JJF 1897-2021 30 MHz~1 GHz测量天线校准规范-(高清版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 8 9 72 0 2 13 0MH z 1G H z测量天线校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rM e a s u r e m e n tA n t e n n a s f r o m3 0MH z t o1G H z 2 0 2 1-0 2-2 3发布2 0 2 1-0 8-2 3实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布3 0MH z 1G H z测量天线校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rM
2、 e a s u r e m e n tA n t e n n a s f r o m3 0MH z t o1G H zJ J F1 8 9 72 0 2 1 归 口 单 位:全国无线电计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院 本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释J J F1 8 9 72 0 2 1本规范起草人:孟东林(中国计量科学研究院)高小珣(中国计量科学研究院)谢 鸣(中国计量科学研究院)J J F1 8 9 72 0 2 1目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 场地插入损耗(1)3.2 场地衰减(2)3.3 天线对参考场地衰减(2
3、)3.4 特定布局修正系数(2)3.5 理想开阔试验场地(2)3.6 校准试验场地(2)3.7 参考试验场地(2)3.8 符合性试验用试验场地(2)4 概述(2)5 计量特性(2)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 测量标准及其他设备(3)7 校准项目和校准方法(5)7.1 校准项目(5)7.2 校准方法(5)8 校准结果(1 0)9 复校时间间隔(1 0)附录A 原始记录格式(1 1)附录B 校准证书内页格式(1 3)附录C 主要项目校准不确定度评定示例(1 5)附录D 归一化场地衰减理论值AN的计算(3 0)附录E 修正系数(3 1)附录F 对数周期天线及复合天线相位中心的计算
4、(3 6)附录G 其他校准方法(3 8)附录H 天线术语及校准方法汇总(4 3)J J F1 8 9 72 0 2 1引 言 本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示编制。本规范采用了以下文件:常规天线系数校准方法等同采用了AN S IC 6 3.5:2 0 1 7(包括C I S P R1 6-1-6:2 0 1 7)中的标准场地法;偶极子天线的天线系数校准方法等同采用C I S P R1 6-1-6:2 0 1 7中的标准天 线 法;对 数 周 期 天 线 绝 对 增 益 校 准 方 法
5、等 同 采 用I E E E S t d1 4 9TM1 9 7 9(R 2 0 0 8)(R e v i s i o no f I E E ES t d1 4 91 9 6 5);其余天线的增益校准采用了由天线系数做换算的方法。场地确认用天线对参考场地衰减的校准方法等同采用了C I S P R1 6-1-4:2 0 1 9中的参考场地法,归一化场地衰减用天线系数校准方法等同采用AN S IC 6 3.5:2 0 1 7。天线量值溯源方法采用了G B/T6 1 1 3.1 0 52 0 1 8。本规范正文提供了最常用的校准方法,其他方法见附录。本规范为首次发布。J J F1 8 9 72 0
6、2 13 0MH z 1G H z测量天线校准规范1 范围本规范适用于3 0MH z 1GH z频段的偶极子天线、双锥天线、对数周期天线、复合天线、套筒天线以及其他应用于此频段的测量天线(以下简称天线)的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:G B/T6 1 1 3.1 0 52 0 1 8 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第1-5部分:无线电骚扰和抗扰度测量设备 3 5MH z 1 8GH z天线校准场地和参考试验场地C I S P R1 6-1-4:2 0 1 9 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第1-4部分:无线电骚扰和抗扰度测量设备 辐射骚扰测量用天线和试验场地(
