JJF 1886-2020电场探头校准规范-(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 8 62 0 2 0电场探头校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rE l e c t r i cF i e l dP r o b e s 2 0 2 0-1 1-2 6发布2 0 2 1-0 5-2 6实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布电场探头校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rE l e c t r i cF i e l dP r o b e sJ J F1 8 8 62 0 2 0
2、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:江苏省计量科学研究院福建省计量科学研究院 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 8 62 0 2 0本规范主要起草人:李大博(中国计量科学研究院)李 渤(中国计量科学研究院)谢 鸣(中国计量科学研究院)参加起草人:赵品彰(江苏省计量科学研究院)肖娜丽(福建省计量科学研究院)J J F1 8 8 62 0 2 0目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和定义(1)3.1 微横电磁波小室(1)3.2 吉赫兹横电磁波小室(1)3.3 场地电压驻波比(1)3.4 各向同性(1)
3、4 概述(1)5 计量特性(2)5.1 电场强度(2)5.2 各向同性(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(6)9 复校时间间隔(7)附录A 原始记录格式(8)附录B 校准证书内页格式(1 0)附录C 主要项目校准不确定度评定示例(1 1)J J F1 8 8 62 0 2 0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。本规范参照I E E ES t d1 3 0
4、92 0 1 39k H z 4 0GH z电磁场探头和传感器(天线除外)校准 C a l i b r a t i o no fE l e c t r o m a g n e t i cF i e l dS e n s o r sa n dP r o b e s(E x c l u d i n gA n t e n-n a s)f r o m9k H z t o4 0GH z中的技术方法进行编写。本规范为首次发布。J J F1 8 8 62 0 2 0电场探头校准规范1 范围本规范适用于频率范围1 0MH z 1 8GH z电场探头的校准。2 引用文件I E E ES t d1 3 0 92
5、0 1 3 9k H z4 0GH z电磁场探头和传感器(天线除外)校准C a l i b r a t i o no fE l e c t r o m a g n e t i cF i e l dS e n s o r sa n dP r o b e s(E x c l u d i n gA n t e n n a s)f r o m9k H z t o4 0GH z。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 术语和定义3.1 微横电磁波小室 t r a n s v e r s ee l e c t r o m a
6、 g n e t i cm o d ec e l l微横电磁波小室(t r a n s v e r s ee l e c t r o m a g n e t i cm o d ec e l l,以下简称T EM C e l l)是经过特殊设计的微小的横电磁波小室,其结构对称,外壳是用螺钉拧紧的两个铝壳,内部平板采用黄铜板。T EM C e l l在频率高达1GH z时仍可产生可计算的标准场强,用于校准不超出其均匀区尺寸的足够小的场探头。3.2 吉赫兹横电磁波小室 g i g a h e r t z t r a n s v e r s ee l e c t r o m a g n e t i c
