JJF 1893-2021(0.2~40)GHz电磁兼容喇叭天线校准规范-(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 32 0 2 1(0.2 4 0)G H z电磁兼容喇叭天线校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o r(0.2 4 0)G H zE 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 yH o r nA n t e n n a s 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(0.2 4 0)G H z电磁兼容喇叭天线校准规范C a l i b r a t
2、 i o nS p e c i f i c a t i o nf o r(0.24 0)G H zE 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 yH o r nA n t e n n a sJ J F1 8 9 32 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 参加起草单位:西安电子科技大学 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 32 0 2 1本规范主要起草人:王维龙(中国计量科学研究院)吴 钒(中国计量科学研究院)黄 攀(中国计量科学研究院)参加起草人:李 勇(
3、西安电子科技大学)J J F1 8 9 32 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)4 概述(2)5 计量特性(2)5.1 天线系数A F(2)5.2 天线半功率波束宽度H P BW(2)5.3 天线端口电压驻波比V SWR(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 校准用设备(2)7 校准项目和校准方法(3)7.1 校准项目(3)7.2 校准方法(4)8 校准结果表达(1 2)9 复校时间间隔(1 2)附录A 原始记录格式(1 3)附录B 校准证书内页格式(1 6)附录C 主要项目校准不确定度评定示例(1 8)附录D 电磁兼容喇叭天线1m天
4、线系数校准原理(4 0)J J F1 8 9 32 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写。本规范参考C I S P R1 6-1-6:2 0 1 4 无线电骚扰和抗扰度测量仪器和测量方法 第1-6部分:辐射骚扰和抗扰度测量仪器 电磁兼容 天线校准、AN S IC 6 3.52 0 0 6 电磁兼容美国国家标准 电磁骚扰的辐射发射(EM I)测量控制(9k H z 4 0GH z)频段天线校准和S A EA R P 9 5 82 0 0 3 电磁骚扰测量天线标准校准方法中
5、相关条款编写。本规范为首次发布。J J F1 8 9 32 0 2 1(0.2 4 0)G H z电磁兼容喇叭天线校准规范1 范围本规范适用于符合C I S P R 1 6-1-6:2 0 1 4、AN S IC 6 3.52 0 0 6和S A E A R P 9 5 8 D2 0 0 3要求的电磁兼容测试用喇叭天线的校准,频率范围为0.2GH z 4 0GH z,其他喇叭天线可参照本规范执行。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J F-2 0 0 8 无线电计量名词术语及其定义G B/T4 3 6 52 0 0 3 电磁兼容术语(i d t I E C5 0(1 6 1):9 0)AN
6、S IC 6 3.52 0 0 6 电磁兼容美国国家标准 电磁骚扰的辐射发射(EM I)测量控制(9k H z 4 0GH z)频段天线校准 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 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
7、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)S A EA R P 9 5 82 0 0 3 电磁骚扰测量天线标准校准方法(E l e c t r o m a g n e t i cI n t e r f e r-e n c eM e a s u r e m e n tA n t e n n a sS t a n d a r dC a l i b r a t i o nM e t h o d)C I S P R1 6-1-5:2 0 1 4 无线电骚扰和抗扰度测量设备校准方法 第1-5部分:用于5MH z 1 8GH
8、z频段辐射发射测量和抗扰度测量的天线校准场地和参考场地(S p e c i f i-c a t i o nf o rr a d i o d i s t u r v a n c ea n di mm u n i t y m e a s u r i n g a p p a r a t u s m e t h o d sP a r t 1-5:R a d i od i s t u r b a n c e a 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 t e n n a c a l i b r a t i o ns i t e s
