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文檔簡介
ICS33.100
CCSL06
中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)
輻射騷擾1m法天線系數(shù)測量方法
Measurementmethodofantennafactorfor1mmethodradiateddisturbance
(征求意見稿)
XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施
國家市場監(jiān)督管理總局
發(fā)布
國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會
GB/TXXXXX—XXXX
目??次
前言.......................................................................................................................................................................II
1范圍.....................................................................................................................................................................3
2規(guī)范性引用文件.................................................................................................................................................3
3術(shù)語和定義.........................................................................................................................................................3
4測量方法的基本原理.........................................................................................................................................4
4.1概述.............................................................................................................................................................4
4.2天線系數(shù).....................................................................................................................................................5
4.3兩相同天線法.............................................................................................................................................5
4.4三天線法.....................................................................................................................................................6
4.51m增益........................................................................................................................................................6
4.6確定天線系數(shù).............................................................................................................................................7
4.7天線系數(shù)的使用.........................................................................................................................................7
51m增益測量程序................................................................................................................................................7
5.1兩相同天線法.............................................................................................................................................7
5.2三天線法.....................................................................................................................................................8
附錄A(規(guī)范性)天線系數(shù)推導(dǎo)........................................................................................................................10
附錄B(資料性)測量不確定度的考慮............................................................................................................11
I
GB/TXXXXX—XXXX
輻射騷擾1m法天線系數(shù)測量方法
1范圍
本文件規(guī)定了輻射騷擾1m測量距離的天線系數(shù)測量方法。
本文件適用于雙錐天線、諧振偶極子天線、對數(shù)周期偶極子陣列(LPDA)天線、雙脊波導(dǎo)喇叭天線、
標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線等。
注:電磁兼容測量天線的其他校準(zhǔn)方法見GB/T6113.106。
2規(guī)范性引用文件
下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,
僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本
文件。
GB/T4365-2003電工術(shù)語電磁兼容(IEC60050(161):1990+A1:1997+A2:1998,IDT)
GB/T6113.106-XXXX無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備和測量方法規(guī)范第1-6部分:無線電騷擾和抗
擾度測量設(shè)備EMC天線校準(zhǔn)(CISPR16-1-6:2022,IDT)
3術(shù)語和定義
GB/T4365-2003和GB/T6113.106-XXXX界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。
3.1
天線antenna
把饋線的導(dǎo)行電磁能量轉(zhuǎn)換成空間中輻射波的轉(zhuǎn)換器,反之亦然。
注:本文件中,對于正常工作巴倫是其必備部分的天線,術(shù)語“天線”也包括巴倫。
3.2
天線系數(shù)antennafactor
在自由空間測得的機(jī)械視軸(即天線的主軸)方向上入射的平面波的電場強(qiáng)度與天線所連規(guī)定負(fù)載
上產(chǎn)生的電壓的比值。
注:更多信息詳見4.2。天線系數(shù)也作為通用術(shù)語,表示為AF。
3.3
天線增益antennagain
天線某一方向的輻射功率密度與平均輻射功率密度的比值。
3.4
巴倫balun
3
GB/TXXXXX—XXXX
用于傳輸線之間從平衡到不平衡或者從不平衡到平衡轉(zhuǎn)換的裝置。
注1:例如,使用巴倫把平衡的天線單元耦合到不平衡的饋線(例如同軸電纜)。巴倫可具有不同于1:1的固有阻
抗變換。
注2:本文件中的巴倫也用于指雙錐天線的手柄,通常形狀為金屬管或者金屬桿。
3.5
雙錐天線biconicalantenna
由具有一公共軸線的兩個錐形輻射單元構(gòu)成的對稱天線,從緊鄰的兩錐體的頂點(diǎn)饋電。
注1:用于甚高頻(VHF)頻段時,雙錐天線通常由兩個錐形導(dǎo)線籠構(gòu)成。通常每個籠有一個交叉桿,用于連接中心
導(dǎo)體和外圍的導(dǎo)線之一,目的是消除窄帶諧振。這種短接的交叉桿會在215MHz以上影響天線的特性。
注2:本文件中,端到端之間的長度為1.3m~1.4m(典型值通常為端到端之間的長度為1.37m)的雙錐天線稱為
