1～6 GHz频段辐射骚扰试验测量不确定度的评定

余洪文　熊洋洋

摘 要：一切测量结果均存在测量不确定度。尤其是电磁兼容辐射骚扰试验，其测量结果受测量场地、测试系统、测量人员的影响均很大。该文分析了电磁兼容辐射骚扰试验（1～6 GHz）测量结果的不确定度来源，并计算了测量结果不确定度值，为电磁兼容实验室的检测结果提供了不确定度评定依据。

关键词：电磁兼容 辐射骚扰 测量不确定度 评定

中图分类号：O441 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（b）-0052-03

一切测量结果均不可避免地存在测量不确定度。尤其是电磁兼容辐射骚扰试验，其测量结果与测量场地环境、测试布局、测试设备、人员技术水平等因素有很大关系。因此，评定电磁兼容试验测量不确定度对测量结果的评估具有重要意义。

该文以能力验证特制的梳状信号发生器为样品，分析辐射骚扰场强（1～6 GHz）测试项目的测量结果不确定度来源，明确不确定评定方法，为检测结果提供不确定度依据。

1 测量系统的布置

此次测量样品为能力验证特制的梳状信号发生器，依据标准GB 9254-2008 GB 9254-2008 《信息技术设备的无线电骚扰 限值和测量方法》的要求测量样品在垂直极化下不同频率点（1.5 GHz、2 GHz、2.5 GHz、3 GHz、3.5 GHz、4 GHz、4.5 GHz、5 GHz、5.5 GHz、6 GHz）的场强值。

比对样品中心置于转台中心上方，接收天线距离比对样品中心3 m，分别使用峰值和平均值检波器测量。测量系统布置如图1。

其中，接收天线为RS公司的HF907，测量频率范围为1～18 GHz；前置放大器为RS公司的SCU18，测量频率范围为100 MHz～18 GHz；测量接收机为RS公司的ESU26，频率范围为20 Hz～26.5 GHz。

2 测量不确定度的评定

2.1 数学模型

根据标准CISPR 16-4-2：2014 《无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第4-2部分：不确定度、统计学和限值建模 测量设备和设施的不确定度》，辐射骚扰场强E的计算公式为：

式中，Vr为接收机读数；ac为接收天线和接收机间连接网络的衰减量；Gp为前置放大器的增益；Fa为接收天线的天线系数；δVsw为接收机正弦波电压的修正值；δVnf为接收机噪声本底修正值；δGp为前置放大器的不稳定性修正值；δM为接收天线与接收机之间失配误差的修正值；δFaf为天线因子AF频率内插修正值；δFadir天线的方向性差异；δFaph为天线在3 m位置的相位中心修正值；δFacp为天线交叉极化方向修正值；δSvswr为测试场地影响；δANT为测试用的桌子材料的影响；δd为测试距离为3 m时距离影响的修正值；δh为桌子高度的影响。

由图1和式（1）可知，在该试验中，测量不确定度主要由测量接收机、连接电缆、前置放大器和接收天线决定，除测量接收机读数外，其余的影响量均来自测量仪器本身。因此，测量接收机的读数的标准不确定度为A类不确定度，其余均为B类不确定度。

2.2 A类不确定度

测量接收机读数的变化由测量系统的不稳定性、接收机的噪声等因素引起。Vr是多组读数的平均值，其标准不确定度为平均值的实验标准偏差（k=1）。在某个频率点（4 GHz）固定天线高度和转台连续做10次独立等精度测量。

测量结果算术平均值： （2）

单次测量的实验标准差： （3）

测量结果平均值的实验标准差： （4）

则测量结果的A类标准不确定度： （5）

由式（2）～式（5）得Vr测量标准不确定度结果分别见表1。

2.3 B类不确定度

（1）接收天线与接收机间连接的电缆网络的衰减量的影响：由校准证书得到其扩展不确定为±0.3 dB，正态分布，k=2，则标准不确定度u（ac）=0.3/2=0.15 dB。

（2）前置放大器增益的影响：由校准证书得到其扩展不确定度为0.6 dB，正态分布，k=2，则标准不确定度u（Gp）=0.6/2=0.30 dB。

（3）天线系数的影响：由校准证书得到其扩展不确定度为0.7 dB，正态分布，k=2，则标准不确定度为u（Fa）=0.7/2=0.35 dB。

（4）接收机正弦波电压准确度的影响：由出厂报告得到其扩展不确定度为1.0 dB，正态分布，k=2，则标准不确定度u（δVsw）=1.0/2=0.5 dB。

（5）接收机本底噪声的影响：对于1～6 GHz，接收机的本底噪声的扩展不确定度为0.7 dB，服从矩形分布，则u（δVnf）=0.7/=0.40 dB。

（6）前置放大器增益的不稳定性的影响：由前置放大器的出厂证书得到其最大允许误差为±2 dB，则修正值应为具有半宽度为2.0 dB的矩形概率分布，分布因子，标准不确定度为u（δGp）=2.0/=1.15 dB。

