CISPR16-2-3

CISPR16-2-3 / GB/T6113-203 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第2-3部分：无线电骚扰和抗扰度测量方法 辐射骚扰测量 Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods—Part 2-3: Methods of measurement of disturbances and immunity—Radiated disturbance measurements

现场测量(9 kHz~18 GHz）

现场测量的适用性和准备

现场测量可用于研究特定位置骚扰的问题,例如, 当怀疑电气设备干扰到附近的无线电信号接收时。如果由于技术原因无法在标准试验场地进行辐射发射测量, 而相关的产品标准允许, 则现场测量也可用于符合性评估。由于EUT太大、太重等技术原因, 或者EUT布置费用太高等其他原因, 也允许进行现场试验。同一型号的EUT在不同场地的现场测量结果与标准试验场测得的结果通常是不同的,因此现场测量不能用于型式试验。

注: 一般来说,由于现场环境中导电结构(或多或少影响了环境电磁场)与测量天线/EUT间的相互的耦合造成的缺陷使现场测量不能完全替代GB /T6113.104 — 2016中规定的适宜的测量场地(开阔测试场或或其他替换场地,例如(半)电波暗室)。

EUT通常由一个或多个装置和/或系统组成, 或是成套设备的一部分,或与成套设备连接。EUT连接外围各部分的边界通常作为确定测量距离的参考点。在某些产品标准中, 将商业园区或工业园区的外墙或边界作为参考点。

初步试验用以从环境信号中识别EUT中潜在骚扰源(例如, 振荡器) 的骚扰场强的频率和幅度。

对于这些测量, 推荐使用频谱分析仪替代接收机, 这样可进行大量的频谱分析, 附录E中给出了使用频谱分析仪进行符合性试验的适用性测定。

推荐将电流探头放在连接线缆上或将近场探头或测量天线放置在靠近EUT处, 来确定骚扰信号的频率和幅值。

若可能, 应在EUT产生最高骚扰场强的运行模式下, 对选定的频率进行测量。后续测量也应在EUT的这些运行模式下进行。

当EUT是设备的一部分且不能独立于其他设备运行, 很难找到产生最大骚扰的条件。对于某些设备及其运行模式, 运行状况(尤其是周期性运行的设备) 可能与时间相关。此时选定的观察周期应足够长以保证达到产生最大骚扰的条件。

在近似相同的测量距离上围绕EUT对每一个被选频率进行测量, 以确定最大骚扰场强产生的方向。应至少测量EUT三个不同方向产生的骚扰。在每个频率上的最终骚扰场强测量时应考虑当地的环境条件,并在产生最大骚扰场强的方向上(频率不同方向可能不同) 进行测量。应分别在天线水平极化和垂直极化下测量最大骚扰场强。如果被测骚扰场强与环境电平之比小于6 dB,可参照附录A的方法进行测量。

9 kHz~30 MHz频率范围内的场强现场测量

测量方法

磁场骚扰场强应在 EUT 产生最大骚扰场强的运行模式下在最大辐射方向上测量。 水平极化骚扰场强应使用GB/T6113.104 — 2016中4.3.2规定的环天线, 在标准测量距离dlimit下测量, 天线高度为1m (地面与天线最低部分间的距离),旋转天线以确定最大骚扰场强。

在任意布置的方向上测量最大骚扰场强, 应将天线定位在三个正交方向上, 被测的场强由下式计算:

当给出了E场的等效限值,而被测场强为磁场分量, H场强可以通过自由空间阻抗377Ω转化为对应的E场强, 即将H场强的读数乘以377。H场强由下式给出:

当限值为磁场强度时, H 场强值可直接应用。 如果天线不能在三个正交方向上测量,为了测量到最大骚扰场强, 可以手动旋转天线至最大读数的方向。

非标准距离测量

如果无法在产品或通用标准上规定的标准测量距离 d limit 进行测量,那么应在最大辐射方向上, 在小于或大于标准测量距离的位置进行测量。如果无法在标准距离测量,应至少在大于或小于标准测量距离的三个不同测量距离上测量。

测量结果(用dB表示)作为测量距离的函数在对数坐标上描点。用一条线连接测量结果。这条线表示场强随距离的增加而减小,可用此线确定其他测量距离上的骚扰场强,例如,标准距离处的场强。

30 MHz 以上频率范围的场强现场测量

测量方法

骚扰场强应在 EUT 产生最大骚扰场强的运行模式下和在 EUT 最大辐射方向 的标准距离位置上测得。应尽可能使用宽带天线在 1 m~4 m 高度范围测量水平极化和垂直极化的骚扰场强的最大值。测得的最大值即为测量值。

