QJ 2840-1996电磁兼容性测量天线的天线系数校准方法

中国航天工业总公司航天工业行业标准QJ2840-96
电磁兼容性测量天线的天线系数校准方法
1996—06—03发布
中国航天工业总公司
1996—12—03实施
中国航天工业总公司航天工业行业标准电磁兼容性测量天线的天线系数校准方法
1主题内容与适用范围
QJ2840-96
本标准规定了电磁兼容性测量天线的天线系数校准要求、校准方法和校准步骤。本标准适用于一般电磁兼容性测量用天线，如环天线、单极天线、双锥天线、偶极天线、对数螺旋天线、对数周期天线、双脊喇叭天线、角锥喇叭天线等。2引用标准
GJB72电磁干扰和电磁兼容性名词术语。3术语
除本标准规定的术语，其余按GJB72的规定。3.1屏蔽暗室
一种专门设计的、内壁表面贴有吸波材料以吸收入射波能量的屏蔽室。3.2地面反射测试场
地面为良好导电平面的开阔场地。3.3高架场
收、发天线架设的高度足以避免地面反射波影响的、一种模拟自由空间的开阔测试场。3.4场地衰减
在开阔场进行测量时，从信号源馈到发射天线上的功率（或电压）与接收天线负载端得到的功率(或电压)之比。
430MHz以下频段所用天线的天线系数校准方法本频段使用的天线有环天线和单极天线。4.1标准场法
本方法适用于有标准场发射天线时环天线系数的校准。4.1.1原理
标准场是指将功率加在一副参数已知的发射天线上，从而在空间某一场点上的场强可通过近似计算得到。
中国航天工业总公司1996-06—03批准1996—12-—03实施
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当被校天线置于此标准场中时，所处点的场强值（单位为dBμV/m）减去接收机指示的端口电压值（单位为dBuV），即为天线系数（单位dB/m）。4.1.2校准要求
4.1.2.1标准发射天线
为磁场标准中的标准场发射天线，已知天线高频电流校准曲线。4.1.2.2测试仪器
4.1.2.2.1信号源
频率范围：14kHz～30MHz；
输出幅度：-30dBm+10dBm；
输出阻抗：50Q；
幅度稳定度：土1dB。
4.1.2.2.2接收机
接收频率范围：14kHz30MHz；
接收灵敏度：优于20dBμV；
测量准确度：士1dB；
输入阻抗：502。
4.1.2.2.3电压表
电压测量灵敏度：优于1mV；
测量准确度：±10%。
4.1.2.3测试环境
温度：15~35℃；
相对湿度：20%～80%。
4.1.2.4天线布置
收发天线环面必须平行，中心点在同-一轴线上，收发天线距地面高度应大于0.5m。收发天线间距应大于环半径7倍以上，距收发天线1m以内不能有大的金属物体，操作人员应远离环天线1m以上。
4.1.2.5校准频率点的选择
每10倍频程取10个点或按需要选择，以保证测量的准确，并包含所有的不规则点。4.1.3校准示意图
校准标意图见图1。
发射环天线
电压表
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信号源
接收机：
被校环天线
4.1.4校准步骤
4.1.4.1按图1放置天线并连接仪器，将信号源置于第一个校准频率，适当调节输出，通过电压表读出发射天线上的电压，由校准曲线换算出发射环天线上的高频电流，按式1计算被校天线处的场强，记为E。
Er=201gL，
式中：Er
在距离发射天线d处的场强值，dBμV/m；Z。———自由空间波阻抗，为120元，α；ri
发射环天线半径，m；
发射环天线高频电流，A；
β—-相移常数，β=2元/入；
>-波长，m;
两天线间距离，一般取1~2m；
接收环天线半径，m。
从接收机上读出被校天线的接收电压，记为U。按式2计算被校天线的天线系数。AF=ET-U
式中：AF—
被校天线的天线系数，dB/m；
