Defined site中接地平板对测试结果影响的研究

赵佳洋 丁海波 辽宁省医疗器械检验检测院 （辽宁 沈阳 110000）

内容提要： 现阶段大型设备的电磁兼容发射试验标准CISPR37正在进行制定，其中对于现场测试中的重要组成部分Defined site（由于IEC标准尚处于制定中，Defined site中文定义尚不确定，文章暂用“定义场”作为该专有名词的中文解释）场地的确认成为了该标准的重点，Defined site作为一个全新概念，目标为在现场做一个场地，使得辐射发射测试结果与在暗室中的测试结果具备一定的对比性。如何优质地布置Defined site成为准确进行场地确认，完成辐射发射测试的重点。作为测试系统的影响因素，对其中Defined site中关于接地平板对整个测试系统影响做一讨论。

根据IEC标准CISPR11规定，目前工业科学和医疗类设备进行电磁兼容发射类试验时，对于大型设备或大功率设备可以进行设备安装后的测试，即“in SITU”测试。但因是设备安装后的测试，在测试的复现性方面存在一定问题。为增加试验的复现性，CISPR37标准增加了“Defined site”（由于IEC标准尚处于制定中，Defined site中文定义尚不确定，文章暂用"定义场"作为该专有名词的中文解释）测试。该测试为在一个非典型场地中，通过对场地做出一定的调整和布置，使测试结果与在典型场地中的测试结果具备一定可比性。本文通过试验和仿真着重研究了不同地面材质，开阔空间尺寸、天线尺寸以及接地平板对测试结果的影响，以构建Defined site场地的基本模型。

1.确认标准源特性，建立测试标准物

选择梳状源，将梳状源放置在0.8m高的木质桌子上（见图1），其频率间隔为5MHz，将其在国家计量院校准的测试结果与10米法半电波暗室中的测试结果进行比较，如果测试结果一致度较好，则可以证明本次测试系统的一致度较好，按照惯例，将测试差异定为不大于3dB。

图1. 测试标准物试验布置图

其中转台不转动，梳状源正面面对天线，天线为垂直极化，天线高度1～4m，结果见表1。

表1. 测试标准物测试结果与标准值比较表

经过比较，选取200MHz～1GHz频率范围内的频率点进行比较，步进为100MHz。

从试验数据分析，可得到测试结果与国家计量院结果误差在3dB以内，可认为梳状源以及测试系统的稳定性符合要求。

由于外场测试天线高度固定在（2±0.2）m，为方便与外场测试数据进行比较，在暗室中，本次测试将天线固定在1.8m高度，测试结果确定为标准参考值。见表2。

表2. 测试标准物测试结果(天线高度1.8m)

该数据为半电波暗室中无预放，天线高度1.8m，垂直极化时，梳状源的峰值结果，作为标准源的参考值。

2.外场布置

将梳状源放置在实验室外侧的空地区域（一侧为10米法半电波暗室，另一侧为墙壁，空间为44m×8m）中，置于0.8m高的木质桌子上，天线与梳状源距离为10m，天线高度1.8m，测试环境周边有反射物，但反射物在以梳状源与天线为焦点的椭圆范围之外，地面为混凝土，天线后端有接收机及控制电脑等附件。如图2所示。

图2. 外场10m测距布置图

对该布置选取同样梳状源信号进行测试，结果见表3。

表3. 外场-10m测距-无接地参考面测试结果与标准值比较表(dBμV/m)

可以看到测试结果与参考值有较大的差异，主要集中在低频段，最大近9dB，显然周围环境对试验结果产生了较大影响。

3.接地参考板的布置

本次测试使用了尺寸为单块1m×2m的铜制接地板，通过各种排列组合组成的接地平板系统，对测试进行模拟，接地部分通过扁铜带与大地良好连接，首先使用了3m的测试距离，铜板尺寸排列为4m×2m，测量结果见表4。

表4. 外场-3m测距-4m×2m接地参考面与标准值(dBμV/m)

可以看到，在3m测试距离下，与暗室测试的结果离散度更大，并非是简单的10dB的差距，这其中的主要原因如下：①测试结果在天线同高的前提下，3m的骚扰路径、相位均与10m的不同。②接地参考平面的情况与暗室情况差别较大。

所以，在天线高度固定的前提下，不应考虑3m测试结果与10m测试结果的可对比性。

之后，在10m测试距离上使用接地铜板以各种排列组合对试验环境进行了布置（见图3），通过分析测试结果找出在同样天线高度下，那种接地平板的布置最接近暗室的测试结果，见表5。

表5. 10m测距-不同接地平板放置方式的试验布置的测试结果(dBμV/m)

图3. 10m测距-不同接地平板放置方式的试验布置

通过对所有测试数据进行统计，结果见图4，该图表示在不同频点下，测试数据超出参考值的幅度。

图4. 不同频率点-不同布置下与标准值的离散图

图5. 与标准值离散度最小的两个布置

图6. CST软件对该测试系统仿真的边界条件

图7. 建立参照系统（7a.铜制接地平板；7b. 4m×10m混凝土（蓝色部分）；7c. 9m×10m铜制接地（黄色部分）混合混凝土（蓝色部分）；7d. 4m×5m 铜制接地混合4m×5m 混凝土；7e. 4m×2m 铜制接地混合4m×8m 混凝土）

表6. 与标准值离散度最小的两个布置的测量值(dBμV/m)

可以得到结果见表6。

这两种试验布置的测试结果最接近参考值，差异最大不超过4dB，这两个最接近数据的接地平板布置见图5。

5.仿真结果

通过CST软件对该测试系统进行了仿真，其中边界条件见图6。

首先，建立参照系统（见图7）。4m×10m的铜制接地平板，使用上述天线分别从1～4m，1m为步进进行测试结果的仿真，获得测试参考数据。建立起原始参考值之后，分别（但不限于）对如下条件进行仿真，得出1～4m的测试结果。

得到仿真结果，见图8。

图8. CST软件对该测试系统仿真结果

其中，与参考值最接近的试验布置为4m×5m铜制接地混合4m×5m混凝土的布置。

6.结论

通过试验和仿真可以得到以下结论：现场测试接地平板的布置对测试结果影响较大，实际验证证明，在靠近EUT处布置参考接地平板，在200MHz～1GHz的频率下更容易得到准确的测试结果，宽度应尽量超过天线的物理尺寸，位置布置在EUT与天线的中轴线上。接地平板的尺寸应尽可能大，如果在现场无法实现，则靠近被测物附近的接地平板起到的作用比其他位置上的作用更大。