7、m o d ec e l l吉赫兹横电磁波小室(g i g a h e r t zt r a n s v e r s ee l e c t r o m a g n e t i cm o d ec e l l,以下简称G T EM C e l l)由一个锥形、非对称的矩形同轴线组成,类似于T EM C e l l的输入部分被延长了的结构。合理选择横截面尺寸使得沿小室长度的特性阻抗保持在5 0。G T EMC e l l具有比T EMC e l l更大的操作空间。3.3 场地电压驻波比 s i t ev o l t a g es t a n d i n gw a v er a t i o场地电压驻
8、波比是在微波暗室内,将电场探头放置在参考点,沿着同一发射天线的主轴方向改变电场探头的极化和位置,产生相同标准场的情况下,以电场探头示值的最大分散性确定场地电压驻波比。3.4 各向同性 i s o t r o p y各向同性表征的是场探头随测量角度变化的响应,与入射场的极化和传播方向变化无关。各向同性是按照校准要求改变场探头方向时,场探头在恒定场强下的最高示值与最低示值的比值,通常以分贝表示。4 概述电场探头通常由三个部分组成:场传感器、检波器和高阻传输线,基本结构见图1。场传感器用于探测空间中某一位置的场分量,检波后的信号经处理后可显示场强数值。1J J F1 8 8 62 0 2 0图1 电
9、场探头的基本结构 电场探头广泛应用于电磁兼容、通信、电力、航天航空、医疗卫生等领域的电磁场测量。5 计量特性5.1 电场强度频率范围:1 0MH z 1GH z;电场强度范围:3V/m6 0V/m;最大允许误差:2d B;频率范围:1GH z 1 8GH z(不包含1GH z);电场强度范围:3V/m1 7 0V/m;最大允许误差:2d B。5.2 各向同性最大允许误差:1d B。6 校准条件6.1 环境条件a)环境温度:(2 35);b)相对湿度:8 0%;c)电源要求:(2 2 02 2)V,(5 01)H z;d)其他:无影响仪器正常工作的电磁干扰及机械振动。6.2 校准用设备6.2.1
10、 信号发生器a)频率范围:1 0MH z 1 8GH z;b)输出功率:不小于0d B m;c)频率最大允许误差:11 0-5。6.2.2 功率放大器a)频率范围:1 0MH z 1 8GH z;b)输出功率:2 0W;c)谐波抑制:2 0d B。6.2.3 定向耦合器a)频率范围:1 0MH z 1 8GH z;b)耦合系数:(1 54 0)d B;c)方向性:2 5d B;d)电压驻波比:1.3。2J J F1 8 8 62 0 2 06.2.4 功率计a)频率范围:1 0MH z 1 8GH z;b)功率测量范围:-6 0d B m2 0d B mc)电压驻波比:1.3;d)功率测量最大
11、允许误差:0.1 5d B。6.2.5 微横电磁波小室(T EM C e l l)a)1 0MH z 1GH z;b)时域分布阻抗:5 01;c)端口电压驻波比:1.1;d)芯板与底板(或顶板)间的距离应大于被校准电场探头直径的3倍。6.2.6 衰减器a)频率范围:1 0MH z 1GH z;b)衰减值:1 0d B;c)端口电压驻波比:1.1。6.2.7 场强传递标准a)频率范围:1 0MH z 1GH z;b)场强测量范围:3V/m6 0V/m;c)分辨力:0.1V/m;d)重复性:3%;e)探头尺寸:探头直径不大于T EM C e l l芯板和顶板之间高度的1/5。6.2.8 吉赫兹横电
12、磁波小室(G T EM C e l l)a)频率范围:1 0MH z 1GH z;b)端口电压驻波比:1.2;c)时域分布阻抗:(5 02);d)芯板与底板(或顶板)间的距离应大于场强传递标准以及被校准电场探头直径的3倍。6.2.9 微波暗室a)频率范围:4 5 0MH z 1 8GH z;b)内部最小尺寸:4m(长)2m(宽)2m(高);c)场地电压驻波比:0.5d B(测量方法参见附录C.2.3)。6.2.1 0 标准增益喇叭天线a)频率范围:1GH z 1 8GH z;b)增益:1 5d B;c)电压驻波比:1.5。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目a)外观及工作正常性检查;3J J
