２０１０年７月第２９卷第７期 ＥＭＣ专题 混响室中的抗扰度测试 产品支持部丁丁 罗德与施瓦茨中国有限公司 【摘要】在当今的ＥＭｃ测试领域，混响室测试在汽车、军标、航空航天等行业得到了较大的关注。为了符合各种标 准的混响室抗扰度测试要求，Ｒｏｈｄｅ＆ＳｃｈｗａｒＺ公司提供了完美的测试系统解决方案。本文对混响室的原理，校准，ＥＵＴ验 证和抗扰度的测量方法进行了阐述。 【关键词】混响室；电磁兼容；校准；抗扰度测试 Ｉｍｍｕｎｉｔｙ ｔｅｓｔ ｉｎ ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒｓ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ＥＭＣ ｔｅｓｔ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ，ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｎｄ ａｖｉａｔｉｏｎ，ｃｈａｍｂｅｒ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｐｏｐｕｌａｒ． Ｓｃｈｗａｒｚ ｈａｓ ｓｕｐｐｌｉｅｄ ａ ｐｅｒｆｅｃｔ ｔｅｓｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ． ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． ｔｈｅ ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕＫｉｌｌ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｌｌ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｓｔａｎｄａｒｄ，Ｒｏｈｄｅ＆ Ａｎｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ，ＥＵＴ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒｓＩ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ；ＥＭＣＩ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ｝ｉｍｍｕｎｉｔｙ ｔｅｓｔ １混响室工作原理 在认证型抗扰度测试中，通常 在电波暗室中进行辐射抗扰性测试。 为了进行全面的测试，必须使用水平 极化和垂直极化的信号从不同的方向 态的装有一个或多个搅拌器的屏蔽 小室，见图ｌ。搅拌器的尺寸与混响 地转动搅拌器）和搅拌模式法（连续 地转动搅拌器）。本文重点描述调谐 模式法，由于它能兼顾受试设备的平 室的尺寸应至少大于最低使用频率 （Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｓｅａｂｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ， 均响应时间因而得到大多数国际标准 采用。在使用脉冲调制的干扰信号进 行测量时，要求混响室本身的品质因 数Ｑ不能过高，高Ｑ值会使脉冲的上升 ＬＵＦ）时的波长。通过转动搅拌器 对受试设备进行辐射。