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电波暗室10米法和3米法的差别

在EMC标准文件CISPR32中,电波暗室辐射发射测试的规格值的制定是基于“10m法”。另一方面,和10米法比较,3米法测试品到接收天线的距离更短,测试值会偏大,因此规格值需要放宽。一般的,在所有频率上,3米法和10米法数据的差值约为10dB。

3米法和10米法电场强度差值

为什么两者间会相差10分贝?我们知道无线电波随着距离拉长而衰减,因此10m米法和3米法需要定义不同的测试规格值。

电场强度随距离衰减

当使用微偶极子作为波源时,无线电波的距离衰减公式如下。定义测试品与接收天线的距离为r,从{ }中可以看出与电场强度相关有3个因素:辐射电磁场、感应电磁场、静电场。

公式

从上面公式看,电场强度受到不同特性的无线电波对应产生的电场强度影响。

静电场就是所谓的“直流”电场强度,与距离的1/r3成正比。

感应电磁场是“近场”,波长 λ 那么最大距离定义为 λ / 2π 。在这个近场感应电磁场中,电场强度与距离的 1 / r2 成正比。

辐射电磁场是“远场”,表现为无线电波的区域,波长λ定义距离为λ/2π或更远,在远场辐射电磁场中,电场强度与距离的1/r成正比。

EMI电波暗室的辐射测试主要根据对远场辐射电磁波制定相应的规格值。也就是说,测试值与距离的 1 / r 成正比。比较不同的测量距离: 10米 和 3米 的电场强度。

◎ 10米:20 * log (1/10) = -20 [dB]

◎ 3m:20 * log (1/3) = -9.54 [dB]

因此测试结果的差值,就是远场辐射电磁场电场强度的差值。

-9.54 – (-20 ) = 10.46 ≈ 10

这个差值约等于 10 dB,因此认为两者间规格值的差值也是10dB。

EMC电波暗室中辐射发射测试的最低频率为 30MHz。频率和波长之间存在倒数关系,最小频率30MHz时波长最大。30MHz 的无线电波波长为 10m。感应电磁场(近场)的距离定义为λ/2π,因此对应10 m波长时的近场距离为1.6 m。

不管是10m法还是3m法,在测量频率范围内的辐射电磁场(远场)因为其他类型电场强度衰减的原因基本不会受到干扰,但其他因素不可忽略。EMC中辐射发射测试一般在电波暗室或室外开放式测试。两种都会在地板上安装了一块金属地板,因此接收天线不仅会接收到从 EUT 发射的“直射波”,还会收到地板反射的“反射波”。由于反射波与直达波的传播路径不同,因此两者存在相位差。

为减轻相位差影响,在辐射发射测试中,接收天线从 1 米开始垂直向上移动到 4 米。通常称之为高度模式。随着接收天线的高度变化,发射波的路径长度随之变化,相应相位差会出现强化或削弱。相同频率下10m法和3m法的,反射波效果完全不同。

除高度影响之外,不同的测量距离下,天线方向性对结果也会产生影响。特别在测量距离为3m、高度为4m的位置,反射波的入射角θ变得非常小。

并且测量天线的方向性与理想的微偶极子天线不同,具有一定的方向性。例如,在使用对数周期天线的场合,正面方向性比较高,正面无线电波的接收灵敏度高,侧面方向接收灵敏度低。按照入射角差别的计算,10m法的入射角θ较大,因此辐射波一般从正面到达,而3m法的入射角θ较小,所以辐射波从侧面到达。在辐射发射测试中,将接收电平作为天线因子校正灵敏度。但是,由于该校正没有考虑方向性,因此即使应用天线系数,测量结果也会有所不同。

测试样品外形尺寸对于测试数据也会造成影响,大尺寸的 测试品尤其明显。EMI电波暗室的辐射测试中,天线的距离是根据 测试品的外壳为基准确定的。如果 测试品外形尺寸较大,则辐射中心位置到天线的距离会因外壳距离影响而有较大不同。

例如在照明设备中,干扰噪声通常从设备中心电源线发射,照明设备的外形大小差别,直接波和反射波之间的相位差值会有很大差异。假设灯具的纵向尺寸为1 m,则中心与最外侧天线之间的距离差为0.5 m。 0.5m 的差异在 10m 方法中约为 5%,但在 3m 方法中为 16.6%。


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