13、 F1 8 8 62 0 2 0b)电场强度;c)各向同性。7.2 校准方法7.2.1 外观及工作正常性检查a)被校电场探头的外观应完好无损,各开关、按键、连接器等工作正常,不应有影响电气性能的机械损伤。被校电场探头配套附件齐全。b)按技术说明书规定时间对读出装置和数据处理显示单元预热,预热后应显示正常。c)具有自校准功能的读出装置和数据处理显示单元,运行自校准功能,并应显示正常。d)将检查结果记录在附录A表A.1中。7.2.2 电场强度7.2.2.1 G T EM C e l l法a)适用于1 0MH z 1GH z。T EMC e l l能够产生可计算的标准场强,利用场强传递标准将T EM
14、 C e l l内产生的标准场传递至G T EM C e l l。按图2连接仪器设备,组成T EMC e l l校准系统。所有仪器设备通电,按技术说明书规定时间预热。图2 T EM C e l l校准原理图 b)将场强传递标准放置到T EM C e l l底板(或顶板)到芯板间的中心位置,即参考点位置。设置电场探头为开关开启的工作状态。c)设定信号发生器频率为校准频率点,并记录在附录A表A.2中。d)调节信号发生器的输出电平和功率放大器的增益,使得T EM C e l l参考点处的电场强度为标准电场强度值,该值可通过式(1)得到。E=Z0P0Afd Vs w r(1)式中:E 参考点处的标准电
15、场强度,V/m;Z0 T EM C e l l的时域阻抗实部,;P0 功率计显示的功率示值,W;Af 衰减器的衰减量;d 芯板距离底板(或顶板)的高度,m;Vs w r 场地电压驻波比修正因子,一般情况下取保守值1。e)将此时功率计示值、标准场强值和场强传递标准示值记录在附录A表A.2中。f)按图3连接仪器预热,组成G T EM C e l l工作标准。4J J F1 8 8 62 0 2 0图3 G T EM C e l l法校准原理图 g)将场强传递标准的电场探头如图3所示放置到G T EM C e l l中参考点位置。h)设定信号发生器频率为校准频率点。i)调节信号发生器的输出电平和功率
16、放大器的增益,使得场强传递标准示值与e)中的值相同,将此时功率计示值记录在附录A表A.2中。j)将场强传递标准的电场探头从G T EM C e l l中取出,将被校电场探头几何中心放置在相同位置,调节信号发生器的输出电平和功率放大器的增益使功率计示值达到i)的值,将此时被校电场探头示值记录在附录A表A.2中。k)由式(2)计算校准因子,并将其记录在附录A表A.2中。C=E/EP(2)式中:C 校准因子;E 参考点的标准场强值,V/m;EP 被校电场探头示值,V/m。7.2.2.2 微波暗室法a)适用于1GH z 1 8GH z频段。按图4连接仪器,组成校准系统。将仪器设备通电,按技术说明书规定
17、时间预热。图4 微波暗室内用标准增益喇叭天线作发射天线法校准原理图 b)将被校电场探头几何中心放置到微波暗室内发射天线主轴上的参考点位置,且保证探头手柄与电场矢量和传播矢量方向垂直。设置电场探头为开关开启的工作状态。c)设定信号发生器频率为校准频率点,并记录在附录A表A.3中。d)调节信号发生器的输出电平和功率放大器的增益,使得参考点位置电场强度为标准电场强度值,该值可通过式(3)得到。将此时功率计示值、标准电场强度值和被校电场探头示值记录在附录A表A.3中。E=Pn e tg4 d2(3)5J J F1 8 8 62 0 2 0 式中:E 参考点的电场强度,V/m;自由空间的波阻抗,3 7
18、7;Pn e t 馈入发射天线的净功率,W;g 参考点处发射天线的增益;d 从发射天线到参考点的距离,m。e)由式(2)计算校准因子,并将其记录在附录A表A.3中。7.2.3 各向同性a)将7.2.2.1中j)或7.2.2.2中的b)的电场探头放置在参考点,调整电场探头方向,使其一个场传感器与入射电场矢量方向相同,可以通过将电场探头手柄沿立方体的对角线放置实现,如图5所示。如果制造商并未明确描述场传感器的方位,则应选择和记录能够反映电场探头日常使用中各向同性的轴作为旋转轴。图5 基于三个正交传感器的电场探头各向同性校准布置 b)重复7.2.2.1中的j)和k)或者7.2.2.2中c)和d),将
