电波射频性能测量分析

1引言

近些年，随着无线电技术的广泛应用，电磁兼容（EMC）测试需求日益增长。要开展电磁兼容测试工作，电波暗室是必不可少的技术设施。屏蔽室6个面均贴有吸波材料的全电波暗室（fullyanechoicchamber，简称FAR）模拟自由空间环境，能将所有反射波减到最低程度，只有发射天线或EUT的直射波到达接收天线。CISPR16-1-4对电波暗室的确认程序及其判据作出了严格的规定，不仅规定了30MHz～1000MHz频率范围内的半电波和全电波暗室的确认方法，同时还给出了1GHz以上的场地确认方法。本文介绍了5m法全电波暗室性能测试中的归一化场地衰减（NSA）、场地电压驻波比（SVSWR）、场地均匀性（FU）和背景噪声的校验与评估测试方法，并根据实际测试中遇到的问题提出了解决方案。

2全电波暗室性能测试方法

2.1归一化场地衰减（NSA，NormalizedSiteAttenuation）

（1）归一化场地衰减介绍归一化场地衰减是电波暗室性能测试的核心指标，将一对天线分别垂直和水平于地面

放置，通过电缆分别与发射源和接收机连接，用发射源电压（VI）减去接收天线终端测得的接收电压（VR）即可以获得场地衰减。该电压测试系统为50Ω系统，如果VI、VR不是从发射天线输入端和接收天线输出端分别测得的，则还需要进行适当的电缆损耗修正，然后再用场地衰减减去两个天线系数，所得的结果被称为归一化场地衰减。（2）归一化场地衰减的有效性准则对于1GHz以下全电波暗室的确认，使用自由空间的NSA法。发射天线为频率范围30MHz～1000MHz的小双锥天线，接收天线为双锥和对数周期天线或者两者的组合天线。此场地确认为空间试验，发射天线分别放在试验空间的3个不同高度和每个高度的至少5个不同位置。测量距离为3m、5m或者10m。当实测的垂直和水平极化NSA测试结果位于理论的归一化场地衰减NSA的±4dB之内时，则认为该场地符合要求。（3）归一化场地衰减的测试方法测试频段为30MHz~1GHz，发射天线位于转台中心的前1m处，需要在中心位置以及对应于将会被EUT占据的测试空间的左、右边缘，进行多达12个测试位置的测量。发射天线初始高度为1.98m（发射天线距转台0.8m，转台距铁氧体1.18m）。接收天线距离发射天线5m，高度固定在2.98m，收发天线的极化分为水平和垂直；测试时，收发天线的极性要保持一致，收发天线的类型和具体摆放位置如图1所示，发射天线的高度为1.98m，对准接收天线的仰角约为11.0°。收发天线的线缆连接到矢量网络分析仪，并由该矢量网络分析仪完成收发过程（S2端发、S1端收），S1端加一个放大器来抑制底噪。矢量网络分析仪通过USB与电脑控制器直接连接，并设置接收天线的高度、极化、空间衰减修正等参数。发射天线在1.98m位置测试完成后，依次将发射天线的高度调节到2.98m、3.98m进行测试，测试方法相同。（4）归一化场地衰减测试中遇到的问题在对发射天线2.98m高度进行NSA首次测试时，发现测试结果不满足有效性准则，遂对测试环境及系统进行问题查找。通过重新测量，收发天线的距离为5m，并且发现光纤存在问题。在更换了接收天线连接处的一根光纤后重新对场地进行测试，结果符合有效性准则，并对接收天线1m高度重新测量确认及测试（但是在未来的测试中，测试天线降不到1m的高度），结果符合有效性准则。改变发射天线在转台上的位置，并且依次改变高度和对应角度，测试方法与发射天线位于转台上的前点时相同。因为转台后点位置与墙体的距离大于0.5m,依据标准转台中心的后点不需要做NSA测试。（5）归一化场地衰减测试中影响因素分析NSA是信号从发射源传输到接收机时，场地影响所产生的损耗，它反映了场地对电磁波传播的影响。因此，要把其他也会影响电磁波传播的因素降到最低，例如线缆材料的选择、实际与收发天线的连接长度和接触情况、与天线极化方向是否正交等都会对测试结果产生影响，而无法正确评估测试场地的性能。例如，转台中心未作处理的线缆线头也会对实际的测试产生影响，测试过程中尽量将线缆线头远离收发天线测试的区域。

