電磁兼容性測(cè)試不確定度的評(píng)估和應(yīng)用
| 摘要：對(duì)于測(cè)試實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可評(píng)審，EMC測(cè)試不確定度評(píng)估和應(yīng)用難度較大，但其重要性近年來(lái)也日益明顯。由于軍標(biāo)測(cè)試與民標(biāo)測(cè)試在試驗(yàn)儀器、場(chǎng)地、布置及限值要求等方面均有較大區(qū)別，在不確定度分析和評(píng)估方面，建模和評(píng)估方法可以參考民用標(biāo)準(zhǔn)，但在具體實(shí)施時(shí)必須充分考慮軍用標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)。本文據(jù)此對(duì)軍用實(shí)驗(yàn)室EMC測(cè)試不確定度的評(píng)估和應(yīng)用進(jìn)行了幾點(diǎn)探討。 關(guān)鍵詞：電磁兼容性測(cè)試；軍用標(biāo)準(zhǔn)；不確定度；評(píng)估 0 引言 電磁兼容性測(cè)試因測(cè)試特點(diǎn)等原因，不確定度的分析和評(píng)估較為復(fù)雜，在我國(guó)起步也較晚。GB/Z 6113.401-2007、GB/T 6113.403-2007和GB/Z 6113.404-2007等3項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已于2007年9月6日批準(zhǔn)發(fā)布，將于2008年4月1日開(kāi)始實(shí)施。上述3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布與去年發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6113.402-2006《無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法規(guī)范第4-2部分：不確定度、統(tǒng)計(jì)學(xué)和限值建模 測(cè)量設(shè)備和設(shè)施的不確定度》一起構(gòu)成EMC不確定度評(píng)估的國(guó)家基礎(chǔ)系列標(biāo)準(zhǔn)。該系列標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施，將推進(jìn)EMC實(shí)驗(yàn)室對(duì)不確定度評(píng)估工作的開(kāi)展。 對(duì)于EMC測(cè)試軍用實(shí)驗(yàn)室而言，由于軍標(biāo)測(cè)試與民標(biāo)測(cè)試在試驗(yàn)儀器、場(chǎng)地、布置及限值要求等方面均有較大區(qū)別，因此在不確定度分析和評(píng)估方面，建模和評(píng)估方法可以參考上述標(biāo)準(zhǔn)，但不能照搬。 1 EMC軍標(biāo)測(cè)試不確定度的評(píng)估 1.1 評(píng)估方法 對(duì)于EMC軍標(biāo)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行不確定度評(píng)估時(shí)，必須同時(shí)考慮測(cè)量設(shè)備和設(shè)施的不確定度MIU和標(biāo)準(zhǔn)符合性不確定度SCU必需的影響量。其中MIU的主要依據(jù)來(lái)源為測(cè)試設(shè)備、儀器及附件的校準(zhǔn)、檢定證書(shū)和測(cè)試報(bào)告，而SCU中各值需要根據(jù)軍標(biāo)測(cè)試的場(chǎng)地、設(shè)備、布置等而定。SCU不但取決于被測(cè)量的特性、產(chǎn)品的等級(jí)，而且取決于包括線纜布設(shè)在內(nèi)的EUT布置。在一階近似中，SCU與MIU無(wú)關(guān)。某種程度上，SCU的大小不僅超過(guò)了檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的控制能力，也超過(guò)了裝備生產(chǎn)單位的控制能力。與傳統(tǒng)計(jì)量測(cè)量相比，EMC測(cè)試SCU可能有較大的值，如何將其應(yīng)用總不確定度評(píng)估和合格/不合格判據(jù)中是EMC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的問(wèn)題，尤其對(duì)EMI項(xiàng)目的測(cè)試影響更大。一般來(lái)說(shuō)，MIU由各檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)各自的場(chǎng)地和設(shè)備情況自行計(jì)算，而SCU值的大小，應(yīng)由實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可機(jī)構(gòu)根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的情況專(zhuān)門(mén)評(píng)估后規(guī)定。 EMC測(cè)量設(shè)備和設(shè)施的不確定度一般按照B類(lèi)評(píng)定，評(píng)估方法如下： 對(duì)每個(gè)影響量的估計(jì)值xi應(yīng)評(píng)定其標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(xi)（以分貝表示）和靈敏系數(shù)ci。