34SAFETY & EMC  No.1 2021
引言
随着电磁兼容（EMC）测试标准的不断发展，对于EMC 测试流程也越来越完善。不仅充分考虑了被测产品（EUT）的典型工作状态，还深究其空间的辐射特性，其目的是使EMC 测试的结果更加准确或者接近真实值。最近有些标准对于1 GHz 以上的RE 测量的完善就充分体现了这一点，特别是接收天线在高度方向上需要连续扫描问题，甚至还需要俯仰对准EUT 进行扫描。这些新的要求与以前的传统测量方法有很大的不同，那么会给日常的测量带来什么样的影响呢？
针对上述问题，本文对相关标准进行深入解读，并对新标准要求所需采取的措施进行了相应探讨。希望为
广大的电波暗室供应商以及测试工程师提供更加合理的技术方案，以提高测量的准确性。
1 RE 测量相关的EMC 标准
对于1 GHz 以上的RE 测量标准（表1）应注意的是：
● CISPR 16-1-4
规定了测试环境应是全电波暗室
或者地面铺设吸波材料的半电波暗室，并要求暗室满足S VSWR （场地电压驻波比）的要求，但并没有规定测量方法。
● CISPR 16-2-3
则规定了RE 的测量方法，即根据
EUT 的高度和喇叭天线的3 dB 波瓣宽度来进行固定高度的覆盖。如在规定的测量距离，喇叭天线的3 dB 波
摘要
不同标准对1 GHz 以上辐射发射（RE）测量要求有所不同，尤其是对测试环境（即电波暗室）的要求或者设计，需考虑多项影响因素，特别是内部净空使用高度问题。基于多年的工程经验，总结了不同标准需要注意的地方，重点解读了接收天线在高度上是否需要连续升降扫描、方向上是否需要俯仰测量等问题，并给出了相应的应用分析。关键词
辐射发射；电波暗室；3 dB 波瓣宽度；天线塔；扫描；俯仰Abstract
Different standards have different requirements for the measurement of radiated emission (RE) above
1 GHz, especially for the requirements or design of the test environment (i.e. anechoic chamber), many factors need to be considered, especially the internal clearance height. Based on many years of engineering experience, this paper summarizes the points that need to be paid attention to in different standards, focuses on whether the receiving antenna needs continuous up and down scanning in height, whether it needs pitch measurement in direction and so on, and gives the corresponding application analysis.
Keywords
radiation emission; anechoic chamber; 3 dB lobe width; antenna tower; scanning; tilt
不同测量标准对1 GHz 以上RE 要求的解读
Interpretation of RE Requirements above 1 GHz in Different Measurement Standards
奥尔托射频科技（上海）公司 黄敏昌
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2021年第1期 安全与电磁兼容
