全電波暗室30 MHz～1 GHz輻射雜散騷擾測(cè)量不確定度評(píng)定

陳鈞，王鑫，賴金泉，吳熙，曾博，劉國(guó)榮

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663）

引言

輻射雜散騷擾是通信產(chǎn)品電磁兼容測(cè)試中一個(gè)重要的參數(shù)，為了評(píng)估該參數(shù)的測(cè)試準(zhǔn)確性，非常有必要對(duì)其進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定，本文將對(duì)輻射雜散騷擾測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定。

1 輻射雜散騷擾不確定度評(píng)定

1.1 測(cè)量模型

E—被測(cè)輻射雜散騷擾功率電平；

Er—測(cè)量接收機(jī)讀取的輻射雜散騷擾功率電平測(cè)量值。

1.2 輸入量影響因素分析

對(duì)輻射雜散騷擾測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析，影響輻射雜散騷擾功率電平測(cè)量值Er的主要因素有：

1）測(cè)量接收機(jī)多次測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

2）天線與測(cè)量接收機(jī)之間的衰減引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

3）天線系數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

4）測(cè)量接收機(jī)正弦波電壓的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

5）測(cè)量接收機(jī)脈沖幅度響應(yīng)的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

6）測(cè)量接收機(jī)脈沖重復(fù)頻率響應(yīng)的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

7）測(cè)量接收機(jī)本底噪聲的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

8）天線與接收機(jī)之間失配的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

9）天線系數(shù)的頻率內(nèi)插的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

10）天線系數(shù)的高度偏差的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

11）天線的方向性差異的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

12）天線相位中心的位置的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

13）天線的交叉極化的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

14）天線的平衡的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

15）場(chǎng)地不理想的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

16）測(cè)量距離的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

17）試驗(yàn)桌材料的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

18）測(cè)試桌高度的修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

鑒于此，輻射雜散騷擾的測(cè)量模型也可建立為如（2）式：

式中：

E—被測(cè)輻射雜散騷擾功率電平；

Vr—測(cè)量接收機(jī)讀數(shù)；

ac—天線與測(cè)量接收機(jī)之間的衰減；

δVSW—測(cè)量接收機(jī)正弦波電壓的修正；

δVpa—測(cè)量接收機(jī)脈沖幅度響應(yīng)的修正；

δVpr—測(cè)量接收機(jī)脈沖重復(fù)頻率響應(yīng)的修正；

δVnf—測(cè)量接收機(jī)本底噪聲的修正；

δM—天線與接收機(jī)之間失配的修正；

Fa—天線系數(shù)；

δFaf—天線系數(shù)的頻率內(nèi)插的修正；

δFah—天線系數(shù)的高度偏差的修正；

δFadir—天線的方向性差異的修正；

δFaph—天線相位中心的位置的修正；

δFacp—天線的交叉極化的修正；

δFabal—天線的平衡的修正；

δAN—場(chǎng)地不理想的修正；

δd—測(cè)量距離的修正；

δANT—試驗(yàn)桌材料的修正；

δh—測(cè)試桌高度的修正。

1.3 各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

1）輸入量Vr標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Vr）的評(píng)定

接收機(jī)讀數(shù)，即重復(fù)性測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用A類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。

本文以特征頻率點(diǎn)70 M（天線垂直極化）為例說(shuō)明，重復(fù)條件下分別重復(fù)測(cè)量10次，得到一組測(cè)量值如表1。

測(cè)量平均值=65.3 dBm。

本文以測(cè)量平均值為結(jié)果報(bào)出最終測(cè)試結(jié)果。

所以由測(cè)量接收機(jī)重復(fù)性測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Vr）：

這里表示n次測(cè)量的算術(shù)平均值，這里n=10。

2）輸入量ac引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（ac）的評(píng)定

查輻射雜散騷擾鏈路插入損耗校準(zhǔn)證書知，由接收機(jī)與天線之間引用的衰減其不確定度估計(jì)值為0.24 dB；其服從正態(tài)分布，取k=2，所以由接收機(jī)和天線連接衰減引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（ac）：

