測試輻射發(fā)射時(shí)，為什么大部分情況限值都是垂直高于水平呢？

經(jīng)常會(huì )有工程師、客戶(hù)、以及同事聊到測試輻射時(shí)，為什么大部分都是接收天線(xiàn)在垂直方向比較差，水平方向卻很好呢？很多客戶(hù)在測試時(shí)特別是開(kāi)關(guān)電源客戶(hù)看一下水平方向的數據確認沒(méi)有問(wèn)題后，直接無(wú)視水平測試數據，只測試雙錐對數周期天線(xiàn)垂直極化方向的數據就好。

先就輻射測試的基本情況簡(jiǎn)述一下，在測試輻射時(shí)被測產(chǎn)品，放在一個(gè)屏蔽的暗室里面的轉臺上面的0.8m高絕緣桌子上面，此桌子可以360°旋轉。另外，在其待測試產(chǎn)品的另外一端3m或者10m處有一個(gè)可以上下1m~4m高度自由移動(dòng)并且可以在水平與垂直兩個(gè)方向自由切換天線(xiàn)極性的天線(xiàn)塔，接收對面轉臺上面的產(chǎn)品正常工作時(shí)產(chǎn)生的以電磁波形式通過(guò)空間發(fā)射的場(chǎng)強，再連接到外部的接收機進(jìn)行測量。詳細如下圖所示：

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依據上述所述，天線(xiàn)是要在垂直于水平兩個(gè)方向接收被測產(chǎn)品發(fā)射的電磁波，先就天線(xiàn)垂直極化與水平極化的概念、原理做下闡述：
（1）波是什么

在數學(xué)上，任何一個(gè)沿某一方向運動(dòng)的函數形狀都可以認為是一個(gè)波，簡(jiǎn)單的講就是振動(dòng)的傳播。每種波有相應的量子，電磁波──光子、引力波──引力子。有些波的傳播需要介質(zhì)，比如聲波等機械波。有些則不需要介質(zhì)，在真空中也能傳播，如電磁波。除了電磁波和引力波能夠在真空中傳播外，大部分波如機械波只能在介質(zhì)中傳播。

波在均勻、無(wú)向性的介質(zhì)中傳遞時(shí)，依介質(zhì)的振動(dòng)方向分可以分為兩種形式：

縱波：縱波的特點(diǎn)是介質(zhì)的振動(dòng)方向與傳播方向相同，在縱波中波長(cháng)是指相鄰兩個(gè)密部或疏部之間的距離。比如空氣中的聲波、地震波中的P波。

橫波：橫波的特點(diǎn)是介質(zhì)的振動(dòng)方向與傳播方向垂直，橫波也稱(chēng)“凹凸波”，如：電磁波、光波、地震波中的S波。橫波的特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直。在橫波中突起的部分為波峰，凹下部分叫波谷。其波長(cháng)通常是指相鄰兩個(gè)波峰或波谷之間的距離。

（2）波極化（偏振）

人們規定：電場(chǎng)的方向就是天線(xiàn)極化方向，一般使用的天線(xiàn)為單極化的，其中水平極化和垂直極化為兩種基本的單極化。電磁波與縱波如常見(jiàn)的聲波不同，電磁波是三維的橫波，正是由于其矢量特性，從而產(chǎn)生出極化這一現象。

振動(dòng)方向對于傳播方向的不對稱(chēng)性叫做極化（偏振），其中當震動(dòng)方向與傳播方向相互垂直時(shí)，極化值*大。它是橫波區別于其他縱波的一個(gè)*明顯的標志，只有橫波才有極化（偏振）現象。光波是電磁波，因此，光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向。光波中的電振動(dòng)矢量E和磁振動(dòng)矢量H都與傳播速度v垂直，因此光波是橫波，它具有偏振性。具有偏振性的光稱(chēng)為為偏振光。極化光是一種比較特殊的電磁波，他的電磁振蕩只發(fā)生在一個(gè)方向上，其他方向的振動(dòng)為0，偏振光分多種，有：圓偏光、橢圓偏振光等。

所有電磁平面波，一般分為直線(xiàn)，圓弧 和橢圓極化波。
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（3）天線(xiàn)的極化（偏振）

天線(xiàn)向周?chē)臻g輻射電磁波。電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構成。人們規定：電場(chǎng)的方向就是天線(xiàn)極化方向。一般使用的天線(xiàn)為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化---是*常用的；水平極化---也是要被用到的。
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極化損失：垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線(xiàn)來(lái)接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線(xiàn)來(lái)接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線(xiàn)來(lái)接收，而左  旋圓極化波要用具有**圓極化特性的天線(xiàn)來(lái)接收。當來(lái)波的極化方向與接收天線(xiàn)的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號都會(huì )變小，也就是說(shuō)，發(fā)生極化損失。例如：當用+45° 極化天線(xiàn)接收垂直極化或水平極化波時(shí)，或者，當用垂直極化天線(xiàn)接收+45°極化或-45°極化波時(shí)，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線(xiàn)接收任一線(xiàn)極化波，或者，用線(xiàn)極化天線(xiàn)接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失--只能接收到來(lái)波的一半能量。

