天线在EMC、RF测试的运用
微波与电磁兼容 2023-06-05

天线在EMC、RF测试,测量中运用相当普遍,常用天线如下:



1、双锥天线:


常用于RSE替代法测试。

常用工作频段:30MHz~300MHz



2、对数天线:



常用于辐射场地NSA校准。

常用工作频段:30MHz~1GHz



3、对数周期天线:



常用于辐射骚扰/辐射杂散低频测试。

常用工作频段:30MHz~3GHz


4、三环天线:



常用于灯具产品磁场辐射测试。

常用工作频段:9KHz~30MHz


5、喇叭天线:



常用于辐射骚扰/辐射杂散高频测试。

常用工作频段:1GHz~18GHz



6、偶极子天线:



常用于场地衰减和天线系数的测量中。

常用工作频段:30MHz~4GHz



7、环天线:



常用于低频磁场测试。

常用工作频段:9KHz~30MHz


在进行EMC和RF测试中,以下的几个基本概念需要有所掌握:



天线的极化方向



经常有客户问什么是垂直什么是水平啊,天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定:电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况


波瓣宽度



波束宽度指的是在天线峰值响应的方向上,两个半功率点之间的角度,波束宽度有E面和H面两个分量,两者不一定完全相等,如果某一天线的增益设计为正,则它的波束宽度和增益常常正好相反。方向图通常都有两个或多个瓣,其中辐射强度最大的瓣称为主瓣,其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低3 dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角)。波瓣宽度越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强。


天线增益



增益是指:在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。可以这样来理解增益的物理含义- - 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号,如果用理想的无方向性点源作为发射天线,需要100W的输入功率,而用增益为G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时,输入功率只需100 / 20 = 5W。换言之,某天线的增益,就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。



天线系数(AF)



自由空间中的天线系数是天线本身固有的参数。天线系数表示了天线的辐射场与天线输入电压之间的关系,AF与增益有以下关系:

AF=E/U

(E-入射到接收天线参考平面上均匀平面波的电场强度;U-接收天线输出电压)



带宽



带宽指的是天线的频率覆盖范围,如果带宽以天线额定频率范围的一部分来表示的话,非谐振天线的带宽大于谐振天线的带宽,低增益天线的带宽大于高增益天线的带宽,用于宽带的,平衡不平衡转换器或匹配网络的天线,其带宽比天线系数的影响更大。



阻抗



天线的阻抗通常考虑很少,因为所有的EMC测试设备的负载阻抗均设计为50Ω,EMC天线的阻抗通常也在其频率范围内设计为感校准为接近50Ω,但是,测试人员也应该意识阻抗不匹配所带来的可能问题,尤其是低频磁场环天线,天线的阻抗往往随频率而变,但许多低频环天线并没有匹配网络去补偿这种变化。



驻波比(VSWR)



驻波比是衡量两个RF设备阻抗是否匹配的间接参数。VSWR对大多数用户来说都非常重要,这有几个复杂原因,简单地说,在通常情况下,馈线表现出来的阻抗是馈线的额要阻抗和负载阻抗之和,因此,在馈线两端就可能出现阻抗的不匹配,这样,大多数信号都将在负载处反射,然后,再沿着馈线在源处再次反射,当需要精确测量的时候,或当信号源对阻抗不匹配很敏感的时候,或当馈线的损耗很重重的时候,VSWR都将成为一个问题。



尺寸



尺寸是一个很重要的天线特性,天线需要控制和移动就限制了天线的实际尺寸大小,需要在屏蔽室内使用天线也限制了天线的最大尺寸,需要减小对地或对周围物体不希望有的耦合也将影响尺寸,但相反地,希望天线有好的低频响应,增益高或带宽宽,就要增大天线的尺寸。

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