19、校准频率点和标准场强值记录在附录A表A.4中。c)将电场探头围绕旋转轴以最大旋转步进不大于3 0 进行3 6 0 旋转,得到一组探头响应示值。将所有电场探头响应示值记录在附录A表A.4中。找出最大、最小响应示值,记录在附录A表A.4中。d)电场探头的各向同性用式(4)计算,将A的值记录在附录A表A.4中。A=2 0 l o g1 0EP m a xEP m a xEP m i n (4)式中:A 电场探头各向同性,d B;EP m a x 电场探头响应示值最大值,V/m;EP m i n 电场探头响应示值最小值,V/m。e)改变校准频率点和标准场强值,重复a)到d),直至完成所有预设置,可得到
20、电场探头不同频率点的各向同性。8 校准结果表达电场探头校准后,出具校准证书,校准证书至少应包含以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;6J J F1 8 8 62 0 2 0c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境
21、的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。9 复校时间间隔复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定,推荐为1年。7J J F1 8 8 62 0 2 0附录A原始记录格式表A.1 外观及工作正常性检查项目检查结果外观工作正常性表A.2 G T EM小室法数据记录表格频率MH z芯板距离底板(或顶板)的高度dm衰减器的衰减量A时域阻抗实部Z0T EM小室功率计示值W标准场强值V/m场强传递标准示值V/mG T EM小室功率计示值W电场
22、探头示值V/m校准因子不确定度U(k=2)d B1 03 05 01 0 09 0 010 0 0表A.3 微波暗室内用标准增益喇叭天线作发射天线法数据记录表格频率GH z发射天线到参考点的距离m天线增益d B功率计示值W标准电场强度值V/m电场探头示值V/m校准因子不确定度U(k=2)d B1GH z2GH z1 8GH z8J J F1 8 8 62 0 2 0表A.4 电场探头各向同性响应数据记录表格频率GH z标准场强值V/m相对起始位置的角度()电场探头响应示值V/m不确定度U(k=2)d B1.82 001 53 04 56 03 0 03 1 53 3 03 4 53 6 0 最
23、大响应示值Em a x:最小响应示值Em i n:各向同性:d B 9J J F1 8 8 62 0 2 0附录B校准证书内页格式表B.1 电场强度频率MH z标准场强值V/m电场探头示值V/m校准因子不确定度U(k=2)d B表B.2 各向同性频率MH z标准场强值V/m各向同性d B不确定度U(k=2)d B01J J F1 8 8 62 0 2 0附录C主要项目校准不确定度评定示例C.1 电场强度G T EM C e l l法不确定度评定C.1.1 测量模型G T EM C e l l方法适用于1 0 MH z 1GH z频率范围。G T EM C e l l与T EM C e l l不
24、同,虽然G T EM C e l l的内部场强不能够精确计算,但场强大小可以控制且稳定。T EMC e l l通常适用于2 0 0MH z以下频段,但经特殊设计的T EMC e l l在频率高达1GH z时仍可产生可计算的标准场强,可作为场强参考标准用于校准不超出其均匀区尺寸的足够小的场探头(或者场传感器),该场探头与配套测量系统一起构成场强传递标准,可以将场强量值传递到具有更大校准空间的场强工作标准G T EM C e l l内,因此利用G T EMC e l l可以建立标准场校准电场探头。依据校准原理,G T EM C e l l法测量模型如式(C.1):E=Z0P0Afd Vs w r(
25、C.1)式中:E G T EMC e l l内某校准点处的标准场强,V/m;Z0 T EM C e l l的特性阻抗实部,其值为5 0;P0 与T EM C e l l连接的功率计显示示值,W;Af 衰减器(连接T EM C e l l和功率计)的衰减因子;d 芯板距离底板(或顶板)的高度,m;Vs w r V SWR修正因子,一般情况下取保守值1。C.1.2 不确定度来源及相对合成标准不确定度计算公式根据式(C.1),引入的不确定度分量来源包括:1)T EM C e l l阻抗特性引入的相对不确定度ur e l(Z0);2)功率测量(在T EM C e l l内)引入的相对不确定度ur e
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