4.2 射頻輻射電磁場抗擾度試驗

射頻輻射電磁場抗擾試驗的國家標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)已經(jīng)出過兩個版本，分別是GB/T 17626.3—1998（等同于國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000—4—3：1995）和GB/T17626.3—2006（等同于國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000—4—3：2002）。考慮到國內(nèi)多數(shù)產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未修訂，因此這兩個標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用在國內(nèi)，至少在目前，實際上是并存的。由于這兩個標(biāo)準(zhǔn)并不存在根本性的不同，所以在標(biāo)準(zhǔn)的介紹中，仍以GB/T17626.3—1998為主，后面將介紹GB/T17626.3—2006與它的差異。

4.2.1 射頻輻射電磁場抗擾度試驗的由來

射頻輻射電磁場干擾是人們最早考慮的電磁干擾，早在1934年，國際電工委員委（IEC）就成立了國際無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化特別委員會（CISPR），不過當(dāng)時主要研究騷擾對通信和廣播接收效果的影響，并因此制定了一些產(chǎn)品族的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，旨在限制這些設(shè)備的電磁騷擾的發(fā)射，以便實施對通信和廣播的保護(hù)。

真正把射頻輻射電磁場作為對電子設(shè)備抗干擾能力的考核而寫進(jìn)電磁兼容抗擾度標(biāo)準(zhǔn)，要首推IEC的TC65委員會（研究工業(yè)過程測量與控制裝置的專業(yè)委員會）。它在1984年出版的IEC801—3標(biāo)準(zhǔn)中，首次把射頻輻射電磁場與靜電放電等并列在一起，作為對電子設(shè)備抗擾度試驗中最主要的幾種試驗方法。

從當(dāng)年的IEC801—3到現(xiàn)今的IEC61000—4—3，輻射電磁場的抗擾度試驗還是有了很大的演變：首先，測試的頻率范圍從27～500MHz擴(kuò)展為80～1000MHz；其次，試驗中增加了調(diào)幅的要求（用1kHz調(diào)幅，調(diào)制深度80%）；最后，試驗規(guī)定在電波暗室中進(jìn)行。

4.2.2 射頻輻射電磁場抗擾度試驗

對設(shè)備產(chǎn)生干擾的射頻輻射電磁場除了可以由電臺、電視臺、固定或移動式無線電發(fā)射臺和各種工業(yè)輻射源所產(chǎn)生外，這種干擾還可以由電焊機(jī)、晶閘管整流器、熒光燈以及在開關(guān)電感性負(fù)載時產(chǎn)生，后者主要表現(xiàn)為傳導(dǎo)性質(zhì)的干擾，將由GB/T17626.6標(biāo)準(zhǔn)（對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)為IEC61000—4—6）進(jìn)行考核。

事實上GB/T17626.3標(biāo)準(zhǔn)把個人使用的移動電話作為輻射源的考慮重點，這一方面是由于當(dāng)前移動電話使用的普遍性，另一方面是因為移動電話的使用人員與設(shè)備之間的距離特別近，所以移動電話在局部范圍內(nèi)對設(shè)備產(chǎn)生的輻射干擾就特別強。作為佐證，標(biāo)準(zhǔn)在附錄部分專門有一節(jié)提到英國和法國電氣研究部門的研究結(jié)果，他們通過對0.15～12W的甚高頻（VHF）和超高頻（UHF）移動電話工作時所產(chǎn)生的場強進(jìn)行統(tǒng)計，得出了一個場強平均值的經(jīng)驗表達(dá)式：

E=3P1/2/d

式中，3為經(jīng)驗常數(shù)；

P為移動電話的額定功率，單位為W；

d為移動電話天線與被干擾設(shè)備的距離，單位為m。

上式表明，當(dāng)移動電話離開設(shè)備很近時，由移動電話所產(chǎn)生的輻射電磁場強度可以達(dá)到幾十V/m，遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大嚴(yán)酷度等級（10V/m）。從這里不難看出移動電話對電子設(shè)備的干擾作用了。

4.2.3 射頻輻射電磁場的試驗等級

如前所述，當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的適用頻率范圍為80～1000MHz，較當(dāng)初27～500MHz的上限擴(kuò)展了1倍，這與IEC61000—4—3：1995標(biāo)準(zhǔn)頒布時移動電話采用的載頻達(dá)到900MHz不無關(guān)系。這說明測試頻率的選擇是與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)的。

標(biāo)準(zhǔn)下限頻率從27MHz提升為80MHz，恐怕與下面幾個因素有關(guān)。

（1）頻率越低，天線的發(fā)射效率越低。對于3m法電波暗室的試驗，當(dāng)場強要求達(dá)到10V/m時，經(jīng)計算，發(fā)射頻率為30MHz時，輸入天線的射頻功率要達(dá)到714.3W（見錢振宇：《電磁兼容測試和對策技術(shù)》，《電器技術(shù)》1999年特輯）。若再要考慮80%的調(diào)幅時，輸入到天線的射頻瞬時功率還要增加4倍，換言之，輸入天線的最大功率要達(dá)到3kW，使得設(shè)備價格幾乎不能接受。

