JJF 1884-202010 kHz~100 MHz电磁场探头校准规范-(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 42 0 2 01 0k H z 1 0 0MH z电磁场探头校准规范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 o m a g n e t i cF i e l dP r o b e sf r o m1 0k H z t o1 0 0MH z 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1 0k H z 1 0 0MH z电磁场探头校准规范C a l i b r a t i o nS p e
2、 c i f i c a t i o nf o rE l e c t r o m a g n e t i cF i e l dP r o b e s f r o m1 0k H z t o1 0 0MH zJ J F1 8 8 42 0 2 0 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:广州计量检测技术研究院辽宁省计量科学研究院 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 42 0 2 0本规范主要起草人:刘 潇(中国计量科学研究院)李 渤(中国计量科学研究院)孔雨聆(中国计量科学研究院)参加起草人:沈仁怡(广州计量检测技术研
3、究院)郝 松(辽宁省计量科学研究院)J J F1 8 8 42 0 2 0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 场传感器(1)3.2 场探头(1)3.3 电场探头(1)3.4 磁场探头(1)3.5 读出装置(1)4 概述(1)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(4)7.1 校准项目(4)7.2 校准方法(5)8 校准结果表达(8)9 复校时间间隔(9)附录A 原始记录格式(1 0)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 6)J J F1 8
4、8 42 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。本规范参考I E E E1 3 0 92 0 1 3I E E ES t a n d a r df o rC 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中相关条款进行编写。
5、主要针对频率范围为1 0k H z 1 0 0MH z的电磁场探头校准方法进行了规定。校准项目包括:电场强度、磁场强度、磁感应强度和各向同性。并在附录中给出了测量的不确定度评定示例。本规范为首次发布。J J F1 8 8 42 0 2 01 0k H z 1 0 0MH z电磁场探头校准规范1 范围本规范规定了1 0k H z 1 0 0MH z频段的电磁场探头(含电场探头、磁场探头,简称场探头)的校准方法,适用于电磁兼容检测等领域中使用的场探头的校准。其他类型的场探头(除天线外)亦可参考使用。2 引用文件本规范引用了下列文件:I E E ES t d1 3 0 92 0 1 3 9k H z
6、 4 0GH z电磁场探头和传感器(除天线外)的校准I E E ES t a n d a r df o rC 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 术语和计量单位3.1 场传感器 f i e l ds e n s o r
7、一个用以测量电场或者磁场的电小尺寸设备,不含电子器件,并应尽可能小地扰动被测场。理论上其传输函数(输出信号和输入电磁场的比值)可以通过其测得的物理参数和材料电特性得到。3.2 场探头 f i e l dp r o b e包含一个场传感器或若干个场传感器组合及二极管检波器、电阻、放大器等电子器件。用以测量某一媒质中的射频场分量,并应尽可能小地扰动被测场。理论上场探头的输出不能通过简单地测量其物理参数得到。场探头包含电场探头和磁场探头。3.3 电场探头 E-f i e l dp r o b e可测量电场强度E(单位为V/m)的场探头。3.4 磁场探头 H-f i e l dp r o b e可测量
8、磁场强度H(单位为A/m)或者磁感应强度B(单位为W b/m2或者T)的场探头。注:1Wb/m2=1T=1 06T。3.5 读出装置 r e a d o u td e v i c e采集场探头的输出信号并将其转化为可读信号输送给数据采集分析仪的电子装置。4 概述场探头通常分无源和有源两种:无源场探头包括场传感器、二极管检波器和高阻传1J J F1 8 8 42 0 2 0输线三部分,见图1(a);有源场探头包括场传感器、检波器、电阻和放大器,见图1(b)。电小尺寸的场传感器用于探测空间中某一位置的场分量,检波器将射频信号转换为等比例的直流或者低频交流信号,检波后的电流经平衡高阻传输线或电阻、放
9、大器、光缆输出给数据处理和显示电路。将场探头和读出装置相连,即可通过显示单元读取空间某一位置的电磁场场强数值。(a)无源场探头(b)有源场探头图1 场探头的基本结构示意图场探头根据待测参数的不同分为电场探头和磁场探头,也有些场探头将二者集成在一起。电场探头的场传感器通常由三个相互正交的偶极子天线组成,而磁场探头的场传感器通常由三个相互正交的环天线组成,如图2所示。(a)电场探头中正交布置的偶极子天线(b)磁场探头中正交布置的环天线图2 场探头中采用正交布置的场传感器场探头广泛用于电磁兼容、通信、电视和广播发射系统、医疗设备、电力发电等领域的电磁场测量。5 计量特性场探头的计量特性见表1。2J