3）輸入量δVSW引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δVSW）的評(píng)定

對(duì)接收機(jī)正弦波電壓準(zhǔn)確度的修正δVSW的估計(jì)值，查接收機(jī)校準(zhǔn)報(bào)告，確認(rèn)接收機(jī)正弦波測(cè)量準(zhǔn)確度符合CISPR 16-1-1標(biāo)準(zhǔn)要求（±2 dB），并且校準(zhǔn)報(bào)告給出了具體的偏差值和不確定度，因此取δVSW的區(qū)間半寬度為：0.47 dB（取最大偏差），服從均勻分布，且校準(zhǔn)擴(kuò)展不確定度為0.3 dB，k=2。所以δVSW引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δVSW）：

4）輸入量δVpa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δVpa）的評(píng)定

查接收機(jī)校準(zhǔn)報(bào)告，其脈沖幅度響應(yīng)符合CISPR 16-1-1標(biāo)準(zhǔn)要求所規(guī)定的（±1.5 dB）允許誤差要求且校準(zhǔn)報(bào)告給出了具體的偏差值和不確定度，因此取δVpa的區(qū)間半寬度為：0.50 dB（取最大偏差），服從均勻分布，且校準(zhǔn)擴(kuò)展不確定度為0.6 dB，k=2。所以δVpa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δVpa）：

5）輸入量δVpr引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δVpr）的評(píng)定

查接收機(jī)校準(zhǔn)報(bào)告，其脈沖頻率響應(yīng)符合CISPR 16-1-1標(biāo)準(zhǔn)要求所規(guī)定的（±1.5 dB）允許誤差要求且校準(zhǔn)報(bào)告給出了具體偏差值和不確定度，因此取δVpr區(qū)間半寬度為：0.62 dB（取最大偏差），服從均勻分布，且校準(zhǔn)擴(kuò)展不確定度為0.6 dB，k=2。所以δVpr引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δVpr）：

6）輸入量δVnf引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δVnf）的評(píng)定

通常，CISPR接收機(jī)的本底噪聲遠(yuǎn)低于騷擾電壓或騷擾功率限值，此時(shí)本底噪聲對(duì)那些接近限值的測(cè)量結(jié)果的影響可忽略不計(jì)，但對(duì)于非限值附近的測(cè)量結(jié)果，其影響評(píng)價(jià)較復(fù)雜，因此本文參考CISPR16-4-2:2018中相關(guān)資料，認(rèn)為接收機(jī)的本底噪聲引入的允許誤差為±0.5 dB，服從均勻分布，因此δVnf所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δVnf）：

7）輸入量δM引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δM）的評(píng)定

該影響量的評(píng)價(jià)復(fù)雜，本文參考CISPR16-4-2:2018中相關(guān)資料，認(rèn)為天線與接收機(jī)之間的失配的修正引入影響量的波動(dòng)區(qū)間為（-1.0，+0.9）dB，服從U形分布，因此δM所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δM）：

8）輸入量Fa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Fa）的評(píng)定

天線系數(shù)Fa的估計(jì)值，其擴(kuò)展不確定度和包含因子均可以在校準(zhǔn)報(bào)告中得到，查找設(shè)備校準(zhǔn)證書知，其擴(kuò)展不確定度為1.5 dB，服從正態(tài)分布，取k=2，因此由天線系數(shù)Fa引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Fa）：

9）輸入量δFaf引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFaf）的評(píng)定

天線系數(shù)的頻率內(nèi)插的修正δFaf引入的允許誤差參考CISPR16-4-2:2018中相關(guān)資料，認(rèn)為其波動(dòng)區(qū)間為±0.3 dB，服從均勻分布，因此由天線系數(shù)的頻率內(nèi)插的修正δFaf引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFaf）：