傳統(tǒng)雙錐天線,以區(qū)別于其上限頻率在300MHz以上的小雙錐天線。
3.6
喇叭天線hornantenna
其截面向開口端逐漸增大的波導(dǎo)段構(gòu)成的天線,開口端稱為口面。
注:在大約1GHz以上的微波頻率范圍內(nèi)廣泛使用矩形波導(dǎo)的錐形喇叭天線。雙脊波導(dǎo)喇叭天線(DRH,由于其雙
脊導(dǎo)向,有時也稱為DRG喇叭天線)覆蓋很寬的頻率范圍。一些DRH天線的主瓣在較高頻段會分成幾個波瓣。
3.7
對數(shù)周期偶極子陣列天線log-periodicdipolearrayantenna,LPDAantenna
由線性偶極子的陣列組成的天線,其偶極子的長度和間隔從天線的頂端到末端隨著頻率的降低呈對
數(shù)增加。
3.8
諧振偶極子天線resonantdipoleantenna
調(diào)諧偶極子天線tuneddipoleantenna
由兩根相同長度的共線直導(dǎo)體構(gòu)成的天線,兩根導(dǎo)體端對端放置,由一小間隙分隔形成平衡饋電。
每根導(dǎo)體的長度近似為1/4波長,從而使得當(dāng)偶極子處于自由空間時,在特定的頻率上,其間隙兩端測
得的天線的輸入阻抗的電抗為零。
注:在本文件中,與雙錐偶極子或LPDA天線中的偶極子陣列相比,術(shù)語“線性偶極子”指“兩根共線的直線導(dǎo)體”。
4測量方法的基本原理
4.1概述
獨(dú)立于地面反射,可確定和計算遠(yuǎn)場條件下的天線系數(shù)。本文件描述的從遠(yuǎn)場移動到1m距離的方
法通常會導(dǎo)致天線系數(shù)變化0dB~4dB,但對于LPDA天線,因該變化有意將場強(qiáng)從天線上每個頻率對
應(yīng)的相位中心位置修正到距發(fā)射源1m的天線頂端位置。影響天線系數(shù)的主要條件有天線間距、天線在
接地平面上方的高度、天線相對于接地平面的方向以及接地平面的尺寸、平坦度和導(dǎo)電性。然而,對于
1m的天線間距,第5章中的測量方法旨在減少接地平面的影響。
4
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4.2天線系數(shù)
對于輻射騷擾測量,應(yīng)規(guī)定天線系數(shù)AF,其可將測量接收機(jī)輸入端的電壓U(單位:V)轉(zhuǎn)換為場
強(qiáng)E(單位:V/m)或與輻射騷擾限值[dB(μV/m)]進(jìn)行比較的單位,見式(1)。
E=AF×U…………………(1)
如果U的單位為μV,場強(qiáng)E可用單位[dB(μV/m)]表示,見式(2)。
E20lgAFU…………………(2)
AF是基于天線增益測量的天線系數(shù),但該天線系數(shù)的測量是在輻射騷擾符合性測量中天線實際使
用(距發(fā)射源1m)的特定條件下進(jìn)行,從而稱為“1m增益”,該增益稱為視在增益(包括失配損耗),
因此與真正的天線增益不同。通過式(3),AF與50Ω系統(tǒng)中的視在增益相關(guān),其中G是天線數(shù)值增
益,λ是波長(單位:m),詳見附錄A中的推導(dǎo)。
9.73
AF…………………(3)
G
4.3兩相同天線法
“1m增益”表示導(dǎo)出的天線系數(shù)旨在確定距發(fā)射源1m處的場強(qiáng)。這與LPDA天線尤其相關(guān),該
天線上的場強(qiáng)拾取點(diǎn)距發(fā)射源超過1m。導(dǎo)致“1m增益”與遠(yuǎn)場增益不同的其他影響因素為:對于雙
錐天線和喇叭天線,相同天線對之間存在顯著的互耦,且1m距離小于天線建立平面波的遠(yuǎn)場區(qū)所要求
的距離。1m增益可通過式(4)計算。該方法使用兩副相同的天線,天線軸對齊且極化匹配(對于不
相同的天線,使用4.4中的三天線法)。接收的功率見式(4)。
PG2
PTTG…………………(4)
R4r24R
式中:
GT、GR——發(fā)射天線和接收天線的數(shù)值功率增益;
PR——接收功率,單位為瓦特(W);
PT——發(fā)射功率,單位為瓦特(W);
r——天線之間的距離,單位為米(m);
λ——波長,單位為米(m)。
如果GT=GR,則得到式(5)。
2
4rP
G2R…………………(5)
PT
如果接收系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)都匹配(即為50Ω),則可用電壓測量代替功率測量,得到式(6):
4rU
GR…………………(6)
UT
式中:
UR——接收天線端口電壓,單位為伏特(V);
UT——發(fā)射天線端口電壓,單位為伏特(V)。
G為數(shù)值功率增益,其是由兩次電壓測量確定的,從而形成一個無量綱的比值。有關(guān)近場增益的計
算見4.6.2。
5
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相同的天線是指具有相同的制造商、型號和設(shè)計。如下考慮的相似天線不滿足相同天線的要求。如
