醫(yī)用電器設(shè)備輻射抗擾度

1、醫(yī)用電器設(shè)備輻射抗擾度醫(yī)用電氣設(shè)備的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)YY0505-2005不久將要正式執(zhí)行，各地的醫(yī)療器械檢測(cè)機(jī)構(gòu)也都在加緊建設(shè)電磁兼容試驗(yàn)室，而輻射抗擾度系統(tǒng)是電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)中，最復(fù)雜、涉及儀器最多、投資也最大的一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)（不包括電波暗室測(cè)試場(chǎng)地本身），因此有必要對(duì)醫(yī)用電氣設(shè)備輻射抗擾度系統(tǒng)的選型進(jìn)行一下探討。1 總體要求醫(yī)用電氣設(shè)備輻射抗擾度系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）一般情況下包含信號(hào)發(fā)生器、發(fā)射天線、功率放大器、射頻切換開(kāi)關(guān)、功率計(jì)、場(chǎng)強(qiáng)探頭、定向耦合器等關(guān)鍵設(shè)備。系統(tǒng)應(yīng)能在80MHz2.5GHz頻段內(nèi)按照醫(yī)用電氣設(shè)備的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)YY0505-2005/IEC60601-1-2:2001進(jìn)行輻射抗

2、擾度測(cè)試，能以2Hz和1kHz的正弦波進(jìn)行幅度調(diào)制，調(diào)制深度80，計(jì)算機(jī)控制軟件具有1.5×10-3十倍頻程/s自動(dòng)掃描功能和手動(dòng)設(shè)置功能。另外系統(tǒng)還應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T17626.3：2006的要求，在暗室內(nèi)通過(guò)20V/m的場(chǎng)均勻度校準(zhǔn)。雖然YY0505-2005標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定的最大測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)值為10V/m，但由于GB/T17626.3：2006要求校準(zhǔn)時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)值至少為測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)值的1.8倍，新的英文標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-3:2008里則建議為2倍，所以需要進(jìn)行20V/m的場(chǎng)均勻度校準(zhǔn)。在國(guó)外最新討論的IEC60601-1-2標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)準(zhǔn)備將最高頻率上升到6GHz，因此在條件允許的情況

3、下，盡可能使得一些設(shè)備滿足6GHz或更高頻率的要求,如信號(hào)發(fā)生器、發(fā)射天線、功率計(jì)、場(chǎng)強(qiáng)探頭及場(chǎng)強(qiáng)監(jiān)視器等，避免因標(biāo)準(zhǔn)變化而需要升級(jí)時(shí)達(dá)不到相應(yīng)的頻率要求。功率放大器由于金額比較大，可以在資金充足的時(shí)候加以配齊，但應(yīng)考慮將來(lái)配置2.56GHz功率放大器的安裝空間和射頻切換開(kāi)關(guān)的切換問(wèn)題。圖1 醫(yī)用電氣設(shè)備輻射抗擾度系統(tǒng)2 硬件要求2.1 信號(hào)發(fā)生器在YY0505-2005標(biāo)準(zhǔn)里，規(guī)定的輻射抗擾度測(cè)試頻率范圍為80MHz2.5GHz，因此信號(hào)發(fā)生器的覆蓋頻率范圍至少包括80MHz2.5GHz。另外標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了針對(duì)控制、監(jiān)視或測(cè)量生理參數(shù)用途的醫(yī)用電氣設(shè)備需要進(jìn)行2Hz的幅度調(diào)制，其他所有設(shè)備則進(jìn)