9、a n d r e f-e r e n c e t e s t s i t e s f o r5MH z t o1 8GH z)C I S P R1 6-1-6:2 0 1 4 无线电骚扰和抗扰度测量仪器和测量方法 第1-6部分:辐射骚扰和抗扰度测量仪器 电磁兼容 天线校准(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 t1-6:R a d i od i s t u
10、r b a n c ea n di m-m u n i t ym e 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)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 自由空间天线系数 f r e es p a c ea n t e n n a f a c t o rA Fa在一个自由空间环境中,从对应于天线的机械视轴方向上(即天线的主轴线)入射到天线位置的平面波的电场强度,与在一个连接到天线端口的指定负载上产生的
11、电压的1J J F1 8 9 32 0 2 1比值。单位为d B/m。3.2 1m天线系数 a n t e n n a f a c t o r f o r1mA F1m参照S A EA R P 9 5 8 D2 0 0 3的方式确定的天线1m增益,借助远场条件下天线增益与天线系数的关系所导出的天线系数。单位为d B/m。注:1m天线系数用于EMC领域中符合性方面的测试,不能直接用于绝对场强测量和评价。其表达式见附录D。3.3 天线端口电压驻波比 a n t e n n av o l t a g es t a n d i n gw a v er a t i oV SWR在自由空间中,天线输入端口
12、所呈现的电压驻波比。3.4 标准天线 s t a n d a r da n t e n n a能够精确计算或精确测量天线系数的天线,在标准天线法中,标准天线的天线系数作为参考测量的参考值。4 概述电磁兼容测试用喇叭天线主要用于测量受试设备(E UT)向外辐射的电磁波场强,以及用于产生辐射抗扰度实验所需的场强。电磁兼容喇叭天线通常包括角锥喇叭天线和双脊波导喇叭天线,许多电磁兼容喇叭天线(以下简称天线)为宽带天线,并用于在固定距离上进行相应的测试,通常测试距离为1m、3m等。5 计量特性5.1 天线系数A F(0.06 0.0)d B/m(0.2GH z f4 0GH z)。5.2 天线半功率波束
13、宽度H P BW0.0 3 6 0.0(0.7 5GH z f4 0GH z)。5.3 天线端口电压驻波比V SWR2.5(0.2GH z f4 0GH z)。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 环境温度:(2 35)。6.1.2 相对湿度:8 0%。6.1.3 电源要求:(2 2 02 2)V,(5 01)H z。6.1.4 周围无影响正常校准工作的电磁干扰和机械振动。6.2 校准用设备6.2.1 测试场地天线测试场地是校准天线参数的空间区域,需要满足自由空间的传输条件。在(0.24 0)GH z频段内推荐使用全电波暗室。2J J F1 8 9 32 0 2 1注:场地确认方法参见C I
14、 S P R1 6-1-5:2 0 1 4。6.2.2 校准用仪器6.2.2.1 网络分析仪频率范围:(0.24 0)GH z;内置源或外部信号源的输出功率:不低于5d B m;校准套件:(0.24 0)GH z的机械或电子校准件;动态范围:在(0.24 0)GH z全频段范围优于8 0d B。6.2.2.2 测距仪器测距最大允许误差:0.5mm。6.2.2.3 标准天线频率范围:(0.7 54 0)GH z;天线系数:不确定度U=0.2d B(k=2)6.2.2.4 天线转台的方位、极化转动定位控制系统转台方位角0 3 6 0 可顺时针或逆时针旋转,角度步进不大于1.0;极化器转角0 3 6
15、 0 可顺时针或逆时针旋转,角度步进不大于1.0。天线转台的承重需要与待校天线及相应的天线夹具相匹配。天线转台和极化器均需要内置连接同轴电缆用的旋转关节,其工作频段需在4 0GH z以内。6.2.3 辅助设备6.2.3.1 参考天线频率范围:(0.24 0)GH z。注:1 参考天线用于被校天线半功率波束宽度的校准,以及标准天线法中辐射发射场的产生。2 半功率波束宽度校准时建议选用辐射波束窄、增益高的发射天线;用标准天线法时选用满足场地远场条件2D2/的天线。其中D是被校准天线的口面尺寸,是测试频率对应的波长,单位均为m。6.2.3.2 发射、接收天线塔用于安装定位收发天线,天线塔满足承重和架
16、设高度要求。6.2.3.3 天线夹具实现收发天线与天线塔的精确安装和定位,在满足使用要求的前提下,体积应尽可能小,并在天线口面后方的天线塔上局部安装遮挡吸波材料,抑制天线塔、夹具对电磁波的反射。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目如表1所示。3J J F1 8 9 32 0 2 1表1 校准项目表序号校准项目1外观及工作正常性检查23m天线系数A F3m(0.7 54 0)GH z31m天线系数A F1m(0.24 0)GH z4天线半功率波束宽度H P BW(0.7 54 0)GH z5天线端口电压驻波比V SWR(0.24 0)GH z7.2 校准方法7.2.1 外观及工作正常性
17、检查7.2.1.1 完成视觉检查,确认被校准天线机械或结构完好,接触面无氧化污损。7.2.1.2 天线连接器p i n深度检查:检查确认被测天线N型(或S MA、2.9 2mm、2.4mm等)接头的p i n深度,确保符合标准的偏差要求,表2给出N型接头p i n深度允差参考值。表2 N型连接器p i n深度允差N型连接器p i n深度/mm阳-0.0 5+0.0 5阴-0.0 5+0.2 57.2.1.3 根据校准的频率范围对天线端口驻波比检查:测量被校准天线端口电压驻波比,确保天线的端口V SWR满足产品技术指标要求。7.2.2 3m天线系数A F3m(0.7 54 0)GH z7.2.2