10）輸入量δFah引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFah）的評(píng)定

天線系數(shù)的高度偏差的修正δFah引入的允許誤差參考CISPR16-4-2:2018中相關(guān)資料，認(rèn)為其波動(dòng)區(qū)間為±0.5 dB，服從均勻分布，因此由天線系數(shù)的高度偏差的修正δFah引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFah）：

11）輸入量δFadir引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFadir）的評(píng)定

天線方向性差異的修正δFadir引入的允許誤差參考CISPR16-4-2:2018中相關(guān)資料，認(rèn)為其波動(dòng)區(qū)間為±0.5 dB，服從均勻分布，因此由天線方向性差異的修正δFadir引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFadir）：

12）輸入量δFaph引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFaph）的評(píng)定

本文認(rèn)為天線相位中心位置的修正可忽略不計(jì)，因此由天線相位中心位置的修正δFaph引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFaph）=0。

13）輸入量δFacp引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFacp）的評(píng)定

本文認(rèn)為天線的交叉極化的修正可忽略不計(jì)，因此由天線的交叉極化的修正δFacp引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFacp）=0。

14）輸入量δFabal引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFabal）的評(píng)定

天線的平衡的修正δFabal引入的允許誤差參考CISPR16-4-2:2018中相關(guān)資料，認(rèn)為其波動(dòng)區(qū)間為±0.5 dB，服從均勻分布，因此由天線的平衡的修正δFabal引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δFabal）：

15）輸入量δAN引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δAN）的評(píng)定

場(chǎng)地不理想的修正δAN引入的允許誤差參考CISPR16-4-2:2018中相關(guān)資料，認(rèn)為其波動(dòng)區(qū)間為±4 dB，服從三角分布，因此由場(chǎng)地不理想的修正δAN引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δAN）：

16）輸入量δd引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δd）的評(píng)定

測(cè)量距離的修正δd引入的允許誤差參考CISPR16-4-2:2018中相關(guān)資料，認(rèn)為其波動(dòng)區(qū)間為±0.3 dB，服從均勻分布，因此由測(cè)量距離的修正δd引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δd）：

17）輸入量δANT引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δANT）的評(píng)定

本文認(rèn)為試驗(yàn)桌材料的修正引入的影響量可忽略不計(jì)，因此由試驗(yàn)桌材料的修正δANT引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δANT）=0。

18）輸入量δh引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δh）的評(píng)定

本文認(rèn)為測(cè)試桌高度的修正引入的不確定度影響量可忽略不計(jì)，因此由測(cè)試桌高度的修正δh引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（δh）=0。

1.4 合成不確定度的評(píng)定

按如下數(shù)學(xué)模型：

E=Vr+ac+δVSW+δVpa+δVpr+δVnf+δM+Fa+δFaf+δFah+δFadir+δFaph+δFacp+δFabal+δAN+δANT+δd+δh

靈敏系數(shù)：ci=1，i=1，…，18。

標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表2。

表2 30 MHz～1 GHz輻射雜散騷擾測(cè)量不確定度一覽表

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算：

1.5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

根據(jù)公式：

通常，取置信概率p=95 %，相應(yīng)的取k=2。

計(jì)算得：U=k×uc（E）=2×2.14=4.28。

所以，擴(kuò)展不確定度：U=4.3 dB k=2。

2 結(jié)語(yǔ)

測(cè)量不確定度是衡量測(cè)試準(zhǔn)確性的一個(gè)重要參數(shù)，本文對(duì)輻射雜散騷擾測(cè)量不確定度進(jìn)行了評(píng)定，該不確定度評(píng)定涉及的影響量眾多且有些影響量的評(píng)估相當(dāng)復(fù)雜，本文對(duì)那些復(fù)雜的影響量引用了CISPR 16-4-2:2018的數(shù)據(jù)而并未詳細(xì)闡述，這一部分內(nèi)容有待進(jìn)一步的研究。另外，本文僅對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的不確定度進(jìn)行了評(píng)估，并未考慮測(cè)試樣品帶來(lái)的不確定度，這部分內(nèi)容也同樣有待于進(jìn)一步的研究。