果沒有相同的天線,則應(yīng)使用三天線法。
大多數(shù)雙錐天線具有足夠相似的線籠尺寸,但同樣重要的是兩副天線應(yīng)具有相同的巴倫變換,最常
見的是50Ω或200Ω。
對于大多數(shù)的LPDA天線,如果能放在一個通用的模板內(nèi),則它們是足夠的相似,該模板是一個
底邊為0.72m,高為0.63m的等腰三角形(這排除了不太常見的高增益天線,它們的尺寸幾乎是上述
尺寸的兩倍,會導(dǎo)致更大的不確定度)。設(shè)計用于覆蓋200MHz~1GHz頻率范圍的LPDA天線宜滿
足此模板尺寸。通常尺寸相差在±2%以內(nèi)的天線認(rèn)為是相同的。
4.4三天線法
三天線法可計算單個天線的天線系數(shù),也不依賴于完全相同的天線。該方法要求如下:
a)間距1m時無需進(jìn)行高度掃描;天線保持在固定高度;
b)測量距離固定為1m;
c)不考慮天線測量場地要求,因為兩副天線都架高到減小地面影響的高度或3m的高度,兩者中
選較低者。
對于此測量布置,地面反射可忽略不計或被校天線(AUC)檢測不到地面反射,對于1m的固定距
D
離,Emax為16.9dB(對于1GHz以上的定向天線更是如此),該值可用于式(7)計算天線系數(shù)AF。
max
AF110lgfM24.460.5EDA1A2A3
max……………(7)
AF210lgfM24.460.5EDA1A3A2
max
AF310lgfM24.460.5EDA2A3A1
式中:
A——20lg(UT/UR),單位為分貝(dB);
UT——施加給發(fā)射天線的電壓;
UR——接收天線的輸出電壓;
fM——頻率,單位為兆赫茲(MHz);
max
ED——計算最大值,單位為分貝微伏每米[dB(μV/m)]。
三天線法的使用減小了一副天線對測量過程的影響。
4.51m增益
4.5.1概述
由于天線要用于場強(qiáng)測量和符合性測量,因此需要1m增益。本文件中的增益測量方法不能提供真
實的遠(yuǎn)場自由空間天線增益,因為天線之間足夠的遠(yuǎn)場間距,對于線天線為一個波長(λ),對于喇叭
天線為2D2/λ,其中D為輻射口面的最大尺寸。本文件第4章和第5章中規(guī)定的程序僅用于確定1m增
益。
4.5.2天線間距
在天線間距為1m時使用適當(dāng)?shù)姆椒y量1m增益。這等于EMC符合性測量中天線與受試設(shè)備
(EUT)之間的距離。某些天線有一個“電”中心,用作理論計算和天線位置的確定,例如喇叭天線。
對于未定義電中心,或電中心作為頻率函數(shù)的LPDA天線,使用“最近”點(diǎn)方法。
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4.5.3必要的測量次數(shù)
應(yīng)在足夠的頻率數(shù)量上進(jìn)行測量,以描述天線規(guī)定工作帶寬內(nèi)的1m增益。應(yīng)在5.2.2g)中規(guī)定的
頻率測量1m增益。1m增益特性中的任何異常都可通過一對天線之間的插入損耗進(jìn)行掃頻測量來識別:
在存在尖的諧振的情況下,應(yīng)選擇其他測量頻率,以確保得到諧振區(qū)的增益/天線系數(shù)。
4.6確定天線系數(shù)
4.6.1天線系數(shù)AF
1m距離測量的AF由式(3)計算,其中G由4.3中的1m間距確定。
4.6.2計算
天線系數(shù)AF由式(3)使用G計算得到。為了簡化計算,可使用對數(shù)形式。
當(dāng)1m增益G為數(shù)值時,AF(單位:dB/m)可通過式(8)得到:
9.73
AF20lg10lgG…………………(8)
式中:
λ——波長,單位為米(m)。
當(dāng)1m增益G以分貝為單位時,AF(單位:dB/m)可通過式(9)得到:
9.73
AF20lgG…………………(9)
示例:在200MHz時,1m增益為10dB。20lg(9.73/λ)=16dB/m,因此,AF=16-10=6dB/m。
4.7天線系數(shù)的使用
將適當(dāng)?shù)奶炀€系數(shù)以及電纜損耗因子加到測量接收機(jī)輸入端的電壓(以1μV為基準(zhǔn)的分貝值)上
以得到場強(qiáng)(以1μV/m為基準(zhǔn)的分貝值)。
51m增益測量程序
5.1兩相同天線法
5.1.1測量設(shè)備
需要的測量設(shè)備如下:
a)具有50Ω輸出阻抗的信號發(fā)生器,能夠在天線類型規(guī)定的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生試驗電平;
b)兩個6dB、50Ω的衰減器;
c)在天線類型規(guī)定頻率范圍內(nèi)調(diào)諧的測量接收機(jī)(或頻譜分析儀)。測量接收機(jī)輸入阻抗應(yīng)為50Ω,
電壓駐波比(VSWR)≤1.25。可在測量接收機(jī)輸入端使用隔離衰減器以實現(xiàn)VSWR為1.25;
d)特性阻抗為50Ω的同軸電纜和合適的連接器,用于與天線、6dB衰減器、信號發(fā)生器和測量接
