Приложение I (справочное). Метод калибровки пробников Е-поля

Приложение I
(справочное)

Метод
калибровки пробников Е-поля

I.1 Обзор

В процедурах калибровки однородного поля в соответствии с IEC 61000-4-3 интенсивно используются широкополосные пробники Е-поля с большим динамическим диапазоном. Качество калибровки с использованием пробника поля непосредственно влияет на бюджет неопределенности при испытаниях на устойчивость к излученному электромагнитному полю.

Обычно при калибровке однородного поля в соответствии с IEC 61000-4-3 пробники используют для измерения относительно низких значений напряженности поля, например в пределах 1-30 В/м. Поэтому при калибровке пробников Е-поля, используемых по IEC 61000-4-3, следует рассматривать частоту и динамический диапазон.

Если пробники калибруются в разных калибровочных лабораториях, результаты их калибровки, как правило, различны. Поэтому должны быть установлены обстановка и методы калибровки пробников. В настоящем приложении приведена информация о калибровке пробников, используемых по IEC 61000-4-3.

Одним их наиболее широко используемых методов калибровки пробников для применений IEC 61000-4-3 в полосе частот от нескольких сотен мегагерц до нескольких гигагерц является использование рупорных антенн стандартного усиления для создания опорного поля внутри безэховой камеры. Однако для этого метода отсутствует установленный метод валидации испытательной обстановки при калибровке пробника поля. При использовании этого метода наблюдаются различия между калибровочными лабораториями, выходящие за пределы их заявленных неопределенностей измерений.

Калибровка пробников в полосе частот от 80 МГц до нескольких сотен МГц, которая обычно проводится в ТЕМ-волноводах, дает, как правило, более воспроизводимые результаты.

Поэтому настоящее приложение концентрируется на улучшении калибровки пробников с использованием рупорных антенн в безэховых камерах, для которых отсутствуют исчерпывающие процедуры калибровки.

I.2 Требования к калибровке пробника

I.2.1 Общие положения

Калибровка пробников Е-поля, предназначенных для использования в процедурах калибровки поля в плоскости однородного поля (UFA) по IEC 61000-4-3, должна удовлетворять следующим требованиям.

I.2.2 Полоса частот при калибровке

Полоса частот должна быть обычно от 80 МГЦ до 6 ГГц, но может быть ограничена полосой частот, требуемой для испытания.

I.2.3 Шаги частоты

Чтобы было возможно сравнивать результаты различных калибровочных лабораторий, необходимо для калибровки использовать фиксированные частоты.

80 МГц - 1 ГГц:

- используют следующие частоты для калибровки пробников Е-поля (типичный шаг 50 МГц):

80, 100, 150, 200, ..., 950, 1000 МГц.

1-6 ГГц;

- используют следующие частоты для калибровки пробников Е-поля (типичный шаг 200 МГц):

1000, 1200, 1400, ..., 5800, 6000 МГц.

Примечание - Если пробник используется в полосах частот ниже и выше 1 ГГц, измерения пробника на частоте 1 ГГц должны быть проведены дважды.

I.2.4 Напряженность поля

Выбор напряженности поля, при которой пробник калибруют, должен быть основан на значении напряженности поля, требуемой для проведения испытания на помехоустойчивость.

Так как для обеспечения однородности испытательного поля процедуру калибровки следует проводить при напряженности поля по меньшей мере в 1,8 раза превышающей напряженность поля, воздействующего на ИО при испытаниях, рекомендуется, чтобы калибровка пробника была проведена при напряженности поля, превышающей напряженность поля при испытаниях в два раза (см. таблицу I.1). Если пробник должен быть использован при различных уровнях поля, он должен быть калиброван при нескольких уровнях в соответствии с его линейностью, как минимум, при минимальном и максимальном уровнях (см. также I.3.2).

Примечание 1 - При этом также удовлетворяются требования к компрессии 1 дБ усилителя мощности.

