电磁兼容EMC测试：有关RS103辐射敏感度试验多频同时辐照方法的探讨

RS103辐射敏感度试多频同时辐照方法的探讨

摘要：探讨了RS103辐射敏感度试验多频同时辐照方法，多频辐照节省试验时间，提高试验效率，解决电磁兼容检测行业痛点，也提出了需解决的技术问题，*后分享了IEC 61000-4-3:2020多信号辐射抗扰度的具体实施方法。

《IEC 61000-4-3:2020 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度》标准中提供了多信号同时施加的射频电磁场辐射抗扰度方法。而具备200V/m场强等级的RS103电磁兼容实验室具有更有利条件实施多频辐照。多频辐照是解决电磁兼容检测行业痛点可行的方法。

RS103按照目前的步长，测试时间很长，尤其高频受喇叭天线的3dB波束宽度的影响，需要多位置测试的话，需要更长时间，占用暗室时间长。RS103也是电磁兼容实验室投资*大的项目，试验时间长，相关成本代价大。

而在日常RS103（10kHz～40GHz电场辐射敏感度）试验中，由于测试小场强（例如20V/m场强等级）更频繁，而在小场强测试条件下，具备200V/m场强等级（具备的功率放大器输出功率大）的RS103电磁兼容实验室只需增加多信号源即可实施多频辐照，这样大大节省试验时间，提高试验效率。即在单频点校验完后，在同一个功率放大器频段内通过合路器将多个信号输入功率放大器同时放大，经过同一发射天线对被试品进行同时辐照，如图1所示。

图1  多信号合路到单一发射天线多频辐照示意图

另外一种多频辐照的使用方法是同时多路辐照。由于RS103频段宽，从10kHz到40GHz，一般电磁兼容实验室功率放大器分成10kHz-80MHz、80MHz-1GHz、1GHz-2GHz、2GHz-6GHz、6GHz-18GHz、18GHz-26.5GHz、26.5GHz-40GHz七段，如果多频辐照可行得到支持，那么实验室增加少量硬件成本，在提前单频校验后，将多段功率放大器对应的频段进行同时多频辐照，大大节省了测试时间，如图2所示。

图2  多信号对应多发射天线的多频辐照示意图

多频辐照更符合电子产品在实际电磁环境中所遭受的复杂电磁环境，如图3所示，实际电磁环境中很少有单频电磁环境的场景，多频辐照模拟更贴近实际电磁环境。

图3  实际电磁环境示意图

当多频辐照被试品敏感时，进行单频辐照进行验证，以单频辐照试验结果为准，这样并不突破现有RS103测试方法、现有RS103场强限值。

RS103（10kHz～40GHz电场辐射敏感度）多频同时辐照方法的可行性已经利弊，欢迎读者留言提出不同角度的意见和建议。

多频辐照需要评估互调的影响、评估功率放大器的线性度和谐波、多个发射天线布局影响、单频检验的影响等。

《IEC 61000-4-3 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度》标准附录I多信号测试相关内容初步翻译版放置其后，以供读者理解多频同时辐照具体实施方法。

I.1一般情况

附录I提供了与在一个驻留周期内测试具有多个信号的EUT有关的信息，以减少总体测试时间。它提供以下相关信息：多个信号产生的互调效应、产生多个信号所需的功率、电平设置要求、线性和谐波检查以及多个信号的EUT性能标准。

I.2互调

互调可能在具有非线性的系统中产生。每个频率分量之间的互调将在频率上形成额外的信号，这些频率不仅是任意一个的谐波频率（整数倍），而且是原始频率的和频、差频以及这些和频、差频的倍数。

这种互调的结果是以边带（以基频和谐波频率为中心）的形式产生不需要的信号。

应注意确保这些不必要的信号不会对敏感度试验的质量产生重大影响。为此，这些不需要的信号可以作为谐波来处理，并且与现场的预期测试信号相比较应该至少低6dB。

这可以在图I.1中的图表中看到，并在数学上表示如下：

图I.1  测试频率f1和f2以及二阶和三阶互调频率

其中a1、a2和a3是一阶、二阶和三阶谐波的传递函数，

其中：

更高阶电压幅度电平用公式（I1.3）和（I1.4）计算：

和:

I.3所需功率

产生多个信号所需的功率可以用峰值和平均值来定义。

如果每个信号具有相同的功率，则适用以下公式：

PMSAVG是多个信号的平均功率；

PMSPK是多个信号的峰值功率；

PSSAVG是单个信号的平均功率；

PSSPK是单个信号的峰值功率；

n是信号的个数。

为了消除所有的失真，峰值功率可以用来计算一个给定的放大器可以产生的信号的数量。然而，由于各个信号的频率不同，它们的相对相位总是变化的。只有当所有信号同相时才能达到峰值功率水平。这是一个相对短暂的发生，大多数情况下，平均功率是一个更好的估计。

当使用平均功率而无法达到峰值功率时，就会产生失真（互调）。在一般情况下，这种失真可以*小化，只使用其线性工作范围内的放大器。所需的放大器功率由电平设置要求以及线性和谐波要求决定。

I.4电平设置要求

6.3.2和6.3.3的电平设置程序要求使用各向同性场探头，这些探头不是频率选择性的，不能解析和测量多个信号。因此，电平设置程序应使用单一频率进行。

为了使用多个信号，将需要执行两次电平设置程序。

这可以使用不同类型的测试设备来完成，例如多个信号源或矢量信号发生器和频率选择性功率测量设备（信号分析仪、频谱分析仪、网络分析仪、接收机等）。然而，独立于测试设备的选择，重要的是要尊重互调和放大器饱和效应。电平设置程序将使用6.3.2和6.3.3的结果（频率所需的功率，以确保具有AM的测试电平），以确定在不饱和放大器和引入太多失真的情况下，可以将多少信号组合成一个测试集。6.3.2步骤5）和6.3.3步骤7）以及附录D中的线性和谐波检查应同时对测试集中的所有现有信号进行，每增加一个新信号，直到其中一个或两个检查都失败。这是可以一起使用的信号的*大数量。

I.5线性和谐波检查

在6.3.2步骤5和6.3.3步骤7中定义的线性检查程序应作为一个集合用于每一组信号。测试装置中每个单独信号的信号发生器驱动电平应同时降低5.1dB。在所有测试信号仍然存在但减少的情况下，应测量和检查每个单独的输出信号，以使其至少减少3.1dB。

附录D中定义的谐波检查程序应修改为包括所有非基波频率（谐波、互调产物、杂散等）。这些非基波信号可以用传输到天线的功率来测量，或者用接收天线直接测量场强。然而，功率测量应校正天线增益。所有非基本信号与现场的预期测试信号相比较应至少低6 dB。

高功率低通滤波器可用于每个放大器输出，以限制谐波和互调产品的产物在放大器和/或测量设备（定向耦合器、信号/频谱分析仪）的较高工作带宽内。

I.6多信号EUT性能标准

在一个停顿时间内使用多个信号进行测试会使被测设备暴露在比本文档所要求的更多的能量中。这种过度曝光可能会导致被试设备失去功能或出现性能下降，而这些都不是由单一频率的照明引起的。

由于本文件的要求是单频测试，使用导致性能下降的一组单独的频率重新测试产品是必要的。单个频率测试的结果优先。