收機(jī)匹配連接;
e)用于連接兩根同軸電纜的適配器;
f)或者可使用網(wǎng)絡(luò)分析儀,應(yīng)使用匹配衰減器(6dB),在與天線的匹配端口上提供的VSWR≤2。
測量布置如圖1所示。測量場地所在的區(qū)域應(yīng)無障礙物和反射。測量場地應(yīng)具有接地平面以模擬開
闊場地。
如果與圖1室外測量場地的參考測量布置相比,測量結(jié)果的相關(guān)性小于1dB,則可變化圖1所示
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的測量布置或使用電波暗室。
天線中心的3m高度定義為初始天線測量高度。對于偶極子類天線,天線系數(shù)會隨極化變化;在測
量過程中宜考慮兩種極化,除非另有規(guī)定,否則這兩種天線系數(shù)均應(yīng)提供。對于口面型(喇叭)天線,
如果在3m高度進(jìn)行測量,則使用本文件方法得出的兩種極化天線系數(shù)之間的變化宜小于1dB。
測量不確定度的考慮見附錄B。
r=1m
6dB衰減器6dB衰減器
發(fā)射天線接收天線
h=3m
信號發(fā)生器測量接收機(jī)
接地平面
標(biāo)引序號說明:
r——天線之間的距離,單位為米(m);
h——天線距離接地平面的高度,單位為米(m)。
圖1使用兩相同天線確定1m增益的測量布置
5.2三天線法
5.2.1概述
三天線法的測量程序需要使用與兩相同天線法相同的測量設(shè)備和測量布置。當(dāng)使用三天線法時,三
副天線每次選取兩副:天線1和天線2、天線1和天線3,以及天線2和天線3。天線系數(shù)的計算按照
4.4。
5.2.2測量過程
下面的測量過程使用信號發(fā)生器和測量接收機(jī),作為替代方案,也可使用網(wǎng)絡(luò)分析儀。使用測量接
收機(jī)時,在每個測量頻率上,應(yīng)進(jìn)行以下操作。
a)調(diào)整信號發(fā)生器輸出以獲得至少比本底噪聲高10dB的測量接收機(jī)示值。確保測量接收機(jī)已調(diào)諧
到對信號的最大響應(yīng);
b)調(diào)整天線對準(zhǔn)以獲得測量接收機(jī)最大示值并記錄信號發(fā)生器設(shè)置值(UT);
c)將測量接收機(jī)和信號發(fā)生器電纜從各自的天線上斷開,使用相同的電纜和一個50Ω的適配器將
信號發(fā)生器和測量接收機(jī)互連;
d)減小信號發(fā)生器輸出以獲得與步驟b)中相同的測量接收機(jī)輸出示值。記錄信號發(fā)生器設(shè)置值
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(UR);
e)利用式(6)求解天線間距為1m的增益,其中UR和UT分別對應(yīng)于步驟d)和b)中記錄的信號發(fā)生
器讀數(shù);
f)使用式(7)計算天線系數(shù);
g)應(yīng)按以下頻率步進(jìn)進(jìn)行測量:
——20MHz~200MHz:5MHz;
——200MHz~1.0GHz:50MHz;
——1.0GHz~40GHz:100MHz。
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附錄A
(規(guī)范性)
天線系數(shù)推導(dǎo)
與給定增益的任何天線相關(guān)的系數(shù)可由式(A.1)計算。
…………………(A.1)
UheffE/2
式中:
U——50Ω測量測量接收機(jī)的輸入電壓,單位為伏特(V);
E——場強(qiáng),單位為伏特/米(V/m);
heff——天線的有效高度,單位為米(m)。
系數(shù)的一半假設(shè)當(dāng)50Ω測量接收機(jī)連接在天線端子上時,出現(xiàn)在天線端子上的電壓除以二分之一。
1
2…………………(A.2)
heff2AemRr/Z
D2
A…………………(A.3)
em4
式中:
2
Aem——最大有效面積(向匹配負(fù)載提供最大功率的面積),單位為平方米(m);
Rr——50Ω;
Z——120π=377Ω;
D——天線的方向性。
將式(A.3)帶入式(A.2),得到式(A.4)。
1
2…………………(A.4)
heffDRr/Z
如果假設(shè)天線和測量接收機(jī)之間有一條零損耗的50Ω傳輸線,且假設(shè)零失配,則D=G。因此得
到:
E1
U50G/3772EG…………………(A.5)
29.73
式中:
G——數(shù)值功率增益;
λ——波長,單位為米(m)。
如果需要將U轉(zhuǎn)換為E,則由式(A.5)得到式(A.6)。
9.73
EU…………………(A.6)
G
將測量接收機(jī)讀數(shù)(單位:V)轉(zhuǎn)換為場強(qiáng)的天線系數(shù)見式(A.7)。
9.73
AF…………………(A.7)
G
4.87
如果場強(qiáng)為天線感應(yīng)電壓或天線端子的開路電壓,則天線系數(shù)為。
G
