强未调制)

1

2

3

X

1

3

10

   特定

1X是一个开放等级,可在产品规范中规定

保护抵抗数字无线电话射频辐射的试验等级。
射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验等级

频率范围800MHz~960MHz以及1400MHz~2000MHz

辐射抗扰度试验等级

试验场强(V/m,场强未调制)

1

2

3

4

X

1

3

10

30

特定

1X是一个开放等级,可在产品规范中规定


      Ø 1类:低电磁辐射环境。位于1km以外的地方广播台/无线电电台/电视台和低功率的发射机/接收机所发射的电平为典型的低电平。
      Ø 2类:中等电磁辐射环境。使用低功率便携式发射接收机(典型额定值小于1W),但限定在设备附近使用,是一种典型的商业环境。
      Ø 3类:严酷电磁发射环境。便携式发射接收机(典型额定值2W或更大),可接近设备使用,但距离小于1m。设备附近有大功率广播发射机和工、科、医设备,是一种典型的工业环境。
      Ø ×类:×是由协商或产品规范和产品标准规定的开放等级。

4 射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验设备
4.1 信号发生器
      能覆盖标准中所规定的频段范围,具备幅度和调制功能,能手动或自动扫描,扫描点的驻留时间以及测试的频率-步长可以编程控制。
      具备幅度调制功能(内调制或外调制),调制度80%±5%,调制频率为1kHz±10%的正弦波信号发生器输出阻抗为50Ω信号发生器任何杂散谱线应至少比载波电平低15dB
4.2 功率放大器
     能够放大未调制和已调制的射频信号,给天线提供所需要的场强。能覆盖标准中所规定的频段范围。放大器产生的谐波和失真电平比载波电平至少低15dB
4.3 场强辐射装置
     能够覆盖标准所规定的频带范围
     发射天线,在80M Hz~1000MHz频带内可采用一个全频段的复合天线或者采用组合天线(双锥天线和对数周期天线)。1000MHz以上频带内可采用喇叭天线。
TEM Cell或GTEM Cell
4.4 场强监视系统
     测量试验中天线在被测设备上产生的电磁场的场强大小具备各相同相性,测量范围满足试验要求能覆盖标准所规定的频率范围
通过监测试验中场强探头所测量的被测设备上产生的电磁场的场强大小来调节射频信号发生器送到功率放大器的信号幅度,使被测设备上的电磁场大小维持在标准规定的范围
4.5 功率监视系统
     能覆盖标准所规定的频率范围
     包括功率计和双通道定向耦合器
     通过功率监测系统实时测量功率放大器的状态,同时监测入射功率和反射功率以满足使被测设备上的场强的要求。

5 射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验方法
5.1 射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验方法
     半电波暗室法
     使用发射天线在除地面安装反射接地平板外,其余内表面全部安装吸波材料的屏蔽室中进行辐射电磁场抗扰度的测试方法。
GTEM Cell
     GTEM Cell吉赫兹横电磁波室,其工作频率范围可以从直流到数吉赫兹,内部可用场区较大,造价比较低,是用来替代电波暗室作辐射抗扰度的理想方案。