（2）電波暗室是GB/T17626.3標(biāo)準(zhǔn)首選的試驗場地。為了避免因電磁波反射造成的測試結(jié)果不正確，電波暗室中的吸波材料（常用摻碳粉的泡沫塑料擔(dān)當(dāng)，吸收體做成尖錐狀，稱為尖劈，掛在電波暗室的墻上和天花板上）長度與試驗的最低頻率有關(guān)，要求吸收體的長度達(dá)到波長的 才能有效。由于30MHz電磁波的波長為10m，所以吸收體的長度要達(dá)到2.5～5m才有較好的吸收效果。顯然保持電波暗室的有效空間不變，則試驗頻率越低，暗室建造時所占用的場地面積就越大，花費的代價也就越高。

（3）通常在27～500MHz范圍內(nèi)要用兩副天線，200MHz以下用雙錐天線，200MHz以上用對數(shù)周期天線，使試驗很不方便。如今國外在80～1000MHz范圍內(nèi)己經(jīng)可以用一副復(fù)合天線來完成全部射頻輻射電磁場抗擾度試驗了。

基于以上事實，GB/T17626.3標(biāo)準(zhǔn)把試驗頻率定為80～1000MHz是適當(dāng)?shù)摹Ｊ聦嵣蠈?0MHz以下頻率并非不做試驗，只是改用由射頻場感應(yīng)所引起的傳導(dǎo)抗擾度試驗罷了（見GB/T17626.6標(biāo)準(zhǔn)）。因此整個由射頻輻射場引起的干擾試驗的頻率范圍是150kHz～1000MHz，分為兩段，150kHz～80MHz范圍內(nèi)做傳導(dǎo)抗擾度試驗，80MHz～1000MHz做輻射抗擾度試驗。

除試驗頻率范圍外，標(biāo)準(zhǔn)還要求用1kHz的正弦波對載波頻率進(jìn)行幅度調(diào)制，以便模擬語音信號對載波頻率的幅度調(diào)制情況。調(diào)幅波的采用使得輻射波的瞬時功率較只用載波信號的輻射情況幾乎大了4倍，因此試驗的嚴(yán)酷度一下子提高了不少。圖4.8所示為載波和調(diào)幅波的試驗波形。

被試設(shè)備的試驗等級是根據(jù)其最終安裝環(huán)境的電磁情況來選擇的，但對大多數(shù)產(chǎn)品來說，由于產(chǎn)品族和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)充分考慮了使用的環(huán)境，所以它們的試驗等級已經(jīng)確定。

GB/T17626.3標(biāo)準(zhǔn)把試驗等級分為1、2、3級，對應(yīng)的試驗場強分別為1V/m、3V/m、10V/m。其中，等級1為低電平的電磁輻射環(huán)境，如在離開電臺和電視臺1km以外地方的輻射情況；等級2為中等電磁輻射環(huán)境，如附近有小功率的移動電話在使用，這是一種典型的商業(yè)環(huán)境；等級3為嚴(yán)酷的電磁輻射環(huán)境，如有移動電話在靠近設(shè)備的地方使用（距離小于1m），或附近有大功率廣播發(fā)射機(jī)和工科醫(yī)設(shè)備在工作，這是典型的工業(yè)環(huán)境。

4.2.4 射頻輻射電磁場抗擾度試驗的試驗方法（實驗室型式試驗）

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定射頻輻射電磁場抗擾度的型式試驗在電波暗室中進(jìn)行。除了電波暗室，在標(biāo)準(zhǔn)的附錄D中還提到了其他的試驗方法，如TEM小室和帶狀線，用于小型被試品的輻射抗擾度試驗，但產(chǎn)生的輻射電磁場的頻率范圍不廣，為直流至150MHz的線性極化場。標(biāo)準(zhǔn)中也提到了經(jīng)過特殊設(shè)計的GTEM小室可以得到較高的頻率范圍，并容納較大的被試品。為此在本節(jié)中專門講述在電波暗室中的試驗方法，另外再用一節(jié)（見4.2.6節(jié)）介紹GTEM小室的試驗方法。后一方法的試驗配置用在尺寸較小的被試品試驗中具有較高的性價比，可望為較多的企業(yè)所接受。

1.試驗議器

下面是完成射頻輻射電磁場試驗至少有的儀器清單。

（1）信號發(fā)生器：要覆蓋相關(guān)的試驗頻段，能以1kHz的正弦波調(diào)幅至80%，并具有以1.5×10-3十倍頻程/秒或更低的速率自動掃頻的能力。例如使用射頻頻率合成器，要求能對頻率的步進(jìn)幅度和停頓時間進(jìn)行編程。此外，上述信號發(fā)生器還應(yīng)有手動設(shè)置的功能。

（2）功率放大器：用于放大未調(diào)制和已調(diào)制的信號，并通過天線建立電磁場，使之達(dá)到所需要的等級。通常在80～1000MHz范圍內(nèi)要用2～3個不同的放大器才能全部覆蓋。但國外己有覆蓋80～1000MHz全頻段的單個功率放大器出售。