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附錄B
(資料性)
測量不確定度的考慮
B.1一般考慮
適用于本文件的不確定度分為兩類。一類是天線系數(shù)的測量不確定度。根據(jù)校準(zhǔn)實驗室的專業(yè)知識
和測量設(shè)備的能力,一些校準(zhǔn)實驗室能提供比其他實驗室更低的天線系數(shù)測量不確定度。第二類是天線
用于輻射發(fā)射測試時與天線校準(zhǔn)方法相關(guān)的不確定度。第二類不確定度中,最大的不確定度是雙錐天線
間的互耦。雙錐天線籠形振子在校準(zhǔn)時相距僅0.5m,即對面雙錐天線的存在會置入到AUC的天線系數(shù)
中。在發(fā)射測試時用EUT代替對面天線,接收天線不再與校準(zhǔn)時表現(xiàn)相同性能,天線系數(shù)不再有效。用
不確定度來評估EUT測量時和天線校準(zhǔn)時互耦情況的不同帶來的變化。最壞的情況EUT是大的金屬平面,
天線與鏡像的距離為2m。相比1m距離校準(zhǔn)時,耦合更小,誤差更小。據(jù)估算天線系數(shù)偏高1.3dB,
因此測量的場強(qiáng)也偏高1.3dB。一個可選的解決方案是使用自由空間天線系數(shù),這種情況下由于與EUT
互耦引入的不確定度可大約減小到0.5dB。
第二類中的第二大不確定度適用于200MHz時使用的LPDA天線。該天線的相位中心隨頻率變化,
在200MHz時,天線測量的場強(qiáng)距發(fā)射源最遠(yuǎn),通常為1.65m。校準(zhǔn)方法旨在對此進(jìn)行修正,但由于
對面天線是另一副LPDA天線,因此不會補(bǔ)償其相位中心變化。這可通過使用三天線法(包含一對為LPDA
天線頻率范圍設(shè)計的小雙錐天線)來實現(xiàn)——小雙錐天線模擬EUT發(fā)射源的表面。引入的誤差在200MHz
時約為0.7dB,隨頻率線性下降至1GHz時的0.1dB。使用小雙錐天線會增加天線支架的反射,如果
測量場地位于室內(nèi),則可能需要更大的房間或更多的吸波材料。優(yōu)選的解決方案是使用兩個“相同”的
LPDA天線,頂端間距為1m,并應(yīng)用修正以減小剩余的相位中心誤差,如下所示:
對于LPDA天線,天線系數(shù)加上:0.85-(0.6fMHz/800)dB,其中fMHz為頻率(單位:MHz)。
需注意的是,對于長度為0.65m的LPDA天線,使用適用于相位中心的自由空間天線系數(shù)可能會產(chǎn)
生高達(dá)4.4dB的誤差。這是最壞情況下的誤差,即當(dāng)預(yù)期在距EUT1m處測量場強(qiáng)時,LPDA天線的頂
端距EUT表面1m,但該場由諧振在200MHz的LPDA天線振子拾取。為了將場強(qiáng)外推到天線頂端,天
線系數(shù)的修正計算如下:
Corr=20lg((r+P)/r),其中r是天線頂端到EUT的距離(即1m),P是LPDA天線頂端到有源元
件(即相位中心)位置的距離。
第二類不確定度的另一個例子是一對喇叭天線之間的互耦效應(yīng)。EUT口面可能與用于校準(zhǔn)接收喇叭
天線的喇叭天線不同,因此對于一般EUT,天線系數(shù)中已包括的約為1dB不確定度可能大于EUT反射
所產(chǎn)生的不確定度。
對于第1章中列出的所有天線,都可使用自由空間AF,對于LPDA天線,可進(jìn)行相位中心修正。輻
射發(fā)射試驗有多種布置,使用1mAF或自由空間AF,哪一個更有技術(shù)優(yōu)勢尚有爭議。常規(guī)的雙脊波導(dǎo)
喇叭天線工作在1GHz~18GHz的頻率范圍,其1mAF比自由空間AF(菲涅耳區(qū))高約1dB。對于雙
錐天線,使用自由空間AF可能比使用本文件中的方法得到的1mAF更為正確。
確定天線系數(shù)精度小的改進(jìn),將對非電波暗室或貼了部分吸波材料的屏蔽室中的輻射發(fā)射測量的總
體不確定度(通常為8dB)產(chǎn)生很小的影響。在低至20MHz(波長為15m)的頻率,使用1m這樣小
的天線間距進(jìn)行測量,會放大天線對中對面天線的影響,這不能充分地代表EUT。從LPDA天線后端到
頂端的場強(qiáng)外推并不能可靠地給出頂端處的實際場強(qiáng),因為在不理想的自由空間環(huán)境中的駐波會影響天
線后端的場強(qiáng)。對于貼了部分吸波材料的屏蔽室,可允許在80MHz以上出現(xiàn)6dB的不確定度,但如果
屏蔽室太小而無法在較低頻率產(chǎn)生波的傳播,則10dB的不確定度可能更為合適。
11
GB/TXXXXX—XXXX
B.2近場區(qū)的天線增益
從20MHz到接近45MHz的頻率范圍內(nèi),1m的天線間距意味著天線處于彼此的感應(yīng)近場區(qū)。在此
情況下,使用式(6)(適用于遠(yuǎn)場)計算得到的天線系數(shù)會產(chǎn)生誤差,在20MHz和30MHz的天線系
數(shù)分別低了7dB和4dB。式(6)中的間距r由等效的近場項代替,見式(B.1):
d