Примечание 2 - Калибровку проводят с использованием непрерывных сигналов без модуляции.

Таблица I.1 - Уровень напряженности поля при калибровке

Уровень калибровки	Напряженность поля при калибровке, В/м
1	2
2	6
3	20
4	60
X	Y
Примечание - X, Y - открытый уровень калибровки, который может быть выше или ниже, чем один из уровней 1-4. Этот уровень может быть установлен в спецификации на продукцию или испытательной лабораторией.

I.3 Требования к оборудованию для калибровки

I.3.1 Гармонические и нежелательные сигналы

Любые гармонические или нежелательные сигналы, создаваемые усилителями мощности, должны быть по меньшей мере на 20 дБ ниже уровня сигнала несущей частоты. Это необходимо для всех уровней напряженности поля, используемых при калибровке и проверке линейности.

Так как содержание гармоник усилителей мощности обычно увеличивается при повышении мощности, измерения гармонических сигналов следует проводить только при наивысших уровнях напряженности поля при калибровке.

Измерения гармоник следует проводить с применением калиброванного анализатора спектра, который подключают к выходу усилителя через аттенюатор или направленный ответвитель.

Примечание 1 - Учитывая, что антенна может оказать дополнительное влияние на содержание гармоник, может потребоваться ее дополнительная проверка.

Калибровочные лаборатории должны выполнять измерения для подтверждения того, что гармонические и нежелательные сигналы, создаваемые усилителем, соответствуют требованиям для всех измерительных установок. Это может быть выполнено при подключении анализатора спектра к порту 3 направленного ответвителя (с заменой измерителя мощности анализатором спектра, см. рисунок I.2).

Примечание 2 - Следует проверить, что уровень мощности не превышает максимально допустимого уровня мощности на входе анализатора спектра. При необходимости может быть использован аттенюатор.

Изменение частоты должно охватывать по меньшей мере третью гармонику применяемой частоты. Измерения для подтверждения должны быть проведены при уровне мощности, обеспечивающем создание наивысшей применяемой напряженности поля.

Для повышения спектральной чистоты усилителей мощности могут быть использованы фильтры гармоник (см. приложение D).

I.3.2 Проверка линейности пробника

Линейность пробника, который используют для валидации камеры в соответствии с I.4.2.5, должна быть в пределах  0,5 дБ от идеального линейного отклика в требуемом динамическом диапазоне (см. рисунок I.1). Линейность должна быть подтверждена для всех значений динамического диапазона, если пробник имеет различные уставки усиления.

В основном линейность пробника существенно не изменяется с частотой. Поэтому проверки линейности могут быть проведены на отдельной частоте, близкой к центральной области применимой полосы частот, где отклик пробника достаточно постоянен при изменении частоты. Выбранная частота должна быть отражена в сертификате калибровки.

При измерении линейности следует использовать напряженность поля в пределах от минус 6 до плюс 6 дБ напряженности поля, которая используется при валидации камеры, с достаточно малым шагом, например 1 дБ.

Рисунок I.1 - Пример линейности пробника

В таблице I.2 приведен пример уровней напряженности поля при проверке линейности пробника для применений 20 В/м.

Таблица I.2 - Пример проверки линейности пробника

Уровень сигнала, dB	Напряженность поля при калибровке, В/м
-6,0	13,2
-5,0	14,4
-4,0	14,8
-3,0	15,2
-2,0	16,3
-1,0	18,0
0,0	20,0
1,0	22,2
2,0	24,7
3,0	27,4
4,0	30,5
5,0	34,0
6,0	38,0

I.3.3 Определение усиления стандартных пирамидальных рупорных антенн

Усиление стандартной пирамидальной рупорной антенны в поле дальней зоны может быть определено с достаточной точностью (неопределенность менее 0,1 дБ, как указано в [1] ¹⁾). Усиление в дальней зоне подтверждается в типичном случае на расстояниях, больших 8 D²/, где D - наибольшее измерение апертуры рупора и - длина волны.

