【前文回顧】：虹科方案|如何使用虹科RadiSense電場探頭提高場強(qiáng)測量的準(zhǔn)確性

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各向同性表現(xiàn)，被遺忘的規(guī)范

EMC 測試實(shí)驗(yàn)室使用電場探頭來確定輻射抗擾度測試期間產(chǎn)生的電場強(qiáng)度。

電場探頭可用來驗(yàn)證產(chǎn)生電場強(qiáng)度的值，同時(shí)也是唯一且絕對(duì)的參考。因此，電場探頭的精度至關(guān)重要。多年來，許多探頭制造商以不同的方式探索探頭精度。

一般來說，用戶想要計(jì)算電場探頭的整體精度，甚至是測量電場強(qiáng)度的精度，必須考慮到幾個(gè)指定參數(shù)的不確定性，如線性度、頻率響應(yīng)、溫度漂移和非各向同性表現(xiàn)。因?yàn)樘筋^規(guī)范通常較為混亂、不完整有時(shí)甚至具有誤導(dǎo)性，所以這項(xiàng)任務(wù)可能會(huì)非常繁瑣。本文的目的是對(duì)正確閱讀和理解探頭規(guī)范提供一個(gè)較為清晰的解釋。

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什么是各向同性響應(yīng)

具有完美各向同性響應(yīng)的電場探頭會(huì)給出完全相同的電場強(qiáng)度讀數(shù)，而且與探頭在場中的旋轉(zhuǎn)方式無關(guān)。換句話說，如果探頭以隨機(jī)方式在其所有軸上旋轉(zhuǎn)，探頭的讀數(shù)也根本不會(huì)改變。在這種情況下，測得的電場圖將是完美的球形即360 度。在實(shí)踐中，由于許多原因，每個(gè) 電場探頭都會(huì)存在非各向同性表現(xiàn)，例如 x、y 和 z 軸探測器之間的差異、探頭外殼的鋒利邊緣（導(dǎo)致渦流）、探頭支架（安裝）、光纖連接等。

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如何測量各向同性響應(yīng)？

由于探頭的球形表面會(huì)針對(duì)探頭使用的每個(gè)頻率進(jìn)行完全的掃描，測量“真實(shí)”各向同性響應(yīng)將是一項(xiàng)極其耗時(shí)的任務(wù)。您會(huì)在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)兩種不同的方法：

軸間平衡

在電場探頭的校準(zhǔn)過程中，一個(gè)場方向（如垂直）會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場， x、y 和 z 軸場探頭元件依次與場平行放置。軸之間的測量差異代表著各個(gè)軸之間的不平衡。盡管測量是在“理想”條件下進(jìn)行的而且只能代表各向同性響應(yīng)的一小部分，這有時(shí)也會(huì)被報(bào)告為各向同性響應(yīng)。在這種方法中，我們不用考慮軸之間的探頭響應(yīng)。

旋轉(zhuǎn)對(duì)稱

在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的測量過程中，探頭經(jīng)過特殊處理后被放置在消聲校準(zhǔn)室中，它與生成的磁場方向呈 54.7 度角， 該角度也被稱為“魔角”。只要在 360 度區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)探頭并使其保持在這個(gè)“魔角”，那么每旋轉(zhuǎn) 120 度，每個(gè)軸都會(huì)與磁場方向平行。該方法可以用來測量探頭在“最壞情況”的位置的各向同性表現(xiàn)，結(jié)果將顯示在圓形圖中。從圖中可以看到軸之間的平衡和軸之間的響應(yīng)，從而更好地了解電場探頭的各向同性表現(xiàn)。

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為什么各向同性表現(xiàn)如此重要

消聲室中的場通常只有一個(gè)場方向即水平或垂直。

這可能會(huì)錯(cuò)誤地得出這樣的結(jié)論：即使探頭的各向同性響應(yīng)很差，一個(gè)軸平行于生成場的探針也能正確測量生成的場強(qiáng)。在實(shí)際情況中，消聲室中的場分布其實(shí)并不完美。從 EN61000-4-3 可以很容易地看出這一點(diǎn)，它要求電波暗室中場均勻性的最大誤差不超過 6 dB。

