天線(xiàn)乃電磁兼容測試*設備

對ＥＭＣ測試天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，接收指的是測量不希望有的輻射發(fā)射、而“發(fā)射”指的產(chǎn)生用于敏感度試驗的電磁場(chǎng)，下面復習一下其它幾個(gè)關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)。 

增益

增益用來(lái)衡量天線(xiàn)從某一方向接收和發(fā)射信號的能力，當與其它方向相比時(shí)，增益通常用與全向天線(xiàn)比對的ｄＢ數來(lái)表示，增益可正可負，當把信號集中于一個(gè)方向時(shí)，可獲得正的增益，就如同手電筒的光束一樣，當天線(xiàn)系統存在損耗或所用的天線(xiàn)長(cháng)度小于被測信號的波長(cháng)時(shí)，增益為負。 

天線(xiàn)系數（ＡＦ）

天線(xiàn)系數表示了天線(xiàn)的輻射場(chǎng)與天線(xiàn)輸入電壓之間的關(guān)系，當ＡＦ以ｄＢ為單位時(shí)，ＡＦ與增益有以下關(guān)系： 
　?。牵ǎ洌拢椋玻埃欤纾ǎ疲?.79 -ＡＦ（ｄＢ） 
　　其中，Ｆ為頻率，單位為ＭＨｚ。 

波束寬度

波束寬度指的是在天線(xiàn)峰值響應的方向上，兩個(gè)半功率點(diǎn)之間的角度，波束寬度有Ｅ面和Ｈ面兩個(gè)分量，兩者不一定*相等，如果某一天線(xiàn)的增益設計為正，則它的波束寬度和增益常常正好相反。 

帶寬

帶寬指的是天線(xiàn)的頻率覆蓋范圍，如果帶寬以天線(xiàn)額定頻率范圍的一部分來(lái)表示的話(huà)，非諧振天線(xiàn)的帶寬大于諧振天線(xiàn)的帶寬，低增益天線(xiàn)的帶寬大于高增益天線(xiàn)的帶寬，用于寬帶的，平衡不平衡轉換器或匹配網(wǎng)絡(luò )的天線(xiàn)，其帶寬比天線(xiàn)系數的影響更大。 

阻抗

天線(xiàn)的阻抗通?？紤]很少，因為所有的ＥＭＣ測試設備的負載阻抗均設計為５０Ω，ＥＭＣ天線(xiàn)的阻抗通常也在其頻率范圍內設計為感校準為接近５０Ω，但是，測試人員也應該意識阻抗不匹配所帶來(lái)的可能問(wèn)題，尤其是低頻磁場(chǎng)環(huán)天線(xiàn)，天線(xiàn)的阻抗往往隨頻率而變，但許多低頻環(huán)天線(xiàn)并沒(méi)有匹配網(wǎng)絡(luò )去補償這種變化。 

駐波比（ＶＳＷＲ）

駐波比是衡量?jì)蓚€(gè)ＲＦ設備阻抗是否匹配的間接參數。ＶＳＷＲ對大多數用戶(hù)來(lái)說(shuō)都非常重要，這有幾個(gè)復雜原因，簡(jiǎn)單地說(shuō)，在通常情況下，饋線(xiàn)表現出來(lái)的阻抗是饋線(xiàn)的額要阻抗和負載阻抗之和，因此，在饋線(xiàn)兩端就可能出現阻抗的不匹配，這樣，大多數信號都將在負載處反射，然后，再沿著(zhù)饋線(xiàn)在源處再次反射，當需要精.確.測量的時(shí)候，或當信號源對阻抗不匹配很敏感的時(shí)候，或當饋線(xiàn)的損耗很重重的時(shí)候，ＶＳＷＲ都將成為一個(gè)問(wèn)題。 

尺寸

尺寸是一個(gè)很重要的天線(xiàn)特性，天線(xiàn)需要控制和移動(dòng)就限制了天線(xiàn)的實(shí)際尺寸大小，需要在屏蔽室內使用天線(xiàn)也限制了天線(xiàn)的大尺寸，需要減小對地或對周?chē)矬w不希望有的耦合也將影響尺寸，但相反地，希望天線(xiàn)有好的低頻響應，增益高或帶寬寬，就要增大天線(xiàn)的尺寸。 

根據前面所講的有關(guān)天線(xiàn)的基本概念，ＥＭＣ工程師就可以開(kāi)始根據實(shí)際用途來(lái)選擇天線(xiàn)，嚴格地講，任何發(fā)射天線(xiàn)都可以用于接收，但是，在很多接收場(chǎng)合中，有源天線(xiàn)額外的靈敏度幾乎將所有的電子電路都轉變成了開(kāi)路電路。 
一個(gè)很重要的問(wèn)題是頻率范圍，在大多數的ＥＭＣ測量中，所要求的頻率范圍遠大于某一單個(gè)天線(xiàn)的頻率范圍，實(shí)際上，由于帶寬和天線(xiàn)尺寸的限制，在一次測試中使用５副天線(xiàn)來(lái)覆蓋整個(gè)測試頻段也并不少見(jiàn)的。