瓣宽度如果不能覆盖EUT 的高度情况下，需要再测量第二个甚至第三个高度，直至覆盖到EUT 最高度。这个高度扫描可以是步进式扫描，也可以是连续扫描。优先选用连续扫描，扫描高度为1~4 m, 但当EUT 高度低于4 m 时，EUT 顶部以上的高度不再需要扫描。
● CISPR 32
为产品标准，其正在讨论的修正案
AMD1, ED2 (CIS/I/617/FDIS)：Table A.1表格里的A1.3和A1.4条描述：不取决于接收天线的3 dB 波瓣宽度及EUT 的高度，直接要求接收天线在1~4 m 高度上进行连续升降扫描，但接收天线不需要俯仰。
tilt● ANSI C 63.4
为美国标准，不仅提出了高度方向
上需要进行连续扫描的要求，扫描高度为1~4 m，而且还需要天线俯仰。
2 RE 测量环境
2.1   1 GHz 以下的RE 测量环境
对于1 GHz 以下RE 的测量，通常都是在半电波暗室进行。其测量的基本原理如图1所示，地面为金属反射面，测量值为EUT 直射波和地面反射波的矢量叠加。接收天线需要在1~4 m 高度范围扫描搜寻所测量信号最大值并记录。
2.2  1 GHz 以上的RE 测量环境
对于1 GHz 以上的RE 测量环境，CISPR 16-1-4规定的测量场地为无反射空间（即暗室的6个面的都有吸波材料），且测量空间需满足S VSWR 6 dB 准则的全电波暗室和半电波暗室（地面局部铺设高频吸波材料）。全电波暗室无地面反射波，测量EUT 在空间的直射波。CISPR 16、ANSI C63.4在全电波暗室环境中的规定一致，但是在半电波暗室（地面局部铺设高频吸波材料）的环境要求方面有所差异，如表2所示。
由此可以看出，CISPR 16和ANSI C 63.4标准对于地面吸波材料铺设和要求差别很大，这在平时测量或电波暗室设计及验收测试时需要特别注意。另外，还需注意上述两标准对于台式EUT 和落地式EUT 的布置，具体参见原标准。2.3  电波暗室的高度
电波暗室的高度有两个，一个是指电波暗室屏蔽壳体的外尺寸高度（不含支撑结构）；另一个是指电波暗室内部的净空间高度。后者对于暗室性能和产品测量尤为关键，对于暗室的性能和产品测量的总体不确定度有很大的影响。因此在建造电波暗室时，不仅要考虑外尺寸对于建筑体成本的影响，也要考虑到在暗室屏蔽壳体一定的情况下，尽可能获得最大的内部净使用空间。
电波暗室屏蔽壳体最小高度H 的表达式为：H =H 1+H 2+H 3+H 4                                （1）其中，H 1为电波暗室架空地板高度、H 2为测试用天线升降塔的最小高度，H 3为顶部吸波材料的长度、H 4为屏蔽壳体的厚度。在CISPR 系列标准里面，由于没有俯仰测试的规定，所采用的普通4 m 升降塔高度H 2不会超过 5 m。但要特别注意，ANSI C63.4要求俯仰测试时接收
图1 1 GHz 以下RE
测试原理图
图2 S VSWR
试验位置点（高度要求）
表2 
不同标准半电波暗室测量的环境差异
天线要升至4 m高度，实际上天线塔要升得更高才可以让天线达到4 m高度，而且用于固定接收天线的圆杆后端会翘起来，其实际高度可能会大于天线塔本身的高度。
综上所述，对于已经建好的标准3 m法暗室或者全波暗室，屏蔽体高度或者内部净高度不够的情况下，只能进行CISPR标准的测试；对于新建的3 m法暗室，屏蔽体的高度需要酌情考虑不同标准的要求，并配置相应合适的天线塔。
3 不同标准对1 GHz以上RE的测量方法及应用分析
对于1 GHz以上的RE测量，有几个关键因素必须要充分考虑。一是接收天线的3 dB波瓣宽度；二是接收
天线的扫描高度；三是接收天线的俯仰角度。
对于尺寸较大的EUT，1 GHz以上的RE测量时需考虑接收天线的3 dB波瓣宽度是否能够覆盖EUT高度；若能覆盖，接收天线高度处于EUT中心高度即可；若不能覆盖，接收天线（通常为喇叭天线）必须要在EUT高度方向上取不同位置进行叠加覆盖。根据 CISPR 16-2-3:2016第 7.6.6.1条可知，随着频率的增高，同样距离情况下的喇叭天线的3 dB波瓣宽度会变得非常的狭窄。因此，对RE测量方法的关键因素，包括天线的俯仰角度和天线的扫描高度，需进行分析。本文主要解读CISPR 32及ANSI C63.4标准对于1 GHz以上RE 测量方法的具体要求，并给出了应用分析。CISPR 16- 1-4只规定测试环境，不涉及测量方法和限值，在此不赘述。