電波暗室的這種非各向同性場表現(xiàn)是由暗室中發(fā)生的反射引起的，即使經(jīng)過大量努力，如使用吸收材料來減少這些反射也是如此。

當(dāng)這些反射測量不正確時(shí)，意味著消聲室性能測量也不正確，這通常會(huì)導(dǎo)致在 16 點(diǎn)校準(zhǔn)過程中不合理地拒絕或批準(zhǔn)進(jìn)入，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致在正常 EMC 測試期間不能準(zhǔn)確地測量場強(qiáng)。

因?yàn)槭褂脠鎏筋^進(jìn)行16點(diǎn)校準(zhǔn)的目的是確定消聲室中的場是否均勻（僅存在于一個(gè)場方向），所以消聲室中的場只有一個(gè)場方向和探頭不必是各向同性這兩者可以互相論證。

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如何測定各向同性性能

多年來，探頭制造商在單個(gè)頻率點(diǎn)和相對(duì)較低的頻率下測定各向同性性能。然而場探頭的各向同性響應(yīng)會(huì)隨著頻率發(fā)生強(qiáng)烈變化，低頻下各向同性相對(duì)較好的探頭在高頻下的性能會(huì)變得更差。

在低頻下，與射頻場的波長相比，探頭的尺寸相對(duì)較小。例如在 50 MHz 時(shí)，波長為 1.5m，則每個(gè)電場探頭都偏小。在這種情況下，我們默認(rèn)電場探頭將具有較好的各向同性響應(yīng)。

然而，在達(dá)到幾 GHz 的頻率下，與被測場的波長相比，電場探頭的尺寸變得不可忽略，并且會(huì)出現(xiàn)較大的各向同性偏差。?

目前，電場探頭制造商在低于 2 GHz 的頻率下測定其各向同性性能，此時(shí)電場探頭的各向同性響應(yīng)相對(duì)較好。然而更值得關(guān)注以及更加影響測試結(jié)果的應(yīng)該是探頭能達(dá)到的最高頻率下的各向同性響應(yīng)。

對(duì)知名探頭制造商的眾多不同電場探頭的測量表明，在3~6 GHz的頻率下，各向同性誤差甚至能達(dá)到6~10 dB ！

虹科開關(guān)與仿真團(tuán)隊(duì)

虹科是在各細(xì)分專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的資源整合及技術(shù)服務(wù)落地供應(yīng)商。在測試測量行業(yè)經(jīng)驗(yàn)超過17年的高科技公司，虹科與世界知名的測量行業(yè)巨頭公司Marvin Test、Pickering Interface, Spectrum, Raditeq等公司合作多年，提供領(lǐng)域內(nèi)頂尖水平的基于PXI/PXIe/PCI/LXI平臺(tái)的多種功能模塊，以及自動(dòng)化測試軟件平臺(tái)和測試系統(tǒng)，通用臺(tái)式信號(hào)源設(shè)備，高速數(shù)字化儀，EMC和射頻測試方案等。事業(yè)部目前已經(jīng)提供覆蓋半導(dǎo)體、3C、汽車行業(yè)的超過25個(gè)大型和超大型自研系統(tǒng)項(xiàng)目。我們的解決方案已在汽車電子、半導(dǎo)體、通信、航空航天、軍工等多個(gè)行業(yè)得到驗(yàn)證。此外，我們積極參與半導(dǎo)體、汽車測試等行業(yè)協(xié)會(huì)的工作，為推廣先進(jìn)技術(shù)的普及做出了重要貢獻(xiàn)。至今，虹科已經(jīng)先后為全國用戶提供了100+不同的解決方案和項(xiàng)目，并且獲得了行業(yè)內(nèi)用戶極好口碑。