7、S p e c i f i c a t i o nf o rr a d i od i s t u r b a n c ea n d i mm u n i t ym e a s u r i n ga p p a r a t u sa n dm e t h o d sP a r t 1-4:R a d i od i s-t u r b a n c ea n di mm u n i t ym e a s u r i n ga p p a r a t u sA n t e n n a sa n dt e s ts i t e sf o rr a d i a t e dd i s-t u r b a n
8、 c em e a s u r e m e n t s)C I S P R1 6-1-6:2 0 1 7 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第1-6部分:无线电骚扰和抗扰度测量设备 EMC天线校准(S p e c i f i c a t i o nf o r r a d i od i s t u r b a n c ea n d i mm u n i t ym e a s u r i n ga p p a r a t u sa n dm e t h o d sP a r t1-6:R a d i od i s t u r b a n c ea n di m-m u n i t ym e
9、 a s u r i n ga p p a r a t u sEMCa n t e n n ac a l i b r a t i o n)AN S IC 6 3.5:2 0 1 7 美国电磁兼容国家标准 电磁干扰抑制中的辐射发射测量 天线校准(9k H z 4 0GH z)Am e r i c a nN a t i o n a l S t a n d a r d f o rE l e c t r o m a g n e t i cC o m p a t-i b i l i t yR a d i a t e dEm i s s i o n M e a s u r e m e n t si nE
10、l e c t r o m a g n e t i cI n t e r f e r e n c e(EM I)C o n-t r o lC a l i b r a t i o no fA n t e n n a s(9k H z t o4 0GH z)I E E ES t d1 4 51 9 9 3(R 2 0 0 4)I E E E标准天线术语定义(I E E ES t a n d a r dD e f i n i-t i o n so fT e r m s f o rA n t e n n a s)I E E ES t d1 4 9TM1 9 7 9(R 2 0 0 8)(I E E E
11、S t d1 4 91 9 6 5的修订版)I E E E天线测量程序标准(I E E ES t a n d a r dT e s tP r o c e d u r e s f o rA n t e n n a s)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和计量单位3.1 场地插入损耗 s i t e i n s e r t i o n l o s s当信号发生器的输出与接收机的输入之间通过电缆和衰减器直接进行的电气连接被校准场地规定位置上的发射天线和接收天线所代替时,两副极化匹配的天线之间的传输损耗。3.2
12、 场地衰减 s i t ea t t e n u a t i o n1J J F1 8 9 72 0 2 1当一副天线在规定的高度范围内垂直移动,另一副天线架设在固定高度时,位于校准场地导电接地平面上的这两副极化匹配的天线之间测得的最小场地插入损耗。3.3 天线对参考场地衰减 a n t e n n ap a i r r e f e r e n c es i t ea t t e n u a t i o n一对天线在理想开阔试验场地上相距规定距离时水平极化场地衰减和垂直极化场地衰减测量值的集合,即一副天线架设在接地平板上固定高度,另一副极化匹配的天线在规定的高度范围内垂直移动时测量到的最小场地