（3）天線：用于產(chǎn)生所需的電磁場。在標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的頻段內(nèi)一般要用兩種形式的天線（分別是雙錐天線和對數(shù)周期天線）。在國外已有能覆蓋80～1000MHz全頻段的復(fù)合天線可供使用（如圖4.9所示），這簡化了試驗的配置，有助于降低系統(tǒng)硬件的價格；同時也避免了在試驗中需要在兩種天線間的切換，簡化了試驗方法。

（4）一個能監(jiān)視水平和垂直極化的場強探頭（或各向同性的監(jiān)視天線）：用以監(jiān)視被試設(shè)備側(cè)的射頻輻射電磁場強度。

（5）一臺能記錄規(guī)定場強的場強測試議：通過場強測試儀應(yīng)能進(jìn)一步控制信號發(fā)生器送到功率放大器的信號幅度，最終使加在被試設(shè)備上的場強維持穩(wěn)定。

由于上述儀器的價格不菲，所以在實際使用中往往還要配上計算機(jī)與應(yīng)用軟件，構(gòu)成一個閉環(huán)控制的自動測試系統(tǒng)。

2.試驗場地及其校驗

1）試驗場地的一般要求

試驗在電波暗室中進(jìn)行。

電波暗室相對于試品來說，應(yīng)具有足夠的空間，而且在試品周圍空間還要有均勻場的特性。

電波暗室的均勻性每年校準(zhǔn)一次。另外，每當(dāng)暗室內(nèi)布置發(fā)生變化時（如更換吸波材料、試驗位置的移動或試驗設(shè)備的改變等），也要重新校準(zhǔn)。

天線與試品間的距離取決于試品的大小。對于小試品，即使天線與試品間距小至1m，也能足夠保證試品正面輻照區(qū)的場的均勻性，這時就可以采用1m法進(jìn)行試驗。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試品與產(chǎn)生電磁場的天線距離不得小于1m。試品與天線之間的最佳距離是3m。當(dāng)對試驗的距離有爭議時，應(yīng)優(yōu)先使用3m法。

但對大型設(shè)備，即使采用3m法試驗，也難以保證試品正面輻照區(qū)的均勻性，這時就該選用更大的試驗場地。

這里所謂幾米的測量距離，是這樣規(guī)定的：對于雙錐天線，是指天線中央到試品正面的距離；對于數(shù)周期天線，是指天線的頂端到試品正面的距離，如圖4.10所示。

2）場地校驗

按標(biāo)準(zhǔn)要求，場地校驗要用到“均勻場”的概念。這是在電磁場中虛擬一個垂直平面，平面與試品的正面相重合。均勻場的面積為1.5m×1.5m。對于半電波暗室，由于無法在接近參考接地板處建立均勻場，所以虛擬均勻場的離地高度不得低于0.8m。將來試品的安放高度也不得低于此值。

場地校準(zhǔn)以今后試驗時采用的天線和試品的距離為依據(jù)，優(yōu)先選用3m法。

場地校準(zhǔn)是在試品沒有放入的情況下進(jìn)行的，否則場的均勻度會因為試品存在而產(chǎn)生畸變。

校準(zhǔn)中，信號發(fā)生器不加調(diào)幅，直接用載波信號送到功率放大器，最后經(jīng)天線發(fā)射到測試場地。

校驗中要用各向同性場強監(jiān)視天線（探頭）。在1.5m見方的虛擬平面上每隔0.5m作為一個檢驗點，總共有16個點，要求其中12個點的場強變化（注意：要在整個頻率范圍內(nèi)的各檢驗頻點上）在0～+6dB之間。校驗中采用的場強即為今后做試驗時用的場強。

校驗時，每次頻率的遞增幅度為前一校驗頻率的10%。例如，在80～1000MHz范圍內(nèi)校驗場的均勻性，首次校驗頻率為80MHz，以后各次的校驗頻率為88MHz、96.8MHz、105.48MHz、116.028MHz……直至1000MHz。

下面是手動校驗場強所采取的8個步驟：

（1）把場強探頭放在16個校正點中的某一個位置上。

（2）把饋送到天線去的功率加大到可以獲取1V/m、3V/m或10V/m的程度。

（3）保持放大器輸出功率不變的情況下，在其余15個點上測量場強。

（4）對16個點上的場強值進(jìn)行研究，剔除場強變化最大的4個點。

（5）檢查余下12點上的場強變化是否在±3dB。

（6）利用12個點上場強最低的這個點為基準(zhǔn)，要保證全部12個點的場強是在規(guī)定值基礎(chǔ)上的0～6dB之間。

（7）記錄步驟（6）中所選點上的場強，以及射頻功率放大器的輸出功率。

（8）以前述頻率為基礎(chǔ)，取增幅10%為新的測試頻率點，再重復(fù)（1）～（7）步。

注意：要測試水平和垂直兩個極化方向的場地均勻性。

為了解決半電波暗室中地面對虛擬平面的場的均勻性的影響，校驗中可有選擇地在地面上布置一些吸波材料，并把這些材料調(diào)整到一個合適的位置上，以保證在整個頻率范圍內(nèi)，虛擬平面上的場均勻性。

