一份辐射发射测试报告会给出扩展不确定度,而 CISPR 16-4-2 决定实验室该如何使用它。如果实验室的数值不大于 CISPR 公布的数值,测量结果就按实测值与限值比较。如果更大,超出的部分要在比较之前加到测量结果上,于是一件原本低于限值 1 dB 的产品也可能判为不合格。实验室往往把这个数字当作固定不变的。其实不然。电波暗室自身的验证结果——1 GHz 以下的归一化场地衰减偏差与 1 GHz 以上的场地电压驻波比——正是这项计算的一个输入量,而标准允许用实测值取代容差。
- 归一化场地衰减用于验证 30 MHz 至 1 GHz 的场地:两副天线之间实测的场地衰减,经各自天线系数归一化后,在每一个位置、每一个高度与每一种极化下都应在理论值的 ±4 dB 以内。场地电压驻波比用于验证 1 GHz 至 18 GHz:当发射天线沿测量轴移动时,接收信号的变化不应超过 6 dB。
- CISPR 16-4-2 把两者都作为“场地不完善”项纳入不确定度评定:1 GHz 以下为 δAN,半宽 ±4 dB,三角分布,得到标准不确定度 1.63 dB;1 GHz 以上为 δSVSWR,以场地电压驻波比的一半作为半宽,对于 6 dB 的场地得到 1.22 dB。
- 在把 UCISPR 定为 6.3 dB 的 3 m 开阔试验场地与半电波暗室评定中,场地项仅次于天线的方向性修正;在 10 m 距离下,它则以明显优势成为最大的一项。标准允许实验室用自己实测的偏差代入,一座验证结果为 2 dB 而非 4 dB 的电波暗室,可使 3 m 距离下的扩展不确定度减小约 0.7 dB,10 m 距离下减小约 0.8 dB。
每座电波暗室都要做的两项验证
归一化场地衰减,30 MHz 至 1 GHz
归一化场地衰减,见于 CISPR 16-1-4 与 ANSI C63.4,指发射天线与接收天线在规定位置之间的传输损耗,并扣除两副天线的天线系数,使剩下的量只反映场地本身的性质。接收天线在 1 m 至 4 m 的高度范围内扫描,记录最小损耗值。对于电波暗室,发射天线依次置于试验空间的中心、前、后、左、右,在两个高度、两种极化下测量,以便让来自墙面、天花板与参考地平面边缘的反射都被激励出来。实测值与标准针对理想参考地平面列出的理论归一化场地衰减比较,在每一个频率、位置、高度与极化下,差值都应在 ±4 dB 以内。标准中没有任何条款放宽这一数值:达不到的场地就不是有效场地。
场地电压驻波比,1 GHz 至 18 GHz
在 1 GHz 以上,决定场地优劣的是吸波材料,而不是参考地平面。场地电压驻波比测量的是:当发射天线沿指向接收天线的直线、在 40 cm 范围内分六步移动时,接收信号的变化有多大,测点遍布整个试验空间并涵盖两种极化。在一个完美的自由空间场地中,接收电平只随距离变化,别无其他。反射会使其产生起伏,经距离修正后的峰峰起伏值就是场地电压驻波比。CISPR 16-1-4 允许 6 dB。之所以称为驻波比,是因为这种起伏正是直射路径与反射路径之间的驻波所造成的。
场地从哪里进入不确定度评定
CISPR 16-4-2 用一组输入量构建测量仪器不确定度:接收机读数、电缆衰减、天线系数及其修正、接收机的脉冲响应与正弦波电压修正、失配,以及一组场地修正。每一项都取估计值为零,并给定半宽与概率分布,标准不确定度即半宽除以该分布对应的除数:以 k = 2 给出的正态分布为 2,矩形分布为 √3,三角分布为 √6,U 形分布为 √2。合成标准不确定度是所有各项的方和根,扩展不确定度则是它的两倍。
场地在这组场地修正中占据其中一项。
| 频率范围 | 输入量 | 半宽 | 分布 | 标准不确定度 | 为何采用该分布 |
|---|---|---|---|---|---|
| 30 MHz 至 1 GHz | δAN,由归一化场地衰减结果得出的场地不完善 | ±4.0 dB,即 CISPR 16-1-4 的容差 | 三角分布 | 1.63 dB | 注释 D7:满足 4 dB 容差的场地不大可能在骚扰测量中造成 4 dB 的误差,因此取值区间的两端被视为小概率。 |
| 1 GHz 至 18 GHz,方法 2 | δSVSWR,由场地电压驻波比结果得出的场地不完善 | ±3.0 dB,即 6 dB 场地电压驻波比容差的一半 | 三角分布 | 1.22 dB | 注释 E6:场地电压驻波比取自 15 次或 20 次比对测量中的最大值,因此任何单次测量的误差最可能接近零。 |
| 1 GHz 至 18 GHz,方法 1 | δSVSWR | ±4.0 dB,即 6 dB 的场地电压驻波比所对应的、相对理想传输损耗的偏差 | 正态分布,k = 3 | 1.33 dB | 注释 E6:在整个频段内均不超过 4 dB,因此将其视为置信度极高的边界。 |
表 1 中公布的 UCISPR 数值正是来自这些不确定度评定:30 MHz 至 1 GHz 的开阔试验场地或半电波暗室为 6.3 dB,同一频段的全电波暗室为 5.3 dB,1 GHz 至 6 GHz 为 5.2 dB,6 GHz 至 18 GHz 为 5.5 dB。每一个数值都取自支撑它的那几张表中的最恶劣情形,而对于开阔试验场地与半电波暗室的数值,这一最恶劣情形是 3 m 距离、200 MHz 至 1 GHz 的垂直极化,即表 D.4。1 GHz 以上没有单独的喇叭天线评定:表 E.1 与表 E.2 对双脊波导喇叭天线和对数周期天线同样适用,唯一与天线有关的一行是交叉极化,而标准认为喇叭天线的这一项可以忽略,场地项对两者则是相同的。
