摘 要：本文主要研究了GTEM 在(zai)輻(fu)射(she)EMI 中的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)，主要采(cai)用(yong)(yong)(yong)多項式修(xiu)正方法對GTEM 現(xian)有的(de)(de)三種計(ji)算方法進行(xing)修(xiu)正，通過將GTEM 在(zai)輻(fu)射(she)EMI 中的(de)(de)測量結果與暗室(shi)進行(xing)對比，大大提(ti)高(gao)GTEM 小室(shi)用(yong)(yong)(yong)于輻(fu)射(she)EMI 的(de)(de)測試精度。
關鍵詞：GTEM 小室，EMI 測量(liang)，精度補(bu)償
1 前(qian)言
1.1 GTEM 的一般應用(yong)(yong)現代電(dian)(dian)子(zi)產品(pin)(pin)正(zheng)向小(xiao)型化(hua)、智能化(hua)發(fa)展，開(kai)關器件頻率越來越高，設計更加復(fu)雜，使設備遭受輻射電(dian)(dian)磁(ci)干擾(rao)問題日益加重，并且對系統(tong)的抗(kang)干擾(rao)能力的要求越來越高。因(yin)而，為了節省(sheng)產品(pin)(pin)開(kai)發(fa)費用(yong)(yong)與時(shi)間(jian)，進行(xing)輻射電(dian)(dian)磁(ci)干擾(rao)噪聲(sheng)測試研(yan)究(jiu)是*的。
目前針(zhen)對電子產品輻(fu)射(she)電磁干(gan)擾噪聲測(ce)試(shi)的(de)標準(zhun)測(ce)試(shi)方法主(zhu)要(yao)是指開(kai)闊場(chang)(chang)(chang)測(ce)試(shi)以及(ji)3m，5m，10m 電波暗(an)室(shi)測(ce)試(shi)。但是開(kai)闊場(chang)(chang)(chang)測(ce)試(shi)以及(ji)3m，5m，10m 電波暗(an)室(shi)對場(chang)(chang)(chang)地要(yao)求較高(gao)且造價昂(ang)貴，一般企業(ye)無法承受(shou)。利用(yong)GTEM 小室(shi)進行輻(fu)射(she)EMI測(ce)試(shi)既能減少(shao)測(ce)試(shi)費用(yong)，又能很好地預估輻(fu)射(she)電磁干(gan)擾噪聲，引起了廣泛的(de)關注。
關于GTEM 小(xiao)室用于輻(fu)射(she)電磁干(gan)擾測量(liang)(liang)的(de)研究方法通常計算精度不高、實現(xian)復(fu)雜，且分(fen)析(xi)結(jie)果常與(yu)標(biao)準(zhun)測試值存(cun)在一定差距(ju)，因此需(xu)要(yao)深入研究將GTEM小(xiao)室的(de)測量(liang)(liang)結(jie)果對比3m 電波(bo)暗室的(de)標(biao)準(zhun)檢測結(jie)果對GTEM 小(xiao)室進行(xing)校準(zhun)，為GTEM 小(xiao)室用于輻(fu)射(she)電磁干(gan)擾噪聲測量(liang)(liang)提供理論(lun)依據。
1.2 本文對EMI 的設計與分析
針對目前利用(yong)GTEM 小室進行(xing)輻(fu)(fu)射(she)EMI 測試時(shi)精度較低(di)且沒有進行(xing)噪聲源分類的(de)問(wen)題，本文主要(yao)介紹了一種既(ji)適用(yong)于共模輻(fu)(fu)射(she)特性為主，又適用(yong)于差模輻(fu)(fu)射(she)特性為主的(de)的(de)設(she)備的(de)GTEM 測量結果修正方法(fa)。該方法(fa)通過(guo)修正現有總功率、Wilson、Lee 方法(fa)，進一步(bu)提高(gao)了GTEM小室測量輻(fu)(fu)射(she)EMI 噪聲精度。
針對(dui)GTEM 小室用于輻(fu)射(she)發射(she)的測(ce)試實驗，本文對(dui)共模(mo)模(mo)型(xing)和差模(mo)模(mo)型(xing)分別進(jin)行了(le)測(ce)量(liang)校準實驗，通(tong)過采(cai)用多項(xiang)式修正方(fang)法，從而大大提高了(le)GTEM 小室用于輻(fu)射(she)EMI 測(ce)試時(shi)的測(ce)試結果(guo)精度，為基于GTEM 輻(fu)射(she)EMI 測(ce)量(liang)提供了(le)有(you)效參考(kao)
2 EMI 評估模(mo)型設(she)計與分析
目前主要有(you)三種(zhong)GTEM 小(xiao)室(shi)與遠場(chang)標(biao)準測量的關聯算法(fa), 但是目前這(zhe)三種(zhong)算法(fa)得出(chu)的結果(guo)與電波暗室(shi)結果(guo)進行(xing)對比，精(jing)度較低。
2.1 用于EMI 分析的GTEM 小室模型