推荐使用双锥天线测量200MHz以下频段, 使用对数周期天线测量200MHz以上频段。测量天线与附近任意金属物体(包括线缆)的距离应大于2m。

非标准测量距离

在产品标准或通用标准中规定了 标准测量距离 d std 。 如果不能在标准测量距离测量, 应按照条款在不同的测量距离上测量骚扰场强。 每次测量都应进行天线高度扫描, 在对数坐标上被测场强是测量距离的函数, 因此可以按照 7.7.2.2 通过描点确定标准距离 d std 上的骚扰场强。如果测量距离处受限于建筑物的外墙或边界, 因而不能在不同距离进行测量, 可用式( 14 )将测量结果转换为标准距离的场强:

式中: E std———标准距离上的场强, 单位为分贝 微伏每米[ dB ( μ V / m )], 用于与发射限值比较;

E meas———测量距离处的场强, 单位为分贝 微伏每米[ dB ( μ V / m )]; d meas———测量距离, 单位为米( m ); d std———标准测量距离, 单位为米( m ); n 取决于测量距离 d meas , 如下:

• 若 30 m≤ d meas n =1 ;
• 若 10 m≤ d meas <30 m n =0.8 ;
• 若 3 m≤ d meas <10 m n =0.6 。

注: n <1 适用于测量距离与到 EUT 的距离不同的情况。 测量距离不能小于 3 m 。 如果不能在不同距离测量, 和因测量距离未涉及建筑物的外墙或边界而不能使用式( 14 ), 则通过测量辐射骚扰功率来确定场强(见 7.7.4 )。

用替换法进行骚扰有效辐射功率的现场测量

一般测量条件

若EUT可以关闭且EUT可以被移除和替代,则使用替换法没有附加条件。

若EUT不能被移除且其前表面为大的平面, 应考虑到此表面对替换法的影响[见式( 14 )]。 如果测量方向上EUT的前表面不平,无需考虑因此引起的附加的测量不确定度。

若EUT不能关闭, 只要EUT在特定频率点的骚扰场强比其邻近频率的场强至少高20dB(邻近频率指在一个或两个接收机 IF带宽内的频率),就仍可以在邻近频率上用替换法测量辐射功率,选择频率时应尽可能考虑可能对无线电业务的骚扰。

30 MHz~1 000 MHz 频率范围

测量距离

所选的测量距离应满足远场条件。 如果满足以下条件, 则被认为满足远场条件, 见式( 15 ):

• d > λ /( 2π ); 且
• d ≥2× D2 /λ

式中: d———测量距离, 单位为米( m ); D———包括线缆在内的 EUT 最大的尺寸, 单位为米( m ); λ———波长, 单位为米( m )。 或者如果测量距离 d ≥30 m , 也认为满足远场条件。 在远场条件下, 式( 14 ) 中 的系数 n 假定为 1 。 如果选定的测量距离较短, 可通过 7.7.3.2 提到的程序验证场强与距离成反比以 确认此假定的有效性。 若由于客观条件需要缩短测量距离, 应给予说明。

测量方法

有效辐射骚扰功率应在EUT产生最大骚扰场强模式下的最大辐射方向上测量。按照 7.7.4.2.1 选取测量距离, 应尽可能地在1m~4m范围内改变天线的高度确定所选频率点的最大骚扰场强。 有效辐射骚扰功率的测量应按照步骤 a )~g)进行: a )EUT 应被断开并移除。 用半波偶极子天线或其他具有类似辐射特性的天线(增益为 G ) 替代。若移除 EUT 是不现实的, 则应将半波或宽带偶极子天线(频率低于 150 MHz 时 EUT 耦合最小)放在靠近 EUT 的位置。 天线与 EUT 的距离不超过 3 m 。 b )信号发生器给半波(或宽带)偶极子发送与 EUT 运行时发射频率相同的信号。 c )半波偶极子(或宽带天线)的位置和极化方向应使接收机能接收到最大场强。如果EUT未被移除,若可能,关闭EUT, 将偶极子在距EUT不超过3m的范围内移动。 d )改变信号发生器输出 的功率, 直至测量接收机的读数与所测 得的 EUT 的最大骚扰读数相同为止。 e )如果EUT的前面为一个大的平面(例如,一个带有有线电视网络的建筑物),替代天线(半波偶极子)放置在此平面 (建筑物前壁)前约1m 处。替代的位置应选择在虚拟替代天线和测量天线的连线垂直于建筑物表面。 f )改变接收天线的高度、极化方向和半波偶极子(或宽带天线)到平面的距离, 使接收机接收到最大场强。 g )信号发生器的功率按照 d )进行变化。 对于被移除的 EUT , 或者无法移除的 EUT [分别见步骤 a )和步骤 c )], 信号发生器功率 P G 加上发 射天线相对半波振子天线的增益 G 等于要测量的有效辐射骚扰功率 P r , 如式( 16 )。 P r = P G + G …………………………( 16 )

