摘要:分析了发射天线3dB波瓣宽度在辐射敏感度试验中的影响,若忽视波瓣宽度的影响,不能有效考核试验对象。基于发射天线3dB波瓣宽度在辐射敏感度测试中的重要性,CNAS-CL01-A008:2018对RS103项目中发射天线3dB波瓣宽度提出了计量需求。
国家军用标准GJB151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》RS103(10kHz~40GHz电场辐射敏感度)针对200MHz以上的测试,标准进行了说明,测试中可能需要较多的天线位置数,如图1所示。按如下确定天线位置数(N):
1) 对200MHz~1GHz,应以足够数量的位置放置天线,以使每个EUT分机壳体的整个宽度和靠近EUT端接的350mm的电缆和电线在天线3dB波束宽度以内;
2) 对1GHz以上,应以足够数量的位置放置天线,以使每个EUT分体壳体的整个宽度和靠近EUT端接的70mm的电缆和电线在天线3dB波束宽度以内。
图1 多天线布置(频率>200MHz)
GJB8848-2016《系统电磁环境效应试验方法》中对发射天线的辐射覆盖范围也做了规定:发射天线波束覆盖范围来选取照射位置,确保场强变化在3dB以内,以保证被测系统各部位均被充分照射。
天线3dB波瓣宽度(也称3dB波束宽度)指的是在天线*大辐射方向两侧,辐射功率下降3dB的两个方向的夹角,如图2所示。
图2 3dB波瓣宽度
功率相差3dB,其场强也是相差3dB,以上两个标准的描述是一样的效果。分析如下:
场强和功率的公式:
对数公式:
20lgE=10lgP+10lg(30G)-20lgr
对于零度角的功率P1和E1:
20lgE1=10lgP1+10lg(30G)-20lgr
对于3dB波束宽度角度处的功率P2和E2:
20lgE2=10lgP2+10lg(30G)-20lgr
由3dB波束宽度的定义可知:10lgP1-10lgP2=3dB,那么可得20lgE1-20lgE2=3dB,即功率相差3dB,其场强也是相差3dB。
图3所示喇叭天线的3dB波瓣宽度如图4所示,有些频点的波瓣宽度很小,不到10度,该天线的1米远处3dB波瓣宽度的覆盖宽度如表1所示,15GHz频率点,1米远处3dB波瓣宽度的覆盖宽度只有0.127米,如果忽视3dB波瓣宽度,只进行一个位置的测试,那么EUT在15GHz频率点的考核就严重缺失。对1GHz以上,标准规定应以足够数量的位置放置天线,以使每个EUT分体壳体的整个宽度和靠近EUT端接的70mm的电缆和电线在天线3dB波束宽度以内。那么以一个0.5米宽的EUT为例,则对于图3所示的喇叭天线15GHz频率点处需要移动的天线位置处N:N=(0.5+0.07)/0.127=4.49,取整后N等于5,即在实际的测试中天线需要移动5次。表2是一些典型发射天线平均波瓣宽度,从表可知,平均波瓣宽度在15°~27.5°,也都不大。一个容易被忽视的问题是在水平方向上(这里不是指天线的水平极化)移动天线位置的也需要在垂直方向上(这里不是指天线的垂直极化)按上述的计算方法计算垂直方向上的天线辐射位置数,尤其是对于机柜等高度比较高的被测对象。
图3 双脊喇叭天线
图4 双脊喇叭天线3dB波瓣宽度
表1 发射天线覆盖宽度
表2 典型发射天线波瓣宽度
表3为GJB1389A典型频段外部射频电磁环境限值,有些频段要求场强特别大,例如2.7GHz~3.6GHz频段,要求峰值场强达到27460V/m。受功率放大器、微波器件等的限制,对于特大场强的测试需求,通常的做法是在低频段通过偶极子天线阵及反射板、高频段通过空间合成及相位调制等技术手段来实现特大的场强,该方法是通过牺牲辐射面积实现能量的聚焦而实现,这样其有效的辐射面积往往不大。一个案例中计算的3dB场强测试范围如表4所示,3dB场强的覆盖范围很小,只有知道了3dB场强的覆盖范围,具体的测试中才能有效考核试验对象。
表3 GJB1389A典型频段外部射频电磁环境限值
表4 3dB场强测试范围
基于发射天线3dB波瓣宽度在辐射敏感度测试中的重要性,CNAS-CL01-A008:2018《检测和校准实验室能力认可准则在电磁兼容检测领域的应用说明》对RS103项目中发射天线3dB波瓣宽度提出了计量需求,如表5所示 。
表5 CNAS-CL01-A008:2018发射天线3dB波瓣宽度的计量要求