------------------------------

¹⁾_{Цифры в квадратных скобках указывают на ссылочные документы в I.6.}

------------------------------

Калибровка пробников поля при таких расстояниях может быть неэффективной из-за того, что требуются большая безэховая камера и усилители высокой мощности. Пробники поля, как правило, калибруются в области ближнего поля передающих антенн. Усиление в ближней зоне рупорных антенн со стандартным усилением определяют с использованием уравнений, аналогичных приведенным в [2]. Усиление рассчитывают на основе физических измерений стандартного пирамидального рупора и предположения о квадратичном распределении поля в апертуре рупора. Усиление, определяемое таким образом, неадекватно для использования при испытаниях коэффициента стоячей волны (VSWR) камеры и при последующих калибровках пробника.

Уравнения, как указано в [2], были получены с использованием интегрирования по апертуре, в предположении, что на апертуре рупора отсутствуют отражения и что имеет место поле моды ТЕ₁₀, но с квадратичным распределением фазы по апертуре.

При интегрировании для получения результатов в сжатой форме были применены некоторые приближения. Другие эффекты, такие как множественные отражения от края рупора и наличие мод высокого порядка, не учитывали. В зависимости от частоты и конструкции рупора ошибки в основном находятся в пределах  0,5 дБ, но могут быть больше.

Для большей точности может быть применен численный метод, использующий суммирование полной волны. Например, при расчете усиления численным методом неопределенности могут быть понижены менее чем до 5 % [3].

Усиление рупорной антенны может быть также определено экспериментально. Например, усиление может быть определено на уменьшенных расстояниях методом трех антенн, как указано в [4], или с использованием некоторых вариаций этого метода.

Рекомендуется, чтобы при калибровке расстояние между рупорной антенной и испытуемым пробником было по меньшей мере 0,5 D²/.

При меньших расстояниях неопределенности результатов определения усиления антенн возрастают. Кроме того, между антенной и пробником при меньших расстояниях могут образовываться стоячие волны, что также приведет к повышению неопределенности измерений при калибровке.

I.4 Калибровка пробника поля в безэховых камерах

I.4.1 Обстановка при калибровке

Калибровку пробника следует проводить в полностью безэховой камере (FAR) или в полубезэховой камере с поглотителями, установленными на пластине заземления, которая удовлетворяет требованиям I.4.2.

При использовании FAR рекомендуемые минимальные размеры внутреннего рабочего объема FAR для проведения калибровки пробника составляют 5 м (длина) x 3 м (ширина) x 3 м (высота).

Примечание 1 - Для частот свыше нескольких сотен мегагерц одним из наиболее широко используемых методов калибровки пробников для применений IEC 61000-4-3 в полосе до нескольких гигагерц является использование рупорных антенн стандартного усиления для создания опорного поля внутри безэховой камеры. На более низких частотах, таких как от 80 МГц до нескольких сотен мегагерц, использование безэховой камеры может быть непрактичным. Поэтому пробник поля может быть калиброван в других установках, также используемых для испытаний устойчивости к электромагнитным полям. Поэтому ТЕМ-волноводы и т.д. включены в настоящее приложение в качестве альтернативных обстановок для калибровки при таких низких частотах.

Система и электромагнитная обстановка при калибровке пробника поля должны отвечать требованиям, указанным ниже.

Примечание 2 - Альтернативно электрическое поле может быть установлено с использованием преобразовательного пробника (см. I.5.4).

I.4.2 Валидация безэховых камер для калибровки пробника поля

Измерения при калибровке предполагают обстановку свободного пространства. Поэтому должны быть проведены испытания коэффициента стоячей волны камеры (VSWR), чтобы решить вопрос о ее пригодности. Метод валидации характеризует качество камеры и абсорбирующего материала.

Каждый пробник имеет особый объем и физические размеры, например связанные с кожухом для батареи и/или функциональной платой. При использовании других процедур калибровки требуется наличие сферической зоны в объеме калибровки. В соответствии с требованиями настоящего приложения используют измерения VSWR в точках испытаний, расположенных на оси луча антенны.