該GTEM 小室(shi)是(shi)由蘇(su)(su)州泰(tai)思特電(dian)子(zi)科技(ji)有限公司和(he)江(jiang)蘇(su)(su)省電(dian)氣裝備電(dian)磁兼容工(gong)程(cheng)實驗室(shi)合作設計的，其(qi)物理結構中(zhong)包(bao)括：上、下蓋板，前(qian)、后側板，后蓋，芯板，分布電(dian)阻面陣(zhen)，托架，導軌(gui), 屏蔽(bi)門，饋源(yuan)頭，終(zhong)端截(jie)角(jiao)，轉(zhuan)臺，電(dian)源(yuan)接口和(he)濾波，通風及屏蔽(bi)設計等(deng)。GTEM 小室(shi)外(wai)觀(guan)及其(qi)尺(chi)寸(cun)(cun)如 圖1 所示，其(qi)總長為(wei)3 米，zui大測量尺(chi)寸(cun)(cun)為(wei)：30cm×30cm×20cm（L×W×H），
GTEM 小室實物如圖(tu)2 所示.
圖(tu)1 GTEM內部(bu)結構
; 圖2 GTEM小室實物
圖3 GTEM小(xiao)室測量布置(zhi)
根據(ju)電壓型驅動電路，本文用(yong)一個(ge)共模源和一個(ge)差(cha)模源進(jin)行實驗。為(wei)了有效提取(qu)GTEM 小(xiao)室所測該電路輻射(she)電磁(ci)干擾，本文在實驗中采用(yong)了羅德施瓦茨頻(pin)譜(pu)(pu)分析(xi)儀(yi)ROHDE&SCHWARZ FSC3。測試過(guo)程中，頻(pin)譜(pu)(pu)儀(yi)頻(pin)譜(pu)(pu)測試范圍設置為(wei)30 MHz~1 GHz，根據(ju)三種不同算(suan)法(fa)得到等(deng)效3 m 法(fa)電波暗室中的(de)測量結(jie)果，并(bing)將(jiang)這一結(jie)果與3 m 電波暗室中的(de)標準(zhun)測試結(jie)果進(jin)行比較。
2.2 總功率算法(fa)
根據(ju)該輻射(she)體(ti)(ti)在(zai)GTEM 小(xiao)室中的(de)總(zong)輻射(she)功(gong)率(2-1)，可得(de)到其(qi)在(zai)等(deng)效遠場的(de)zui大輻射(she)場強：
計因(yin)此(ci)可得到GTEM 小室等效(xiao)遠場測量(liang)結(jie)(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)(guo)，與標準(zhun)測量(liang)值進行比(bi)較，所得結(jie)(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)(guo)如(ru)圖4、圖5 所示。其中圖4 為(wei)共模模型(xing)的(de)總功(gong)率(lv)算法結(jie)(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)(guo)與暗室結(jie)(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)(guo)對比(bi)，圖5為(wei)差模模型(xing)的(de)總功(gong)率(lv)算法結(jie)(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)(guo)與暗室結(jie)(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)(guo)對比(bi)，從圖中我們(men)可以看(kan)出這兩(liang)個(ge)結(jie)(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)(guo)的(de)大(da)致(zhi)趨勢是相同的(de)，但是幅值上相差20-30dB 左右(you)，其精度還有很大(da)的(de)提升空(kong)間。
圖4 共模(mo)模(mo)型(xing)總(zong)功率算法結(jie)果和暗(an)室結(jie)果對(dui)比(bi)
圖5 差模(mo)模(mo)型(xing)總功(gong)率算法結果(guo)和暗室結果(guo)對比
2.3 Wilson 算法
根(gen)據頻(pin)譜分析儀測得的電(dian)壓值(zhi)可(ke)計算GTEM 小室端口輸(shu)出功(gong)率，而GTEM 小室的輸(shu)出功(gong)率可(ke)以(yi)由輻射體的等效電(dian)偶極(ji)矩(ju)和磁偶極(ji)矩(ju)表示。不考慮輻射電(dian)場或磁場
的(de)相(xiang)位，該輻射體(ti)在GTEM 小室的(de)測量結果轉換成(cheng)等效遠場輻射電磁(ci)場在x, y, z 三個方向上的(de)分(fen)量為：