3.1  RE测量方法的关键因素
（1） 天线的3 dB波瓣宽度
用于1 GHz以上RE的测试接收天线通常是喇叭天线，其方向性是比较强的，也就是其3 dB波瓣宽度（w）比较窄，而且随着测试频率的升高，其3 dB波瓣宽度会变得越来越窄，因此有必要将其与EUT尺寸进行比较，看能否在规定测试距离的情况覆盖EUT尺寸。
CISPR 16-2-3的第7.6.6.1条推荐了三种类型的天线供参考选择，如表3。对于暗室场地电压驻波比性能验证，建议选用LPDA-V天线，其w值比普通的双脊波导喇叭天线要宽很多。
表3 三种天线的w
值
（2） 天线的俯仰角度
如图3所示，当主波瓣很窄的接收天线在高于EUT的地方进行扫描时，EUT可能的辐射发射并没有落在接收天线的主波瓣内，也有可能漏测信号最大值。如图4所示，通过改变天线的俯仰角度，可保持接收天线主波瓣对准EUT，进而测到信号最大值，提高系统测量准确度。
（3） 天线的扫描高度
按照CISPR 16-2-3的测量要求，如图5所示，天线连续升降扫描只需要选择一个固定高度的架子（即天线升降塔），可手动升降或者电动升降和极化，成本低，简单可靠。其作用包括：①当接收天线接收高频信号时，3 dB波瓣宽度太窄，可改变天线高度来覆盖EUT的可能辐射方向（特别是垂直方向上的辐射发射）；②只有通过天线的升降扫描才能获取到可能的所测频率信号最大值。
在地面铺设高频吸波材料的3 m法半电波暗室中，1 GHz以上与1 GHz以下RE测量所用天线升降塔可相同，但要考虑是否需要俯仰功能。常用无俯仰功能的天线升降塔如图6所示，常用有俯仰功能的升降天线塔如图7所示。值得注意的是，4 m天线升降塔高度均是指接收天线离参考地面的高度，而非天线升降塔控制器所
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2021年第1期 安全与电磁兼容
显示的高度。
① CISPR 16-2-3及CISPR 32无俯仰测量的要求，天线升降塔控制器显示的高度即为接收天线的高度，暗室的高度按照天线连续扫描的高度来定义即可。1 GHz 以上的接收天线多为喇叭天线或者LPDA，尺寸非常小
且重量轻，一般使用4 m 的天线升降塔。
② ANSI C63.4具有俯仰测量的要求，要让接收天线的高度达到4 m，天线升降塔控制器显示的高度实际上是要大于4 m。说明有俯仰功能的天线升降塔的可利用高度要大于无俯仰功能的，这就要求有俯仰测试的电波暗室内部的最小净高度相对于无俯仰测试的净高度要
高一些。
3.2  CISPR 16-2-3对1 GHz 以上RE 的测量方法及应用分析
（1）测量方法
在CISPR 16-2-3中描述了RE 的测量距离和测试方法。对于1 GHz 以上的RE 测量系统的布置如图8所示，左边的接收天线高度固定，为试验空间的中心高度。地面有吸波材料，测量空间的边界离吸波材料至少50 cm 的间距。测试时，2X （测试区域的直径和高度）可为 1.5 m，2.5 m，5 m；对应的测量距离d 为3 m，5 m 或10 m。设置这些参数的目的就是要保证在测量距离d 一定的情况，接收天线的3 dB 波
瓣宽度能够覆盖最大测试区域尺寸。
对于3 dB 波瓣宽度能否覆盖EUT 高度的情况，CISPR 16-2-3规定了相应的测试方法：
① 若3 dB 波瓣宽度能覆盖EUT 高度，则接收天
线的中心高度位于EUT 的中心高度进行扫描即可，如 图9（a）所示；
图 3 
无俯仰的天线指向效果图
图 4 有最佳俯仰的天线指向效果图
图 5 
简易天线升降塔
 图 6 无俯仰功能的4 m
天线升降塔
图 7 有俯仰功能的4 m
天线升降塔
图8 FAR
试验空间内台式设备的典型试验布置