極化完全隔離：當接收天線(xiàn)的極化方向與來(lái)波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平極化的接收天線(xiàn)接收垂直極化的來(lái)波，或用右旋圓極化的接收天線(xiàn)接收**圓極化的來(lái)波時(shí)，天線(xiàn)就完全接收不到來(lái)波的能量，這種情況下極化損失為*大，稱(chēng)極化完全隔離。理想的極化完全隔離是沒(méi)有的。饋送到一種極化的天線(xiàn)中去的信號多少總會(huì )有那么一點(diǎn)點(diǎn)在另外一種極化的天線(xiàn)中出現。例如下圖所示的雙極化天線(xiàn)中，設輸入垂直極化天線(xiàn)的功率為10W，結果在水平極化天線(xiàn)的輸出端測得的輸出功率為10mW。

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綜上所述，結合自己的經(jīng)驗總結歸納：

首先，因為我們測試輻射時(shí)主要考慮的是測試電場(chǎng)波，也只考慮接收天線(xiàn)在水平與垂直極化兩種方向的極化測試*大值，即主要考慮測試的是線(xiàn)極化波。而輻射測試時(shí)，被測樣品電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、控制線(xiàn)、殼體、PCB trace、器件本身……都可等效為相應的發(fā)射天線(xiàn)，產(chǎn)生不同的極化波，其中一部分主要以線(xiàn)極化波的方式朝向天線(xiàn)塔上面的接收天線(xiàn)。

其次，天線(xiàn)塔上面可垂直與水平方向轉換的接收天線(xiàn)，接收EUT被測產(chǎn)品方向的發(fā)射的線(xiàn)極化波，這里接收天線(xiàn)考量垂直與水平極化方向的*大場(chǎng)強極化值。

所以，其垂直與水平極化兩個(gè)方向測試數據較大的原因如下：

1、EUT本體結構、線(xiàn)纜、端口、PCB、信號類(lèi)型等的影響，就導致產(chǎn)生出不同的類(lèi)型極化的波，其中不乏分垂直與水平極化方向的波，其中的能量大小異同。而在接收天線(xiàn)上產(chǎn)生的極化損失也就不同，測試結果在水平與垂直的測試數據當然就不同了。而又因為，大部分產(chǎn)品都有AC電源線(xiàn)、控制線(xiàn)纜、外設等線(xiàn)纜在測試時(shí)擺放方式、以及結構縫隙，都是垂直于參考地，這樣的極化損失為*小，天線(xiàn)的垂直極化方向測試值當然比較大了。另外，從簡(jiǎn)單的電磁感應角度來(lái)想的話(huà)，測試垂直擺放的電線(xiàn)與垂直接收天線(xiàn)的耦合系數是不是為*大呢？這樣，同樣能證明天線(xiàn)在垂直極化大部分時(shí)候都是比天線(xiàn)在水平極化方向的測試值要大了。

2、我看過(guò)一份ETS的3142D雙錐周期對數天線(xiàn)的校準證書(shū)，里面的天線(xiàn)Factor只有水平極化方向的數據，卻沒(méi)有垂直極化方向的數據。我也問(wèn)過(guò)校準實(shí)驗室的人，他們的回答是垂直校準天線(xiàn)誤差比較大。因為此，我翻看ETS出廠(chǎng)校準證書(shū)，上面卻有水平與垂直兩種極化方向的Factor。

鑒于此，比較好奇為什會(huì )是這樣呢？他說(shuō)的誤差大，應該就是天線(xiàn)水平時(shí)，其每根振子都平行于參考地，其中高頻等效分布電容也較天線(xiàn)垂直時(shí)要大了，這樣等效分布電容的增大是不是就會(huì )減小整個(gè)天線(xiàn)對參考地的阻抗呢？然而，這個(gè)阻抗的減小，從電氣參數計算上來(lái)講，即使是在水平與垂直方向相同的場(chǎng)強其電磁感應，即天線(xiàn)的極化時(shí)所產(chǎn)生的電壓會(huì )降低？從而使天線(xiàn)在水平極化方向肯定是要比垂直極化方向的測試值要低了? 正如，在做RS輻射抗饒度測試時(shí)，若要使EUT待測產(chǎn)品在水平與垂直方向產(chǎn)生相同3V/m的場(chǎng)強，PA功功率放大器在水平方向設置的功率要大一些，這樣就更近一步證實(shí)這個(gè)論據。
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3、前面在波的極化說(shuō)了，其中不止有線(xiàn)極化波，還有圓弧和橢圓極化波，在半電波暗室里面，五面雖然有高性能鐵氧體、吸波材料對此類(lèi)電磁波的吸收更或者此類(lèi)極化波的極化損失要遠遠大于線(xiàn)極化波對于接收天線(xiàn)在水平與垂直極化方向的極化效率，但是也不能完全忽略不計。再次，不同頻率的電磁波對于即使是相同的測試距離R，其中的波阻抗也是不一樣的。

所以，測試輻射時(shí)大部分LED Driver都是垂直高，水平低了！