r 為(wei)(wei)測試距(ju)離，k0 =2π/λ 為(wei)(wei)波數即電磁波傳(chuan)播(bo)單位長(chang)度所引起的(de)相位變化,η0=120πΩ=377Ω 為(wei)(wei)自由(you)空間波阻(zu)抗。 由(you)這種(zhong)算法可得(de)到GTEM 小室(shi)等效遠場測量(liang)結(jie)果(guo)(guo)(guo)，與(yu)暗室(shi)結(jie)果(guo)(guo)(guo)進(jin)行比(bi)較，所得(de)結(jie)果(guo)(guo)(guo)如圖6、圖7 所示。其(qi)(qi)中圖6 為(wei)(wei)共模(mo)模(mo)型的(de)總(zong)功(gong)率算法結(jie)果(guo)(guo)(guo)與(yu)暗室(shi)結(jie)果(guo)(guo)(guo)對(dui)比(bi)，圖7 為(wei)(wei)差模(mo)模(mo)型的(de)總(zong)功(gong)率算法結(jie)果(guo)(guo)(guo)與(yu)暗室(shi)結(jie)果(guo)(guo)(guo)對(dui)比(bi)，從圖中我們(men)可以看出這兩個結(jie)果(guo)(guo)(guo)的(de)大致趨勢是相同的(de)，但(dan)是幅值(zhi)上相差20dB 左右，其(qi)(qi)精度還有很大的(de)提升空間。
圖6 共模模型wilson算法與(yu)暗室(shi)結果對比
圖(tu)7 共模模型wilson算法與暗室結(jie)果(guo)對(dui)比(bi)
2.4 Lee 算法
該算(suan)法(fa)給出了同一輻射(she)體在(zai)(zai)GTEM 小室(shi)的輸(shu)出電(dian)壓與它在(zai)(zai)等(deng)效開闊場或(huo)半暗室(shi)的輻射(she)遠場關系的直接(jie)計算(suan)公式，其在(zai)(zai)Wilson 法(fa)的基礎上考(kao)慮(lv)了輻射(she)體等(deng)效電(dian)偶極(ji)矩和(he)磁偶極(ji)矩的相位, 為此要求(qiu)輻射(she)體在(zai)(zai)GTEM 小室(shi)中測試(shi)時在(zai)(zai)每種位置上要旋轉(zhuan)5 個角度，以獲得共15 個GTEM 小室(shi)輸(shu)出端口電(dian)壓數據(ju)。通過其方法(fa)，水平極(ji)化電(dian)場可表示為：電(dian)場可表示為：
從電波(bo)暗(an)室(shi)(shi)結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)和GTEM 小室(shi)(shi)結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)的對(dui)比(bi)（如圖8、圖9）可以看出(chu)，GTEM 小室(shi)(shi)所(suo)得(de)的電場值(zhi)隨頻率的變化趨(qu)勢(shi)與(yu)標準檢測結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)一致，其中(zhong)圖8 為共模模型(xing)的總功率算(suan)法(fa)(fa)結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)與(yu)暗(an)室(shi)(shi)結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)對(dui)比(bi)，圖9 為差模模型(xing)的總功率算(suan)法(fa)(fa)結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)與(yu)暗(an)室(shi)(shi)結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)對(dui)比(bi)，雖然較前兩種算(suan)法(fa)(fa)來(lai)說(shuo)，GTEM 結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)更加接近于(yu)暗(an)室(shi)(shi)結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)了，但(dan)是相對(dui)暗(an)室(shi)(shi)結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)來(lai)說(shuo)還是有(you)10-20dB 的誤差，因此可以采用補償方(fang)法(fa)(fa)對(dui)GTEM 小室(shi)(shi)進行校準。
圖(tu)8 共模模型(xing)Lee算法結果與(yu)暗室結果對比
圖9 差模模型(xing) Lee 算法結果與(yu)暗室(shi)結果對比
3 多項(xiang)式修(xiu)正法
多項式修(xiu)正法是指(zhi)將GTEM 小室結(jie)(jie)果與電(dian)波暗室結(jie)(jie)果對應頻(pin)點數據極差(cha)求和取平均（記(ji)為S’）后補償到GTEM 小室結(jie)(jie)果上。公式為：