但由于电波暗 室造价投资很高而且测量复杂，全世 界均需要可替代的测试方法。混响室 的测试方法应运而生，其主要应用于 汽车和军事领域，当今逐渐被民用标 准采纳。且已经制定出相应的标准， 如：国际标准ＩＥＣ ６１０００—４—２１…，汽 “搅动”混响室内的电磁波。各种多 次发射的叠加得到一种统计均匀，各 向同性的电磁环境。 沿和下降沿发生延时使得波形失真。 混响室的Ｑ值与其的固有结构（屏蔽面 板、天线）和材料特征有关。ＥｈＱ值可 计算得出混响室的时间常数，由下式 确定： ：车领域测量的企业标准ＧＭＷ３０９７［ 和 Ｆｏｒｄ ＥＳ．ＸＷ７Ｔ－ＩＡ２７８．ＡＣｔ ，混响室 也可用于ＭＩＬ．ＳＴＤ．４６１ＥＤ］和ＲＴＣＡ ＤＯ 图１ 典型的混波室测试系统 旦 ２兀厂 （１） 如果混响室的时间常数ｒ大于０．４ 倍的脉宽时，就必须对小室进行加载 以降低 。 总体上说，与电波暗室相比，混 １６０ＥｔＳ］的军用和航空航天的电磁敏感度 测试中。 混响室实际上就是工作于过模状 按照搅拌器的不同工作状态，混 响室测试可分为调谐模式法（步进式 中国科技核心期刊 一７一 响室进行抗扰度测试的优点是： ●适中的输入功率可得到高的测 试场强，也就是测试成本较低； ●测试结果没有关于受试设备的 以及测量前向和反射功率所需的装置 之间对信号路径进行切换。此外，根 极化和方向性的信息。 据频率范围，分别由对数周期天线或 为实现混响室中的电磁抗扰度 测量，Ｒ＆Ｓ公司提供了系统的解决方 喇叭天线作为发射天线在混响室中产 生电场，还需要相应的接收天线用于 ●不需转台和自动天线塔； ●降低了受试设备位置的要求， 也无需旋转； 案 ｊ，方便地受控于Ｒ＆Ｓ。ＥＭＣ３２￣Ｉｊ量 软件，见图２。 测量接收功率，这支天线直接连接到 接收机或频谱分析仪上，例如，Ｒ＆Ｓ。 ＦＳＰ７。使用宽带场探头测量各场强分 量（ 、Ｙ、ｚ）。定位装置通过远程控 制将搅拌器转动到所需位置。 ●能很好地仿真在金属腔体中工 作的受试设备的电磁环境； ●不需要太多的吸波材料，测试 Ｒ＆Ｓ ＳＭＬ０３信号发生器与Ｒ＆Ｓ ＡＭ３００函数发生器结合使用可产生各 种标准要求的信号，￣ＩＩＧＭＷ３０９７５１Ｊ 空间大，造价低。 其缺点在于： Ｆｏｒｄ标准中规定的射频信号以及雷达 脉冲波。对应所需的电场强度和频率 范围，使用多台功率放大器来提供所 需的输入功率。Ｒ＆Ｓ￣ＮＲＶＤ功率计读 取前向和反向功率值。Ｒ＆Ｓ ＯＳＰ矩阵 开关单元在信号发生器和功率放大器 ２混响室涓量配套的各种测 量软件 Ｒ＆Ｓ ＥＭＣ３２一Ｓ电磁兼容测量软 ●最低可用频率（１ｏｗｅｓｔ ｕｓａｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＬＵＦ）高； ●校准和测试时间长； 件是系统中的关键部分，与新的选件 Ｒ＆Ｓ ＥＭＣ３２一Ｋ３￣ＩＩＲ＆Ｓ。ＥＭＣ３２．Ｋ４ ●由于小室的Ｑ值高，窄脉冲测 试时受局限； 结合使用时，可完全符合标准来自动 进行混响室的校准和测量。这些选件 可在版本６或更高版本的软件中使用， 见图３。 Ｒ＆Ｓ ＥＭＣ２３．Ｋ３选项可实现混 响室的校准，ＥＵＴ验证和抗扰度测 试，它需要在软件平台上先安装Ｒ＆Ｓ。 ＥＭＣ３２一Ｋ４自动测试功能的选件。为 满足实际抗扰度测试时更复杂的测试 要求，软件的测试模版可灵活定义各 图２ Ｒ＆Ｓ ＥＭｃ３２显示混晌室测量模式的硬件设置 种的循环参数，使抗扰度测量进一步 自动化，如图４所示。