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评估小型EMI天线的辐射排放达标前测试

文章作者:肯尼斯·怀亚特

全尺寸的EMI天线可能又大又贵，所以让我们探索更小的辐射排放达标前测试选项。

全尺寸的EMI天线可能相对较大且昂贵，所以许多想要进行内部辐射排放合规前测试的公司会问:“难道没有更小、更便宜的天线吗?”当然，有很多可能的选择，包括我之前审查的Aaronia天线．在这篇文章中，我想将另外两种天线与全尺寸EMI天线进行比较。

这三种天线分别是全尺寸Chase CBL6111A、新Tekbox TBMA1双锥形和York ARA01有源天线。这些都没有直接的可比，但每一个都以有趣的方式独特，所有这些都可以用于(有一些预防措施)内部的辐射排放合规前测试。

我将使用Siglent(型号SSA 3032X)的台式频谱分析仪进行手动测量，使用Tektronix(型号RSA306B，带有EMCVu预遵从软件)进行更自动化的测量。所有量程测量将在乡村户外测试范围内进行，但没有反射地屏(图1）.我希望这将模拟大多数制造商在建立临时测试站点时所面临的情况。

图1这是这些测试的典型的3-M测量设置。Tekbox梳状发电机和天线均在地面上方约1.2米，水平极化。

EMI天线:现实

没有实际的EMI天线与全尺寸的半波偶极天线一样有效。此外，我们要求EMI天线尽可能高的频率范围。我们通过天线因子（AF）对EMI天线的灵敏度进行评分，这只是远场中的E场（V / M）的比率，将天线元件照射到在天线端子处测量的电压。AF的单位是DB / m。

AF依赖于许多因素;天线的物理尺寸、波束宽度、阻抗失配等。该AF被添加到频谱分析仪(或EMI接收机)的测量值中，连同其他损失/增益因子(如下所述)，并产生在特定测试距离(通常为3或10米)测量的照明天线的e场量。例如，在30 MHz(商业辐射发射频带的下限)时，全尺寸半波偶极子线天线距离端到端的距离为5米，效率相对较高。

我的全尺寸Chase CBL6111A天线带有“领结”低频元素，设计覆盖20到1500 MHz，低频“领结”元素只有1.4米宽。因为它在30兆赫兹比谐振偶极子短得多，它在那个频率上的效率和灵敏度都不如谐振偶极子高，AF会相对较大。随着天线尺寸的进一步减小，AF (e场方程中的一种惩罚)只会进一步增大。AF也会随着频率的增加而增加，除非天线增益起到抵消作用。

因为天线端口的阻抗变化很大，我们也倾向于在天线端口和同轴电缆之间插入一个6-dB衰减器，以平衡阻抗匹配。当然，我们还需要添加/减去所有其他系统损失或增益(例如:衰减器，同轴损耗，前置放大器增益)，以进行实际测量。e场的这个值(dBμV/m)可以直接与相应产品标准中规定的测试极限进行比较。e场的计算公式如下图所示。

e场(dBμ v /m) =频谱分析仪测量值(dBμ v /m) +天线因子(dB/m) +衰减器(dB) +同轴损耗(dB) -前置放大器增益(dB)

例如，在100 MHz时，频谱分析仪测量到25 dBμ v /m, AF为15 (dB/m)，同轴损耗为2 dB，前置放大器增益为20 dB，我们在天线端口使用6 dB衰减器:

电(dBμV / m) = 25 (dBμV / m) + 15 (dB / m) + 6 (dB) + 2 (dB) - 20 (dB) = 28 dBμV / m

底线是，这些较小尺寸的校准EMI天线将倾向于在其共振频率的每一边都有显著的AF。我尝试过的许多小天线的共振频率在数百兆赫兹，低于200至300兆赫兹的效率相对较低(与全尺寸EMI天线相比)。底线:当评估EMI天线时，你要同时考虑AF图的低频和高频两端-数字越低越好。