上述校驗過程是非常耗費時間的。接下來的工作便是將收集來的16個校正點在每一頻率點上的場強，以及輸至天線去的射頻功率的數(shù)據(jù)都輸送到計算機(jī)里，以便通過控制軟件的作用，自動對全頻段范圍內(nèi)的場強均勻性進(jìn)行控制。

如圖4.11所示是場地均勻性的校驗圖。

3.射頻輻射電磁場抗擾度試驗

1）基本要求

試驗在電波暗室中進(jìn)行，試驗人員不得進(jìn)入暗室，用工業(yè)電視監(jiān)視試品的工作情況（或從試品引出可說明試品工作狀態(tài)的信號至測定室，由專門儀器予以判定）。

暗室內(nèi)有天線（包括天線升降塔）、轉(zhuǎn)臺、試品及工業(yè)電視攝像機(jī)。

工作人員和測定試品性能的儀器、信號發(fā)生器、場強測定儀器、計算機(jī)等設(shè)備放在測定室里。射頻功率放大器則放在功放室里。

在試驗中，試驗的布局（包括布線）非常講究，應(yīng)盡量詳細(xì)地記錄在案（必要時通過數(shù)碼相機(jī)拍攝布局和布線情況），以便重現(xiàn)和對比試驗結(jié)果。

2）試驗布置

對于臺式試品，應(yīng)放在0.8m高的非金屬工作臺上，它可以防止試品的偶爾接地及產(chǎn)生場的失真。臺式試品的試驗布置如圖4.12所示。

對于地面試品，要放在0.1m高的非金屬支架上；對于一些體積不大，分量不重的地面試品，在經(jīng)過產(chǎn)品專業(yè)委員會的同意下，也可以放在工作臺上做試驗，但要在試驗報告中予以說明。地面試品的試驗布置如圖4.13所示。

對于試品的輸入/輸出線，如無特殊現(xiàn)定，應(yīng)使用不加屏蔽的平行線，其曝露在電磁場中的長度為1m，走向與均勻場平行。

對試品殼體之間的布線按下法處理：

（1）使用制造廠規(guī)定的線型和接頭。

（2）如無特殊規(guī)定，若連接導(dǎo)線的長度小于或等于3m，則直接采用此連接線，并將其捆扎成1m長的感應(yīng)較小的線束。

（3）如果生產(chǎn)廠用的連接導(dǎo)線長度大于3m，只要沒有其他規(guī)定，就應(yīng)當(dāng)將導(dǎo)線的受輻照部分減短至1m，而將其余部分用對射頻有損耗的鐵氧體管套起來，進(jìn)行退耦，有助于防止試驗過度。

如果在線上使用了濾波器來濾除電磁干擾，那么所用的濾波器應(yīng)不影響試品的工作。

3）試驗步驟

試驗的掃頻范圍為80～1000MHz，使用校淮過程中所確定的功率電平，并以1kHz的正弦波來進(jìn)行調(diào)幅，調(diào)制深度為80%。掃頻的速率不超過1.5×10-3十倍頻程/s。若掃頻是以步進(jìn)方式進(jìn)行，則步進(jìn)幅度不超過前一頻率的1%。且在每一頻率下的停頓時間應(yīng)不少于試品對干擾的響應(yīng)時間。作為替代，掃頻的步幅也可以取前一頻率的4%，但此時的試驗場強要比前一方案提高一倍。但試驗存在爭議的時候應(yīng)以前一方案為準(zhǔn)。

試品最好能放在轉(zhuǎn)臺上，以便讓試品的四個面都有機(jī)會朝對天線來接受試驗（試品不同面上的抗干擾能力是不同的）。

試品在一個朝對面上要做兩次試驗：一次是天線處在垂直位置上；另一次天線處在水平位置上。

若試品在不同位置上都能使用，則這個試品的六個面都要依次朝向發(fā)射天線來做此試驗。

4）場強、試驗距離與射頻功率放大器之間的關(guān)系（供參考）（見表4.3）

4.2.5 射頻輻射電磁場抗擾度試驗的試驗記錄

為了保證試驗結(jié)果的重復(fù)性和可比性，試驗記錄務(wù)必詳細(xì)。試驗記錄應(yīng)包含下述內(nèi)容：

（1）試品尺寸。

（2）試品是按臺式還是地面方式（或者是按組合方式）來進(jìn)行試驗的，如果是地面方式，試品是放在離地面高度0.1m還是0.8m處做試驗的。如果用前者，在場地校驗中還要加測離地面0.4m處的場強，以確定試驗的嚴(yán)酷度是否足夠。

（3）試驗用3m法還是1m法進(jìn)行。

（4）天線類型。

（5）掃頻范圍、在每一頻率點上的停留時間及掃頻步幅。

（6）互連線的類型與數(shù)目，以及與這些互連線的試品接口、試驗中的布線情況（必要時應(yīng)附用數(shù)碼相機(jī)拍攝的布線情況照片）。

（7）可以接受的試品性能指標(biāo)。

（8）試品的運行方式。

此外，試驗報告中還應(yīng)包括試驗條件、校準(zhǔn)情況和試驗結(jié)果等內(nèi)容。

關(guān)于試驗結(jié)論，應(yīng)參照相應(yīng)的產(chǎn)品族標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，以及實際的試驗結(jié)果，經(jīng)判定后做出。