 
5.2 射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验场地的校准
     试验场地校准的目的是为确保试样周围的场充分均匀,以保证试验结果的有效性。场地校准中用到的均匀场是一个假想的垂直平面,在该平面中电磁场的变化足够小,其面积为1.5m×1.5m.对于半电波暗室,由于无法在接近参考地平面处建立均匀场,因此假想的均匀场立参考地面的高度不得低于0.8m,实际辐射抗扰度(RS)测试过程中,被测设备也尽可能放在同样的高度。场校准的具体要求如下:
场地均匀性校准的目的是为今后试验时的天线和被测设备的距离提供依据,优先采用3m法。
     场地均匀性校准是在被测设备没有放入的情况下进行的,否则场的均匀性会因为被测设备的存在而产生畸变,场地校准时的布置如下图所示
     场地均匀性校准时,信号发生器不用1kHz正弦波80%幅度进行,而是直接将信号发生器产生的射频信号送到功率放大器放大后经天线发到测试场地。
     场地均匀性校准时用各相同性的场强探头放在1.5m见方的假想平面上,每隔0.5m作为一个测试点,总共16个点,如下图所示场均匀性区域。要求在整个频率范围内记录所有16个点的场强,标准要求其中至少要有12个点的场强容差0~+6dB的范围以内,则认为在规定的区域内75%的表面场的幅值之差6dB,校准时所用的场强就作为实际测试时采用的场强。
     如果被测设备表面大于1.5m×1.5m,那末可以采用局部照射法或者将发射天线在不同的位置进行校准,使得组合后的校准区域能够完全覆盖被测设备的表面。
     辐射抗扰度(RS)试验按照下图的布置对半电波暗室进行场均匀性校准,校准时可以采用以下两种方法的任意一种,使用未调制的载波信号对水平和垂直极化分别进行校准。校准时使用的场强至少为将要施加给被测设备的场强1.8倍,以确保放大器能处理调制信号而不饱和。两种校准方法所得的结果是相同的。

 


A. 射频电磁场辐射抗扰度(RS)恒定场强校准法
     1. 将场强探头放在上图中16个点的任意一点上,调节信号发生器的频率到试验频率范围的下限80M Hz。
     2. 调节功率放大器的功率,使得场强探头测到的场强等于测试时所需要的场强的1.8倍,并记录此时发射天线的正向功率。
      3. 以当前频率的1%为最大增量增加频率。
     4. 重复步骤2和步骤3,直至下一频率超出试验频率的上限频率,最后在上限频率处重复步骤2。
     5. 将场强探头移到16个点中的下一个测试点,重复进行步骤2到步骤5。
     6. 将16个点的正向功率按升序排列。
     7. 从最大读数开始检查,向下至少应当有11个点的读数在最大读数的-6 dB ~+0dB容差以内。
     8. 如果没有11个点的读数在最大读数的-6 dB ~+0dB容差范围,按同样的程序向下继续检查其他点的数据
     9. 如果至少有12个点的读数在最大读数的-6 dB ~+0dB容差范围,则停止检查,并记录这些读数的最大正向功率值。
B. 射频电磁场辐射抗扰度(RS)恒定功率校准法
     1. 将场强探头放在上图中16个点的任意一点上,调节信号发生器的频率到试验频率范围的下限80M Hz。
     2. 调节功率放大器的功率,使得场强探头测到的场强等于测试时所需要的场强的1.8倍,并记录此时发射天线的正向功率以及此时的场强值。
     3. 以当前频率的1%为最大增量增加频率。
     4. 重复步骤2和步骤3,直至下一频率超出试验频率的上限频率,最后在上限频率处重复步骤2。
     5. 将场强探头移到16个点中的下一个测试点,重复进行步骤2到步骤5,并记录场强和施加的正向功率值。
     6. 将16个点的场强值按升序排列。
     7. 选择某点的场强值作为参考,计算其他所有点与该点场强的差值。
     8. 从场强的最小读数开始检查,向上至少应当有11个点的读数在最小读数的-0 dB ~+6dB容差范围。
     9. 如果没有11个点的读数在-0 dB ~+6dB容差范围,则按同样的程序向上继续检查其他点的数据。
     10. 如果至少有12个点的读数在-0dB ~+6dB容差范围,则停止检查,从这些读数中找出最小的场强值作为参考点。
     11. 计算出建立该参考点的场强所需要的正向功率值。
5.3 射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验试验布置以及测试方法
       A. 射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验布置

台式设备试验布置

 

     落地式设备试验布置

 