被測(cè)量的估計(jì)值y的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(y)按下式計(jì)算： 對(duì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，對(duì)大多數(shù)測(cè)量結(jié)果近似正態(tài)分布的典型情況，包含因子?。?2，其置信水平近似為95%。則測(cè)量設(shè)備和設(shè)施的擴(kuò)展不確定度按下式計(jì)算： 對(duì)于GJB 151A-1997和GJB 152A-1997測(cè)試來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)儀器、場(chǎng)地、布置及限值要求等方面與民標(biāo)測(cè)試均有較大區(qū)別，在影響量的選取上也應(yīng)有所區(qū)別。同時(shí)，除上面計(jì)算的測(cè)量設(shè)備和設(shè)施的擴(kuò)展不確定度MIU外，還應(yīng)該考慮由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試布置等原因引起的標(biāo)準(zhǔn)符合性不確定度SCU。 以電場(chǎng)輻射發(fā)射為例，GB/T 6113.402-2006未對(duì)SCU規(guī)定，規(guī)定以下影響量計(jì)入實(shí)驗(yàn)室測(cè)量設(shè)備和設(shè)施的擴(kuò)展不確定度ULAB的計(jì)算： －接收機(jī)讀數(shù) －天線和接收機(jī)間連接網(wǎng)絡(luò)的衰減 －天線系數(shù) －接收機(jī)正弦波電壓準(zhǔn)確度 －接收機(jī)脈沖幅度響應(yīng) －接收機(jī)脈沖響應(yīng)隨重復(fù)頻率的變化 －接收機(jī)本底噪聲 －天線端口與接收機(jī)之間失配的影響 －天線系數(shù)的頻率內(nèi)插 －天線系數(shù)隨高度的變化 －天線方向性 －天線相位中心 －天線交叉極化響應(yīng) －天線平衡 －測(cè)試場(chǎng)地 －被測(cè)設(shè)備和測(cè)量天線之間的距離 －放置被測(cè)設(shè)備的桌子的高度 根據(jù)以上輸入量計(jì)算后的測(cè)量設(shè)備和設(shè)施擴(kuò)展不確定度的參照值為UCISPER=5.2 dB，k=2。 對(duì)于GJB 152A-1997中RE102電場(chǎng)輻射發(fā)射來(lái)說(shuō)，測(cè)試場(chǎng)地、設(shè)備和布置不同，在應(yīng)用GB/T 6113.402-2006評(píng)估方法時(shí)也應(yīng)有所改變。較為明顯的變化有以下幾點(diǎn)：一是要增加10kHz～30MHz頻段有源桿天線測(cè)量的不確定度評(píng)估；二是由于大部分頻段為近場(chǎng)測(cè)量，同時(shí)測(cè)量場(chǎng)地和天線設(shè)備的不同，部分影響量估計(jì)值會(huì)發(fā)生變化；三是增加EUT型式（臺(tái)式、機(jī)柜式等）、大小不同引入的不確定度；四是需要增加測(cè)試布置，尤其是EUT取向、互聯(lián)線布置等引入的不確定度。 上述影響量中，前兩項(xiàng)可屬于MIU部分，由實(shí)驗(yàn)室自行計(jì)算列入U(xiǎn)LAB。后兩項(xiàng)屬于SCU部分，應(yīng)根據(jù)GJB 152A-1997測(cè)量布置等由標(biāo)準(zhǔn)起草單位或?qū)嶒?yàn)室認(rèn)可機(jī)構(gòu)評(píng)估后確定，并有職責(zé)將其控制在一個(gè)可以接受的水平。 在SCU未規(guī)定前，實(shí)驗(yàn)室可參照GB/T 6113.402-2006計(jì)算各自測(cè)量設(shè)備和設(shè)施的擴(kuò)展不確定度，并在報(bào)告中說(shuō)明。 1.2 對(duì)數(shù)和線性量限值不確定度的計(jì)算 EMC測(cè)試中許多測(cè)量的量是對(duì)數(shù)量，其不確定度用dB表示。測(cè)試的技術(shù)指標(biāo)也是以這種方式給出的，例如：dBmV。然而有一些測(cè)量量是線性量，其不確定度是用相對(duì)值表示的，例如n%。當(dāng)進(jìn)行不確定度合成時(shí)，擴(kuò)展不確定度會(huì)因計(jì)算中使用對(duì)數(shù)還是使用線性不確定度而有差異。 線性還是用對(duì)數(shù)方式進(jìn)行不確定度計(jì)算，取決于概率分布用那一方式表示更好。如果不確定度的主要分量的貢獻(xiàn)是用dB表示的，則其概率分布也只能按dB表示，則各不確定度分量貢獻(xiàn)都保留為對(duì)數(shù)的函數(shù)，且合成不確定度的均方根值按對(duì)數(shù)方式計(jì)算就更準(zhǔn)確。同樣，如果主要不確定度分量的貢獻(xiàn)是以線性表示的，則不確定度用線性量的貢獻(xiàn)計(jì)算更準(zhǔn)確。 簡(jiǎn)化考慮，可以按照極限值的形式來(lái)決定不確定度的線性或?qū)?shù)計(jì)算及表述方式。對(duì)于GJB 151A-1997中極限值以對(duì)數(shù)形式給出的測(cè)試項(xiàng)目，不確定度也以對(duì)數(shù)方式計(jì)算和表述。