xi 是(shi)各頻點下電波(bo)暗室(shi)(shi)測(ce)(ce)試(shi)結果(guo)，XGTEMi 是(shi)對(dui)應頻率點GTEM 小室(shi)(shi)測(ce)(ce)試(shi)結果(guo)，A 為(a0, a1, ...,am) ；x 為GTEM 小室(shi)(shi)測(ce)(ce)得(de)的輻射(she)電場值(zhi)；Ei 為該模型(xing)計算的GTEM 小室(shi)(shi)等效遠場場強值(zhi)；ak 為待定系數，由(you)GTEM小室(shi)(shi)測(ce)(ce)量值(zhi)xi 與標準測(ce)(ce)量值(zhi)yi 共(gong)同(tong)確定。
4 實驗結果(guo)
4.1 共模(mo)模(mo)型測量結果(guo)對比
采用多項式修正方法(fa)(fa)(fa)對共模(mo)模(mo)型(xing)進行(xing)校準(zhun)之后(hou)，得到了三種算法(fa)(fa)(fa)新的結果(guo)，將每種算法(fa)(fa)(fa)的結果(guo)再與暗(an)(an)室結果(guo)進行(xing)對比，結果(guo)分別如圖(tu)(tu)10、圖(tu)(tu)11、圖(tu)(tu)12 所示(shi)。從三幅圖(tu)(tu)中我(wo)們可以看(kan)出，經過校準(zhun)后(hou)的輻射噪聲頻(pin)譜(pu)圖(tu)(tu)與3m 電波暗(an)(an)室中的標準(zhun)頻(pin)譜(pu)圖(tu)(tu)的變(bian)化趨勢以及數值大小(xiao)(xiao)基本一(yi)致(zhi)，校準(zhun)后(hou)使得GTEM 小(xiao)(xiao)室的測(ce)試結果(guo)與標準(zhun)結果(guo)的吻合程度大大提高(gao)
圖10 共模模型總功率算法改進方(fang)法結果
圖(tu)11 差模(mo)模(mo)型Wilson算法改進方法結(jie)果
圖12 共(gong)模模型Lee算法改(gai)進方法結果
圖13 差模(mo)模(mo)型總功率算法改進方法結(jie)果
圖(tu)14 差模(mo)模(mo)型Wilson算(suan)法(fa)改進方法(fa)結果
圖15 差模模型(xing)Lee算(suan)法改進方法結果
4.2 差(cha)模模型測量結果對(dui)比
差模(mo)模(mo)型的(de)(de)(de)測量經過校(xiao)(xiao)準(zhun)后(hou)的(de)(de)(de)輻射(she)噪聲(sheng)頻譜圖(tu)與3m 電波(bo)暗室(shi)中的(de)(de)(de)標(biao)準(zhun)頻譜圖(tu)的(de)(de)(de)變化(hua)趨勢以及數(shu)值大(da)小也基(ji)本一(yi)致(zhi)，校(xiao)(xiao)準(zhun)后(hou)使得GTEM 小室(shi)的(de)(de)(de)測試結果(guo)與標(biao)準(zhun)結果(guo)的(de)(de)(de)吻(wen)合程度大(da)大(da)提高。采用多項式修正方法對(dui)共模(mo)模(mo)型進(jin)行(xing)校(xiao)(xiao)準(zhun)之后(hou)，得到的(de)(de)(de)三種算法新(xin)的(de)(de)(de)結果(guo)與暗室(shi)結果(guo)進(jin)行(xing)對(dui)比，結果(guo)分別(bie)如圖(tu)13、圖(tu)14、圖(tu)15 所示(shi)。
5 總結(jie)
本文選取了多項式精度(du)校準方法對GTEM 小室(shi)的(de)(de)(de)輻射(she)噪(zao)聲測量(liang)結果進(jin)行修正，并且對于共模為(wei)主的(de)(de)(de)輻射(she)源(yuan)和對于差模為(wei)主的(de)(de)(de)輻射(she)源(yuan)修正效果都(dou)很明顯，GTEM 測量(liang)數(shu)據進(jin)行修正后，對于輻射(she)電場曲線的(de)(de)(de)描(miao)述(shu)更加(jia)準確。從實驗結果對比來看，在(zai)進(jin)行精度(du)校準值之后，在(zai)低頻段（30MHz-150MHz）的(de)(de)(de)改進(jin)效果較(jiao)差，精度(du)的(de)(de)(de)提高(gao)并不明顯。但是(shi)在(zai)高(gao)頻段（150MHz-1GHz）的(de)(de)(de)改進(jin)效果較(jiao)好，與暗室(shi)結果的(de)(de)(de)趨勢和幅值都(dou)很接(jie)近(jin)。
實驗結(jie)果表(biao)明(ming)，校(xiao)準后的GTEM小室(shi)測(ce)量結(jie)果精度明(ming)顯提高(gao)，為GTEM 小室(shi)用于輻射電磁(ci)干擾噪聲測(ce)試提供理(li)論(lun)依據。
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