在很多情況下，頻率低端足以低到需要的兩副天線(xiàn)——一副用來(lái)測量電場(chǎng)分量，另一副用來(lái)測量磁場(chǎng)分量，這種用法可以這樣來(lái)解釋?zhuān)敎y量距離采用單位并且由測量標準規定了的時(shí)候，電磁場(chǎng)的分布就是源阻抗（可能未知）和以波長(cháng)來(lái)表示的距離的函數，在“遠場(chǎng)”區電磁場(chǎng)可認為具有平面波的特性，Ｅ場(chǎng)分量和Ｈ場(chǎng)分量可由自由空間的波阻抗３７７Ω聯(lián)系起來(lái)。由此，可由場(chǎng)功率，Ｅ場(chǎng)和Ｈ場(chǎng)三個(gè)變量中已知任兩個(gè)求得第三個(gè)變量，在“近場(chǎng)”區中就沒(méi)有這種固定關(guān)系存在，近場(chǎng)區中任一點(diǎn)的波阻抗介于未知的源阻抗和已知的自由空間波阻抗之間，由于波阻抗未知，因此就需要分別測量Ｅ場(chǎng)和Ｈ場(chǎng)，然后計算功率，（還可能計算出這一點(diǎn)的波阻抗并推出源阻抗，這種計算對診斷出有害輻射的實(shí)際源很有用處），有測試人員可能會(huì )問(wèn)，為什么不能用一副或二副天線(xiàn)來(lái)覆蓋整個(gè)頻率范圍？因為，在選擇天線(xiàn)時(shí)還需考慮很多別的折衷因素，將在下面幾節中詳細闡述。 

增益的重要性 

每副天線(xiàn)都有正的增益和負的增益，正增益是好的，但負增益雖然是不希望的但又是必要的，理想情況下，在ＥＭＣ測量中所用的每副天線(xiàn)都應該盡可能地具有正增益而減小負增益，考慮實(shí)際天線(xiàn)設計的局限性，在天線(xiàn)增益上的花費常常低于接收天線(xiàn)的靈敏度或放大器功率，由于希望能檢測到小的輻射發(fā)射或產(chǎn)生敏感度測試所需要的場(chǎng)，而花費少，所以就要取.佳.的天線(xiàn)增益。 

除了標準規定的調諧偶極子以外，大多數１００ＭＨｚ以下的天線(xiàn)是非諧振的，并且表現出負增益（損耗），在這個(gè)頻率范圍內常用的天線(xiàn)是拉桿天線(xiàn)，用于低頻Ｅ場(chǎng)測量（圖１），在敏感度試驗中也使用Ｅ場(chǎng)發(fā)生器，在這么低的頻段，采用屏蔽環(huán)天線(xiàn)來(lái)測量Ｈ場(chǎng)，利用環(huán)天線(xiàn)來(lái)產(chǎn)生Ｈ場(chǎng)（圖２），在２０～３０ＭＨｚ以上時(shí)，.常.用.的天線(xiàn)是非諧振偶極子天線(xiàn)，常常用雙錐結構的（圖３和圖４），采用這類(lèi)天線(xiàn)是因為隨著(zhù)頻率的降低，寬帶諧振天線(xiàn)的尺寸要變大，而且會(huì )很快大得讓人無(wú)法接受，增益為負是由于這類(lèi)天線(xiàn)的尺寸與所測信號的波長(cháng)相比較小，只有在測試時(shí)間允許的情況下，才使用需要在每個(gè)頻點(diǎn)都進(jìn)行調諧天線(xiàn)。 

 在１００～２００ＭＨｚ頻率范圍內，寬帶諧振天線(xiàn)是.實(shí).用.的，并且用的很多，但由于這類(lèi)天線(xiàn)尺寸太大，有時(shí)候無(wú)法使用，因此，在這個(gè)頻率范圍內，有時(shí)仍使用效率不太高的非諧振天線(xiàn)，當頻率高于２００ＭＨｚ時(shí)，增益天線(xiàn)用的很普遍，但尺寸又是主要的限制因素之一。從理論上講，對數周期天線(xiàn)可以設計為覆蓋整個(gè)頻率范圍并且提供很高的增益（圖５），但是，隨著(zhù)帶寬的增加，天線(xiàn)的尺寸也加大，在較高的頻率上，短振子的長(cháng)度及其支架與支持較大的低頻振子所需要的機械強度是不匹配的，另一種類(lèi)型的天線(xiàn)也常常用于高頻段，如雙脊波導喇叭天線(xiàn)，由于所涉及的機械問(wèn)題和高增益，這類(lèi)天線(xiàn).好.用于１～２ＧＨｚ以上的頻段。 