Испытательные оправки (такие, как устройства для фиксации пробника в пространстве, которые могут подвергаться воздействию электромагнитных полей и оказывать влияние на калибровку) не могут быть полностью оценены. Для валидации влияния оправок требуются отдельные испытания.

I.4.2.1 Измерение мощности, поступающей к передающему устройству, с использованием направленного ответвителя

Мощность, поступающая к передающему устройству, может быть измерена с применением четырехточечного двунаправленного ответвителя или двух трехточечных направленных ответвителей, соединенных "back-to-back" (формируя так называемый "двойной направленный ответвитель"). Общая установка с использованием двунаправленного ответвителя для измерения мощности, поступающей к передающему устройству, показана на рисунке I.2.

Рисунок I.2 - Установка для измерения мощности, поступающей к передающему устройству

В случае, если каждый из портов 1, 2, 3, 4 подключается к согласованному источнику и согласованным нагрузкам, прямая связь, обратная связь и связь передачи определяются следующими уравнениями:

,

где P₁, Р₂, Р₃, Р₄ - мощности в портах 1, 2, 3, 4 направленного ответвителя соответственно.

Тогда мощность, поступающая к передающему устройству:

,

где РМ₁, РМ₂ - показания измерителя мощности в линейных цепях.

Если известно значение VSWR антенны, может быть применен один трехточечный ответвитель. Например, если VSWR антенны 1,5, это эквивалентно коэффициенту отражения напряжения (VRC) 0,2.

На точность влияет проводимость ответвителя. Проводимость представляет собой меру способности ответвителя отделять прямые и обратные сигналы. Для хорошо согласованного передающего устройства обратная мощность много меньше, чем прямая мощность. Эффект проводимости, следовательно, менее важен, чем в применении к отражениям. Например, если VSWR передающей антенны 1,5 и проводимость ответвителя 20 дБ, то абсолютная максимальная неопределенность поступающей мощности из-за конечной проводимости равна 0,22 дБ - 0,18 дБ = 0,04 дБ при U-образном распределении, где 0,22 дБ - потери мощности из-за VSWR 1,5.

Мощность, поступающая к передающему устройству:

.

I.4.2.2 Установление стандартного поля с использованием рупорной антенны

Усиление рупорной антенны определяют методами, приведенными в I.3.3. Электрическое поле (по оси) определяется выражением

,

где  = 377 Ом для свободного пространства;

P_net - поступающая мощность, Вт, определяемая по I.4.2.1;

g - численное значение усиления антенны, определяемое по I.3.3;

d - расстояние от апертуры антенны.

I.4.2.3 Валидация камеры: испытательная полоса частот и шаги частоты

При испытании в целях определения VSWR камеры применяют полосу частот, в которой необходима калибровка пробника, и используют шаги частоты по I.2.3.

Испытания в целях определения VSWR проводят в камере на самой низкой и самой высокой рабочих частотах каждой антенны. При использовании узкополосных поглотителей, например ферритов, необходимы измерения в большем числе частотных точек. Камеру следует применять для калибровки пробника только в той полосе частот, где она прошла процедуру валидации камеры.

I.4.2.4 Процедура валидации камеры

Камера, используемая для калибровки пробника, должна быть проверена с проведением процедуры, указанной ниже, исключая случаи, когда физические условия камеры не позволяют применить такую процедуру. В этом случае может быть применен альтернативный метод I.4.2.7.

Пробник должен быть размещен в измерительной позиции с использованием поддерживающего устройства из материала с низкой проницаемостью (например, пены из полистирола) в соответствии с рисунками I.3 и I.4.

Пробник размещают в том месте, где он будет использован при калибровке. Для определения VSWR камеры поляризация пробника и его местоположение вдоль оси луча передающей рупорной антенны будут изменяться. Следует использовать одну и ту же передающую антенну для испытания камеры и калибровки пробника.