對(duì)于以線性形式給出的測(cè)試項(xiàng)目，不確定度則以線性方式計(jì)算和表述。 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試不確定度的評(píng)估和計(jì)算應(yīng)與測(cè)試設(shè)備和設(shè)施的計(jì)量周期一致，數(shù)據(jù)應(yīng)在設(shè)備和設(shè)施校準(zhǔn)檢定后，重新計(jì)算和評(píng)估。 2 對(duì)計(jì)量服務(wù)機(jī)構(gòu)和測(cè)試的要求 EMC測(cè)試設(shè)備和設(shè)施的校準(zhǔn)和檢定，不僅是實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)量值溯源的重要環(huán)節(jié)，而且對(duì)測(cè)試不確定度也有重要影響。 實(shí)驗(yàn)室應(yīng)盡量確保從外部校準(zhǔn)服務(wù)機(jī)構(gòu)（包括認(rèn)可校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室和法定計(jì)量機(jī)構(gòu)）獲得的校準(zhǔn)/檢定證書(shū)符合下列要求： a）校準(zhǔn)證書(shū)應(yīng)在認(rèn)可校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可范圍以內(nèi)，并具有量值溯源信息（如：上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器的標(biāo)識(shí)和檢定或校準(zhǔn)證書(shū)號(hào)），有校準(zhǔn)的技術(shù)依據(jù)，有具體的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)及其測(cè)量不確定度等信息。 b）檢定證書(shū)應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室的授權(quán)范圍以內(nèi)，并具有量值溯源信息（如：上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器的標(biāo)識(shí)和檢定或校準(zhǔn)證書(shū)號(hào)），具有檢定的技術(shù)依據(jù)（檢定規(guī)程）和檢定結(jié)果，在可能的情況下具有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。 c）測(cè)試報(bào)告應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室的授權(quán)范圍以內(nèi)，并具有量值溯源信息（如：上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器的標(biāo)識(shí)和檢定或校準(zhǔn)證書(shū)號(hào)），具有測(cè)試的技術(shù)依據(jù)和測(cè)試結(jié)果，在可能的情況下具有測(cè)量數(shù)據(jù)。 從以上要求可以看出，測(cè)試設(shè)備和設(shè)施的校準(zhǔn)和檢定不但為實(shí)驗(yàn)室量值溯源提供了依據(jù)，而且其校準(zhǔn)和檢定不確定度也直接為EMC測(cè)試提供了各輸入量數(shù)據(jù)。需要注意的有兩點(diǎn)，一是EMC實(shí)驗(yàn)室在設(shè)備儀器送檢時(shí)應(yīng)明確校準(zhǔn)和檢定要求，如校準(zhǔn)、檢定內(nèi)容及不確定度等；二是選擇不同級(jí)別的計(jì)量外部服務(wù)機(jī)構(gòu)，對(duì)EMC實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備和設(shè)施的不確定度計(jì)算結(jié)果有直接影響，盡可能選擇級(jí)別較高的計(jì)量外部服務(wù)機(jī)構(gòu)。 對(duì)于GJB 151A-1997而言，其限值要比民用標(biāo)準(zhǔn)同類(lèi)項(xiàng)目限值嚴(yán)酷得多，所以對(duì)不確定度的要求也更高。以RE102電場(chǎng)輻射發(fā)射為例，RE102限值與CISPER11和CISPER22輻射騷擾測(cè)量限值相比，頻段更寬，限值更嚴(yán)。比較如圖1所示。 圖1 RE102限值與CISPER輻射騷擾測(cè)量限值比較 從圖1可以看出，測(cè)量設(shè)備和設(shè)施擴(kuò)展不確定度參照值UCISPER=5.2 dB對(duì)于除潛艇內(nèi)部設(shè)備外的測(cè)試來(lái)說(shuō)，都比較高。尤其對(duì)于3、6、7、9類(lèi)設(shè)備來(lái)說(shuō)，若EMC實(shí)驗(yàn)室電磁環(huán)境電平僅滿足低于限值6dB的基本要求，5.2dB的測(cè)量不確定度將使得絕大部分測(cè)量結(jié)果處于模糊范圍內(nèi)，給標(biāo)準(zhǔn)符合判定帶來(lái)相當(dāng)大的困難。對(duì)于敏感度測(cè)試項(xiàng)目也是如此，以RS103項(xiàng)目為例，敏感度電平最高可達(dá)200V/m，頻段從10kHz到4 |
