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電磁兼容
閱讀：3124 發(fā)布時間：2009-5-11
電磁兼容性測試因測試特點等原因，不確定度的分析和評估較為復雜，在我國起步也較晚。GB/Z 6113.401-2007、GB/T 6113.403-2007和GB/Z 6113.404-2007等3項國家標準已于2007年9月6日批準發(fā)布，將于2008年4月1日開始實施。上述3項標準的發(fā)布與去年發(fā)布的國家標準GB/T 6113.402-2006《無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規(guī)范第4-2部分：不確定度、統(tǒng)計學和限值建模 測量設備和設施的不確定度》一起構成EMC不確定度評估的國家基礎系列標準。該系列標準的頒布和實施，將推進EMC實驗室對不確定度評估工作的開展。
對于EMC測試軍用實驗室而言，由于軍標測試與民標測試在試驗儀器、場地、布置及限值要求等方面均有較大區(qū)別，因此在不確定度分析和評估方面，建模和評估方法可以參考上述標準，但不能照搬。
1 EMC軍標測試不確定度的評估
1.1 評估方法
對于EMC軍標測試，實驗室在進行不確定度評估時，必須同時考慮測量設備和設施的不確定度MIU和標準符合性不確定度SCU必需的影響量。其中MIU的主要依據來源為測試設備、儀器及附件的校準、檢定證書和測試報告，而SCU中各值需要根據軍標測試的場地、設備、布置等而定。SCU不但取決于被測量的特性、產品的等級，而且取決于包括線纜布設在內的EUT布置。在一階近似中，SCU與MIU無關。某種程度上，SCU的大小不僅超過了檢測實驗室的控制能力，也超過了裝備生產單位的控制能力。與傳統(tǒng)計量測量相比，EMC測試SCU可能有較大的值，如何將其應用總不確定度評估和合格/不合格判據中是EMC風險評估的問題，尤其對EMI項目的測試影響更大。一般來說，MIU由各檢測實驗室根據各自的場地和設備情況自行計算，而SCU值的大小，應由實驗室認可機構根據測試標準的情況專門評估后規(guī)定。
EMC測量設備和設施的不確定度一般按照B類評定，評估方法如下：
對每個影響量的估計值xi應評定其標準不確定度u（xi）（以分貝表示）和靈敏系數ci。被測量的估計值y的合成標準不確定度uc（y）按下式計算：
對檢測實驗室來說，對大多數測量結果近似正態(tài)分布的典型情況，包含因子取ｋ=2，其置信水平近似為95%。則測量設備和設施的擴展不確定度按下式計算：
對于GJB 151A-1997和GJB 152A-1997測試來說，試驗儀器、場地、布置及限值要求等方面與民標測試均有較大區(qū)別，在影響量的選取上也應有所區(qū)別。同時，除上面計算的測量設備和設施的擴展不確定度MIU外，還應該考慮由于標準規(guī)定的測試布置等原因引起的標準符合性不確定度SCU。
以電場輻射發(fā)射為例，GB/T 6113.402-2006未對SCU規(guī)定，規(guī)定以下影響量計入實驗室測量設備和設施的擴展不確定度ULAB的計算：
－接收機讀數 －天線和接收機間連接網絡的衰減
－天線系數 －接收機正弦波電壓準確度
－接收機脈沖幅度響應 －接收機脈沖響應隨重復頻率的變化
－接收機本底噪聲 －天線端口與接收機之間失配的影響
－天線系數的頻率內插 －天線系數隨高度的變化
－天線方向性 －天線相位中心
－天線交叉極化響應 －天線平衡
－測試場地 －被測設備和測量天線之間的距離
－放置被測設備的桌子的高度