4、行1kHz的幅度調(diào)制，所以信號(hào)發(fā)生器最好能同時(shí)具備內(nèi)置2Hz及1kHz的正弦波進(jìn)行幅度調(diào)制功能（許多信號(hào)發(fā)生器暫時(shí)還不具備內(nèi)置2Hz幅度調(diào)制的功能），調(diào)制深度80。如果信號(hào)源沒(méi)有內(nèi)置2Hz幅度調(diào)制的功能，則需要再購(gòu)買外置函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制，不僅增加費(fèi)用，也增加了系統(tǒng)得復(fù)雜性。2.2 發(fā)射天線發(fā)射天線的頻率范圍也至少應(yīng)覆蓋80MHz2.5GHz。當(dāng)然天線也可以根據(jù)頻段分成幾根天線，例如1GHz以下采用對(duì)數(shù)周期天線，1 GHz以上采用喇叭天線。天線的增益應(yīng)盡可能大，這樣可以保證功放在同樣的輸出功率情況，天線發(fā)出較高的場(chǎng)強(qiáng)值。天線的駐波比應(yīng)小于2。天線端的輸入功率根據(jù)公式：Pt（W）=E

5、：要求的場(chǎng)強(qiáng)；r：測(cè)試距離；：天線增益。輸入功率不可超過(guò)天線的承受能力。發(fā)射天線最好自帶天線支架，盡量不借用暗室內(nèi)的天線升降塔，因暗室內(nèi)的天線升降塔主要為測(cè)量天線使用。因1GHz以下的發(fā)射天線一般都比較笨重，所以最好能在氣動(dòng)或電動(dòng)狀態(tài)下自動(dòng)變換極化方向。如果不能，則需要能在單人操作的情況下輕松改變極化方向但不影響發(fā)射天線的中心高度。2.3 功率放大器功率放大器的頻率范圍也至少應(yīng)覆蓋80MHz2.5GHz。當(dāng)然也可以根據(jù)頻段分成幾個(gè)功率放大器，例如以1GHz頻率點(diǎn)為界，分成上下兩個(gè)功放。由于功率放大器的價(jià)格相對(duì)功率的大小基本上呈現(xiàn)平方數(shù)的增長(zhǎng)，因此處于成本的因素和滿足測(cè)試指標(biāo)的需要，計(jì)算所需功率

6、從而選擇合適的放大器是很有必要的。一般情況下應(yīng)當(dāng)考慮測(cè)試距離誤差、調(diào)制方式、天線駐波比以及電纜和接頭的損耗，另外GB/T17626.3：2006標(biāo)準(zhǔn)里要求放大器產(chǎn)生的諧波和失真電平應(yīng)比載波電平至少低20dB，因此還應(yīng)保證功率放大器工作在線性區(qū)，且一般工作在最大輸出功率的90范圍內(nèi)。2.4 射頻切換開(kāi)關(guān)如果在80MHz2500MHz頻段內(nèi)采用2個(gè)或2個(gè)以上的功放，則需要有射頻切換開(kāi)關(guān)，以保證能自動(dòng)將放大器的輸出切換到規(guī)定頻段，避免電纜人工經(jīng)常切換。在80MHz1000MHz頻段應(yīng)能夠承受300W功率，在1000MHz2500MHz頻段應(yīng)能夠承受150W功率。2.5 功率探頭至少需要有2個(gè)功率探頭

7、，一個(gè)記錄前向功率，一個(gè)記錄反向功率。有時(shí)儀器供應(yīng)商可能會(huì)僅僅提供一個(gè)功率探頭記錄前向功率，雖然正常情況下也能照常工作，但是一旦天線出現(xiàn)不匹配等情況，如果沒(méi)有監(jiān)視其反向功率則可能造成功放的損壞。覆蓋的頻率和測(cè)量范圍應(yīng)盡可能寬，避免因標(biāo)準(zhǔn)變化而需要升級(jí)時(shí)達(dá)不到相應(yīng)的頻率要求。2.6 功率計(jì)至少應(yīng)該是一個(gè)雙通道功率計(jì)，滿足前向和反向兩個(gè)功率探頭監(jiān)測(cè)的需要。覆蓋的頻率和測(cè)量范圍也應(yīng)盡可能寬，并和相應(yīng)的功率探頭配套。2.7 場(chǎng)強(qiáng)監(jiān)視器由于民用標(biāo)準(zhǔn)不需要用閉環(huán)法進(jìn)行測(cè)試，因此一般用不到多通道的場(chǎng)強(qiáng)監(jiān)視，因此使用單通道的場(chǎng)強(qiáng)監(jiān)視器就可以滿足相應(yīng)的要求。但是盡量采用在面板上有場(chǎng)強(qiáng)顯示的場(chǎng)強(qiáng)監(jiān)視器，這樣在手動(dòng)