U—-被校天线的接收电压，dBμV。4.1.4.4将信号源调至下一校准频率，重复步骤4.1.4.1～4.1.4.3。4.2标准天线法
本方法适用于有标准天线时环天线天线系数的校准。(2)
4.2.1原理
将一副磁场标准装置中的标准接收天线或一副校准过的环天线作为标准接收天线，被校天线通过与标准天线比较，实现天线系数的校准。4.2.2校准要求
4.2.2.1标准天线为磁场标准装置中的标准接收天线或一副校准过的环天线。4.2.2.2其余同4.1.2.2~~4.1.2.5。3
4.2.3校准示意图
校准示意图见图2。
发射环天线
信号源
4.2.4校准步骤
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被校接收环天线
标准接收环天线
接收机
或电压表
4.2.4.1按图2放置天线并连接仪器，调节信号源于某一校准频率，并输出适当辐度。先由标准天线接收，其接收场强记为ER。4.2.4.2保持信号源输出不变，在同位置上，将被校天线替代标准天线，接收到的端口电压值记为U。
4.2.4.3被校天线的天线系数按式3计算。AF=E-U
标准天线的接收场强，dBμV/m。式中：ER—
4.2.4.4将信号源调至下一频率，重复步骤4.2.4.1～4.2.4.3条。4.3等效电容替代法
本方法适用于单极天线天线系数的校准。4.3.1原理
单极天线的天线杆部分可等效为一个电阻和一个电容，因此校准时可将天线杆卸下，用一个特制的、可模拟天线杆的T形网络代替。该T形网络由电阻和一只等效天线容抗的电容器组成。通过对此等效电容衰减的测量，即可实现对单极天线天线系数的校准。4.3.2校准要求
4.3.2.1T形网络
T形网络电路结构示意图见图3。4.3.2.2测量仪器
4.3.2.2.1502负载应满足校准要求。4.3.2.2.2其余同4.1.2.2.1~4.1.2.2.2。4.3.2.3测试环境
同4.1.2.3。
4.3.2.4校准频率点选择
同4.1.2.5。
接信号源
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T形网络
到接收机
接天线基座
图中：Ca一一等效于天线容抗的电容器。电磁兼容性测试用单极天线的杆长一般为1m，等效电容Ca=10pF。
4.3.3校准示意图
校准示意图见图4。
信号源
天线接地板
4.3.4校准步骤
T形网络
输入端
输出端
接收机
或500同轴负载
500同轴负载
或接收机
4.3.4.1按图4连接电路，T形网络的臂1接信号源，臂2接接收机，臂3接被校天线基座的输入端，天线基座的输出端接502负载，调节信号源输出至第个校准频率，在接收机上得到的电压值记为U1。
4.3.4.2信号源输出不变，将接收机接到天线基座的输出端，T形网络的臂2接50Q负载，此时接收机的指示记为U2。4.3.4.3天线系数按式4计算：
AF=U,-U,+F
式中：AF-
被校天线的天线系数，dB/m；
U,—一接收机在臂2上接收的电压，dBuV；U，一接收机在天线输出端接收的电压，dBuV。(4）
一为通过T形网络测量输入信号时所引入的5dB损耗，与杆长1m的单极天线的F
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6dB/m天线系数之和，即1idB/m。4.3.4.4将信号源调至下一校准频率，重复步骤4.3.4.1～4.3.4.3。5301000MHz频段所用天线的天线系数校准方法本方法适用于双锥天线、对数周期天线、对数螺旋天线、偶极天线和双脊喇叭天线的天线系数校准。
校准方法有三种：标准天线法、二天线法和标准场地法。5.1标准天线法
此方法适用于30～1000MHz频段有标准天线时，线极化天线天线系数的校准。5.1.1原理