Расположение внутри камеры рупорной антенны стандартного усиления и пробника показано на рисунке I.3. Пробник и рупорная антенна должны быть расположены на одной и той же горизонтальной оси при разделительном расстоянии L, измеряемом от фронтальной поверхности антенны до центра пробника. В каждом случае пробник поля должен быть размещен напротив центра поверхности рупорной антенны.

Рисунок I.3 - Испытательная установка для валидации камеры

Рисунок I.4 - Детализация измерительной позиции

Установка для валидации камеры показана на рисунках I.3 и I.4, где расстояние от L_-10 см до L₊₂₀ см представляет собой расстояние калибровки пробника, измеряемое от лицевой стороны рупорной антенны до центра пробника поля. Расстояние L₀ см определяется как позиция 0.

Позиции должны быть L_-10 см, L-8 см, L-6 см, ..., L₀, L+2 см, L+4 см, ..., L+20 см,  = 2 см.

Если пробник размещен в ближнем поле передающей рупорной антенны (расстояние < 2 D²/, где D - наибольшее измерение антенны и - длина волны в свободном пространстве), усиление передающей антенны не является постоянным и должно быть определено для каждой позиции.

Для всех позиций пробника на антенну подают постоянную мощность, создающую определенную напряженность поля (например, 20 В/м) на расстоянии 1 м. При вертикальной поляризации передающей антенны и пробника поля регистрируют показания пробника во всех позициях и на всех частотах. Испытания повторяют при горизонтальной поляризации передающей антенны и пробника поля.

Все показания должны соответствовать требованиям, приведенным в I.4.2.5.

I.4.2.5 Критерий соответствия требованиям к VSWR

Результаты измерения VSWR необходимо сравнить с использованием приведенной ниже процедуры (для расчетов напряженности поля см. I.4.2.2).

a) Расчет напряженности поля

Напряженность электрического поля в зоне расстояний от 90 до 120 см рассчитывают для шагов 2 см и для каждой частоты.

Расчет основывается на напряженности Е-поля на расстоянии 1 м, используемой при верификации.

b) Корректировка данных

Следует провести корректировку данных, используя процесс, указанный ниже, т.к. пробник, используемый для измерения VSWR, может не обеспечивать показаний, применимых для расчетов напряженности поля:

- значение показания пробника Е-поля на расстоянии 1 м должно быть приведено к расчетному значению для позиции 1 м. Полученную разность между показаниями пробника и вычисленной напряженностью поля используют в качестве корректировочного значения k для всех данных при 90 см и 120 см.

Например, проводится сравнение между значением измерения пробника Vmv (например, 21 В/м) и рассчитанным значением Vcv (например, 20 В/м) при расстоянии 1 м. В этом случае корректировочное значение k равно Vcv - Vmv = - 1 В/м;

- корректировочное значение k добавляют к данным, полученным в измерительных позициях от 90 до 120 см;

- такие расчеты проводят для всех измеренных значений на всех частотах измерения. Для примера, указанного выше, k = - 1 В/м. Следовательно, k = - 1 добавляют ко всем измеренным данным пробника.

Рисунок I.5 - Пример корректировки данных

с) Сравнение измеренных и расчетных данных

Если разность данных расчетной кривой и кривой измерений превышает  0,5 дБ в любой измерительной позиции, применение данной безэховой камеры для калибровки пробника не допускается.

Примечание - Критерий 0,5 дБ установлен в соответствии с бюджетом неопределенности и был проверен в нескольких действующих камерах, пригодных для калибровки пробников поля (включая по меньшей мере один национальный институт калибровки средств измерений). Данный критерий не является единственным вкладом в неопределенность измерений.

Некоторые пробники поля имеют металлический кожух или выступ, например для батареи или схем. На определенных расстояниях или частотах эти блоки могут вызвать ошибки за счет отражения. При использовании таких пробников влияние отражений должно быть минимизировано, например путем вращения пробника или изменения его ориентации.