以下循环参数可 用于混晌室中的测量： ◆搅拌器的旋转位置 用于电磁抗扰度测量的基本软件包 用于汽车／军标测量的增强型电磁抗扰度功能 用于手机测量的增强型电磁兼容功能选件：杂散发射测试和音频 突破抗扰度测试 用于按照ＥＮ６１０００－４—２１标准在混晌室中执行测量的扩展模块 （还需要Ｒ＆Ｓ ＥＭＣ３２－Ｋ４） 电磁抗扰度自动测试功能 按照ＭＩＬ－ＳＴＤ－４６１Ｅ ＣＳ１０３／４／５执行的测量 射频发生器、功率计和示波器的通用驱动程序 Ｒ＆Ｓ ＥＭＣ３２一Ｓ（Ｖ ６．０以前版本）升级到Ｖ ６．Ｘ的升级包 图 ３ Ｒ＆Ｓ ＥＭＣ３２ ＥＭＣ测量软件可选的扩展模块 ◆传感器的位置（仅用于校准） ◆干扰信号的调制方式（仅用于 受试设备测试） ◆天线频率范围（发射或接收天 线的更换） 一８一 中困科技核心期刊 ２０１０年７月第２９卷第７期 湖ｈ０ｆｎ￣Ｊｅｌｇｕｌ 图４抗扰度自动测试流程图 ｌ － ■固鞠圜眷 粤 一 鱼 盟整竖曼塑型锩黼■■岫 壁……一 …一 ｋ 魁矬融 ＝ ： ｊ｝ … 一 纛 ｊ 锥 ’ ｍ …－●～ ～一 ｊ＝：ｊ１” ；怒 ● ●＊＿自＿ ■ 。詈黑 纛 ｝ ￥ 日 ＿ ●● ｝ ｜ ～——— ￡ ———一 … ‰＃ ●－ ＿｝ ｍ 曼：：： ＿Ⅱ日 一 一—一 一 日 Ｊ． ｌ州 … ：一 …， ｝ ■ ｆ晰 ＿ 解 １瓣 Ｈ－ ＿●● 蟪 ■ ｌ 图５混响室的的自动校准界面 ３混响室的校准和ＥＵＴ验证 １）空载校准 电波暗室的均匀域是指的二维平 空载校准步骤如下： 面，而混响室的均匀性则是关注三维 （１）清空工作空间，将接收天 的立体测试空间。针对该测试空间校 线置于工作空间内，电场探头置于工 准空载和最大加载时的性能，此类校 作空间边界的某一顶点位置（共８个顶 准仅在混响室开始投入使用或结构变 点，高频时只取３个点），发射天线置 动时才执行。此外，每次试验前都要 于工作空间之外，发射方向对着小室 对混响室进行ＥＵＴ的加载验证。 的一个角或搅拌器；连接并开启场强 中国科技核心期刊 ＥＭＣ专题 监视器、信号源、功放以及接收天线 和测量接收机， （２）在一周内步进转动搅拌器 （如每圈旋转１ ２次），记录一周内 各方向的场强最大值（ 、 缸 和 ）、接收功率的最大值 和平均值 瑚 、和此时的输入功率 （３）在所有频率范围内重复 （１）、 （２）两个步骤； （４）改变电场探头位置至测试 空间的其它７个顶点（高频时其它２ 个），重复１、２、３三个步骤；以上步 骤可用ＥＭＣ３２软件自动进行，如图５ 所示； （５）计算工作空间八个顶点所有 频率的各个场分量归一化标准方差。 毒 其中 分别为 、 和ｚ。 对所有分量（共３×８个分量）求 标准方差： （３） 式中 表示八个顶点位置； 表示 、 和ｚ三个方向的直角分 量；（言）：４＝（∑ ：）／２４，表示总共 ２４个直角分量的平均值。标准通常要 求标准方差不得超过６－－３ ｄＢ。 （６）由接收天线记录的最大功率 来估算混响室的空间电场 ｗ： ．．９ ． ＝ ） ， ＝＜等）…㈩ 断混响室此时是否还处于线性工作条 件；如果此时的ＣＣＦ介于混响室的 ＡＣＦ 和ＡＣＦ 之间，则认为此 式中Ｐｌｎｐｕ 是混响室的输入功率， 为接收天线的天线效率， （对 时混响室的各项性能还处于线性区， 数周期天线为０．７５，喇叭天线为０．９） 在ＰＪ ，大于尸 至少１０ ｄＢｆｆ￣ 条件下，比较 ＥＳＴ和（Ｅ） 的大小， 通常要求在±３ ｄＢ以内。 当校准结果超出标准要求时，可 从以下几个方面改进： （１）适当增加采样数（旋转一周 的搅拌器步进数）； （２）根据ＥＵＴ大小及工作频率 适当减小工作空间的大小。 ２）最大加载校准 混响室的空载校准达到标准要求 后，再进行最大加载的校准。测试步 骤为： （１）在工作空间安装足够的吸波 材料，重复空载校准步骤卜５； （２）比较空载的ＡＣＦ 和最 大加载时的ＡＣＦ （标准要求最多 相差１２ ｄＢ）； 吸波材料的数量确定是一个反 复确认的过程，需要注意的是最大加 载条件下仍需满足场强的均匀性条件 （标准方差满足标准要求），否则， 可适当减ｄ，２ｎ载的程度。 天线校准因子（Ａｎｔｅｎｎａ ａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ，ＡＣＦ）为加载混响室的程度提 供一个参考指标。在空载的情况下 （未加ＥＵＴ和测试桌或吸波材料）， 用式（４）计算ＡＣＦ ： 一１Ｏ一 是空载时某一频率的所有位置 的平均接收功率。 且场均匀性仍然要符合标准要求，如 对混响室加载，再计算加载的天 图６Ｎ示。如果ＥＵＴ的加载超标（大 线校准因子： 于最大加载的程度），则此时的状态 不可直接使用，必须重新对混响室进 Ｐ ＡＡｃ 一￣Ｒｅｃ 、…Ｉ 行校准，还需增加搅拌器的步进数 量。 此处的ＰＡＥ Ｕ Ｔ加载条件下，仍然由式 ｖｅＲｅｃ是加载后某一频率 （６）可得到混响室的校准因子ＣＣＦ， 的所有位置的平均接收功率。 ３）ＥＵＴ）ｊＩＩ载验证 ｃ 用混响室对ＥＵＴ进行电磁兼容 （专）… ㈤ 测试前，先要验证加入ＥＵＴ和支撑 结合空载校准时的ＡＣＦ ， 设备后，对混响室的加载情况。通 可得到ＥＵＴ）ＪＩＩ载条件下的混响室加 过测试加载ＥＵＴ时的Ｃ ＣＦ（Ｃｈａｍｂｅｒ 载因子（Ｃｈａｍｂｅｒ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ， Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ，ＣＣＦ）指标来判 ＣＬＦ）： 中国科技核心期刊 ２０１０年７月第２９卷第７期 ＥＭＣ专题 最大场强的平均值，参见式（２）， ｃＬＦ＝—Ｃ ＣＦ种是敏感度模式，软件自动调整电平 大小，寻找敏感度阈值；另一种是合 格检验模式，只记录受试设备在某一 特定测试等级是否合格，测试过程中 不调整测试等级。敏感度模式的测试 过程中，可通过手动或受试设备监测 ＡＣ一 ｎｔｏｄ捌 ＼｜Ｊ （７） Ｅ ，为抗扰度测试所需的场强。由 式（８）容易看出，ＥｕＴ加载程度越 低，即ＣＬＦ越接近１，越节省功放的成 本。 在用混响室进行抗扰度测试之 前，要根据要求的测试场强ＥＴｅ，，估计 所需的输入功率Ｐ啊 ，它们之间的换 ４混响室中的受试设备测试 电磁抗扰度自动测试模版可设 算关系如下式所示： 系统自动判断受试设备是否故障。这 样，就可以自动评估每个受试设备故 置所有搅拌器参数和干扰信号的调制 方式，可在每个测试频率进行不同的 ＝ （８） 设置。此外，针对受试设备的抗扰度 障的具体抗扰度阈值。完成测试后， 您将获得所有敏感度阀值的信息，如 图７所示。 其中（ ） 为空载校准时的归一化 测试，还可以选择两种工作模式：一 ５小结 对于电磁抗扰度测量来说，混 目曩●｛Ｘ囊 ＩＩ｝ｌ！ Ｉ６｝１ ｏ∞ ■Ｉ．１ ｌｈ Ｉｖ＂—●● －Ｉ Ｈ－■ ＿ ■’■ ＬｑＪＴ ●－Ｈ● 的叫ｔ ｈ叫ｔ ．一 Ｕｍｌ 一｜ｔＩ Ｏ■哪ｈ ＇ ４ｌ１ ２４踊１ Ｏｅｖｉｅｍｏｒ，￡ 奠ｄ．ｄ ＾＿－ １ ｌ ０１２２ 叫ｔ蚶 一，嘣一 ｌａｍ Ｉ ｌ ｌ ＇４ 响室测量法是一种暗室的替代方法。 Ｒ＆Ｓ。