当 EUT 在假想的平面(例如, 电信交换大楼) 内, 放置在此表面前的偶极子天线的增益将增加, 有效辐射功率由 式( 17 )给出 : P r = P G + G +4 dB…………………………( 17 ) 式中: P r ———单位为分贝 皮瓦[ dB (pW)]; P G ———单位为分贝 皮瓦[ dB (pW)]; G———单位为分贝 ( dB )。 有效辐射骚扰功率可用于计算在标准测量距离d std处的骚扰场强。自由空间场强E free可由式( 18 )计算。 …………………………( 18 )

式中: E free ———单位为微伏每米( μ V / m ); P r———单位为皮瓦(pW); d std ———单位为米( m )。

如果要将式( 18 )计算得到的自由空间场强与标准测量场地骚扰场强限值比较, 应考虑到由于地面反射, 在标准场地测量的场强幅度高于式( 18 )得到的自由空间场强大约 6 dB 。考虑此增量修改式( 18 )。 因此可用式( 19 )计算垂直极化方向上标准距离处的骚扰场强:

E std = P r -20lg d std +22.9…………………………( 19 )

由 于 160 MHz 频率以下水平极化方向上的最大场强不是在标准试验场地测量, 因 此 6 dB 系数应

修正如式( 20 ):E std = P r -20lg d std +16.9 + ( 6 - C c )…………………………( 20 )

式中: E std ———单位为分贝 微伏每米[ dB ( μ V / m )]; f———测量频率; d std ———单位为米( m ); C c———水平极化修正系数(见表 6 )。假定辐射源高度为 1 m 。

这种骚扰场强的测量方法主要用于测量天线和 EUT 之间有障碍物的情况。

表 6 作为 频率的函数水平极化修正系数

表 6 作为 频率的函数水平极化修正系数

f MHz	30	40	50	60	70	90	100	120	140	160	180	200	750	1000
C cdB	11	10.2	9.3	8.5	7.6	5.9	5.1	3.4	1.7	0	0	0	0	0

1 GHz~18 GHz 频率范围

测量距离

测量距离的选择应满足远场条件。用双脊波导喇叭天线或对数周期天线测量得到的辐射骚扰功率与距离的函数来验证远场条件。若测量距离等于或大于转折距离, 则满足远场要求。转折距离由图22的转折点确定。对测量结果进行描点, 两条间距5 dB的平行线应包括尽可能多的测量结果。转折点前为横线, 转折点后的辐射功率随距离增加而下降,斜率为20 dB/10倍频程。

图 22 转折距离的确定

测量方法

辐射骚扰功率应在EUT产生最大骚扰场强的模式下且在最大辐射方向上测得。用双脊波导喇叭天线或对数周期天线确定最大辐射的方向。根据 7.7.4.2.1 选择测量距离,测量被选定频率的骚扰场强。稍微改变天线的位置,确保此处不是场强的最小点(例如, 反射)。

测量辐射骚扰功率时, EUT应关闭,双脊波导喇叭天线或对数周期天线靠近EUT放置或取代EUT的位置。在相同频率上, 信号发生器给天线馈送信号。天线的方位应能使测量接收机接收到最大场强。应固定天线位置。改变信号发生器的输出功率直到测量接收机接收值与EUT产生的功率相同。信号发生器的输出功率PG加上传输天线相对于半波偶极子的增益G等于辐射骚扰功率Pr,如式( 21 ):

P r = P G + G…………………………( 21 )

式中: P r ———单位为分贝 皮瓦[ dB (pW)];

P G ———单位为分贝 皮瓦[ dB (pW)]; G———单位为分贝 ( dB )。

测量结果说明

现场测量的特殊环境和条件应给予说明, 以便当重复测量时能重现测量条件。测量说明应包括以下内容: ———用现场测量替代标准场地测量的原因; ———EUT 的描述; ———技术文件; ———标明测量位置现场测量示意图; ———被测装置的描述; ———被测装置和 EUT 之间所有连接的细节: 技术数据和位置/布置细节; ———运行条件的描述; ———测量设备的细节; ———测量结果: ●天线极化; ●测量值: 频率、测量电平和骚扰电平; 注: 骚扰电平是指归一化到标准测量距离上的电平。 ●干扰程度的评估(如果适用)。