用参数已知的谐振半波振子或校准过的振子天线做标准接收天线，被校天线与标准天线分别在相同位置测量同一场强，标准天线测出的场强（单位dBuV/m）与被校天线的端口电压（dBμV）之差即为被校天线的天线系数（dB/m）。5.1.2校准要求
5.1.2.1测试场地
开阔场。
5.1.2.2收发天线的架设
两天线间距离为远场。发射天线架设高度一般为1～2m，接收天线架设高度一般为1～4m。被校天线与标准天线的极化方向相同。5.1.2.3标准天线
为远区电场标准装置中的标准接收天线或校准过的振子天线。5.1.2.4测量仪器
5.1.2.4.1信号源
频率范围：30～1000MHz；
输出功率：大于1W（若达不到可加用放大器）：幅度稳定度：土dB；
输出阻抗：50Q。
5.1.2.4.2接收机或频谱仪
频率测量范围：301000MHz；
灵敏度：优于20dBμV；
幅度准确度：土1dB；
输入阻抗：502。
5.1.2.4.3数字电压表
电压测量范围：0.1mV~300V；
电压测量灵敏度：优于0.1mV；
电压测量准确度：±10%。
5.1.2.4.4连接电缆和10dB衰减器6
应满足校准需要。
5.1.3校准示意图
校准示意图见图5。
发射天线
信号源
5.1.4校准步骤
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被校接收天线
标准接收天线
接收机或电压表
5.1.4.1按图5连接天线和仪器（依天线的结构选用接收机或电压表）。先由标准天线接收，信号源置于某一校准频率，调节输出幅度，在接收机或电压表上得到一个适当的指示，记为U,(单位dBμV）。
5.1.4.2保持信号源输出不变，在同一位置上，将被校天线替代标准天线，接收机或电压表的指示值记为U（单位dBμV）。5.1.4.3此频率点被校天线的天线系数由式5计算为：AF=AFi+(U,-U,)
式中：AF2—
被校天线的天线系数，dB/m；
AF1—标准天线的天线系数，dB/m；Ut-一标准天线的接收电压值，dBuV；被校天线的接收电压值，dBμV。U
5.1.4.4将信号源调至下一频率，重复步骤5.1.4.1～5.1.4.3条。5.2二天线法
适用于200～1000MHz频段仅有两副相同天线时的天线系数校准。5.2.1原理
（5）
电场天线的天线系数的应用有两种，一种用于远场场强测试，将接收机的接收电压转换成场强，校准需在远场条件下进行；另一种用于电磁兼容性鉴定测试中的接收电压与场强之间的转换，校准时两天线距离为实验要求的1m或3m、10m等。在500测试系统中，天线系数AF与天线增益G的关系如式6所示：9.73
AF=201g
式中：G天线增益，dB。
式6中的增益G在计算远场测试用天线系数时为天线功率增益；在计算电磁兼容鉴定测试用天线系数时，则为视在增益。7
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天线增益采用二天线法进行测量。二天线法适用于收发天线完全相同的情况，其接收与发射的功率关系如式7所示：
101gPr=101gPr+G+Gr-201g
式中：Pr\-接收天线的接收功率，W；Pr—.发射天线的发射功率，W；Gr发射天线的增益dB;
GR—接收天线的增益，dB；
d两天线水平距离，m。
若两天线完全相同，则：Gr=G=G，式7变为：PR
+51gPr
G=101g
在接收和发射系统阻抗相同的情况下，功率测量可由电压测量代替。因此式8也可表示为：
G=101g
式中：Ur—一天线接收电压，dBμV；Ur—天线发射电压，dBμV。
4元d+1
(UR-U)
对同时做场强测量和电磁兼容性鉴定测试用天线，天线的增益和视在增益必须分别测量，亦即用于两种测量状态的天线系数必须分别确定。5.2.2校准要求
5.2.2.1测试场地