在 1 GHz 以下的 3 m 距离上,场地项仅次于对数周期天线的方向性修正,并远高于天线系数本身。方向性一项是 3 m 距离特有的产物:在 10 m 距离下它从 1.80 dB 降到 0.29 dB,同一份评定给出 5.2 dB,而场地项则以接近合成方差 40% 的占比成为最大的分量。在 1 GHz 以上,场地项仅次于天线与前置放大器之间的失配。在所有情形中,它都占方差的五分之一到五分之二,对于一项大多数实验室只填一次、此后再不回头看的输入量来说,这是相当大的比重。
结果更好时,标准允许你怎么用
两条注释给出的许可是一样的。注释 D7 规定:如果实测的 Dmax——即理论场地衰减与实测场地衰减之间的最大差值——小于 4 dB,实验室在计算 Ulab 时可以把修正量 δAN 取为零,并采用半宽为 Dmax 的三角分布。注释 E6 对场地电压驻波比作了同样的规定:低于 6 dB 的实测场地电压驻波比,在方法 2 下可取其一半作为半宽,在方法 1 下则按 4 × (SVSWR / 6) 换算并取 k = 3。于是进入评定的输入量是电波暗室的实际验证结果,而不是容差。
| 代入的场地结果 | 场地项的标准不确定度 | Ulab,3 m 距离的表 D.4,其余均按表中数值 | 对照 UCISPR 6.3 dB |
|---|---|---|---|
| Dmax = 4.0 dB,即容差 | 1.63 dB | 6.3 dB | 相等 |
| Dmax = 3.0 dB | 1.22 dB | 5.9 dB | 低 0.4 dB |
| Dmax = 2.0 dB | 0.82 dB | 5.6 dB | 低 0.7 dB |
| Dmax = 1.0 dB | 0.41 dB | 5.5 dB | 低 0.8 dB |
| 完美场地,0 dB | 0.00 dB | 5.4 dB | 低 0.9 dB |
| 代入的场地结果 | 场地项的标准不确定度 | Ulab,3 m 距离的表 E.1,其余均按表中数值 | 对照 UCISPR 5.2 dB |
|---|---|---|---|
| SVSWR = 6.0 dB,方法 2 | 1.22 dB | 5.2 dB | 相等 |
| SVSWR = 6.0 dB,方法 1 | 1.33 dB | 5.3 dB | 高 0.1 dB |
| SVSWR = 4.0 dB,方法 2 | 0.82 dB | 4.9 dB | 低 0.3 dB |
| SVSWR = 2.0 dB,方法 2 | 0.41 dB | 4.6 dB | 低 0.6 dB |
| 完美场地,0 dB | 0.00 dB | 4.6 dB | 低 0.6 dB |
这两张表可以读出两点。第一,收益是实在的,但有上限:即便是一座完美的电波暗室,在 1 GHz 以下也只能把扩展不确定度减小不到 1 dB,因为天线系数、接收机的脉冲响应以及对数周期天线在 3 m 处的方向性都原封不动。仅靠一座电波暗室买不到小的不确定度。第二,这份收益现在就能拿到,来自实验室已经持有的一份证书——前提是该证书以能给出 Dmax 的形式报告偏差,并且实验室的质量体系记录了这项替代。方法 1 在 6 dB 容差满值时得到的结果高于 UCISPR,这说明公布值假定使用的是方法 2;采用方法 1 的实验室应当核查自己最终落在 5.2 dB 的哪一侧。
这个数字为何在限值线上举足轻重
CISPR 16-4-2 的第 4.2 条是这一切产生后果的根源。如果 Ulab 不大于 UCISPR,符合性判定依据实测值作出。如果 Ulab 更大,则在与限值比较之前,要把差值 Ulab − UCISPR 加到实测值上。某家实验室若因天线系数不确定度、电缆损耗或失配而在 1 GHz 以下达到 7.0 dB,就等于给每一件产品都加了 0.7 dB 的负担。以实测的 2 dB 的 Dmax 取代 4 dB 容差代入,在 3 m 距离下大致可以把这 0.7 dB 拿回来;在 10 m 距离下可拿回 0.8 dB——同一份评定在那里从 5.2 dB 降到 4.4 dB——并且可以在不更换任何一台仪器的情况下,让实验室重新回到 UCISPR 之下。这就是一份好的场地验证结果的实际价值:它不只是一个合格标记,而是一个可以带进不确定度评定的数字。
该从验证证书里取哪些内容
30 MHz 至 1 GHz 的归一化场地衰减,以及按 CISPR 16-1-4 方法测量的 1 GHz 至 18 GHz 场地电压驻波比,都在我们据以实施验证的 LAB Support Ltd. A2LA 认可 ISO/IEC 17025 范围之内;证书会报告每一个频率、位置、高度与极化下的偏差,因此 Dmax 与最大的场地电压驻波比可以直接从证书取用,代入 CISPR 16-4-2 的不确定度评定。场地验证指南列出了各项参数。如果贵方的评定中仍然沿用 4 dB 与 6 dB 的容差,而贵方的电波暗室实际表现更好,请把证书和评定发给我们,我们会说明这项替代对贵方场地值多少。
“Never tell me the odds.”(别跟我讲胜算。)
CISPR 16-4-2 偏偏非讲不可。好消息是,更好的电波暗室能把胜算提高。