emc测试中天线系数的误差分析

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1、万方数据EMC测试中天线系数的误差分析沈国连2001年6月第32卷第2期(总103期)沈国连(中国航空无线电电子研究所上海200233)[摘要]指出了目前正在使用的两种天线系数校准方法的不足；引入了配置天线系数及其配置不确定度的概念：提出了减小天线配置不确定度的途径。[关键词]天线系数；配置不确定度；误差分析[中图分类号]TN820．1+7[文献标识码]A[文章编号】1006·141X(2001)02-0001·051引言在电磁兼容性试验中，天线是必不可少的重要部件。尤其在被测件对外的电场辐射干扰试验中，人们利用接收天线的输出电压

2、u，和天线系数AF之和来获得被测设备的干扰电场。本文从多个角度对天线系数及其误差进行定量分析。提出了固有天线系数及其不确定度和配置天线系数及其配置不确定度的概念，并且指出，建造大型高质量的全波暗室是大幅度降低配置不确定度的必经之路。2自由空间中的天线系数是天线本身固有的参数天线的增益、波束宽度等参数都是天线在自由空间和远场条件下得到的。在电场辐射干扰测试中，天线系数采用如下定义，即：F么F=兰①U，式中，爿尸一接收天线的天线系数：占一入射到接收天线参考面上均匀平面波的电场强度；以一接收天线输出电压。在自由空间中，当接收天线处于发射

3、天线的远场且与50Q接收系统匹配时，彳尸可以表示为波长和增益的函数。4F：罂②允√G式中，／【一工作波长；扣天线增益。根据天线增益G的定义，它是一个唯一确定的自由空间中的远场参数，所以由式②得到的天线系数月F也是唯一确定的，它本身没有水平极化和垂直极化之分。正因为如此，我们把它定义为接收天线的固有天线系数，记作织，相应的增益记作岛，从而蝣焉③3固有天线系数的不确定度在式⑨两边取对数得20log彳气：20log辈-10l。gGo④令20log么磊=么磊(如)10logG0=Go(如)式④变成彳磊(扭)：20l。g辈一G。(拈)⑤彳磊

4、(扭)=20log÷}一Go(拈)⑤显然，当工作频率固定后，G例的不确定度万方数据June200lv01．32No．2(SerialNo．103)航空电子技术AVIONICSTECHNOLOGY就是爿局亿矽的不确定度。在天线测量中，岛亿砂的不确定度一般取±1dB，故纸例的不确定度为U，=±1拈⑥4生产厂家提供的天线系数及其不确定度目前国内执行GJBl52A一97标准的检测机构大都采用进口天线。按照标准规定，每个接收天线至少每两年计量一次，但实际情况是，国内的计量部门目前还不具备计量这些天线的能力。下面，以美国EMCO公司型号为31

5、09中某一天线的实际校准数据为例来判断其天线系数的不确定度。从表1可以看出：表1EMC03109天线系数的典型数据EMCO31091．0m法校准3．0m法校准频率天线系数增益值增益天线系数(MHz)(dB)分贝值(dB)增益值增益分贝值3012．00．06—12．213．70．04一14．01009．91．070．39．71．120．520014．71．441．613．12．043．130022．80．50—3．020．20．90—0．5(1)无论是1米法校准还是3米法校准，天线系数和天线增益的关系服从自由空间中远场条件下天线系数

6、的理论计算公式②，因此，从形式上看，3109天线系数的不确定度U3f，尹±、dB④(2)但是，EMCO3109天线的长为133cm，如果用1米法校准，要达到远场条件，仅当频率在50MHz以上时才能使用公式②。为了满足MIL—STD一462D(GJBl52A一97与之对等)的1米法测量距离要求，天线制造厂家把远场条件下校准天线系数的方法照搬到处于近场状态下的待校接收天线。所以，1米法的校准数据在低频段会对国军标中REl02的测量结果造成不利影响。5屏蔽暗室中视在增益校准法的不足GJBl52A一97中规定，在对被测设备(EUT)进行R

7、El02测试前，按照QJ2840—96标准先对天线进行现场校准，我们把这一方法称为视在增益校准法。然而，QJ2840—96仍然照搬了自由空间及远场条件下天线系数的校准方法。根据QJ2840—96，我们可以推理出发射天线在离接收天线1米处产生的电场强度为E=⑧式中，E。一发射天线在接收天线参考点处的电场强度：U，一发射天线输入口电压：U，一接收天线输出口电压。理论和实践告诉我们，如果把一对相隔1米，并且处于近场状态下的收发天线放在两个电磁检测环境不同的屏蔽暗室中现场校准，当发射天线输入电压U．保持不变时，必然会得到两个不同的接收天线

8、输出电压U，，按照式⑧就会得到两个不相同的辐射电场E。。这样会使人门难以准确判断该发射天线的辐射能力，更无法给出具有实际意义的天线系数不确定度。可见，在理论上，视在增益校准法并不能改善测试结果的一致性。6天线系数在自由空间与屏蔽暗室中的差异万方数据