场强测试用天线系数的校准在无反射测试场进行，无反射测试场有两种，一种是高架场，另一种是屏蔽暗室（地面无反射）。电磁兼容鉴定测试用天线系数的校准在开阔场地或屏蔽暗室进行。
5.2.2.2关线类型
适用于收发天线为相同类型、相同尺寸的天线。5.2.2.3天线架设
测量天线功率增益时，两天线间的架设距离应满足远场条件，即d>2D2/>(D为天线最大几何尺寸）；测量视在增益时，两天线间的距离等于电磁兼容性鉴定测试中天线与试件之间要求的距离（依据不同的电磁兼容性测试标准，此距离可以是1m、3m或10m）。两天线极化方向应相同。
5.2.2.4测量仪器及设备
5.2.2.4.1信号源
频率范围：2001000MHz；
输出功率：大于1W（若达不到可选用放大器）；幅度稳定度：士1dB；
输出阻抗：50A。
5.2.2.4.2接收机或频谱仪
频率测量范围：200～1000MHz；灵敏度：优于20dBμV；
幅度准确度：土1dB；
输入阻抗：50α。
5.2.2.4.3连接电缆和10dB衰减器应满足校准需要。
QJ2840—96
5.2.2.5测试频率点的选择在200～1000MHz频段内，至少取9个点或按需要选择，以保证测试的准确，并包含所有的不规则点。5.2.2.6为减小校准误差，可把收发天线互换再测一遍，两次结果取平均值。5.2.3校准示意图
校准示意图见图6。
发射天线
信号源
5.2.4校准步骤
接收天线
接收机
5.2.4.1按图6连接校准系统，将信号源设置在某一校准频率并输出适当幅度，调谐接收机至信号源频率。
5.2.4.2分别调整两天线位置使其最大辐射方向对准，使接收机指示最大，记录此指示值为UR。
5.2.4.3将接收机和信号源与天线相连的电缆分别卸下，并通过转接头对接。此时接收机上的指示记为UT。
5.2.4.4当天线间隔为远场时，将测出的Uk和U代入式9，计算出天线的功率增益，当天线间隔为1m或3m、10m时，由式9计算出天线的视在增益。再由式6算出对应的天线系数。
5.2.4.5将信号源调至下一校准频率，重复步骤5.2.4.1～5.2.4.4。5.3标准场地法
适用于30～1000MHz频段、仅有三副不完全相同的同类天线的天线系数校准。5.3.1原理
标准场地法是通过测量天线校准所用场地的场地衰减来计算远场测试用天线系数。它9
不要求被校的三副天线完全相同。QJ2840-96
在远场条件下，场地衰减的可表示为：279.1
+AF+AFR
A=201g
式中：A——场地衰减，dB；
AFr—发射天线天线系数，dB/m；AFr一接收天线天线系数，dB/m；fm——测试频率，MHzu
Ep相当于在水平极化半波振子天线发射1pW功率所产生的电场中，上下移动接收天线时，在接收机指示最大的天线接收高度h上，通过天线的架设参数计算出的场强值，V/m。测量及计算方法如下：
天线架设见图7，以允许的调节范囤内上下移动接收天线，使接收机指示为最大，测量出此时的hl、hz及d,并计算出相应的di、dz,场强Ep由式11计算：ZoLl(d+d?: Ipl2+2d,d,: pl · cosLd-β(d.-d,)J>/2Ep
V49.2×(d+d?.Ip]2+2d,d,Ipl cos[Φ-β(d,d,)])1/2did2
式中：Z。—自由空间波阻抗，为120元，Q；L。—半波振子天线的有效高度，为入/元，m；I——振子天线馈点电流，I=（P./R)1/2A；P.天线辐射功率，此处为1pW；
半振波子天线辐射阻抗，此处为73Q；d,—直射波路径，di=Va2+(h,-hz)\,m;d2—反射波路径，dz=Vα2+(h,+hz)\,m;d-两天线的水平间距，m；
hi—发射天线架设高度，m
hz——-接收天线架设高度，m；p——地面反射系数，金属地面p=1；中—地面反射系数相角，金属地面中一180°。10