18、.1 标准天线法校准步骤及其数据处理如下:a)开机预热打开天线校准测量系统的仪器、设备电源,按要求开机预热。b)天线安装设置将发射天线、标准天线(天线系数已知为A F R)分别以相同极化方式安装到发射天线和接收天线塔上,并在收发天线端口分别连接一个6d B衰减器,调整天线转台的平动平台和升降塔高度,使得收发天线的主轴对正;微调收发天线的极化,实现极化初步匹配,测量确认收发天线的间距R(标准天线的参考点一般已经给出)。c)仪表设置及测量频率点的校准设置网络分析仪为连续波测量模式,测量参数为S2 1;依据需要设置校准频率点、中频带宽、源输出幅度,保证参考测量的电平幅值进入网络分析仪系统的动态范围内
19、;以网络分析仪与收、发天线相连的两个端口为参考面,对网络分析仪进行全双端口校准,保存相应频点的校准文件FA 1;选择其他频点进行同样操作,保存相应校准状态文件FAi。注:1 为提高校准效率,网络分析仪也可以设置为扫频测量模式,并相应设置起始频率、终止频4J J F1 8 9 32 0 2 1率、频率步进或测量点数等,其他设置均与本项相同;2 如果采用频谱仪和信号源的方式,则需要考虑各端口反射对校准结果的影响;3 必要时,可在收、发天线端口与连接网络分析仪的电缆之间分别加接衰减器(建议衰减量为6d B,端口驻波V SWR0.1d B,则判定本次结果可能有问题,需要进一步检查,或重新进行校准,直到
20、满足条件1)为止。h)数据处理将上述校准结果分别代入式(1),计算得到被校准天线的天线系数A FT e s t,记录于表A.1“天线系数”对应列中。A FT e s t=A FR e f+(S2 1-R e f-S2 1-T e s t)(1)式中:A FT e s t 被校准天线的天线系数,d B/m;A FR e f 标准天线的天线系数,d B/m;S2 1-R e f、S2 1-T e s t 分别为连接标准天线和被校准天线时S2 1的模值,d B。7.2.2.2 三天线法校准步骤及其数据处理如下:a)开机预热打开天线校准测量系统的仪器、设备电源,按要求开机预热。b)仪表设置和全双端口校
21、准设置网络分析仪为扫频测量模式,依据实际需要设置起始频率、终止频率、扫频步进或频点;设置中频带宽I F、源输出电平,使得测量的电平幅值进入系统的动态范围内(如采用频谱仪加信号源时,设置信号源的输出幅度,频谱分析仪的参数,使得参考测量时测量电平在频谱分析仪的动态范围内)。按照图3所示,用标准校准件(机械或电子)在与收发天线端口直接相连的两个电缆端口(校准参考端面)对网络分析仪系统进行全双端口校准。图3 全双端口校准连接框图 c)天线安装及其调试对正按图4所示,首先将1号天线和2号天线分别与连接到源端和接收端的6d B衰减器连接,调整天线平动平台,升降平台位置,使得收发天线的主轴在同一直线上,调整
22、收发天线口面的距离(可用激光测距仪测量该距离),达到需要的距离(R=3m)。注:建议三只天线中有一只天线的天线系数为已知,以方便判断测量过程中的问题,提高效率等。d)极化匹配调整利用水平尺,初调收发天线的极化匹配,使收发天线处于同一极化方式(水平、垂6J J F1 8 9 32 0 2 1直);调整接收天线极化角度,使网络分析仪S2 1达到最大值。e)记录网络分析仪S2 1测量值于表A.2“L1 2”对应列中,即为两天线之间的空间插入损耗(可运行自动测量程序实现)。f)用3号天线置换2号天线,重复操作步骤d),完成空间插入损耗L1 3的测量,并将测量值记录于表A.2“L1 3”对应列中。g)用
23、2号天线置换1号天线,重复操作步骤d),完成空间插入损耗L2 3的测量,并将测量值记录于表A.2“L2 3”对应列中。图4 三天线法测量示意图 h)验证测量在完成校准测量后,需要再次将与天线端口相连的接收和发射电缆端口直通连接,记下相应直通时S2 1-D i r e c t的测量值(单位为d B)并依据|S2 1-D i r e c t|是否小于0.1d B进行判定:1)若|S2 1-D i r e c t|0.1d B,则判定本次结果有效;2)若|S2 1-D i r e c t|0.1d B,则判定本次结果可能有问题,需要进一步检查,或重新进行校准,直到满足条件1)。i)数据处理将上述测量
24、结果分别代入式(2)式(4),可得到被校天线的天线系数,并记录于表A.2“A F1、A F2、A F3”对应列中。A F1=12(L1 2+L1 3-L2 3)-12(K0 1 2+K0 1 3-K0 2 3)(2)A F2=12(L1 2+L2 3-L1 3)-12(K0 1 2+K0 2 3-K0 1 3)(3)A F3=12(L1 3+L2 3-L1 2)-12(K0 1 3+K0 2 3-K0 1 2)(4)其中在全电波暗室中(近似自由空间中):K0i j=2 0 l g3 0 0fZ0 -2 0 l g1R(5)式中:L1 2、L1 3、L2 3 被校准天线对的空间插入损耗,d B;
25、7J J F1 8 9 32 0 2 1f 对应的信号频率,MH z;R 被校准的天线对口面的距离,m;A F1、A F2、A F3 被校天线的天线系数,d B/m;Z0 测量设备的特性阻抗,;自由空间的固有阻抗(约3 7 6.7)。7.2.2.3 互易法校准步骤及其数据处理如下:a)开机预热打开天线校准测量系统的仪器、设备电源,按要求开机预热。b)仪表设置和全双端口校准设置网络分析仪为扫频测量模式,依据实际需要设置起始频率、终止频率、扫频步进或频点;设置中频带宽I F、源输出电平,使得测量的电平幅值进入系统的动态范围内(如采用频谱仪加信号源时,设置信号源的输出幅度、频谱分析仪的参数,使得参考
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