8、操作時(shí)不通過(guò)測(cè)試軟件也能夠監(jiān)視相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)。2.8 場(chǎng)強(qiáng)探頭盡量不要使用內(nèi)置電池的場(chǎng)強(qiáng)探頭:一是因?yàn)殡姵匦枰?jīng)常充電，十分麻煩；二是電池在電量不足時(shí)，可能引起測(cè)試數(shù)據(jù)的差別；三是萬(wàn)一電池?fù)p壞，調(diào)換電池也比較麻煩（有些電池還需要從國(guó)外進(jìn)口，不僅時(shí)間長(zhǎng)，而且費(fèi)用也貴），影響試驗(yàn)的進(jìn)行。推薦使用激光場(chǎng)強(qiáng)探頭，直接通過(guò)光纜進(jìn)行供電，就可以避免以上問(wèn)題。2.9 電纜和接頭提供的電纜最好選擇工作頻段高達(dá)18GHz的大功率低損耗電纜，使得連接電纜和接頭的損耗盡可能小。實(shí)際上6GHz的大功率低損耗電纜也能夠滿足YY0505-2005的要求了，因?yàn)閺默F(xiàn)在來(lái)看，即使將來(lái)新的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展到6GHz，也能夠達(dá)到要求。但是如

9、果功放的功率有限，系統(tǒng)發(fā)射20V/m的場(chǎng)強(qiáng)時(shí)已經(jīng)處于臨界狀態(tài)，那么使用18GHz的大功率低損耗電纜也是有必要的，畢竟電纜增加的費(fèi)用比起功率放大器增加的費(fèi)用來(lái)要少很多。2.10 機(jī)柜需將信號(hào)發(fā)生器、功率計(jì)、系統(tǒng)控制器及場(chǎng)強(qiáng)監(jiān)視器等設(shè)備組合到機(jī)柜中，使得電纜、電線不至于凌亂，另外也要方便人工操作。如果試驗(yàn)室沒(méi)有單獨(dú)的功放室用來(lái)擺放功放，那么采用屏蔽機(jī)柜也是一個(gè)不錯(cuò)的辦法，可以將功放放在屏蔽機(jī)柜內(nèi)，不僅減少了功放的電磁輻射，也有利于降低功放的噪音。由于功放發(fā)熱量大，必須保證機(jī)柜內(nèi)通風(fēng)良好，利于散熱。機(jī)柜的空間還應(yīng)考慮到將來(lái)升級(jí)時(shí)再增加一個(gè)功放的擺放位置。2.11 計(jì)算機(jī)及GPIB卡如果在固定場(chǎng)所用，建議使用臺(tái)式計(jì)算機(jī)，一是臺(tái)式機(jī)相對(duì)更加穩(wěn)定，二是計(jì)算機(jī)和儀器之間的連接線連好以后，也可避免頻繁的插拔，三是用在筆記本電腦上的GPIB卡或Express卡與連接線的接口比較脆弱容易損壞。另外和機(jī)柜之間的連接建議使用光纖轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換再用光纖進(jìn)行連接，一是光纖損耗小，二是測(cè)試計(jì)算機(jī)與機(jī)柜之間的距離可以離的更遠(yuǎn)，減少一些噪音。3 軟件要求軟件應(yīng)具有輻射抗擾度全自動(dòng)測(cè)試和校準(zhǔn)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)源、功放切換等設(shè)備的自動(dòng)控制，還應(yīng)對(duì)試驗(yàn)的主要技術(shù)參數(shù)如頻率、信號(hào)源讀