電磁兼容性測試不確定度的評估和應(yīng)用
| 摘要：對于測試實驗室和實驗室認可評審，EMC測試不確定度評估和應(yīng)用難度較大，但其重要性近年來也日益明顯。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，在不確定度分析和評估方面，建模和評估方法可以參考民用標準，但在具體實施時必須充分考慮軍用標準的特點。本文據(jù)此對軍用實驗室EMC測試不確定度的評估和應(yīng)用進行了幾點探討。 關(guān)鍵詞：電磁兼容性測試；軍用標準；不確定度；評估 0 引言 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(fù)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(shè)備和測量方法規(guī)范第4-2部分：不確定度、統(tǒng)計學(xué)和限值建模 測量設(shè)備和設(shè)施的不確定度》一起構(gòu)成EMC不確定度評估的國家基礎(chǔ)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(shè)備和設(shè)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(jù)來源為測試設(shè)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(jù)軍標測試的場地、設(shè)備、布置等而定。SCU不但取決于被測量的特性、產(chǎn)品的等級，而且取決于包括線纜布設(shè)在內(nèi)的EUT布置。在一階近似中，SCU與MIU無關(guān)。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(chǎn)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(yīng)用總不確定度評估和合格/不合格判據(jù)中是EMC風(fēng)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(jù)各自的場地和設(shè)備情況自行計算，而SCU值的大小，應(yīng)由實驗室認可機構(gòu)根據(jù)測試標準的情況專門評估后規(guī)定。 EMC測量設(shè)備和設(shè)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(yīng)評定其標準不確定度u(xi)（以分貝表示）和靈敏系數(shù)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(shù)測量結(jié)果近似正態(tài)分布的典型情況，包含因子?。?2，其置信水平近似為95%。則測量設(shè)備和設(shè)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(yīng)有所區(qū)別。同時，除上面計算的測量設(shè)備和設(shè)施的擴展不確定度MIU外，還應(yīng)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(shè)備和設(shè)施的擴展不確定度ULAB的計算： －接收機讀數(shù) －天線和接收機間連接網(wǎng)絡(luò)的衰減 －天線系數(shù) －接收機正弦波電壓準確度 －接收機脈沖幅度響應(yīng) －接收機脈沖響應(yīng)隨重復(fù)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(shù)的頻率內(nèi)插 －天線系數(shù)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(yīng) －天線平衡 －測試場地 －被測設(shè)備和測量天線之間的距離 －放置被測設(shè)備的桌子的高度 根據(jù)以上輸入量計算后的測量設(shè)備和設(shè)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(shè)備和布置不同，在應(yīng)用GB/T 6113.402-2006評估方法時也應(yīng)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(shè)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(lián)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(yīng)根據(jù)GJB 152A-1997測量布置等由標準起草單位或?qū)嶒炇艺J可機構(gòu)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(shè)備和設(shè)施的擴展不確定度，并在報告中說明。 1.2 對數(shù)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(shù)量，其不確定度用dB表示。測試的技術(shù)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(shù)還是使用線性不確定度而有差異。 線性還是用對數(shù)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(shù)的函數(shù)，且合成不確定度的均方根值按對數(shù)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?qū)?shù)計算及表述方式。對于GJB 151A-1997中極限值以對數(shù)形式給出的測試項目，不確定度也以對數(shù)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(yīng)與測試設(shè)備和設(shè)施的計量周期一致，數(shù)據(jù)應(yīng)在設(shè)備和設(shè)施校準檢定后，重新計算和評估。 2 對計量服務(wù)機構(gòu)和測試的要求 EMC測試設(shè)備和設(shè)施的校準和檢定，不僅是實驗室實現(xiàn)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(yīng)盡量確保從外部校準服務(wù)機構(gòu)（包括認可校準實驗室和法定計量機構(gòu)）獲得的校準/檢定證書符合下列要求： a）校準證書應(yīng)在認可校準實驗室認可范圍以內(nèi)，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(shù)依據(jù)，有具體的校準數(shù)據(jù)及其測量不確定度等信息。 b）檢定證書應(yīng)在實驗室的授權(quán)范圍以內(nèi)，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(shù)依據(jù)（檢定規(guī)程）和檢定結(jié)果，在可能的情況下具有校準數(shù)據(jù)。 c）測試報告應(yīng)在實驗室的授權(quán)范圍以內(nèi)，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(shù)依據(jù)和測試結(jié)果，在可能的情況下具有測量數(shù)據(jù)。 從以上要求可以看出，測試設(shè)備和設(shè)施的校準和檢定不但為實驗室量值溯源提供了依據(jù)，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(shù)據(jù)。需要注意的有兩點，一是EMC實驗室在設(shè)備儀器送檢時應(yīng)明確校準和檢定要求，如校準、檢定內(nèi)容及不確定度等；二是選擇不同級別的計量外部服務(wù)機構(gòu)，對EMC實驗室測試設(shè)備和設(shè)施的不確定度計算結(jié)果有直接影響，盡可能選擇級別較高的計量外部服務(wù)機構(gòu)。 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(shè)備和設(shè)施擴展不確定度參照值UCISPER=5.2 dB對于除潛艇內(nèi)部設(shè)備外的測試來說，都比較高。尤其對于3、6、7、9類設(shè)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(jié)果處于模糊范圍內(nèi)，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，敏感度電平最高可達200V/m，頻段從10kHz到4 |
