電波暗室10米法和3米法的差別
在EMC標準文件CISPR32中,電波暗室輻射發(fā)射測試的規(guī)格值的制定是基于“10m法”。另一方面,和10米法比較,3米法測試品到接收天線的距離更短,測試值會偏大,因此規(guī)格值需要放寬。一般的,在所有頻率上,3米法和10米法數(shù)據(jù)的差值約為10dB。
為什么兩者間會相差10分貝?我們知道無線電波隨著距離拉長而衰減,因此10m米法和3米法需要定義不同的測試規(guī)格值。
當使用微偶極子作為波源時,無線電波的距離衰減公式如下。定義測試品與接收天線的距離為r,從{ }中可以看出與電場強度相關(guān)有3個因素:輻射電磁場、感應電磁場、靜電場。
從上面公式看,電場強度受到不同特性的無線電波對應產(chǎn)生的電場強度影響。
靜電場就是所謂的“直流”電場強度,與距離的1/r3成正比。
感應電磁場是“近場”,波長 λ 那么最大距離定義為 λ / 2π 。在這個近場感應電磁場中,電場強度與距離的 1 / r2 成正比。
輻射電磁場是“遠場”,表現(xiàn)為無線電波的區(qū)域,波長λ定義距離為λ/2π或更遠,在遠場輻射電磁場中,電場強度與距離的1/r成正比。
EMI電波暗室的輻射測試主要根據(jù)對遠場輻射電磁波制定相應的規(guī)格值。也就是說,測試值與距離的 1 / r 成正比。比較不同的測量距離: 10米 和 3米 的電場強度。
◎ 10米:20 * log (1/10) = -20 [dB]
◎ 3m:20 * log (1/3) = -9.54 [dB]
因此測試結(jié)果的差值,就是遠場輻射電磁場電場強度的差值。
-9.54 – (-20 ) = 10.46 ≈ 10
這個差值約等于 10 dB,因此認為兩者間規(guī)格值的差值也是10dB。
EMC電波暗室中輻射發(fā)射測試的最低頻率為 30MHz。頻率和波長之間存在倒數(shù)關(guān)系,最小頻率30MHz時波長最大。30MHz 的無線電波波長為 10m。感應電磁場(近場)的距離定義為λ/2π,因此對應10 m波長時的近場距離為1.6 m。
不管是10m法還是3m法,在測量頻率范圍內(nèi)的輻射電磁場(遠場)因為其他類型電場強度衰減的原因基本不會受到干擾,但其他因素不可忽略。EMC中輻射發(fā)射測試一般在電波暗室或室外開放式測試。兩種都會在地板上安裝了一塊金屬地板,因此接收天線不僅會接收到從 EUT 發(fā)射的“直射波”,還會收到地板反射的“反射波”。由于反射波與直達波的傳播路徑不同,因此兩者存在相位差。
為減輕相位差影響,在輻射發(fā)射測試中,接收天線從 1 米開始垂直向上移動到 4 米。通常稱之為高度模式。隨著接收天線的高度變化,發(fā)射波的路徑長度隨之變化,相應相位差會出現(xiàn)強化或削弱。相同頻率下10m法和3m法的,反射波效果完全不同。
除高度影響之外,不同的測量距離下,天線方向性對結(jié)果也會產(chǎn)生影響。特別在測量距離為3m、高度為4m的位置,反射波的入射角θ變得非常小。
并且測量天線的方向性與理想的微偶極子天線不同,具有一定的方向性。例如,在使用對數(shù)周期天線的場合,正面方向性比較高,正面無線電波的接收靈敏度高,側(cè)面方向接收靈敏度低。按照入射角差別的計算,10m法的入射角θ較大,因此輻射波一般從正面到達,而3m法的入射角θ較小,所以輻射波從側(cè)面到達。在輻射發(fā)射測試中,將接收電平作為天線因子校正靈敏度。但是,由于該校正沒有考慮方向性,因此即使應用天線系數(shù),測量結(jié)果也會有所不同。
測試樣品外形尺寸對于測試數(shù)據(jù)也會造成影響,大尺寸的 測試品尤其明顯。EMI電波暗室的輻射測試中,天線的距離是根據(jù) 測試品的外殼為基準確定的。如果 測試品外形尺寸較大,則輻射中心位置到天線的距離會因外殼距離影響而有較大不同。
例如在照明設備中,干擾噪聲通常從設備中心電源線發(fā)射,照明設備的外形大小差別,直接波和反射波之間的相位差值會有很大差異。假設燈具的縱向尺寸為1 m,則中心與最外側(cè)天線之間的距離差為0.5 m。 0.5m 的差異在 10m 方法中約為 5%,但在 3m 方法中為 16.6%。
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