I.4.2.6 Валидация устройств крепления пробников

Устройства крепления пробников могут вызвать отражения электромагнитных полей при калибровке пробника. Следовательно, влияние устройств крепления на результаты калибровки должно быть проверено в первую очередь.

Процедура, установленная в настоящем пункте, должна быть проведена для любого нового используемого крепления пробника.

Процедура:

a) размещают пробник на опорной подставке, изготовленной из материала с относительной проницаемостью менее 1,2 и тангенсом угла потерь менее 0,005. Размещение пробника должно быть таким же, как в установке для калибровки. Опорное крепление должно иметь минимальные размеры. Любая структура поддержки должна быть удалена от пробника не менее чем на 50 см и не нарушать распределение поля (по возможности). Элементы поддержки впереди пробника (между антенной и пробником) и позади пробника должны быть исключены.

b) создают стандартное поле в пределах динамического диапазона пробника в позиции для калибровки.

c) регистрируют показания пробника для всех частотных точек калибровки. Поворачивают пробник или изменяют его положение, как это необходимо с учетом всех геометрий калибровки (для трехосных изотропных пробников поля каждая ось должна быть проверена отдельно), и повторяют шаги 1 и 2. Регистрируют показания пробника для всех ориентации.

d) удаляют опорное устройство крепления и заменяют его на проверяемое устройство. Повторяют шаги 2 и 3.

e) сравнивают результаты шагов 3 и 4. Разница между показаниями с двумя устройствами крепления при одной и той же ориентации пробника должна быть менее  0,5 дБ.

I.4.2.7 Альтернативная процедура валидации камеры

Данная альтернативная процедура валидации камеры применима, если не может быть использована процедура валидации по I.4.2.4.

Для определения VSWR камеры поляризация пробника и его местоположение вдоль оси луча передающей рупорной антенны будут изменяться. Следует использовать одну и ту же передающую антенну для испытания камеры и калибровки пробника.

Испытательная установка показана на рисунках I.6 и I.7. Расстояние калибровки пробника, измеряемое от лицевой стороны рупорной антенны до центра пробника поля, поддерживается постоянным и равным 1 м.

Для исключения влияний на результаты измерений следует при креплении пробника использовать материал с низкой проницаемостью. Устройство для крепления должно быть проверено отдельно (см. I.4.2.6).

Позиции должны быть следующими: L - 30 см, L - 25 см, L - 20 см, ..., L₀, L + 5 см, L + 10 см, L + 30 см,  = 5 см.

Рисунок I.6 - Пример испытательного расположения антенны и пробника

Рисунок I.7 - Испытательная установка для валидации камеры

Для всех позиций генерируется постоянное поле, например 20 В/м. Напряженность создаваемого поля должна быть в пределах динамического диапазона пробника поля. При вертикальной поляризации передающей антенны и пробника поля регистрируют показания пробника во всех позициях и на всех частотах. Испытания повторяют при горизонтальной поляризации передающей антенны и пробника поля.

На каждой частоте получают 26 независимых показаний пробника (13 позиций и две поляризации). Максимальный разброс показаний на каждой частоте должен быть менее  0,5 дБ (рисунок I.8).

Рисунок I.8 - Пример данных альтернативной валидации камеры

I.4.3 Процедура калибровки пробника

Многие современные пробники позволяют применять внутренние коэффициенты коррекции для обеспечения линейного отклика. Калибровочные лаборатории могут изменять эти коэффициенты коррекции, чтобы получить линейность пробника в пределах  0,5 дБ от идеальной. При проведении данной процедуры калибровочные лаборатории должны регистрировать сведения об отклике пробника перед корректировкой и после нее. Процесс проверки линейности пробника следует применять ко всем калибруемым пробникам. О влиянии нелинейности системы калибровки см. I.3.2.

Примечание - При невозможности корректировки пробника любую нелинейность следует компенсировать при использовании пробника для проведения калибровки однородности поля.