10、J F1 8 8 42 0 2 0表1 场探头的计量特性计量特性场强范围频率范围最大允许误差电场强度1V/m1 0 0V/m1 0k H z 1 0 0MH z1.5d B磁感应强度0.1T1 0 0T1 0k H z 3 0 0k H z1.5d B磁场强度0.0 1 5A/m0.5A/m1 0k H z 1 0 0MH z1.5 d B各向同性电场强度:1 0V/m1 0 0V/m磁感应强度:1T1 0 0T磁场强度:0.0 5A/m0.5A/m1 0k H z 1 0 0MH z1.5d B 注:1 具体可以测量的频段和场强范围取决于采用的测量标准及配套设备,不限于表中数值。2 场强频率
11、响应和线性可以通过测量的场强得到,各向同性可以通过在0 3 6 0 之间不同的角度处测量场强并计算得到。本规范暂未涉及另外3个频域计量特性和时域计量特性。注: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 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,使用的亥姆霍兹线圈需要远离大面积金属(即磁性)表面。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 信号发生器频率范围:1 0k H z 1 0 0MH z;频率最大允许误差:11 0-5;最大
12、输出电平:大于0d B m。6.2.2 横电磁波(T EM)小室频率范围:D C1 0 0MH z;端口驻波:小于1.2;时域阻抗:4 95 0.5;芯板与顶板(或底板)的距离:大于场探头直径的三倍。6.2.3 亥姆霍兹线圈频率范围:D C3 0 0k H z;线圈直径:应大于场探头直径的两倍。6.2.4 功率计频率范围:1 0k H z 1 0 0MH z;功率范围:-3 0d B m2 0d B m。3J J F1 8 8 42 0 2 06.2.5 定向耦合器频率范围:3 0 0k H z 1 0 0MH z;耦合系数:1 5d B5 0d B;耦合系数最大允许误差:2%;方向性:大于2
13、 0d B。6.2.6 衰减器频率范围:1 0k H z 1 0 0MH z;衰减值:2 0d B5 0d B;衰减值的最大允许误差:5%;平均功率:大于1 5 0W。6.2.7 射频毫伏表频率范围:1 0k H z 3 0 0k H z;电压范围:1mV1 0 0V;最大允许误差:3.5%。6.2.8 取样电阻频率范围:1 0k H z 3 0 0k H z;额定功率:4 0W;电阻值:11 0 0;电阻值最大允许误差:1%。6.2.9 功率放大器频率范围:1 0k H z 1 0 0MH z;额定功率:4 0W;谐波抑制:2 0d B。6.2.1 0 大功率负载频率范围:1 0k H z
14、1 0 0MH z;额定功率:1 5 0W。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目如表2所示。表2 校准项目表序号校准项目适用对象1外观及工作正常性检查电场探头、磁场探头2电场强度电场探头3磁场强度磁场探头4磁感应强度磁场探头5各向同性电场探头、磁场探头4J J F1 8 8 42 0 2 07.2 校准方法7.2.1 外观及工作正常性检查场探头的外观应完好,不应有影响电气性能的机械损伤,配套附件齐全。开启场探头,场探头与读出装置连接正常,按技术说明书规定时间预热。如场探头具有自校准功能,运行自校准功能。将检查结果记录在附录A表A.1中。7.2.2 电场强度a)按照图3(a)或图3(b
15、)中的方式连接设备。(a)定向耦合器方式(3 0 0k H z 1 0 0MH z)(b)衰减器方式(1 0k H z 1 0 0MH z)图3 用T EM小室进行场探头校准原理图(1 0k H z 1 0 0MH z)b)将场探头放入T EM小室上半部分(或下半部分)的中心位置。场探头开关开启,设定信号发生器频率为场探头的校准起始频率点。c)设置信号发生器的输出幅度,使得T EM小室中上半部分(或下半部分)的中心位置场强为期望的标准场强值,该标准场强值通过式(1)计算:E=Pn e tZ0d(1)式中:E 电场强度,V/m;Pn e t 馈入T EM小室中的净功率,W;Z0 T EM小室的特
16、性阻抗实部,;d 芯板距离顶板或者底板的高度,m。其中图3(a)定向耦合器方式净功率Pn e t,可以由定向耦合器的系数Cf w d(端口2和端口3的功率比值)和Cr e v(端口2和端口4的功率比值)、功率计读数P1和P2通过公式(2)计算:Pn e t=Cf w dP1-Cr e vP2(2)图3(b)衰减器方式净功率Pn e t,可以由衰减器的衰减值Aa t t和功率计读数P通过公式(3)计算:Pn e t=Aa t tP(3)5J J F1 8 8 42 0 2 0 d)在附录A表A.2中记录此时场探头示值和功率计读数值。e)改变信号发生器频率到下一个频率点,重复c)到e),直至完成所
17、有预设置的校准频率点,至少测量5个不同的频率点,得到场强频率响应。f)设定信号发生器频率为工作频段内的某一频率。g)设置信号发生器的输出电平,使得场强发生装置中心场强为第一个期望的标准场强值,该标准场强值通过公式(1)计算。h)在附录A表A.2中记录此时场探头示值和功率计读数值。i)改变信号发生器输出电平使场强发生装置中心场强为下一个标准场强值,重复h),直至完成所有预设置的标准场强值,至少测量5个不同的标准场强值,得到场强线性。j)将标准场强值除以场探头示值得到校准因子,填入附录A表A.2中。7.2.3 磁场强度a)按照图3(a)或图3(b)中的方式连接设备。b)将场探头放入T EM小室上半
