BP機靈敏度電場強度E的計算方法摘要：如何將在TEM小室中測得的BP機靈敏度dBm值轉(zhuǎn)換為野外測試場人體攜帶時BP機靈敏度電場強度E值?是目前普遍存在和要求解決的一個問題。本文就此作了全面論述并給出了計算方法，在BP機的調(diào)試、檢驗等測試過程中具有應用推廣價值。標準規(guī)定：BP機靈敏度測試應在30m野外場進行。但是，由于建立30m野外場對眾多企業(yè)存在著實際困難，目前普遍在矩形TEM橫電磁波傳輸小室中進行，給出的靈敏度是以dBm為單位的電平值，而非標準要求的以Vm為單位的電場強度值E。如何克服TEM小室內(nèi)電場強度E標定的困難?本文就此展開討論。1在射頻耦合器TEM小室中場強E和輸入電平的基本關(guān)系TEM測試小室的結(jié)構(gòu)是按傳輸線理論設計的，在IEC489689版本中已有說明，其附錄J是此種裝置的結(jié)構(gòu)與測試指南。當射頻電能饋入TEM小室，小室兩平板導體之間的中心部位(不是所有的部位!)就建立一個均勻的TEM電磁場，電場分量垂直于平板導體，磁場分量平行于平板導體，兩個分量都與電磁波傳播方向相垂直。其中心部位電場強度：(1)可推導出：(2)式中：P信號源入射高頻功率(W)；RTEM小室輸入阻抗實部()；D中部導板到上下底板垂距(m)；AC修正系數(shù)，其中A為中心導板上的電壓U0對U的比(U0U)；C修正常數(shù)等于1；U信號源RF輸出信號電平，通過50測試電纜加至TEM小室入口端，忽略電纜損耗，可視為TEM小室輸入電壓，單位V。例1在南韓TESCOMTC5010A(B)小室中，D=0.075mR=50，假設AC=1，則式中，I為TEM小室輸入電流可推出：U=E13.33查TESCOMTEM小室給出的變換系數(shù)H(Conversionfactor)，也可得到同樣的結(jié)果。因為H=EUH=22.5dBarc20lgH(dB)=13.33所以E=HU=13.33U例2在我國自產(chǎn)的NIM8801TEM小室中，其說明書給出：E=UD其中D=0.15m，R=50則有E=U0.15=6.67U，這里，令AC=1對國產(chǎn)的8155G等TEM小室，均可用公式E=ACUD進行計算。以上對二種TEM小室的AC取值等于1，即A=1，C=1，這顯然是理想的無損耗的橫電磁波測試室，同時也是按空的TEM小室考慮的結(jié)果。我國電子產(chǎn)品特別是無線電產(chǎn)品在進行電磁擾動性能測試中，已有一些標準引用了TEM小室，如GB1573495、GBT1383892和GBT13926.392等。由于不同場合引用中，對TEM小室的內(nèi)部設計作了調(diào)整，如有的TEM小室無中間平板導體，因此D就是小室底部到頂部的距離。有的TEM小室為敞開式，如用于TV輻射抗擾度的測量，其R=75，其D指底部到頂部的距離。TEM小室的作用比較廣泛，可以用它對高頻場強儀進行校準，測量電子元器件、儀器的電磁輻射敏感度，測試電子產(chǎn)品的電磁輻射。1992年我國開始又把它推廣到BP機靈敏度電參數(shù)的測量。2用TEM小室作為BP機靈敏度測試裝置其中，專用信號源可以是：TC1002A，TC1002B或HP8648等配有BP機編碼器的RF信號源。TEM小室為封閉式，其輸入阻抗Ri和負載RL均等于50，最高工作頻率為500MHz或1GHz，其中TC5010A(B)最高工作頻率為1GHz，NIM8801最高工作頻率為500MHz，NIM8801C最高工作頻率為900MHz。U非常微弱，為防止外來干擾和輻射引起TEM小室內(nèi)TEM場結(jié)構(gòu)畸變，測量應在屏蔽室內(nèi)進行。以TC1002A(TC1002B)和TC5010TEM小室組成一個測量系統(tǒng)，置于屏蔽室中。TC1002A或TC1002B系統(tǒng)專用信號源，配有輸入RF電壓U的dBm讀值和小室內(nèi)對應的場強E示值。請注意：這是在這種D=0.075m的TEM小室中的電場強度示值，不能通用到D不相同的其它TEM小室中去。把此系統(tǒng)用作BP機專用測試系統(tǒng)，儀器制造商TESCOM經(jīng)與BP機30m野外試驗場實測結(jié)果比較，給出了合適的修正值即對場強作降5dB處理。這樣在TEM小室所得的結(jié)果就與30m野外場實測結(jié)果相一致。大量檢測數(shù)據(jù)也證明了這個結(jié)果的可行性和可信性。因此，當TEM小室用作BP機專用測試系統(tǒng)時，廠商對E公式作了修正。修正后對TC5010A(或B)(D=0.075m)E降5dB即：Arc20lg5=1.78E=13.33U1.78=7.5U，(U單位是V，E單位是Vm)根據(jù)式(2)有：AC=0.5625，A=0.5625我們也可以對國產(chǎn)的TEM小室作出如下修正：根據(jù)大量實測數(shù)據(jù)的對比結(jié)果，對NIM8801，D=0.15，令E降7dB，此時，RC20lg7=2.24E=6.67U2.24=2.978U，(U單位是V，E單位是Vm)根據(jù)式(2)有：AC=0.4467，A=0.4467當NIM8801TEM小室在最初推廣應用到BP機測試專業(yè)的時候，北京、廣州等地檢測機構(gòu)和企業(yè)紛紛反映其說明書給出的計算公式無法等同或近似30m野外試驗場測試結(jié)果，因而不敢使用。