尺寸問(wèn)題 

上面已提到了ＥＭＣ天線(xiàn)的設計中，尺寸是一個(gè)很重的制約因素，使用非常大的天線(xiàn)會(huì )出現很多問(wèn)題。我們要求從天線(xiàn)耦合到地面，被測設備、屏蔽室的墻面和任何其它周?chē)矬w的干擾必須小，如果天線(xiàn)的振子與周?chē)矬w保持一定距離的話(huà)，耦合問(wèn)題就會(huì )小一些。顯然，從這點(diǎn)上講，天線(xiàn)越小越好。 
波束寬度是另一個(gè)必須與增益折衷考慮的因素，天線(xiàn)不能產(chǎn)生功率！天線(xiàn)的作用僅僅是集中功率，就如同放在光線(xiàn)后面的反光鏡的作用一樣，換句話(huà)說(shuō)，增益和波束寬度是一對矛盾，當增益增大時(shí)，波束寬度減小，反之亦然，這種現象的實(shí)際效果就是限制了任意時(shí)刻的“被測”區域，如果在敏感度試驗中，測試場(chǎng)的輻射范圍或者在輻射發(fā)射試驗中，接收天線(xiàn)的接收范圍小于被測設備的尺寸，那么就需要反復多次重復試驗直到被測設備*被測試過(guò)但即使這樣，測試結果也可能是無(wú)效的。 
總之，增益，帶寬和尺寸是相互聯(lián)系的，通常隨著(zhù)增益的增加，尺寸也加大，同時(shí)，隨著(zhù)帶寬的增大，尺寸也要加大，因此，圍繞著(zhù)天線(xiàn)的問(wèn)題是顯而易見(jiàn)的，要制造一副很小但帶寬又很寬的天線(xiàn)是不現實(shí)的，寬帶天線(xiàn)從本質(zhì)上講應非常大。 

選擇天線(xiàn)時(shí)考慮的因素 

在前面所講的天線(xiàn)參數的基礎上，ＥＭＣ測試人員在選擇天線(xiàn)時(shí)必須考慮一些非常專(zhuān)業(yè)的數據，如天線(xiàn)增益曲線(xiàn)究意有多平坦？在很多時(shí)候，使用增益平坦的天線(xiàn)比使用有一*增益點(diǎn)的天線(xiàn)來(lái)很容易，又如，天線(xiàn)系數（或增益）是怎樣測量的？一些商家會(huì )提供距離天線(xiàn)為常用距離時(shí)的數據，而另外一些商家則只提供遠場(chǎng)數據，這些數據看起來(lái)要好一些，但不是很有用，還有，在測量天線(xiàn)系數時(shí)，有沒(méi)有用襯墊？如果用了，它們將引入很大的損耗；除非拿開(kāi)襯墊，否則它們將妨礙天線(xiàn)用作發(fā)射天線(xiàn)。此外，是否為每副天線(xiàn)都提供了單獨的校準曲線(xiàn)或校準圖表？測試人員是否被限制于已校準的數據？廠(chǎng)家是否提供重復校準的服務(wù)？天線(xiàn)是一種精密儀器，必須保持它的精密度。 

為了保證對基本測試天線(xiàn)的需要，ＥＭＣ測試工程師必須對天線(xiàn)的生產(chǎn)廠(chǎng)商進(jìn)行調查了解，廠(chǎng)家是否有專(zhuān)業(yè)人員愿意和能夠花時(shí)間回答問(wèn)題？是否能夠對已上市的但未滿(mǎn)足的特殊需要的天線(xiàn)進(jìn)行修正？重要的是，因為沒(méi)有人能制造出１００％完善的產(chǎn)品，因此，產(chǎn)品的合格率是多少？對可靠性的實(shí)際評價(jià)和聲譽(yù)應用時(shí)考慮。 
后該考慮的是價(jià)格問(wèn)題，由于ＥＭＣ天線(xiàn)是精密儀器，因此，沒(méi)有很便宜的ＥＭＣ天線(xiàn)，但是，天線(xiàn)只是ＥＭＣ設備中的一小部分，因此，購買(mǎi)天線(xiàn)時(shí)，價(jià)格應不是主要問(wèn)題，當然，越節省越好，但價(jià)格不應成為購買(mǎi)天線(xiàn)的決定性因素。 

總結 

選擇ＥＭＣ測試天線(xiàn)，首先必須明確測試任務(wù)，對發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)的要求是什么？頻率范圍是多少？小可接受的增益是多少？可接受的天線(xiàn)的大尺寸是多少？在弄清楚這些問(wèn)題以后，就要決定使用幾副天線(xiàn)？每副天線(xiàn)的頻率范圍和增益是多大？每副天線(xiàn)是否都分別進(jìn)行了校準？獲得的數據是否滿(mǎn)足測試者的需要？結果以哪種形式表示合適？是否可從廠(chǎng)家獲得必要的幫助？測試配置的總花費是多少？是否在預算范圍之內？當這些關(guān)鍵問(wèn)題解決了以后，測試人員就可以滿(mǎn)懷信心地填寫(xiě)定單了。