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用 GTEM小室做電磁兼容測試產(chǎn)品的輻射抗擾度和輻射騷擾發(fā)射的測量試驗
日期：2024-06-26 11:12
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摘要： 作為替代戶(hù)外開(kāi)闊場(chǎng)而建立的電波暗室，因其性能完善而獲得了廣泛的應用，但由于造價(jià)和必須配備的設備昂貴，阻礙了它向中小企業(yè)的發(fā)展。這里介紹的 GETM小室又稱(chēng)吉赫芝（GHz）橫電磁波室則是近十幾年才發(fā)展起來(lái)的新型電磁兼容測試設備，它的工作頻率范圍可以從直流至數 GHz以上，內部可用場(chǎng)區較大，尤其可貴的是小室本身與其配套設備的總價(jià)不算過(guò)于昂貴，能為大多數企業(yè)所接受。因此 GTEM小室國內取得了長(cháng)足發(fā)展，成為企業(yè)對于外型尺寸不算太大的設備開(kāi)展射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗的優(yōu)選方案。
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1 GTEM小室簡(jiǎn)介
GTE...
作為替代戶(hù)外開(kāi)闊場(chǎng)而建立的電波暗室，因其性能完善而獲得了廣泛的應用，但由于造價(jià)和必須配備的設備昂貴，阻礙了它向中小企業(yè)的發(fā)展。這里介紹的 GETM小室又稱(chēng)吉赫芝（GHz）橫電磁波室則是近十幾年才發(fā)展起來(lái)的新型電磁兼容測試設備，它的工作頻率范圍可以從直流至數 GHz以上，內部可用場(chǎng)區較大，尤其可貴的是小室本身與其配套設備的總價(jià)不算過(guò)于昂貴，能為大多數企業(yè)所接受。因此 GTEM小室國內取得了長(cháng)足發(fā)展，成為企業(yè)對于外型尺寸不算太大的設備開(kāi)展射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗的優(yōu)選方案。
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1 GTEM小室簡(jiǎn)介
GTEM小室是根據同軸及非對稱(chēng)矩形傳輸線(xiàn)原理設計而成的設備。為避免內部電磁波的反射和諧振，GTEM小室在外形上被設計成尖錐形，其輸入端采用 N型同軸接頭，隨后中心導體展平成為一塊扇形板，稱(chēng)為芯板。在小室的芯板和底板之間形成矩形均勻場(chǎng)區。為了使球面波（嚴格地說(shuō)，由 N型接頭向 GTEM小室傳播的是球面波，但由于所設計的張角很小，因而該球面波近似于平面波）從輸入端到負載端有良好的傳輸特性，芯板的終端因采用了分布式電阻匹配網(wǎng)絡(luò )，從而成為無(wú)反射終端。GTEM小室的端面還貼有吸波材料，用它對優(yōu)異頻率的電磁波作進(jìn)一步吸收。因此在小室的芯板和底板之間產(chǎn)生了一個(gè)均勻場(chǎng)強的測試區域。試驗時(shí)，試品被置于測試區中，為了做到不因試品置入而過(guò)于影響場(chǎng)的均勻性，試品以不超過(guò)芯板和底板之間距離的1/3高度為宜。
2 工作原理
GTEM小室中的電場(chǎng)強度與從 N型接頭輸入信號電壓 V成正比，與芯板距底板垂直距離 h成反比： E = V/h 在 50?匹配的系統里，芯板對底板的電壓與 N型接頭的信號輸入功率之間的關(guān)系滿(mǎn)足 V =（RP）1/2 =（50P）1/2故場(chǎng)強 E =（50P）1/2 / h 如考慮實(shí)測值與理論值之間的差異，上式還應乘一個(gè)系數 k，因此實(shí)際的電場(chǎng)強度是
E = k（50P）1/2 / h
從上式可見(jiàn)，若在 GTEM小室注入同樣的功率，芯板的位置距底板的距離越近（h值越?。?，則可獲得較大的場(chǎng)強；若產(chǎn)生同相的場(chǎng)強，較大空間處（ h值越大）需要的輸入功亦較大。
上述結論表明，對于較小的試品，我們可以把試品放在 GTEM小室中比較靠前的位置，這樣用比較小的信號輸入功率，就可以得到足夠高的電場(chǎng)強度。注意，試品的高度不能超過(guò)選定位置芯板與底板間距的 1/3。
3 GTEM小室在電磁兼容測試中的應用
3.1 射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗采用 GTEM小室做射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗的優(yōu)點(diǎn)：
GTEM產(chǎn)生的電場(chǎng)強度要遠大于天線(xiàn)產(chǎn)生的場(chǎng)強，所以用比較小的射頻功率放大器可以產(chǎn)生很強的電場(chǎng)，使得整個(gè)測試系統的價(jià)格大大降低。這對尺寸不太大的設備來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常好的射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗方案。