r…………………(B.1)
11
1
d2d4
其中r是應(yīng)用于式(6)的有效距離值,d是實際間距(即1m),β=2π/λ,λ是波長(單位:m)。
在大于一個波長的距離處,r收斂到d,因此可以使用一個公式來覆蓋整個頻率范圍。
12
GB/TXXXXX—XXXX
前??言
本文件按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起
草。
請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。
本文件由全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC79)提出并歸口。
本文件起草單位:
本文件主要起草人:
II
GB/TXXXXX—XXXX
輻射騷擾1m法天線系數(shù)測量方法
1范圍
本文件規(guī)定了輻射騷擾1m測量距離的天線系數(shù)測量方法。
本文件適用于雙錐天線、諧振偶極子天線、對數(shù)周期偶極子陣列(LPDA)天線、雙脊波導(dǎo)喇叭天線、
標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線等。
注:電磁兼容測量天線的其他校準(zhǔn)方法見GB/T6113.106。
2規(guī)范性引用文件
下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,
僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本
文件。
GB/T4365-2003電工術(shù)語電磁兼容(IEC60050(161):1990+A1:1997+A2:1998,IDT)
GB/T6113.106-XXXX無線電騷擾和抗擾度測量設(shè)備和測量方法規(guī)范第1-6部分:無線電騷擾和抗
擾度測量設(shè)備EMC天線校準(zhǔn)(CISPR16-1-6:2022,IDT)
3術(shù)語和定義
GB/T4365-2003和GB/T6113.106-XXXX界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。
3.1
天線antenna
把饋線的導(dǎo)行電磁能量轉(zhuǎn)換成空間中輻射波的轉(zhuǎn)換器,反之亦然。
注:本文件中,對于正常工作巴倫是其必備部分的天線,術(shù)語“天線”也包括巴倫。
3.2
天線系數(shù)antennafactor
在自由空間測得的機(jī)械視軸(即天線的主軸)方向上入射的平面波的電場強(qiáng)度與天線所連規(guī)定負(fù)載
上產(chǎn)生的電壓的比值。
注:更多信息詳見4.2。天線系數(shù)也作為通用術(shù)語,表示為AF。
3.3
天線增益antennagain
天線某一方向的輻射功率密度與平均輻射功率密度的比值。
3.4
巴倫balun
3
GB/TXXXXX—XXXX
用于傳輸線之間從平衡到不平衡或者從不平衡到平衡轉(zhuǎn)換的裝置。
注1:例如,使用巴倫把平衡的天線單元耦合到不平衡的饋線(例如同軸電纜)。巴倫可具有不同于1:1的固有阻
抗變換。
注2:本文件中的巴倫也用于指雙錐天線的手柄,通常形狀為金屬管或者金屬桿。
3.5
雙錐天線biconicalantenna
由具有一公共軸線的兩個錐形輻射單元構(gòu)成的對稱天線,從緊鄰的兩錐體的頂點(diǎn)饋電。
注1:用于甚高頻(VHF)頻段時,雙錐天線通常由兩個錐形導(dǎo)線籠構(gòu)成。通常每個籠有一個交叉桿,用于連接中心
導(dǎo)體和外圍的導(dǎo)線之一,目的是消除窄帶諧振。這種短接的交叉桿會在215MHz以上影響天線的特性。
注2:本文件中,端到端之間的長度為1.3m~1.4m(典型值通常為端到端之間的長度為1.37m)的雙錐天線稱為
傳統(tǒng)雙錐天線,以區(qū)別于其上限頻率在300MHz以上的小雙錐天線。
3.6
喇叭天線hornantenna
其截面向開口端逐漸增大的波導(dǎo)段構(gòu)成的天線,開口端稱為口面。
注:在大約1GHz以上的微波頻率范圍內(nèi)廣泛使用矩形波導(dǎo)的錐形喇叭天線。雙脊波導(dǎo)喇叭天線(DRH,由于其雙
脊導(dǎo)向,有時也稱為DRG喇叭天線)覆蓋很寬的頻率范圍。一些DRH天線的主瓣在較高頻段會分成幾個波瓣。
3.7
對數(shù)周期偶極子陣列天線log-periodicdipolearrayantenna,LPDAantenna
由線性偶極子的陣列組成的天線,其偶極子的長度和間隔從天線的頂端到末端隨著頻率的降低呈對
數(shù)增加。
3.8
諧振偶極子天線resonantdipoleantenna
調(diào)諧偶極子天線tuneddipoleantenna
由兩根相同長度的共線直導(dǎo)體構(gòu)成的天線,兩根導(dǎo)體端對端放置,由一小間隙分隔形成平衡饋電。
每根導(dǎo)體的長度近似為1/4波長,從而使得當(dāng)偶極子處于自由空間時,在特定的頻率上,其間隙兩端測