4.2.6 用GTEM小室做射頻輻射電磁場抗擾度試驗

GETM小室又稱為吉赫芝（GHz）橫電磁波室，是近十幾年才發(fā)展起來的新型電磁兼容測試設(shè)備，它的工作頻率范圍可以從直流至數(shù)GHz以上，內(nèi)部可用場區(qū)較大，尤其可貴的是小室本身與其配套設(shè)備的總價不算過于昂貴，能為大多數(shù)企業(yè)所接受。因此，GTEM小室在國內(nèi)取得了長足發(fā)展，成為企業(yè)對于外型尺寸不算太大的設(shè)備（如開關(guān)電源和電度表等設(shè)備）開展射頻輻射電磁場抗擾度試驗的首選方案。

1.GTEM小室簡介

GTEM小室是根據(jù)同軸及非對稱矩形傳輸線原理設(shè)計而成的設(shè)備。為避免內(nèi)部電磁波的反射和諧振，GTEM小室在外形上被設(shè)計成尖錐形，其輸入端采用N型同軸接頭，隨后中心導(dǎo)體展平成為一塊扇形板，稱為芯板。在小室的芯板和底板之間形成矩形均勻場區(qū)。為了使球面波（嚴(yán)格地說，由N型接頭向GTEM小室傳播的是球面波，但由于所設(shè)計的張角很小，所以該球面波近似于平面波）從輸入端到負(fù)載端有良好的傳輸特性，芯板的終端因采用了分布式電阻匹配網(wǎng)絡(luò)，從而成為無反射終端。GTEM小室的端面還貼有吸波材料，用它對高端頻率的電磁波作進(jìn)一步吸收。因此，在小室的芯板和底板之間產(chǎn)生了一個均勻場強的測試區(qū)域。試驗時，試品被置于測試區(qū)中，為了做到不因為被試設(shè)備置入而過于影響場的均勻性，被試設(shè)備以不超過芯板和底板之間距離的1/3高度為宜。如圖4.14所示是GTEM小室的外形及典型的工作特性。

2.結(jié)構(gòu)

GTEM小室的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4.15所示，現(xiàn)說明如下：

（1）托架安裝完畢后置于地面。

（2）鋁質(zhì)板材通過鋁的角型材用鉚釘相連接，板材內(nèi)部必須平整，無毛刺。

（3）上、下板與前、后板通過螺釘安裝成一個錐形腔體，形成測試空間放置在托架上。

（4）芯板底部用非金屬棒支撐，側(cè)壁采用非金屬棒支撐，防止芯板與錐形腔體外壁接觸，發(fā)生短路。

（5）吸波材料安裝在吸波材料支撐架上，從錐形腔體的后部放入腔體。

（6）芯板與錐形腔體外壁通過分布電阻相連，保證分布電阻接觸良好，阻值準(zhǔn)確。

（7）錐形腔體后蓋板將GTEM小室后部封閉，防止電磁波泄漏。

（8）饋源頭是一個采用氬弧焊焊接而成的整體，采用螺釘安裝于錐形腔體前端，形成過渡部件。

（9）將N型接頭通過過渡部件（銅質(zhì)）與芯板連接。

（10）電源配電箱安裝于GTEM小室靠近屏蔽門的側(cè)壁上；電源濾波器安裝于錐形腔體底部，通過接線板給GTEM室內(nèi)供電。

（11）試品進(jìn)出線的通孔位于屏蔽門側(cè)壁上，用于GTEM小室內(nèi)設(shè)備的信號線、測試線進(jìn)出。

（12）通過單相電源線濾波器，并采用白熾燈給GTEM小室內(nèi)提供照明。

3.工作原理

GTEM小室中的電場強度與從N型接頭輸入信號電壓V成正比，與芯板距底板垂直距離h成反比：

E=V/h

在50Ω匹配的系統(tǒng)里，芯板對底板的電壓與N型接頭的信號輸入功率之間的關(guān)系滿足

V=（RP）1/2=（50P）1/2

故場強為

E=（50P）1/2/h

如果考慮實測值與理論值之間的差異，上式還應(yīng)乘一個系數(shù)k，因此實際的電場強度是

E=k（50P）1/2/h

從上式可見，若在GTEM小室注入同樣的功率，芯板的位置距底板的距離越近（h值越小），則可獲得較大的場強；若產(chǎn)生同相的場強，較大空間處（h值越大）需要的輸入功率亦較大。

上述結(jié)論表明，對于較小的試品，可以把試品放在GTEM小室中比較靠前的位置，這樣用比較小的信號輸入功率，就可以得到足夠高的電場強度。注意：試品的高度不能超過選定位置芯板與底板間距的1/3。

4.性能指標(biāo)