13、插入损耗。3.4 特定布局修正系数 g e o m e t r ys p e c i f i cc o r r e c t i o nf a c t o r s在特定的天线安装位置(布局)上计算或测量得到的对应频率点的修正系数,用于修正基于准自由空间或自由空间理论模型的计算结果,其包含了1/r2和1/r3项(r为天线间距)、接收天线处平面波的近似性、收发天线间的耦合以及天线与地面直接的耦合特性。3.5 理想开阔试验场地 i d e a l o p e n-a r e a t e s t s i t e由一个无限大和无限平的理想导电平面构成的开阔试验场,除了导电平面外没有任何反射物;是一个理论化
14、概念,用于计算具有地平面的理论归一化场地衰减值。3.6 校准试验场地 c a l i b r a t i o nt e s t s i t e具有金属接地平面并严格规定了水平极化时场地插入损耗的校准场地。3.7 参考试验场地 r e f e r e n c e t e s t s i t e具有金属接地平面且严格规定了水平极化和垂直极化电场的场地插入损耗的试验场地。3.8 符合性试验用试验场地 c o m p l i a n c e t e s t s i t e为与符合性限值相比较,保证受试设备骚扰场强测量结果有效且可复现的环境。4 概述天线是电压和自由空间电磁波之间的转换器,图1是一个典型
15、的双锥天线,包含电路部分(巴伦)和辐射单元(双锥)。本规范中的天线仅指用于进行测量从而得到电场强度值,或者需要产生一定场强所需输入功率时使用的天线。图1 双锥天线5 计量特性本规范中的天线计量特性见表1。2J J F1 8 9 72 0 2 1表1 天线计量特性(典型值)待校参数偶极子天线双锥天线对数周期天线复合天线其他天线频率范围/MH z3 010 0 03 03 0 03 010 0 0*2 0 010 0 03 010 0 03 010 0 0天线系数范围/d B(m-1)04 042 51 03 053 0取决于天线归一化方向图/d B-4 00-4 00-4 00-4 00取决于天
16、线增益/d B i-3 0-1-1 9347-3 09取决于天线端口回波损耗/d B3.53 20.21 43.53 20.62 6取决于天线天线对参考场地衰减/d B1 07 01 16 71 13 3不适用取决于天线 注:1*指小双锥天线。2 以上技术指标不作合格性判别,仅提供参考。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 室外环境温度:(-1 0+4 0);室内温度:(1 03 0)。6.1.2 相对湿度:2 0%7 0%。6.1.3 电源要求:(2 2 01 1)V、(5 01)H z。6.1.4 周围无影响仪器正常校准工作的强电磁干扰。6.1.5 风力小于或等于三级,无雨,钢板上无水。
17、6.2 测量标准及其他设备6.2.1 开阔试验场地采用无气候保护罩的开阔试验场地,其电磁波反射地平面最小尺寸为3 0 m 2 0m;反射面的不平整度需要优于1 0mm;反射面的边缘与周围的土壤间的接地电阻小于0.1。反射面四周3 0m的范围内不能有任何高于反射面的物体,如建筑物、树木或照明灯杆等。开阔试验场的电性能应满足G B/T6 1 1 3.1 0 52 0 1 8的要求,即:在收发天线水平投影间距1 0m距离条件下,利用可计算偶极子天线对测量得到的场地插入损耗与计算值差别的绝对值,在考虑了测量不确定度条件下,水平极化时应小于1d B(用于产品检测用天线系数的校准),垂直极化时应小于1.5
18、d B(用于电波暗室性能确认用天线的校准)。6.2.2 全电波暗室暗室内壁6个面均铺设复合吸波材料,其电性能应满足自由空间归一化场地衰减偏差优于2d B的要求。3J J F1 8 9 72 0 2 16.2.3 网络分析仪测量场地插入损耗或场地衰减时,推荐使用网络分析仪,也可以使用信号源和频谱分析仪的组合或内置跟踪源的频谱分析仪。频率范围:3 0MH z 1GH z。信号源输出幅度:不低于1 0d B m。网络分 析 仪 校 准 套 件:频 率 范 围3 0 MH z1 GH z,连 接 器 类 型 为N型或3.5mm。动态范围:优于8 0d B。6.2.4 标准天线以下天线,应分别配备至少2
19、副,并且能够覆盖待测天线的频段:偶极子天线;双锥天线;对数周期天线;复合天线。其中,双锥天线的巴伦平衡性幅度要求小于1d B,对数周期天线及复合天线的交叉极化率在1GH z时需大于1 0d B。6.2.5 辅助设施以下辅助设施为最低要求。6.2.5.1 天线(杆)塔开阔试验场中的天线塔高6m;采用相对介电常数小于4的绝缘材料制作;电动天线塔的电机位于钢板底下。6.2.5.2 天线转台天线转台直径和承重应与待测天线及相应的天线塔相匹配;转台驱动部分的射频泄漏量在3 0MH z 10 0 0MH z频段内应比测量信号的电平低-3 0d B。6.2.5.3 吸波材料用于测量天线在自由空间中的辐射波瓣
