应用
如何计算功放在EMC系统中的辐射场强
2019-11-12

 

在EMC抗扰度测试系统中,主要成本为功率放大器,故为了满足标准要求的辐射场强而选取合适的功率放大器尤其重要。EMC辐射场强从10V/m到200V/m甚至系统级EMC测试要求的几千V/m,这就需要了解实现这些场强的天线及功率放大器功率的参数情况。这里给出电磁场理论计算公式和相关厂家给出的实际测试数据,供大家在实践中使用参考。

通常来说,使用以下的场强计算公式初步估算功率放大器的辐射场强:

场强计算公式: V/m=uploads/image/20200416/1587025111.png

Watts 为功率放大器输出功率W,Gain 为放大倍数值。如果发射功率用dBm,天线增益为dBi,则直接相加后为等效发射功率dBm,最后需要转换单位为瓦特。如果发射功率为瓦特,需要将dBi转化为倍数,直接用乘法即可。注意:建议将电缆的最大损耗放在天线增益中一并考虑,并且在需要的工作频段内取增益曲线的最小值计算。

常用dBi对应倍数值关系如下:    

                                                         uploads/image/20200416/1587024346.png

部分频段的天线如9KHz~30MHz或者20MHz~300MHz,其增益较低或者理解为发射转化的效率较低,厂家一般会给出天线系数AF或者一些实测曲线供参考。通过天线系数AF客户可以折算增益值。

二个定义供参考:

天线系数AF(或校正系数)定义为入射电磁场与天线和输出连接器的输出电压之比。

增益(dBi)与各向同性或偶极天线相比,给定天线接收或发送的信号的比率。天线增益只能通过天线的方向性来实现,也就是说,一个方向的性能要好于其他方向。

天线系数可以通过以下公式计算不同频率对应的增益值。  

公式:

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*以上公式仅对50欧姆系统有效

 

如下图是美国AR公司的ATP10K100M电场天线给出的场强对应功率和频率值的关系图,该图给出了军标1米距离的参考输入功率值。例如,需要达到50V/m的场强时,射频功率放大器的功率需要达到1000W。如果需要达到200V/m的场强时,射频功率放大器的功率需要大于2500W,根据相关经验,一般9KHz~100MHz天线对应功率放大器的功率配置为3000W。

                 uploads/image/20200416/1587025265.png

    对于天线厂家给出的功率与辐射场强的对应曲线,需要根据系统情况综合考虑。并且需要给功率放大器预留一定的裕量,防止可能出现的技术风险。

更复杂的场强计算公式也是由上述公式派生出来的,但是实际的功率放大器系统需要实地现场测试和通过宽带电场探头反馈场强值来校准验证,最后才能投入使用。一般测试软件都有场强校准自学习的功能。

EMC测试标准中民标和军标对应不同的功率等级的功率放大器并且需要配合不同增益的发射天线,才可以达到相关标准规定的场强值。特别的,目前EMC系统大多使用国外的宽带高增益天线来实现规定场强的辐射发射。国内目前的天线系统在带宽、效率、增益、认知度等等方面与国外品牌还有一定差距。实际功率放大器系统的辐射场强还与天线的波瓣宽度、天线驻波、高功率电缆驻波与插入损耗、暗室的场地均匀性等特性等都相关。