根據以上輸入量計算后的測量設備和設施擴展不確定度的參照值為UCISPER=5.2 dB，k=2。
對于GJB 152A-1997中RE102電場輻射發(fā)射來說，測試場地、設備和布置不同，在應用GB/T 6113.402-2006評估方法時也應有所改變。較為明顯的變化有以下幾點：一是要增加10kHz～30MHz頻段有源桿天線測量的不確定度評估；二是由于大部分頻段為近場測量，同時測量場地和天線設備的不同，部分影響量估計值會發(fā)生變化；三是增加EUT型式（臺式、機柜式等）、大小不同引入的不確定度；四是需要增加測試布置，尤其是EUT取向、互聯線布置等引入的不確定度。
上述影響量中，前兩項可屬于MIU部分，由實驗室自行計算列入ULAB。后兩項屬于SCU部分，應根據GJB 152A-1997測量布置等由標準起草單位或實驗室認可機構評估后確定，并有職責將其控制在一個可以接受的水平。
在SCU未規(guī)定前，實驗室可參照GB/T 6113.402-2006計算各自測量設備和設施的擴展不確定度，并在報告中說明。
1.2 對數和線性量限值不確定度的計算
EMC測試中許多測量的量是對數量，其不確定度用dB表示。測試的技術指標也是以這種方式給出的，例如：dBmV。然而有一些測量量是線性量，其不確定度是用相對值表示的，例如n%。當進行不確定度合成時，擴展不確定度會因計算中使用對數還是使用線性不確定度而有差異。
線性還是用對數方式進行不確定度計算，取決于概率分布用那一方式表示更好。如果不確定度的主要分量的貢獻是用dB表示的，則其概率分布也只能按dB表示，則各不確定度分量貢獻都保留為對數的函數，且合成不確定度的均方根值按對數方式計算就更準確。同樣，如果主要不確定度分量的貢獻是以線性表示的，則不確定度用線性量的貢獻計算更準確。
簡化考慮，可以按照極限值的形式來決定不確定度的線性或對數計算及表述方式。對于GJB 151A-1997中極限值以對數形式給出的測試項目，不確定度也以對數方式計算和表述。對于以線性形式給出的測試項目，不確定度則以線性方式計算和表述。
實驗室測試不確定度的評估和計算應與測試設備和設施的計量周期一致，數據應在設備和設施校準檢定后，重新計算和評估。
2 對計量服務機構和測試的要求
EMC測試設備和設施的校準和檢定，不僅是實驗室實現量值溯源的重要環(huán)節(jié)，而且對測試不確定度也有重要影響。
實驗室應盡量確保從外部校準服務機構（包括認可校準實驗室和法定計量機構）獲得的校準/檢定證書符合下列要求：
a）校準證書應在認可校準實驗室認可范圍以內，并具有量值溯源信息（如：上一級標準器的標識和檢定或校準證書號），有校準的技術依據，有具體的校準數據及其測量不確定度等信息。
b）檢定證書應在實驗室的*范圍以內，并具有量值溯源信息（如：上一級標準器的標識和檢定或校準證書號），具有檢定的技術依據（檢定規(guī)程）和檢定結果，在可能的情況下具有校準數據。
c）測試報告應在實驗室的*范圍以內，并具有量值溯源信息（如：上一級標準器的標識和檢定或校準證書號），具有測試的技術依據和測試結果，在可能的情況下具有測量數據。
從以上要求可以看出，測試設備和設施的校準和檢定不但為實驗室量值溯源提供了依據，而且其校準和檢定不確定度也直接為EMC測試提供了各輸入量數據。需要注意的有兩點，一是EMC實驗室在設備儀器送檢時應明確校準和檢定要求，如校準、檢定內容及不確定度等；二是選擇不同級別的計量外部服務機構，對EMC實驗室測試設備和設施的不確定度計算結果有直接影響，盡可能選擇級別較高的計量外部服務機構。