2.2场地电压驻波比（SVSWR）

（1）场地电压驻波比介绍与全电波暗室30MHz~1GHz自由空间传输损耗测试目的相同，全电波暗室场地电压驻波比SVSWR测试的目的，是验证频率在1GHz～18GHz范围内的暗室性能。IEC于2007年通过了CISPR/A/710/FDIS草案，以场地电压驻波比SVSWR（SiteVoltageStandingWaveRatio）测试取代1GHz以上NSA测试。场地电压驻波比性能测试是评估暗室内是否存在超过电平限制要求的电磁波反射，从而避免任意尺寸和形状的EUT被放入测试静区后，对EUT辐射发射测试造成影响。空间的驻波是由直射信号和反射信号叠加产生的，数值上表现为合成信号幅度的最大值和最小值之比，故反射信号越强，产生的空间驻波就越大。（2）场地电压驻波比有效性准则离散的6个频点信号场强值经空间损耗修正后，其最大值与最小值之比即为该位置的空间驻波比，计算公式为：，要求所有测试位置的驻波比值均小于等于6dB，该项测试即为合格。（3）场地电压驻波比实测过程发射天线初始位置在转台中心的左边，依次是转台中心、转台中心的右边、前边和前上方，每一个测试位置都包含6个测试点，在40cm直线上不均匀分布，参考距离分别为2cm、10cm、18cm、30cm、40cm（见图2）。发射天线的支架选用了空心且管壁较薄的PVC材料，该材料高频电导率低，能够避免对信号形成较大的反射影响。收发天线极化是水平和垂直，发射天线的高度为2.98m（转台距铁氧体1.18m,测试距离从转台上方0.8m起抬高1m），接收天线与发射天线保持一致为2.98m，接收天线要接一个放大器来提高测试灵敏度，如图3所示。确定好收发天线的位置后，用线缆将它们与全电波暗室外的矢量网络分析仪的S1、S2端连接在一起，矢量网络分析仪与电脑控制器通过USB连接，在测试过程中，通过电脑控制器上的软件进行收发控制和信号的采集。（4）场地电压驻波比测试遇到的问题当首次测试到1GHz~6GHz水平SVSWR时，发现测试结果超过了指标的6dB，通过检查测试系统与环境及以下过程判断问题点：①检查发射天线线缆是否松动，重新连接；②考虑是否是转台中心线缆线头未作处理而对测试结果造成影响，所以用吸波材料罩住多余的线缆线头，补偿其反射影响，测试结果仍然不合格；③将发射天线抬高20公分，测试结果合格；④重新连接接收天线处放大器的光纤，测试结果合格；⑤将发射天线的高度降回标准位置，取下线缆上的吸波体，测试结果合格。最后确定是由于测试系统中放大器与光纤连接的问题导致测试结果不符合。（5）场地电压驻波比测试影响因素分析暗室的设计施工和吸波材料会对SVSWR测试产生直接的影响，当测试结果不准确时，要对一个测试点重复测试2~3遍，确保系统重复性没有问题。尽量选用矢量网络分析仪进行信号的收发，其好处是测试速度快、测量动态范围较大，可以不必使用前置放大器。该系统对信号的收发都由电脑控制仪器完成，并将收发信号数值采集下来。当一个位置的6个点都测完后，自动计算该位置的驻波比值，来判断是否合格，效率比较高。在对EUT测试中，应该选用优质的微波信号线缆进行信号的传输，以降低损耗，提高测试精确度。

2.3场地均匀性（FU）

（1）场地均匀性的定义场地均匀性是为在暗室中进行电磁辐射敏感度测量而制定的。敏感度测量需在被测设备处产生（3V/m~10V/m）场强，考察是否会引起EUT工作性能下降。国际标准中规定在静区地板上方0.8m处高度规定一个1.5m×1.5m的假想垂直平面，即均匀区。（2）场地均匀性有效性准则标准规定区域（1.5m×1.5m）内75％的表面上场的幅值在标称值的+0dB到+6dB范围内，即认为该场是均匀的。对于0.5m×0.5m的最小均匀区域，方格中4个点的场强值应该位于这个允差之内。（3）测试方法场地均匀性测试频段根据天线的不同分为几个频段，分别为26MHz~200MHz、200MHz~1GHz、1GHz~6GHz、6GHz~18GHz频段。场强探头（全向性）在转台上，为接收端，正前方3m处为发射天线，接收探头的高度分别为转台之上0.8m、1.3m、1.8m、2.3m。发射天线为2.73m。发射天线高度的计算：1.18m+0.8m+0.75m=2.73m，即16点均匀场的正中心，如图4所示。现在的测试可以满足覆盖整个16个点的均匀场的条件。如果不能满足，可以使用替代法，收发距离是1m，分别对准4个相邻点的正中心进行测试。在测试不同频段的FU时，要更换对应的发射天线、接收端的功放和定向耦合器。

2.4背景噪声

（1）背景噪声的介绍在EUT断电但辅助设备通电时，试验场地的传导和耦合电平与频率的关系通常叫做该场地的电磁环境电平，也叫做背景噪声。（2）背景噪声有效性准则电磁环境电平应至少低于规定极限值6dB。（3）背景噪声测试方法转台距天线为5m，测试频段分为30MHz~1GHz、1GHz~18GHz。测试前，矢量网络分析仪需要自校准，然后再校准放大器和线缆；更换放大器和线缆，再次校准新的放大器和线缆。两个天线塔对应放置低频天线和高频天线，调整两个天线塔的高度，同时转动转台，保证暗室中的电器同时在工作的情况下进行背景噪声测试，接收天线连接功放室里的ESU40，通过GPIB线与矢量网络分析仪连接，在ESU40上可以观察到修正后的暗室电平值，测试结果会在计算机的集成软件上直接显示出来。

3总结

本文根据实际建设情况介绍了5m法全电波暗室的NSA、SVSWR、场地均匀性以及背景噪声性能要求及测试方法，测试过程严格按照CISPR要求进行。当测试结果不满足要求时，要从最基本的部分查找原因，如屏蔽门、线缆的摆放及连接、收发天线的位置等，然后再进一步查找链路的衰减问题和吸波材料的铺设问题。