20、图时在收发天线间铺设的面积为3m3m的复合吸波材料,频率范围为3 0MH z 1GH z,反射率应低于-1 0d B。6.2.5.4 微波附件微波附件的要求见表2所示。表2 微波附件参数同轴电缆线衰减器旋转关节频率范围/MH z3 010 0 03 010 0 03 010 0 0插入损耗/d B0.1 5(当温度变化量小于5)42 5 电压驻波比1.11.0 61.0 8插入损耗变化量/d B0.10.10.16.2.5.5 测距工具测量收发天线间距时,可以采用皮尺,也可以采用手持式激光测距仪;测量天线高4J J F1 8 9 72 0 2 1度时,推荐采用钢卷尺或手持式激光测距仪。7 校准
21、项目和校准方法7.1 校准项目1)天线系数2)天线增益3)方向性图4)半电波暗室场地性能确认中的天线对参考场地衰减5)全电波暗室性能确认用天线对参考场地衰减6)天线端口回波损耗7.2 校准方法7.2.1 天线系数以下提供了标准场地法的校准步骤,标准天线法见附录G:a)检查待测天线的外观,确保配件齐全,振子紧固,形状无变形,连接器内芯(P i n)深度符合相关技术指标要求;将相关信息记录到表A.1中。b)采用射频电缆连接网络分析仪的发射和接收端口,与天线相连的电缆端口串入6d B衰减器,设置好频率范围(在1 0 0MH z以下最大频率步进为1MH z),然后进行直通校准。c)对于偶极子天线,按照
22、G.1中方法完成测量;对于其他天线,收发天线均设置为水平极化,天线厂商标记点或参考点之间的间隔为1 0m,发射天线高度为2m,接收天线在1m4m范围内进行高度扫描,移动速率应与网络分析仪的扫频时间相匹配,以确保接收到最大电平。采用幅度最大保持测量方式,校准记录格式参见表A.2。d)分别按照步骤c),完成图2所示三组两两配对天线的测量。a)天线配对(1,2)b)天线配对(1,3)c)天线配对(2,3)图2 天线配对方式示意图5J J F1 8 9 72 0 2 1 e)按照式(1)式(3),计算天线系数,记入表A.3。Fa1,S SM=1 0 l gfM-2 4.4 6+12Em a xD+A1
23、 2+A1 3-A2 3(1)Fa2,S SM=1 0 l gfM-2 4.4 6+12Em a xD+A1 2-A1 3+A2 3(2)Fa3,S SM=1 0 l gfM-2 4.4 6+12Em a xD-A1 2+A1 3+A2 3(3)式中:Fai,S S M 天线i的天线系数,i=1,2,3,d B(m-1);fM 频率,MH z;A1 2 天线对1和2之间的场地衰减,d B;A1 3 天线对1和3之间的场地衰减,d B;A2 3 天线对2和3之间的场地衰减,d B;Em a xD 距离发 射 天 线 水 平 投 影 距 离R时 的 最 大 场 强,d B(V/m),见 式(D.2
24、),但限定为以下条件:h1=2m,R=1 0m,h2=(14)m;2 4.4 6 常数,d B(mV/s)。f)对于 双 锥 天 线,根 据 式(4)进 行 修 正,得 到 自 由 空 间 的 天 线 系 数,记 入表A.3。Fa=Fa S SM-Fa(4)式中:Fa 自由空间天线系数,d B(m-1);Fa S SM 参照式(1)式(3)所示计算值,d B(m-1);Fa 修正系数,见表E.1,表E.1中的数据可进行线性内插获得其他频点的修正系数,d B。g)(本步骤为可选),对于对数周期天线或复合天线做3 m法测试时,按照式(F.2)计算相位中心修正系数Ep c。Ep c的使用方法见式(5
25、)。E3 m法=V+Fa+L+Ep c(5)式中:V 测量接收机测量的电压,d BV;Fa 所用测量天线的准自由空间天线系数,d B(m-1);L 从天线到接收机的射频路径损耗,d B;Ep c 见式(F.2),d B;E3 m法 待测产品在3m法时的测量结果,d B(V/m)。7.2.2 天线增益本规范校准得到的增益是指线极化(部分)实际增益G(d B i),可采用“换算方法”或“测量方法”得到天线实际增益。7.2.2.1 换算方法根据天线系数Fa,利用式(6)换算天线增益。将结果记入表A.4。6J J F1 8 9 72 0 2 1G=2 0 l g(fM)-2 9.7 8-Fa(6)式中
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