这并不是说这些较小的天线不能用于预合规测试，只是有一些物理现实和伴随的限制，我将在我们进行的过程中指出。例如，一个重要的规范，正如我提到的，是伴随着所有校准天线的AF图。更敏感的天线将具有更低的AF，这意味着添加到频谱分析仪读取的损耗因子更低，与系统噪声层相比，更容易观察低电平谐波。

小尺寸天线的另一个限制是，他们需要测试的产品更近，而不是更远，以方便观察信号。也就是说，3米的测试距离会比10米的测试距离更好。这实际上不是一件坏事，因为大多数制造商将更喜欢这个更短的测试距离，无论如何，因为他们必须设置这个测试的空间更有限。

要比较的天线

追逐CBL6111A

这是一个全尺寸EMI天线和一个“蝴蝶结”偶极子和对数周期宽带天线的组合校准从20至1500 MHz (图2）.偶极子元素可以很容易地除去以便储存。它相对来说又大又重，需要一个坚固的三脚架来支撑它。它可从Ametek/Teseq和他们的经销商为3840美元。

图2Chase CBL6111A全尺寸EMI天线从20 MHz校准到1500 MHz。资料来源:公司/ Teseq。

的Tekbox TBMA1

这是一款新推出的小型双锥偶极子天线，校准频率为30至1000 MHz (图3）.它仅为0.43米宽，重量为0.46公斤（1磅），并以589美元的零售价在美国和其他几家经销商。

图3Tekbox TBMA1双核状天线校准从30到1,000 MHz。资料来源：Tekbox数字解决方案

纽约ARA01

这是一个有源天线(仅接收)，带有两个不同长度的偶极子元素;较短的DAE01(3厘米长，从30到1000兆赫兹校准)，如图图4，以及较长的(9厘米长，从30到300兆赫兹校准)。这些长元素比短元素更敏感(低AF)。它由标准的9V电池供电，包括一个电池监控LED，在美国的零售价格为2,998美元(短偶极子组件)和3,393美元(长和短偶极子组件)，由Reliant EMC提供。

图4与DAE01（较短）偶极元素的约克ARA01有源天线从30到1,000 MHz校准。

正如我提到的，每一种方式都是独特的，有自己的优点和缺点。全尺寸的Chase天线将作为比较的基础，并应该代表许多类似天线的性能。Tekbox天线是一个缩小尺寸的双锥，类似于更小的安诺尼主动双锥。因为Tekbox天线更大，它应该比带前置放大器的Aaronia捕获更多的信号和更低的噪声。约克天线是一个纯粹的有源天线，具有更小的AF灵敏度甚至比全尺寸的Chase天线。让我们来比较一下。

天线系数比较

以下AF图表(图5 - 7）全部由各自制造商提供。此外，您还会收到列表的因素列表与频率，您可以输入您喜欢的预编合剂软件。

图5Chase CBL6111全尺寸天线的AF图显示了60 MHz和200 MHz的两个谐振频率，以及频率范围两端相对较高的AF。这对这些类型的天线来说是很正常的。资料来源:公司/ Teseq

图6TekBox TBMA1双核状天线的AF图示出了相对平滑的曲线，这使得预致规性软件可以在AF测量数据之间执行插值。但是，与全尺寸的追逐天线相比，10至20 dB增加了AF。这限制了有用性，除非与宽带低噪声前置放大器一起使用，可以有效地降低20 dB等。资料来源：Tekbox数字解决方案

图7这是与两种类型的偶极元件的约克活性偶极天线的AF图表的比较，以及全尺寸的CHASE CBL6111C天线（以绿色为单位）。低频和高频带边缘处的AF与全尺寸的追逐天线相比非常比，但由于较小的物理尺寸，它在预期的情况下敏感以下100 MHz。但是，从100到700 MHz，它会显着敏感。资料来源：Eurofins / York。