現(xiàn)以日本ELENAElectronics公司提供的GTEM小室為例（如圖4.16所示），表4.4中列出了這些GTEM小室的主要技術(shù)特性。

5.GTEM小室在電磁兼容測試中的應(yīng)用

1）用GTEM小室做試品的射頻輻射電磁場抗擾度試驗

采用GTEM小室做射頻輻射電磁場抗擾度試驗的優(yōu)點如下：

（1）用GTEM產(chǎn)生的電場強度要遠(yuǎn)大于天線產(chǎn)生的場強，所以用比較小的射頻功率放大器可以產(chǎn)生很強的電場，使得整個測試系統(tǒng)的價格大大降低。這對于尺寸不太大的設(shè)備來說，是一個非常好的射頻輻射電磁場抗擾度試驗方案。

（2）由于用GTEM小室做射頻輻射電磁場抗擾度試驗不需要用天線，所以可以方便地用于自動測試，大大縮短了測試時間，也降低了對試驗人員的技術(shù)要求。

GTEM小室的射頻輻射電磁場抗擾度試驗的系統(tǒng)圖如圖4.17所示，它主要由信號發(fā)生器、功率放大器、測試探頭、智能場強計、計算機(jī)及測試軟件、以及GTEM小室組成。

在圖4.17中，當(dāng)信號源經(jīng)過放大后注入到GTEM小室的一端（通過N型同軸接頭），就能在芯板和底板之間形成很強的均勻電磁場，放置在被測件附近的電場監(jiān)視探頭監(jiān)測此場強，再經(jīng)由計算機(jī)得到輸入功率值，直接調(diào)節(jié)信號源以求達(dá)到所需求的場強值。測控軟件控制信號源以一定的步長進(jìn)行輻射場的頻率掃描。另有視頻監(jiān)視器（攝像頭安裝在GTEM小室里面，圖4.17中未畫出，試驗人員在GTEM小室外通過監(jiān)視器）觀測試品在射頻電磁場干擾下的工作情況。

操作方法如下：

（1）將試品及場探頭置于GTEM小室內(nèi)；

（2）外接信號源，通過功率放大器，在GTEM小室內(nèi)建立均勻電場；

（3）確定測試頻率范圍及調(diào)制方法和調(diào)制深度；

（4）調(diào)整信號源輸出電平（注意：切勿超過功率放大器允許的最大輸入電平）；

（5）通過場強監(jiān)視計監(jiān)測GTEM小室的場強，使之達(dá)到所需的強度；

（6）重復(fù)步驟（3）～（5），觀測確定被試品的電磁輻射敏感度。

2）用GTEM小室做試品的電磁騷擾輻射發(fā)射試驗

從原理上說，試品的電磁騷擾輻射發(fā)射試驗也能在GTEM小室內(nèi)進(jìn)行，這時小室內(nèi)芯板和底板就代替暗室測試中的天線，接收被試設(shè)備工作過程中產(chǎn)生的輻射騷擾。GTEM小室的N型接頭接干擾接收機(jī)，通過干擾接收機(jī)便能測試被試設(shè)備工作過程中電磁騷擾的輻射發(fā)射情況。再通過計算機(jī)和處理軟件，以定出被試設(shè)備輻射發(fā)射的測試結(jié)果。注意：這里存在一個在GTEM小室中的測試結(jié)果和開闊場或電波暗室測試結(jié)果的比對問題，從中找出規(guī)律（建立數(shù)學(xué)模型），進(jìn)行必要的修正，而這也正是GTEM小室測試軟件所要解決的問題。另外，被試設(shè)備在GTEM小室中擺放的位置不同，會造成芯板與底板之間相對距離的不同，也將是導(dǎo)致測試結(jié)果不同的關(guān)鍵因素，試驗人員務(wù)必給予充分注意。

在GTEM小室內(nèi)做試品電磁騷擾輻射發(fā)射試驗的操作方法如下：

（1）將被試設(shè)備置于GTEM小室內(nèi)；

（2）外接干擾接收機(jī)，接收被試設(shè)備的輻射騷擾電平輸出；

（3）根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置掃描頻率的范圍和檢波方式及分辨率帶寬；

（4）干擾接收機(jī)測試被試設(shè)備的輻射騷擾電平值；

（5）通過計算機(jī)及軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到最終測試結(jié)果。

注意：用GTEM小室無論是做被試品的射頻輻射電磁場抗擾度試驗，還是做被試品本身在工作中所產(chǎn)生的電磁騷擾輻射發(fā)射試驗，都有一個極化問題（在開闊場和電波暗室中做測試，是通過改變擺放天線的方向來實現(xiàn)的）。在GTEM小室里，由于芯板和底板扮演了天線的角色，它們的位置是不能變化的，所以要想改變電場的極化方向，只能通過人為地改變被試設(shè)備相對于芯板和底板的擺放方向來實現(xiàn)了。

4.2.7 新版國家射頻輻射電磁場抗擾度試驗標(biāo)準(zhǔn)（GB/T17626.3—2006）簡述

由于國際標(biāo)準(zhǔn)的更新，根據(jù)IEC61000—4—3：2002（第2.1版）的內(nèi)容，我國的國家標(biāo)準(zhǔn)也做了相應(yīng)修訂，新版標(biāo)準(zhǔn)的編號為GB/T17626.3—2006。其中最主要的是將試驗的上限頻率進(jìn)一步擴(kuò)展到2GHz，同時高端頻率的最高嚴(yán)酷度等級的驗試驗場強被增至30V/m。本節(jié)就來說明新版國家標(biāo)準(zhǔn)與目前尚在采用的標(biāo)準(zhǔn)之間的差異。