得的天線的輸入阻抗的電抗為零。
注:在本文件中,與雙錐偶極子或LPDA天線中的偶極子陣列相比,術(shù)語“線性偶極子”指“兩根共線的直線導(dǎo)體”。
4測量方法的基本原理
4.1概述
獨(dú)立于地面反射,可確定和計算遠(yuǎn)場條件下的天線系數(shù)。本文件描述的從遠(yuǎn)場移動到1m距離的方
法通常會導(dǎo)致天線系數(shù)變化0dB~4dB,但對于LPDA天線,因該變化有意將場強(qiáng)從天線上每個頻率對
應(yīng)的相位中心位置修正到距發(fā)射源1m的天線頂端位置。影響天線系數(shù)的主要條件有天線間距、天線在
接地平面上方的高度、天線相對于接地平面的方向以及接地平面的尺寸、平坦度和導(dǎo)電性。然而,對于
1m的天線間距,第5章中的測量方法旨在減少接地平面的影響。
4
GB/TXXXXX—XXXX
4.2天線系數(shù)
對于輻射騷擾測量,應(yīng)規(guī)定天線系數(shù)AF,其可將測量接收機(jī)輸入端的電壓U(單位:V)轉(zhuǎn)換為場
強(qiáng)E(單位:V/m)或與輻射騷擾限值[dB(μV/m)]進(jìn)行比較的單位,見式(1)。
E=AF×U…………………(1)
如果U的單位為μV,場強(qiáng)E可用單位[dB(μV/m)]表示,見式(2)。
E20lgAFU…………………(2)
AF是基于天線增益測量的天線系數(shù),但該天線系數(shù)的測量是在輻射騷擾符合性測量中天線實際使
用(距發(fā)射源1m)的特定條件下進(jìn)行,從而稱為“1m增益”,該增益稱為視在增益(包括失配損耗),
因此與真正的天線增益不同。通過式(3),AF與50Ω系統(tǒng)中的視在增益相關(guān),其中G是天線數(shù)值增
益,λ是波長(單位:m),詳見附錄A中的推導(dǎo)。
9.73
AF…………………(3)
G
4.3兩相同天線法
“1m增益”表示導(dǎo)出的天線系數(shù)旨在確定距發(fā)射源1m處的場強(qiáng)。這與LPDA天線尤其相關(guān),該
天線上的場強(qiáng)拾取點(diǎn)距發(fā)射源超過1m。導(dǎo)致“1m增益”與遠(yuǎn)場增益不同的其他影響因素為:對于雙
錐天線和喇叭天線,相同天線對之間存在顯著的互耦,且1m距離小于天線建立平面波的遠(yuǎn)場區(qū)所要求
的距離。1m增益可通過式(4)計算。該方法使用兩副相同的天線,天線軸對齊且極化匹配(對于不
相同的天線,使用4.4中的三天線法)。接收的功率見式(4)。
PG2
PTTG…………………(4)
R4r24R
式中:
GT、GR——發(fā)射天線和接收天線的數(shù)值功率增益;
PR——接收功率,單位為瓦特(W);
PT——發(fā)射功率,單位為瓦特(W);
r——天線之間的距離,單位為米(m);
λ——波長,單位為米(m)。
如果GT=GR,則得到式(5)。
2
4rP
G2R…………………(5)
PT
如果接收系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)都匹配(即為50Ω),則可用電壓測量代替功率測量,得到式(6):
4rU
GR…………………(6)
UT
式中:
UR——接收天線端口電壓,單位為伏特(V);
UT——發(fā)射天線端口電壓,單位為伏特(V)。
G為數(shù)值功率增益,其是由兩次電壓測量確定的,從而形成一個無量綱的比值。有關(guān)近場增益的計
算見4.6.2。
5
GB/TXXXXX—XXXX
相同的天線是指具有相同的制造商、型號和設(shè)計。如下考慮的相似天線不滿足相同天線的要求。如
果沒有相同的天線,則應(yīng)使用三天線法。
大多數(shù)雙錐天線具有足夠相似的線籠尺寸,但同樣重要的是兩副天線應(yīng)具有相同的巴倫變換,最常
見的是50Ω或200Ω。
對于大多數(shù)的LPDA天線,如果能放在一個通用的模板內(nèi),則它們是足夠的相似,該模板是一個
底邊為0.72m,高為0.63m的等腰三角形(這排除了不太常見的高增益天線,它們的尺寸幾乎是上述
尺寸的兩倍,會導(dǎo)致更大的不確定度)。設(shè)計用于覆蓋200MHz~1GHz頻率范圍的LPDA天線宜滿
足此模板尺寸。通常尺寸相差在±2%以內(nèi)的天線認(rèn)為是相同的。
4.4三天線法
三天線法可計算單個天線的天線系數(shù),也不依賴于完全相同的天線。該方法要求如下:
a)間距1m時無需進(jìn)行高度掃描;天線保持在固定高度;
b)測量距離固定為1m;
c)不考慮天線測量場地要求,因為兩副天線都架高到減小地面影響的高度或3m的高度,兩者中
選較低者。
對于此測量布置,地面反射可忽略不計或被校天線(AUC)檢測不到地面反射,對于1m的固定距
D
離,Emax為16.9dB(對于1GHz以上的定向天線更是如此),該值可用于式(7)計算天線系數(shù)
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