18、部分(或下半部分)的中心位置。场探头开关开启,设定信号发生器频率为被校场探头的校准起始频率点。c)按照7.2.2(c)中的步骤计算得到电场强度E的数值,根据式(4)计算标准场强值H:H=E(4)式中:H 磁场强度,A/m;波阻抗,自由空间中为1 2 0,。d)在附录A表A.3中记录此时场探头示值和功率计读数值。e)改变信号发生器频率到下一个频率点,重复c)到d),直至完成所有预设置的校准频率点,至少测量5个不同的频率点,得到场强频率响应。f)设定信号发生器频率为工作频段内的某一频率。g)设置信号发生器的输出电平,使得场强发生装置中心场强为第一个期望的标准场强值,该标准场强值通过公式(4)计算。
19、h)在附录A表A.3中记录此时场探头示值和功率计读数值。i)改变信号发生器输出电平使场强发生装置中心场强为下一个标准场强值,重复h),直至完成所有预设置的标准场强值,至少测量5个不同的标准场强值,得到场强线性。j)将标准场强值除以场探头示值得到校准因子,填入附录A表A.3中。7.2.4 磁感应强度a)设备连接如图4所示。6J J F1 8 8 42 0 2 0图4 用亥姆霍兹线圈进行场探头校准原理图(1 0k H z 3 0 0k H z)注:选取合适的亥姆霍兹线圈可以将上限频率扩展到1MH z。b)将场探头放入亥姆霍兹线圈的中心位置。场探头开关开启,设定信号发生器频率为场探头的校准起始频率点
20、。c)设置信号发生器的输出幅度,使亥姆霍兹线圈的中心位置场强为期望的标准场强值,该标准磁感应强度值通过式(5)计算:B=0.7 1 55N Ir=0.7 1 55NUr R(5)式中:B 磁感应强度,T;磁导率,真空磁导率为4 1 0-7H/m;N 线圈匝数;I 流经线圈的电流,通过测量取样电阻R两端的电压U计算得到,A;r 线圈半径,m;R 取样电阻值,;U 取样电阻R两端的电压,V。d)在附录A表A.4中记录此时场探头示值、射频毫伏表读数值和取样电阻值。e)改变信号发生器频率到下一个频率点,重复c)到d),直至完成所有预设置的校准频率点,至少测量5个不同的频率点,得到频率响应。f)设定信号
21、发生器频率为工作频段内的某一频率。g)设置信号发生器的输出电平,使得场强发生装置中心磁感应强度值为第一个期望的标准场强值,该标准场强值通过式(5)计算。h)在附录A表A.4中记录此时场探头示值和射频毫伏表读数值。i)改变信号发生器输出电平使场强发生装置中心场强为下一个标准磁感应强度值,重复h),直至完成所有预设置的标准场强值,至少测量5个不同的标准场强值,得到线性响应。7J J F1 8 8 42 0 2 0j)将标准场强值除以场探头示值得到校准因子,填入附录A表A.4中。7.2.5 各向同性a)设备连接如图3(a)或者图3(b)或者图4所示。b)将场探头放入场发生装置的指定中心位置,调整场探
22、头方向使其一个振子与入射电场矢量方向相同。可以通过将场探头手柄沿立方体的对角线放置实现,如图2(a)。如果场传感器不是由三个正交阵子构成,应参考实际应用情况选择旋转轴。c)场探头开关开启。调节信号发生器频率为被校场探头的第一个校准频率。d)设置信号发生器的输出电平,使得场强发生装置中心场强为期望的标准场强值,该标准场强值通过式(1)(5)计算,将标准场强值记录在附录A表A.5中。e)根据预先选择的频率和标准场强值,将场探头按照步进方式完整地旋转3 6 0 以得到最大和最小响应值。记录在附录A表A.5中。f)改变信号发生器频率到下一个频率点,重复上述操作d)和e)直到获得全部所需频率和预设标准场
23、强值的数据为止。g)搜索每一频率和场强对应的记录值,找到最小值和最大值,利用公式(6)计算确定场探头的各向异性响应A,从而表征出场探头的各向同性A。A=2 0 l gSm a xSm a xSm i n (6)式中,Sm a x和Sm i n分别是实测场强幅度值的最大值和最小值。8 校准结果表达场探头校准后,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;c)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
24、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)校准证书签发人的签名、职务或等效标识;8J J F1 8 8 42 0 2 0o)校准结果仅对被校对象有效的说明;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。9J J F1 8 8 42 0 2 0附录A原始记录格式表A.1 外观及工作正常性检
25、查检查结果表A.2 场探头的电场强度频率k H z功率计读数值d B m标准场强值V/m场探头示值V/m校准因子不确定度d B1 05 01 0 05 0 010 0 050 0 01 00 0 05 00 0 01 0 00 0 01 03 05 08 01 0 001J J F1 8 8 42 0 2 0表A.3 场探头的磁场强度频率k H z功率计读数值d B m标准场强值A/m场探头示值A/m校准因子不确定度d B1 05 01 0 05 0 010 0 050 0 01 00 0 05 00 0 01 0 00 0 00.0 50.1 00.2 00.3 00.4 00.5 0表A.
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