GTEM小室做射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗不需要用天線(xiàn)，所以可方便地用于自動(dòng)測試，大大減少了測試時(shí)間，也降低了對試驗人員的技術(shù)要求。
當信號源經(jīng)過(guò)放大后注入到 GTEM小室的一端（通過(guò) N型同軸接頭），就能在芯板和底板之間形成很強的均勻電磁場(chǎng)，放置在被測件附近的電場(chǎng)監視探頭監測此場(chǎng)強，再經(jīng)由計算機得到輸入功率值，直接調節信號源以求達到所需求的場(chǎng)強值。測控軟件控制信號源以一定的步長(cháng)進(jìn)行輻射場(chǎng)的頻率掃描。另有視頻監視器（攝像頭安裝在 GTEM小室里面，圖 4中未畫(huà)出，試驗人員在 GTEM小室外通過(guò)監視器）觀(guān)測試品在射頻電磁場(chǎng)干擾下的工作情況。
操作方法：
①將試品及場(chǎng)探頭置于 GTEM小室內；
②外接信號源，通過(guò)功率放大器，在 GTEM小室內建立均勻電場(chǎng)；
③確定測試頻率范圍及調制方法和調制深度；
④調整信號源輸出電平（注意，切勿超過(guò)功率放大器允許的*大輸入電平）；
⑤通過(guò)場(chǎng)強監視計監測 GTEM小室的場(chǎng)強，使之達到所需的強度；
⑥重復③～⑤步驟，觀(guān)測確定被試品的電磁輻射敏感度。
3.2 試品的電磁騷擾輻射發(fā)射測試系統
試品的電磁騷擾輻射發(fā)射值測試在理論上也能在 GTEM小室內進(jìn)行，這時(shí)小室內芯板和底板就代替暗室測試中的天線(xiàn)接收試品工作過(guò)程中產(chǎn)生的輻射騷擾。GTEM小室的 N型接頭接干擾接收機，通過(guò)干擾接收機便能測試試品工作過(guò)程中電磁騷擾的輻射發(fā)射情況。再通過(guò)計算機和處理軟件，以定出試品輻射發(fā)射的測試結果。注意，這里存在一個(gè)在 GTEM小室中的測試結果和開(kāi)闊場(chǎng)或電波暗室測試結果的比對問(wèn)題，從中找出規律（建立數學(xué)模型），進(jìn)行必要的修正，而這也正是 GTEM小室測試軟件所要解決的問(wèn)題。另外，試品在GTEM小室中擺放的位置不同，造成芯板與底板之間相對距離的不同，也將是導致測試結果不同的關(guān)鍵因素，試驗人員務(wù)必給以充分注意。
在 GTEM小室內做試品電磁騷擾輻射發(fā)射試驗的操作方法如下：
①將被試品置于 GTEM小室內；
②外接干擾接收機，接收試品的輻射騷擾電平輸出；
③根據測試標準要求設置掃描頻率的范圍和檢波方式及分辨率帶寬；
④干擾接收機測試被試品的輻射騷擾電平值；
⑤通過(guò)計算機及軟件進(jìn)行數據處理，得到*終測試結果。
注意，用 GTEM小室無(wú)論是做射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗，還是做試品本身工作中所產(chǎn)生的輻射電磁騷擾的發(fā)射試驗，都有一個(gè)極化問(wèn)題（在開(kāi)闊場(chǎng)和電波暗室中做測試，是通過(guò)改變擺放天線(xiàn)的方向來(lái)實(shí)現的）。在 GTEM小室里的芯板和底板扮演了天線(xiàn)的角色，它們的位置是不能變化的，因此要想改變電場(chǎng)的極化方向，只能通過(guò)人為地改變試品相對芯板和底板的擺放方向來(lái)實(shí)現了。
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1 GTEM小室簡(jiǎn)介
GTEM小室是根據同軸及非對稱(chēng)矩形傳輸線(xiàn)原理設計而成的設備。為避免內部電磁波的反射和諧振，GTEM小室在外形上被設計成尖錐形，其輸入端采用 N型同軸接頭，隨后中心導體展平成為一塊扇形板，稱(chēng)為芯板。在小室的芯板和底板之間形成矩形均勻場(chǎng)區。為了使球面波（嚴格地說(shuō)，由 N型接頭向 GTEM小室傳播的是球面波，但由于所設計的張角很小，因而該球面波近似于平面波）從輸入端到負載端有良好的傳輸特性，芯板的終端因采用了分布式電阻匹配網(wǎng)絡(luò )，從而成為無(wú)反射終端。GTEM小室的端面還貼有吸波材料，用它對優(yōu)異頻率的電磁波作進(jìn)一步吸收。因此在小室的芯板和底板之間產(chǎn)生了一個(gè)均勻場(chǎng)強的測試區域。試驗時(shí)，試品被置于測試區中，為了做到不因試品置入而過(guò)于影響場(chǎng)的均勻性，試品以不超過(guò)芯板和底板之間距離的1/3高度為宜。
2 工作原理
GTEM小室中的電場(chǎng)強度與從 N型接頭輸入信號電壓 V成正比，與芯板距底板垂直距離 h成反比： E = V/h 在 50?匹配的系統里，芯板對底板的電壓與 N型接頭的信號輸入功率之間的關(guān)系滿(mǎn)足 V =（RP）1/2 =（50P）1/2故場(chǎng)強 E =（50P）1/2 / h 如考慮實(shí)測值與理論值之間的差異，上式還應乘一個(gè)系數 k，因此實(shí)際的電場(chǎng)強度是