（7）接收天线端口与接收机之间失配误差的影响：由于在接收天线与接收机之间使用了外部前置放大器，因此失配误差包含接收天线与前置放大器之间的失配和前置放大器与接收机之间的失配两部分。对于1 GHz以上的辐射骚扰测量，所使用的双脊波导喇叭天线的平均Swr≤2.0∶1，依据CISPR 16-4-2：2011附录E可得前接收天线与前置放大器之间的失配误差δM+=1.3 dB，δM-=-1.5 dB，δM的概率分布近似为U形分布，则标准不确定度u（δM）=（δM+-δM-）/（2）=1.00 dB。前置放大器与接收机之间的失配误差δM+=1.2 dB，δM-=-1.4 dB，δM的概率分布近似为U形分布，则标准不确定度u（δM）=（δM+-δM-）/（2）=0.92 dB。

（8）天线因子AF频率内插的影响：天线因子内插误差的修正值δFaf估计值为零时，服从半宽度为0.3 dB的矩形概率分布，其标准不确定度为u（δFaf）=0.3/=0.17 dB。

（9）天线方向性差异：方向性差异的修正表示对电场的衰减，其衰减为+3 dB，半宽度为1.5 dB，服从矩形概率分布，则u（δFadir）=1.5/=0.87 dB。

（10）天线在3 m距离相位中心位置的影响：对于双脊波导喇叭天线，随着频率相位中心位置的变化，将会产生与规定距离的偏差，δFaph服从矩形概率分布，其半宽度通过考虑距离的±0.1 m的误差的影响进行评估。同时假设场强与距离成反比，经计算得到扩展不确定度为0.3 dB，则u（δFapf）=0.3/=0.17 dB。

（11）天线交叉极化的影响：由于此次测量使用的是双脊波导喇叭天线，因此其交叉极化响应被认为是可以忽略的。

（12）场地不理想的影响：标准CISPR 16-4-2中提供了计算场地不理想的测量不确定度的两种方法。测量用的10 m法半电波暗室的校准证书中的Svswr最大值小于等于5 dB，由标准CISPR 16-4-2提供的方法2计算得到场地引起的标准不确定度为u（δSvswr）=5.0/=1.02 dB。

（13）测试桌材料的影响：CISPR 16-1-4描述了1 GHz以上测试桌材料影响评估的一种方法，对于1～6 GHz频段范围，δANT的估计值为零时具有半宽度为1.5 dB的矩形分布。因此，u （δANT）=1.5/=0.87 dB。

（14）测试距离的影响：δd服从矩形概率分布，其半宽度由测量距离的最大误差为±0.1 m进行评估，并假设场强与距离成反比，经计算得到扩展不确定度为0.3 dB，服从矩形分布，则u （δd）=0.17 dB。

（15）测试桌高度的影响：在准自由空间环境进行1 GHz以上场强测量，由于没有定义标准的桌子高度，因此，标准CISPR16-4-2未能给出针对桌子高度影响的不确定度。

2.4 合成标准不确定度及扩展不确定度

由得出的各测量不确定度分量u（xi）和灵敏度系数ci，利用公式进行计算，得到合成标准不确定度。扩展不确定度ULab=2 uc（y），不确定度评定结果见表2。

2.5 测量结果的正确表述和意义

由以上评定分析得知，辐射骚扰场强测量（1～6 GHz）的测量扩展不确定度为5.08 dB（k=2）。根据标准CISPR 16-4-2的4.2节“符合性判据”，在1～6 GHz频率范围内，Ucispr值为5.18 dB，以上测量结果的不确定度ULab

3 结语

测量不确定度是对测量结果质量的定量表征，完成的测量结果含有两个基本量，一是被测量的最佳估计值，一般由一组测量数据的平均值给出；另一个就是表征测量结果分散性的量，即测量不确定度。

参考文献

[1] JJF1059.1-2012，测量不确定度的评定与表示[S].2012.

[2] CISPR 16-4-2：2014，无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第4-2部分：不确定度、统计学和限值建模 测量设备和设施的不确定度[S].2014.

[3] GB 9254-2008，信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法[S].2008.