天线测量的场地.doc

天线测量的场地 这里所说的“场地”是广义的，泛指能够在其中进行电磁辐射测量的所有设备与设施。即包括各种TEM Cell(横电磁波小室)、开阔测试场、电波暗室(微波暗室)等。当前在国内应用较多的场地是：开阔测试场、电波暗室与TEM Cell。但在国际上，近年来场地的类型发展很快。各种不同的新型场地都是针对原有场地的一些弱点进行改进的产物。 开阔测试场 电磁场辐射发射的测量，数据有效性的最终判定是依赖于开阔测试场。已写入国际与国家标准的标准测试方法是：被测设备(EUT) 置于对工作频率可视为良好反射面的接地平面上一定高度。其辐射发射被置于标准距离外(3m、10m、30m)同一接地平面上方的接收天线的接收。如图 1 所示，这种情况最接近被测设备的实际使用时的种情。注意到在测试场前、后、左、右以及上部都不存在反射的条件下，接收天线接收到的场是直射波与反射波的矢量和。因为两者相位关系，直射波可能被反射波抵消一部分。所以不一定能测到EUT发射的最大场强。只有反射波路径与直射波路径之差等于自由空间波长的整数倍时，才可能获得两个相位相同场的模相加。为了获得这一结果，在标准中规定了接收天线需在一定的高度范围内扫描。如3m法时在1~4m, 扫描；10m法时在1~6m扫描。且对于不同的测试频率，能获得最大场强的接收天线高度是不同的。 由此可见，利用开阔场测量辐射发射，是个很繁琐的过程。往往需要耗费很长的时间。作为辐射发射测量场地，开阔场是最理想的，其测量的结果完全可以根据理论计算出来，因而将其规定为最后判定的依据。但是，随着社会现代化进展，电磁环境越来越恶劣，开阔场的测量结果中，大量的背景噪声严重地影响着EUT辐射发射的数据判读。由于外壳的屏蔽解决了开阔场的背景噪声问题，为此，半电波暗室(地面为理想反射面，其余五面挂吸波材料)被广泛地用来代替开阔场。做为开阔场的代替场地，所以半电波暗室仍完全沿用开阔场地的标准测量方法,及接收天线需要在不同高度上扫描。这对半电波暗室来说，不仅是测量时间的加长，同时还需要大大提高暗室的高度。例如，对于1~4m的扫描情况，暗室屏蔽外壳的天花板高度应达到6~7m。这必然导致半电波暗室的造价大幅度提高。 全电波暗室(微波暗室) 与半电波暗室比较，在全电波暗室中的辐射发射测量(图 2)接收天线不再接收来自EUT的地面反射波(全电波暗室地面也放吸波材料,因而没有地面反射波)，而只接收直射波。对于完全理想的暗室，其电波传播的特性与自由空间相同。测量时收发射天线置于静区内进行；但接收天线的高度不必扫描。因此，全电波暗室具有节省测量时间、设施造价低于半电波暗室、减小了测量不确定度、可向频率高端扩展等优点。但是，要建造一个有足够大的静区空间的微波暗室造价还是很可观的。 图 2 全电波暗室 横电磁波小室 1971年美国国家标准局（NBS）（现为美国国家标准与技术研究院NIST），TEM Cell，是因为小室中的电磁波主要以横电磁波（TEM）模存在。对于TEM 模，其电场与磁场均完全地与电磁波能量传播方向垂直。其波阻抗与自由空间平面波相似，因此，在用TEM Cell的测量中，是用TEM 模去模拟自由空间平面波。 在进行辐射测量时，它具有一系列的优点，结构封闭，不向外辐射电磁能量，因而不干扰其他仪器、设备的正常工作和测试人员的健康，同时也不受外界电平的干扰影响；工作频带宽，场强范围大，且内部的电磁场值易于控制，成本低廉。广泛地应用于辐射抗扰度试验、电磁波生物效应测试、场探头校正及电磁反射试验等领域。但随着TEM cell测试频率的升高，为了保证场的质量，测试空间会变得越来越小。为解决工作上限频率与测试空间之间的矛盾，D．Hansen等1987年提出了GTEM cell(吉赫横电磁波小室)，如图4所示。它的形状与TEM cell的过渡端相似，渐变形结构避免了TEM cell中由于截面突变而造成来回反射的谐振现象，终端由分布式电阻和吸波材料共同组成，改善了小室输入端的电压驻波比(VSWR)。因而GTEM cel的上限频率可达1GHz甚至10GHz。GTEM cell作为一种重要的电磁干扰和敏感度的测试设备，正式载入国际无线电干扰特别委员会(CISPR)以及国际电工委员会(IEC)的国际标准中。 图 4a GTEM Cell 外观图 图 4b GTEM Cell 结构图 GTEM cell用于辐射发射测试时，适应于EN55022、ANSIC36.4、EN50147-2、FCC15、MILSTD461/462等国际标准。其优点是和微波暗室类似，不必像在开阔场地及半电波暗室中测量时那样来回移动测试天线，使测试效率得到提高，也简化了测试程序。而它的造价要比微波暗室要小的多。 但由于是用TEM