ＥＭＣ３２－Ｓ软件平台与新型的 ｌ ｌ －ｌｖ ｌ ４ ３７ ｌ●ｌ ｌ ｌ １２ ２ １００．００－ ２ ２ ３ ４ ４７．２６０７ＺＩ６ Ｄｅ＇’●ｂ ￡，ａ，ｅｄ．ｄ Ｓ９ ９峙Ｄ● ￡ ●●ｄ．ｄ ‘椎９１艚辚Ｄ¨■岬Ｅ ●●如ｄ ・ － ． 毛３６ 毫哪 １毫５‘ １００００・ｎ１ ！咂∞－撒１ ’∞∞ １４２ Ｂ０盯 蕾 １ Ｓ．６ 讲２ －五１ 嚣Ｏ ＇２ １２ １２ ４ ３ ５ Ｋ３／－Ｋ４扩展选件相结合，可以按照 各种ＥＭＣ标准进行混响室中的电磁抗 扰度的测量：包括混响室的空载和满 载校准、ＥＵＴ验证和抗扰度测试。而 ５ ‘骆．７ｌ３ Ｄ＂■ ｔ ・●４．ｄ Ｄ 帅Ｅ ●●ｄ ‘ ６ｒ 箕Ｈ Ｄ¨■哪Ｅ坤●●６— １２轴 ｅ 糟 １ 骚 ９够 ・ １４∞ １００∞’ｍ∞’∞∞＇∞∞－１８０ ａ１ ｒ ’ ・１７０ Ｏ５￥０ ２＂ 唾∞３ ‘∞ １嚣Ｉ ・ ｛ 薯５ 朝’ ３．６ 西９ １２ ’２ １２ １２ １２ ９ ６ ９ ６ １１ Ｓ ‘稽∞７瞄● 毫 ●鲰站 喇 ３瑚１００∞ １‘２ ＤＨ■啪Ｅ ●● ｄ ＤＨ■ｍＥ虻●■曲ｄ １０ ∞３１６．Ｄ● ｈ Ｅ ●●ｄ．ｄ ・ － ７１８ Ｉ１１８ 瓣 ＩＯＤＯ０・ ９ １００￣（；Ｉ－＇毫Ｏ ＇∞∞－１４０ 崭３ １柏６３∞ 越９ －ｊ９１ ・２‘１ １２ １２ １２ Ｉ １２ ２ ｌ１ 辅２６４１７ Ｏ．＇＇●咖Ｅ艟—ｄ一 ＇２ 碍７∞７《，Ｄｗ●ｈ＇Ｅ ●●ｄ一 且，软件可兼容各种先进的受试设备 自动监测系统，可实现抗扰度的自动 １２ｉ １０ 图７ 使用敏感度模式得到的测试结果 测试及敏感度阀值的确定。 ［１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ．ＩＥＣ６１０００－４－２１ Ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ［Ｓ】．２００２． ［２】 ＧＭＷ ３０９７， Ｇｅｎｅｒａｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅ１ｅｃｔｒｉｃａｌ／ｅｌｅｃｔｒ０ｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ． Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，２００６． ［３］ＥＳ—ＸＷ７Ｔ一１Ａ２７８一ＡＣ，Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎｄ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ［Ｃ】，Ｏ￣ｏｂｅｒ １０ ２００３． ［４】 ＭＩＬ—ＳＴＤ一４６１Ｅ， Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｚ］，１９９９． 【５】 ＲＴＣＡ—ＤＯ１６０Ｅ，Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｆｏｒ Ａ￣ｂｏｒｎｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｚ］．２００４． 【６】Ｉｍｍｕｎｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒｓ，Ｎｅｗｓ ｆｒｏｍ Ｒｏｈｄｅ＆Ｓｃｈｗａｒｚ［Ｚ］，１９１。２００６． 中国科技核心期刊