E = k（50P）1/2 / h
從上式可見(jiàn)，若在 GTEM小室注入同樣的功率，芯板的位置距底板的距離越近（h值越?。?，則可獲得較大的場(chǎng)強；若產(chǎn)生同相的場(chǎng)強，較大空間處（ h值越大）需要的輸入功亦較大。
上述結論表明，對于較小的試品，我們可以把試品放在 GTEM小室中比較靠前的位置，這樣用比較小的信號輸入功率，就可以得到足夠高的電場(chǎng)強度。注意，試品的高度不能超過(guò)選定位置芯板與底板間距的 1/3。
3 GTEM小室在電磁兼容測試中的應用
3.1 射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗采用 GTEM小室做射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗的優(yōu)點(diǎn)：
GTEM產(chǎn)生的電場(chǎng)強度要遠大于天線(xiàn)產(chǎn)生的場(chǎng)強，所以用比較小的射頻功率放大器可以產(chǎn)生很強的電場(chǎng)，使得整個(gè)測試系統的價(jià)格大大降低。這對尺寸不太大的設備來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常好的射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗方案。
GTEM小室做射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗不需要用天線(xiàn)，所以可方便地用于自動(dòng)測試，大大減少了測試時(shí)間，也降低了對試驗人員的技術(shù)要求。
當信號源經(jīng)過(guò)放大后注入到 GTEM小室的一端（通過(guò) N型同軸接頭），就能在芯板和底板之間形成很強的均勻電磁場(chǎng)，放置在被測件附近的電場(chǎng)監視探頭監測此場(chǎng)強，再經(jīng)由計算機得到輸入功率值，直接調節信號源以求達到所需求的場(chǎng)強值。測控軟件控制信號源以一定的步長(cháng)進(jìn)行輻射場(chǎng)的頻率掃描。另有視頻監視器（攝像頭安裝在 GTEM小室里面，圖 4中未畫(huà)出，試驗人員在 GTEM小室外通過(guò)監視器）觀(guān)測試品在射頻電磁場(chǎng)干擾下的工作情況。
操作方法：
①將試品及場(chǎng)探頭置于 GTEM小室內；
②外接信號源，通過(guò)功率放大器，在 GTEM小室內建立均勻電場(chǎng)；
③確定測試頻率范圍及調制方法和調制深度；
④調整信號源輸出電平（注意，切勿超過(guò)功率放大器允許的*大輸入電平）；
⑤通過(guò)場(chǎng)強監視計監測 GTEM小室的場(chǎng)強，使之達到所需的強度；
⑥重復③～⑤步驟，觀(guān)測確定被試品的電磁輻射敏感度。
3.2 試品的電磁騷擾輻射發(fā)射測試系統
試品的電磁騷擾輻射發(fā)射值測試在理論上也能在 GTEM小室內進(jìn)行，這時(shí)小室內芯板和底板就代替暗室測試中的天線(xiàn)接收試品工作過(guò)程中產(chǎn)生的輻射騷擾。GTEM小室的 N型接頭接干擾接收機，通過(guò)干擾接收機便能測試試品工作過(guò)程中電磁騷擾的輻射發(fā)射情況。再通過(guò)計算機和處理軟件，以定出試品輻射發(fā)射的測試結果。注意，這里存在一個(gè)在 GTEM小室中的測試結果和開(kāi)闊場(chǎng)或電波暗室測試結果的比對問(wèn)題，從中找出規律（建立數學(xué)模型），進(jìn)行必要的修正，而這也正是 GTEM小室測試軟件所要解決的問(wèn)題。另外，試品在GTEM小室中擺放的位置不同，造成芯板與底板之間相對距離的不同，也將是導致測試結果不同的關(guān)鍵因素，試驗人員務(wù)必給以充分注意。
在 GTEM小室內做試品電磁騷擾輻射發(fā)射試驗的操作方法如下：
①將被試品置于 GTEM小室內；
②外接干擾接收機，接收試品的輻射騷擾電平輸出；
③根據測試標準要求設置掃描頻率的范圍和檢波方式及分辨率帶寬；
④干擾接收機測試被試品的輻射騷擾電平值；
⑤通過(guò)計算機及軟件進(jìn)行數據處理，得到*終測試結果。
注意，用 GTEM小室無(wú)論是做射頻輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗，還是做試品本身工作中所產(chǎn)生的輻射電磁騷擾的發(fā)射試驗，都有一個(gè)極化問(wèn)題（在開(kāi)闊場(chǎng)和電波暗室中做測試，是通過(guò)改變擺放天線(xiàn)的方向來(lái)實(shí)現的）。在 GTEM小室里的芯板和底板扮演了天線(xiàn)的角色，它們的位置是不能變化的，因此要想改變電場(chǎng)的極化方向，只能通過(guò)人為地改變試品相對芯板和底板的擺放方向來(lái)實(shí)現了。