现场测量的不确定度

CISPR TR16-4-1 中给出 了发射测量不确定度的一般和基本考虑。

替换法测量(30 MHz~18 GHz）

概述

替换法用于测量EUT包括线缆和内部电路在内的机箱EUT辐射的无线电骚扰。EUT既可以是不带任何连接端口的独立单元, 也可以是带有一个或几个电源或外部连接端口的设备。为了将来产品标准的制定,要求产品委员会采用在7.6中描述的1 GHz~18 GHz的场强测量方法。

试验场地

试验场地应是一块平坦场地。 可以使用室内场地, 但为了 满足稳定性要求及避免来自 于周 围环境 的严重反射, 需要一些特殊布置, 尤其是在较高频段。 例如, 测量天线需要加上角 形反射器, EUT 后面 需要有吸波墙。 场地的适用性用如下方法确定。

两个水平极化半波偶极子天线, 记作A和B (见 7.8.3 ), 应间隔测量距离d、以相同的架设高度h相互平行放置,天线的架设高度离地不小于1 m。偶极子天线B连接到信号发生器,偶极子天线A连接到测量接收机的输入端。信号发生器调谐至测量接收机给出最大指示值位置,其输出也调节至一个合适的电平。如果偶极子天线B沿任意方向移动100mm时,测量接收机的指示变化不超过±1.5dB,则认为该场地适用于该测量频段内的测量。测量应在整个测量频段内重复进行, 频率间隔应足够小以 保证场地对在所有频点上的测量都是满足要求的。如果EUT还需要垂直极化测量(见 7.8.5 ),则测量场地的适用性试验还应在两偶极子天线垂直极化放置时重复进行。

试验天线

如图23所示的测量天线A和B如上所述为半波偶极子天线。对于1 GHz以下的频段,对发射天线B的基本要求是在它最大辐射方向上的辐射功率应与其终端功率相关。接收天线A也应是半波偶极子天线,其实际的灵敏度应包含在替代法测量系统的校准中。对于1GHz~18 GHz的频率范围,宜使用线极化喇叭天线。

a )测量

b )校准

图 23 替代测量法的配置

EUT 的布置

EUT应放置在一个具有水平旋转装置的绝缘台上, EUT应布置得使它的几何中心与早先用作偶极子天线B(图23)中心点的那点相重合。如果EUT是由一个以上的单元组成,则每个单元应分别测量。如果工作不会受到不利影响,则卸去EUT可拆卸的导线。需要的导线应配备铁氧体吸收环, 并放置在不会影响测量结果的位置上。对于屏蔽的EUT,所有不使用的连接端都应屏蔽端接。

试验程序

按 7.8.4 所叙述的方法布置 EUT 时, 水平极化测量偶极子天线 A 的放置与验证测量场地时相同。 偶极子天线应垂直于通过其中心和EUT中心的垂直面。第1次EUT在其正常使用时的台式放置位置上测量,第2次将其垂直旋转90°后,在平时的垂直面一侧进行测量。每次测量时,EUT都要在水平面内旋转360°,最大读数即为EUT的被测特性值。

用半波偶极子天线B来代替EUT即可以进行测量系统的校准。与信号发生器相连的该校准偶极子天线B的中心应放置在与之前EUT的几何中心相同的位置上并与测量天线A平行。EUT机箱在每个测量频点上的辐射功率定义为当信号发生器的输出 调节为测量接收机之前所记录的最大读数(Y)时,半波偶极子天线B的终端功率。

当用测量偶极子天线进行水平极化和垂直极化测量时,对两种方式都应分别校准。

替换试验方法的测量不确定度

CISPR TR16-4-1 中给出 了发射测量的不确定度的一般和基本考虑。

混响室测量( 80 MHz~18 GHz )

辐射发射可按照 IEC61000-4-21 [ 8 ] 中规定的方法在混响室中进行测量。 使用可替换的试验方法的条件见 CISPR TR16-4-5 。 CISPR16-4-1 给出 了发射测量不确定度的一般和基本描述。

TEM 室测量( 30 MHz~18 GHz )

辐射发射可按照 IEC61000-4-20 中规定的方法在 TEM 室中进行测量。 使用可替换的试验方法的条件见 CISPR TR16-4-5 。 CISPR TR16-4-1 给出 了发射测量不确定度的一般和基本描述。