1.標(biāo)準(zhǔn)修訂的主要原因

近年來電子、電氣產(chǎn)品的發(fā)展迅速，特別是無線電話和其他無線電發(fā)射裝置在的使用有了顯著的增加，頻率也有所擴(kuò)展（部分移動電話的使用頻率已經(jīng)擴(kuò)展到了1.8GHz，目前已經(jīng)在朝3GHz方向發(fā)展了）。為了適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，新版的IEC61000—4—3和GB/T17626.3標(biāo)準(zhǔn)把試驗的上限頻率擴(kuò)展到了2GHz（今后完全有可能朝3GHz或更高頻率擴(kuò)展）。

考慮到用戶往往是不拘場合、隨心所欲地在使用移動電話，部分是在離電子、電氣產(chǎn)品距離很近的情況下在使用移動電話，所以就移動電話對近距離內(nèi)的電子、電氣產(chǎn)品來說，產(chǎn)生的場強可能非常強。因此，高端頻率的最高嚴(yán)酷度等級的驗試驗場強被增至30V/m。

2.新標(biāo)準(zhǔn)的試驗嚴(yán)酷度等級

1）一般試驗等級

表4.5所示為頻率范圍為80～1000MHz內(nèi)的優(yōu)先選擇試驗等級。

表中列出的是未經(jīng)調(diào)制的信號場強，在正式試驗時要用1kHz的正弦波對未調(diào)制信號進(jìn)行深度為80%的幅度調(diào)制。根據(jù)需要，有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會在試驗中也可以選擇其他的調(diào)制方式。

2）針對數(shù)字無線電話的射頻輻射而設(shè)定的試驗等級

表4.6所示為頻率范圍為800～960MHz，及1.4～2.0GHz的優(yōu)先選擇試驗等級。

表中列出的是未經(jīng)調(diào)制的信號場強，在正式試驗時要用1kHz的正弦波對未調(diào)制信號進(jìn)行深度為80%的幅度調(diào)制。如果產(chǎn)品只需要滿足某些特定國家的使用要求，則對1.4～2.0GHz的試驗范圍可縮至只滿足當(dāng)事國數(shù)字電話所采用的具體頻段，但在試驗報告中要反映出這一決定。

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會要指定每一頻率范圍內(nèi)的試驗等級。在表4.5、表4.6提到的頻率范圍中，只需要對兩個試驗等級中較高的這一個進(jìn)行試驗就可以了。

表4.5、表4.6中的嚴(yán)酷度等級1、2和3的含義與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是相同的，等級X為一個開放的等級，可通過用戶和設(shè)備制造商協(xié)商，或在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)備說明書中規(guī)定。

通常受試設(shè)備的試驗等級是根據(jù)其最終安裝環(huán)境的電磁情況來選擇的。對大多數(shù)產(chǎn)品來說，在它們的產(chǎn)品族和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)里考慮了使用的環(huán)境，所以它們的試驗等級已經(jīng)確定。

3）試驗場地和試驗設(shè)備

與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)一樣，規(guī)定電波暗室是優(yōu)先選用的試驗場地。要求電波暗室有合適的尺寸，能維持被試品以足夠空間的均勻場域。

作為替代方案，標(biāo)準(zhǔn)還可以采用橫電磁波室、帶狀線、不加襯（不加吸收材料）的屏蔽室、局部加襯（加吸收材料）的屏蔽室及開闊場等。但是這些方案在尺寸、頻率范圍方面各有局限性，有的還可能會違反地方法規(guī)（如開闊場）。選用什么樣的替代方案，關(guān)鍵是要確保試驗條件等效于電波暗室中的條件。

除了電波暗室外，試驗儀器的清單除了要考慮上限頻率為2GHz和最大場強為30V/m這兩個特點外，與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)沒有根本差別。所需的儀器清單如下：

（1）電磁干擾濾波器。要確保濾波器接在線路上不會引起意外的諧振。

（2）射頻信號發(fā)生器。要能夠覆蓋相關(guān)的試驗頻段（上限頻率應(yīng)能達(dá)到2GHz以上），能以1kHz的正弦波進(jìn)行幅度調(diào)制，調(diào)幅深度達(dá)到80%。并具有以1.5×10-3十倍頻程/s或更低的速率自動掃頻的能力。要能對頻率的步進(jìn)幅度和停頓時間進(jìn)行編程。信號發(fā)生器還應(yīng)有手動設(shè)置的功能。

（3）功率放大器。目前已能做到用單個放大器來覆蓋80MHz～1000MHz的頻率范圍。但對1～2GHz這一頻率范圍尚需專門有一個放大器來進(jìn)行放大。放大器產(chǎn)生的諧波和失真電平應(yīng)比載波電平至少低15dB。