經(jīng)過幾年的實踐，人們認識到在測試BP機時，AC=1是不準確的，當它與野外實測結(jié)果比較時，AC=0.4467因此，E6.67U而應是E=2.978U3討論出現(xiàn)上述差別的主要原因如下：當BP機被人體攜帶時，由于人體對電磁波的反射等作用，改變了BP機的電磁場分布。國內(nèi)外的試驗結(jié)果表明：在BP機前方部分電場強度增加，在BP機背后部分電場分布減弱。為了反映這一實際使用情況，標準中規(guī)定測試人體攜帶時的BP機靈敏度。從靈敏度測試的結(jié)果看，人體攜帶時的BP機靈敏度比無人攜帶時(即如TEM小室中)BP機的好。換句話說，人體攜帶的BP機靈敏度場強E比TEM小室測得的BP機靈敏度場強E值低。其次，由于TEM小室加工工藝誤差、材料損耗、阻抗不匹配、泡沫塑料(或其它墊襯材料)、BP機占有空間及樣品高度(試驗樣品應處于小室兩平面導板之間的中心部位)，甚至外部RF電纜損耗等因素的影響，破壞了空的TEM小室的理想狀態(tài)，使其兩平板之間中部的電場分布不完全是均勻行波場特性。這種影響往往還與它的工作頻率有關(guān)。綜合以上原因，要使TEM小室中測得的靈敏度E值符合人體或模擬人攜帶狀態(tài)下的靈敏度就必須對TEM小室測試結(jié)果作降E處理。由于僅從TEM小室的結(jié)構(gòu)、工藝等方面的改進實現(xiàn)降E在技術(shù)上是難以做到的，所以我們所說的對TEM小室降E處理，實際上是從測試系統(tǒng)出發(fā)，通過在信號源上E示值的設置調(diào)整來完成。對TEM小室作降E處理，意味著改變了小室的A值。如果我們用精密RF微伏表對中心導板與底板之間進行RF電壓測量，會發(fā)現(xiàn)A=U0U1。IEC4896附錄J列出的TEM小室其A值等于0.5858，與我們測算得到的TEM小室0.5625和0.4467接近。三個不同A值同時也反映了三種TEM小室各自的電性能特性水平。對同一廠家同材同工藝同設備由同人員制作的同一型號經(jīng)驗收合格的TEM小室，它們之間盡管可能會存在微小差異，但其A值能做到相同或差別小到可以忽略不計，或者，還可以通過檢定手段對其誤差值加以校正。如果有一臺A值已確定了的TEM小室，那么可借助它換算未知TEM小室的A值。對影響TEM小室場分布的諸因素進行測定，是確定小室A值的一種方法。這是一件十分細致和復雜的測試分析工作，同時還必須配備十分精密的測試手段。A值的確定，更直接方便的辦法是以30m野外測試場的實測數(shù)據(jù)作比對依據(jù)，這需要長期比對的積累。南韓TESCOM在E降0dB6dB范圍內(nèi)定5dB確定A=0.5625，主要是考慮到BP機攜帶時人體的影響，其次是對TEM小室制作誤差的分析，是來自對MOTOROLA和中國等地區(qū)產(chǎn)品野外場大量實測值比對的結(jié)果。我們所以認可這一結(jié)果并測算到NIM8801TEM小室上去，也是由于長期與30m野外測試場實測數(shù)據(jù)進行比對而得出來的。30m野外測試場的建設，有其嚴格的標準。IEC489、ETS300133、YDT791、YDT942、GBT15938等專業(yè)標準都對30m野外場作了明確規(guī)定。30m野外測試場是BP機靈敏度參數(shù)驗收的最終手段。雖然各個30m野外場的條件會有某些差別，但按標準驗收合格的試驗場地的測試結(jié)果都會滿足誤差限定要求，因而是能夠被公認的。如果發(fā)生靈敏度測試結(jié)果的爭議而需要仲裁，TEM小室的測試結(jié)果必須以30m野外場的實測結(jié)果為準，因為TEM小室是一種人工模擬環(huán)境，而30m野外場實測值才是接近真值的實地結(jié)果。這個判斷準則不僅適用于TEM小室，也適用于所有人工模擬測試環(huán)境，其中也包括電磁暗室和GTEM測試室。標準規(guī)定，BP機靈敏度的單位應該是Vm。然而由于說明書給出的計算公式不適用和存在疑慮，故企業(yè)普遍以dBm為單位給出靈敏度值。使用以上修正公式，就可以改以dBm為單位表示的靈敏度為以Vm為單位的靈敏度。在一些信號源如HP8657A上，其電平的讀值既有dBm單位，又有V單位，二者的轉(zhuǎn)換可在儀器上直讀。當信號源上只有dBm時，dBm與V的換算依下式：dBm=20logV107使用過TC5010A和NIM8801兩種TEM小室的人都清楚，在TC5010A中測出的靈敏度dBm值比NIM8801的要好8dBm左右。使用本文給出的場強E修正公式，可以得到與實測基本一致的結(jié)果。為方便測試人員，根據(jù)修正公式，本文分別列出了TC5010A(B)TEM小室和NIM8801小室兩種測試裝置下EVm、UV、UdBm、三者之間的對應值。在使用2955B信號源時，此表可