B. 射频电磁场辐射抗扰度(RS)试验方法
      被测设备与发射天线的距离优先采用3米,该距离是指被测设备表面到双锥天线的中心或对数周期天线的顶端的距离。辐射抗扰度(RS)试验在对测量结果有异议的情况下,优先采用3米距离测试。
      台式设备应放在一个0.8米高的绝缘试验桌上,落地式设备应放在参考地平面上面0.1m高的绝缘支架上。
如果设备被设计为安装在一个面板、支架和机柜上,那么它应该在这种配置下进行测试。当需要用一种方式支撑测试样品时,     这种支撑应由非金属、非导电材料构成,以防止引起场的畸变。
被测设备应尽可能在实际工作状态下运行,设备布线应按照生产厂推荐的方式。如果厂商没有规定,测试时应当使用非屏蔽平行导线,从被测设备引出的连线在电磁场中暴露的距离为1米。过长的导线应捆扎成1米长的感应较小的线束。
     辐射抗扰度(RS)试验前应当用场强探头检查所建立侧场强是否满足测试要求,发射天线、吸波材料和电缆的位置是否与场校准的布置一致。验证合格后可以使用场校准中得到的数据来产生试验场强。
     依次将被测设备的每个侧面放在场校准的平面位置,分水平和垂直极化对被测设备施加测试场强。如果被测设备有几个部分组成,当从各个侧面进行试验时,不需要改变去内部任一部件的位置。
     用1kHz正弦波对射频信号进行80%的幅度调制后,在选定的频率范围内进行扫频测试,在每个频点上,调制后的射频信号扫描的驻留时间不应小于被测设备动作响应所需要的时间,而且不得短于0.5s。对敏感点则应个别考虑。

6 最新版国际标准IEC61000-4-3:2006与GB/T17626.3:2006的主要变化
     要求检查功放的线性特性
     最新标准要求对功放的线性特性进行检查,以确保放大器能处理调制信号而不饱和。检查方法如下:

 

将信号源输出信号减少5.1dB纪录功率计的读数,并计算与校准时前向功率的差值。
如果该差值大于5.1dB则说明功放非线性。
其中5.1dB来自:

 
     规定了测量系统的谐波失真度必须小于6dB
     测试系统包括信号发生器,功放,天线等,系统所产生的所有谐波必须比基波低6dB
     测量频率范围扩展到6GHz
     标准中将1.4GHz~2GHz扩展为1.4GHz~6GHz,主要考虑到更高频率的无线通讯设备和其他发射体的广泛使用,并且标准没有规定在所有的频段都采用一个试验场强,具体情况应当依据设备或产品使用或销售的地点不同,测试的等级和频率范围也不同,这点由产品标准规定。
     规定高于1GHz以上可以用较小的均匀窗代替1.5m×1.5m均匀场
      当辐射抗扰度(RS)测试频率高于1GHz以上时,可以用较小的均匀窗代替1.5m×1.5m均匀场,如下图所示,可以在1米测试距离,用90.5m×0.5m均匀窗或0.5m×1.0m以及其他尺寸均匀窗代替1.5m×1.5m均匀场进行试验。主要因为:随着频率的升高,所使用的天线不足以覆盖整个1.5m×1.5m均匀场,另外随着频率的升高所需要的功放的费用也急剧上升。

 

 新校准是采用1.8倍的测量场强进行场校准使用1.8倍的测量场强值进行场均匀性的校准。主要原因是为了检查射频功放在用1kHz正弦波80%幅度调制时能不能达到所需要的场强。

辐射抗扰度(RS)频率范围80MHz~1000MHz800MHz~960MHz以及1400MHz~6000MHz

辐射抗扰度试验场强(V/m,场强未调制)

校准场强(V/m,场强未调制)

1

3

10

30

试验场强(V/m,场强未调制)

1×1.8

3×1.8

10×1.8

30×1.8

校准场强(V/m,场强未调制)

试验桌的材料有所变化
     在射频电磁场辐射抗扰度(RS)频率高于1GHz以上时,木质的实验桌有可能引起电磁波的反射。频率高于1GHz以上时,可以采用聚苯乙烯材料的测试台代替木质的实验桌。

如需了解更多射频电磁场辐射抗扰度(RS)测试信息,请联系上海世复检测中心
服务热线:021-5130-0821
公司网站:www.sft-lab.com.cn

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