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② 若3 dB 波瓣宽度不能覆盖EUT 高度，则接收天线的中心需要在平行于EUT 垂直高度方向上进行扫描，最大扫描范围为1~4 m。由于实际上绝大数的EUT 高度都小于4 m，因此只要求扫描到EUT 顶部即可，如 图9（b）所示。
续扫描，也可采用步进扫描的方式，只是后者步进幅度要足够小，否则很容易漏掉最大值。
3.3  CISPR 32对于1 GHz 以上RE 的测量方法及应用分析
（1）测量方法
CISPR 32是一个专门针对多媒体设备EMC 的RE 测量的标准，包含了大部分原CISPR 13和CISPR 22适用范围内的产品标准。对于1 GHz 以上RE 测量，在CISPR 32/AMD1，ED2 (CIS/I/617/FDIS)：Table A.1表格里的A1.3和A1.4条规定：EUT 的高度不取决于喇叭天线的3 dB 波瓣宽度，而要求天线塔有1~4 m 连续升降扫描功能，但无需俯仰功能。
（2）应用分析
CISPR 32在实际应用中所面临的主要问题是：① 按照CISPR 16-1-4及CISPR16-2-3建造的部分全波暗室甚至半电波暗室，其内部净高度达不到4 m 升降要求，无法进行CISPR 32中1~4 m 的天线连续升降扫描测试。2019年的CISPR 年会上，英国国家委员会也针对此规定提出了质疑(见文档CIS/A/1306/INF)，
认为这个决定没有经过严格的调研；
②IEC Guide 107的6.３ 节里规定，原则上产品类标准不应偏离基础EMC 标准的规定，若在特定情况下需要偏离，应在产品标准中给出理由。CISPR 32产品标准修正案AMD1，ED2 (CIS/I/617/FDIS)偏离基础标准CISPR 16-2-3，因为CISPR 16-2-3要求既可以在1~ 4 m 高度连续升降扫描，也可以根据EUT 高度来决定。如果按照CISPR 32修正案的1~4 m 扫描高度，以前建造的大量暗室高度都未达到要求，也就无法进行这类产品的测量。（如有需要参见文档CIS/A/1306/INF）
从测量角度来说，随着EUT 垂直高度的变化，利用天线1~4 m 连续升降扫描功能，可克服CISPR 16-2-3中扫描高度不足问题，但同时也有要考虑的实际情况，即部分已经建好的全波暗室高度不足的问题，不能造成经济上的浪费，可否采取一种折衷的方案？3.4  ANSI 63.4对于1 GHz 以上RE 的测量方法及应用分析
（1）测量方法
ANSI C63.4第8.2.4条提到了接收天线主波瓣的宽度能否覆盖EUT 高度问题，也提到了EUT 的实际辐射锥体角度问题，有可能高于EUT 顶部的情况。因此ANSI C 63.4的第8.3.2.2条描述了1 GHz 以上RE 测量的要求，需高度在1~4 m 之间的连续升降和俯仰扫描。随着接收天线的高度变化，其主波瓣方向需要一直保持指向EUT。CISPR 16-2-3和CISPR 32在这一要求上有
（a）w 覆盖了EUT 的高度（固定高度测量）
（b）w 没有覆盖了EUT 的高度（需要高度扫描）
图 9 两种类型EUT
的扫描高度描述
（2）应用分析
若采用CISPR 16-2-3来进行1 GHz 以上RE 测试，EMC 测试工程师需在测试之前了解所使用的接收天线的3 dB 波瓣宽度（由规定的测试频率范围和距离来确定），并与EUT 高度进行比较，进而决定相应的测试方法进行扫描。有条件的EMC 实验室可以做一些实际测试的验证。
对于本节描述的扫描高度问题，CISPR 16-2-3是假设了EUT 的辐射在空间是绝对水平方向，没有考虑到EUT 内部的辐射源的真实辐射方向，其在垂直方向上有可能是以某一角度倾斜辐射，其空间矢量最大值有可能出现在高于EUT 顶部以上的情况，因此只扫描到EUT 顶部是有一定缺陷的。另外，高度扫描可选用连

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