（4）發(fā)射天線。在標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的80～1000MHz頻段內(nèi)一般要用兩種形式的天線（分別是雙錐天線和對數(shù)周期天線。前者的使用頻率為20～300MHz，后者為200～1000MHz）。有條件的也可以用能覆蓋80～1000MHz全頻段的復(fù)合天線，避免了在試驗中需要在兩種天線間的切換。但對于1～2GHz的頻率范圍，則要采用角錐喇叭天線和雙脊波導(dǎo)天線（如圖4.18所示）來產(chǎn)生極化磁場。

（5）此外，還要有監(jiān)視水平和垂直極化的場強探頭（或各向同性的監(jiān)視天線）、用于記錄功率電平的場強測試設(shè)備，以及構(gòu)成一個閉環(huán)自動測試系統(tǒng)所需的計算機(jī)和應(yīng)用軟件。

4）試驗場地的校正

在新標(biāo)準(zhǔn)里提出了兩種不同的場地校驗方法，標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為用這兩種方法得出的場地均勻性是相同的。

（1）恒定場強校準(zhǔn)法：

① 把場強探頭放在16個校正點中的某一個位置上。

② 把信號發(fā)生器頻率調(diào)至試驗頻率的下限（如80MHz）。

③ 把饋送到天線去的功率加大到可以獲取所需的試驗場強值，記錄此時的輸送功率值（dBm）。

④ 在保持頻點不變的情況下，依次對其余15個柵格點進(jìn)行場強的校準(zhǔn)，并記錄每一柵格點上的輸送功率。

⑤ 對16個點上的輸送功率值按升序排列。在研究輸送功率的數(shù)據(jù)時，從最大讀數(shù)開始檢查，向下至少有11個點的讀數(shù)應(yīng)該在最大讀數(shù)的-6～0dB容差范圍內(nèi)。

⑥ 若沒有11個點的讀數(shù)在-6～0dB容差范圍內(nèi)，則按同樣程序再繼續(xù)向下檢查讀取的數(shù)據(jù)（在一個頻點上，最多有5個可能點）。

⑦ 如果至少有12個點的讀數(shù)是在6dB范圍內(nèi)，則停止試驗程序，記錄這些讀數(shù)中的最大輸送功率。

⑧ 以當(dāng)前頻率的1%作為頻率增幅，作為新的校準(zhǔn)頻率點。

⑨ 重復(fù)步驟①～⑦，完成對每一頻率點的場強校準(zhǔn)，直至完成上限頻率點的校準(zhǔn)為止。

注意，要測試水平和垂直兩個極化方向的場地均勻性。

（2）恒定功率校準(zhǔn)法：

① 把場強探頭放在16個校正點中的某一個位置上。

② 把信號發(fā)生器頻率調(diào)至試驗頻率的下限（如80MHz）。

③ 把饋送到天線去的功率加大到可以獲取所需的試驗場強值。記錄此時的輸送功率值。

④ 在保持頻點和輸送功率不變的情況下，依次對其余15個柵格點進(jìn)行場強的測量。

⑤ 對16個點上的場強讀數(shù)按升序排列。從場強的最小讀數(shù)開始檢查，向上至少有11個點的讀數(shù)應(yīng)該在最小讀數(shù)的0～6dB容差范圍內(nèi)。

⑥若沒有11個點的讀數(shù)在0～6dB容差范圍內(nèi)，則按同樣程序再繼續(xù)向上檢查讀取的數(shù)據(jù)（在一個頻點上，最多有5個可能點）。

⑦ 如果至少有12個點的讀數(shù)是在6dB范圍內(nèi)，則停止試驗程序，從這些讀數(shù)中找出最小場強的點作為參考點。計算出建立該參考點場強所需的輸送功率值。

⑧ 以當(dāng)前頻率的1%作為頻率增幅，作為新的校準(zhǔn)頻率點。

⑨ 重復(fù)步驟①～⑦，完成對每一頻率點的場強校準(zhǔn)，直至完成上限頻率點的校準(zhǔn)為止。

注意：要測試水平和垂直兩個極化方向的場地均勻性。

不難看出，前面介紹的GB/T17626.3—1998標(biāo)準(zhǔn)的試驗場地場強校驗辦法屬于這里所說的恒功率校驗法。

4.2.8 射頻輻射電磁場試驗的標(biāo)準(zhǔn)點評

（1）標(biāo)準(zhǔn)的每一次發(fā)展都與技術(shù)的發(fā)展密切有關(guān)，由于現(xiàn)在移動電話的廣泛使用，以及移動電話技術(shù)的發(fā)展，在一些產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)草案中有將測試的上限頻率提高（提高到2000MHz）及試驗的場強提高（提高到30V/m）的趨勢。

（2）由于電波暗室的造價昂貴，配合電波暗室試驗所用的儀器價格不菲，使得射頻輻射電磁場抗擾度試驗在企業(yè)中的普及受到限制，目前主要是一些大型實驗室、認(rèn)證檢測機(jī)構(gòu)才能擁有。對于那些有志于提高產(chǎn)品抗輻射能力的中小企業(yè)，選用GTEM小室將是一個不錯的方案，其代價只有產(chǎn)生同樣場強的電波暗室的 ，詳見4.2.6節(jié)說明。