對于GJB 151A-1997而言，其限值要比民用標準同類項目限值嚴酷得多，所以對不確定度的要求也更高。以RE102電場輻射發(fā)射為例，RE102限值與CISPER11和CISPER22輻射騷擾測量限值相比，頻段更寬，限值更嚴。比較如圖1所示。
圖1 RE102限值與CISPER輻射騷擾測量限值比較
從圖1可以看出，測量設備和設施擴展不確定度參照值UCISPER=5.2 dB對于除潛艇內部設備外的測試來說，都比較高。尤其對于3、6、7、9類設備來說，若EMC實驗室電磁環(huán)境電平僅滿足低于限值6dB的基本要求，5.2dB的測量不確定度將使得絕大部分測量結果處于模糊范圍內，給標準符合判定帶來相當大的困難。對于敏感度測試項目也是如此，以RS103項目為例，敏感度電平zui高可達200V/m，頻段從10kHz到40GHz，而民標敏感度電平zui高僅為10V/m，頻段從30MHz到1GHz。對于200V/m的RS103測試來說，23%的相對擴展不確定度就比較高了。
因此對于EMC測試軍用實驗室來說，必須盡量保證測試設備和設施有較小的不確定度。滿足這點要求不但要配備別的測試設備，而且需要選擇較別的計量服務單位。
EMC實驗室對測試設備和設施的不確定度評估后，并不等于測試結果就可以在一定的置信區(qū)間內保證不確定度范圍內。由于標準的特殊性，在進行GJB 151A/152A測試時必須嚴格按照標準要求進行測試布置，并按照規(guī)定的測試程序進行測試，否則不確定度的評估就失去了其意義和作用。這點要求主要作用是控制實驗室SCU值，使其盡量符合或低于規(guī)定的值。
3 不確定度評估結果的應用
實驗室對EMC測試不確定度評估后，不是僅簡單地在測試報告中標明而已，不確定度的評估結果要在測試中得到具體的應用。
3.1 在發(fā)射測量中的應用
對于GJB 151A/152A發(fā)射測量，制定的發(fā)射限值未考慮不確定度的影響，在具體判別測量結果與限值得符合性時，有以下幾種情況，如圖2所示。
圖2 發(fā)射測量結果與限值關系
a）測量結果高于限值與擴展不確定度之和
b）測量結果高于限值，但低于限值與擴展不確定度之和
c）測量結果低于限值，但高于限值與擴展不確定度之差
d）測量結果低于限值與擴展不確定度之差
情況a應判定為不合格，情況d應判定為合格。對于情況b和c，需要單獨考慮。一般需要實驗室認可機構做出規(guī)定，在沒有規(guī)定前，可以由實驗室與EUT生產單位、訂購部門協商后決定。需要注意的是，不同的符合性判據，伴隨不同的風險，主要取決于測試的目的和武器平臺的電磁兼容性總體設計。
3.2 在敏感度測試中的應用
由于測量不確定度的存在，可能導致施加的敏感電平達不到規(guī)定的值。考慮敏感度測試的特殊性，為確保測試能夠達到武器裝備考核要求，應按照不確定的大小提高測試電平。
例如對于RS103輻射敏感度測試，應將測試電平提高相對擴展不確定度Ur倍。若實驗室計算的RS103測試設備和設施相對擴展不確定度為10%，在對*地面設備進行測試時，規(guī)定的場強電平為50V/m，則測試實際施加的電平應提高到50V/m×（1+10%）=55V/m。
對于其它的敏感度測試項目而言也是如此，應根據具體項目對數或線性形式的擴展測試不確定度提高測試考核電平。
4 結束語
EMC軍用標準測試不確定度的評估應用，實驗室認可機構應制訂有關的標準或指南，對評估方法和一些*影響量做出規(guī)定，例如測量設備和設施的擴展不確定度參考值，標準符合性擴展不確定度參考值等，以供各測試實驗室使用。實驗室認可時，對申請實驗室測試不確定度評估和應用的評審也是一項重要內容。測試實驗室要對本實驗室各測試項目的測量設備和設施擴展不確定度進行定期計算，在測試時具體應用，并在測試報告中正確表述。