Измерительная система и обстановка при калибровке пробника должны соответствовать требованиям I.4.

I.4.3.1 Испытательная установка

Устройство крепления, которое не полностью соответствует требованиям I.4.2.6, может привести к большой неопределенности измерений. Поэтому должна быть проведена валидация устройства крепления по I.4.2.6.

Калибровку пробника поля следует проводить в соответствии со спецификацией пользователя или спецификацией изготовителя, относящейся к ориентации пробника. Данную ориентацию следует также использовать в испытательной лаборатории для уменьшения эффектов изотропии.

Если изготовитель не устанавливает конкретной ориентации пробника в эксплуатационной документации, то калибровку пробника следует проводить при ориентации, которая может рассматриваться как "ориентация нормального использования", или в соответствии с предпочтительной ориентацией, определенной испытательной лабораторией, использующей пробник.

В любом случае в отчете о калибровке должна быть указана ориентация, для которой была проведена калибровка.

Примеры испытательной установки приведены на рисунках I.9 и I.10.

Рисунок I.9 - Расположение пробника поля при калибровке

Рисунок I.10 - Расположение пробника поля при калибровке (вид сверху)

I.4.3.2 Отчет о калибровке

Результаты измерений, полученные с учетом I.4.3.1, должны быть документированы как отчет о калибровке.

Отчет о калибровке должен содержать по меньшей мере следующие сведения:

a) обстановка при калибровке;

b) изготовитель пробника;

c) обозначение типа;

d) серийный номер;

e) дата калибровки;

f) температура и влажность воздуха;

g) детальные сведения о калибровке:

- частота,

- приложенная напряженность поля, В/м,

- показание пробника, В/м,

- ориентация пробника;

h) неопределенность измерений.

Примечание - Рекомендации по неопределенности измерений приведены в IEEE Std 1309 [2].

I.5 Альтернативная калибровка пробника: обстановка и методы

Настоящий подраздел содержит сведения об обстановке альтернативных средств калибровки, например применяемых для калибровки пробника в полосе низких частот.

Калибровка может быть проведена в обстановке, которая может быть определена как отличающаяся от испытательной обстановки, установленной в настоящем стандарте. При этом учитывается, что в противоположность оборудованию, применяемому для испытаний на помехоустойчивость, пробники поля, как правило, малы и обычно не содержат проводящих кабелей.

I.5.1 Калибровка пробника поля с использованием ТЕМ-ячеек

Для установления стандартных полей в целях калибровки пробников может быть использована прямоугольная ТЕМ-ячейка. Высшая применимая частота ТЕМ-ячейки может быть определена методами, установленными в IEC 61000-4-20, подраздел 5.1. Высшая применимая частота обычно равна нескольким сотням мегагерц. Поле в центре ТЕМ-ячейки между промежуточной и верхней пластинами, В/м, рассчитывают по формуле

,

где Z₀ - характеристическое полное сопротивление ТЕМ-ячейки (как правило, 50 Ом);

P_net - подводимая мощность, Вт, определяемая в соответствии с I.4.2.1;

h - разделительное расстояние между промежуточной и верхней или нижней пластинами, м.

Следует принять меры, чтобы VSWR ТЕМ-ячейки был малым, например менее 1,3, что минимизирует неопределенность измерений.

Альтернативным методом измерения P_net является использование калиброванного аттенюатора с низким значением VSWR и датчика мощности, подключенных к выходному порту ТЕМ-ячейки.

I.5.2 Калибровка пробника поля с использованием волноводных камер

Рисунок I.11 - Поперечное сечение волноводной камеры

Калибровочные лаборатории должны обеспечить работу волноводных камер в режиме доминантной моды ТЕ₁₀. Частоты, на которых могут возбуждаться моды высших порядков, необходимо исключить. Изготовители волноводов, как правило, указывают полосу частот, в которой может существовать только доминантная мода. Эта полоса частот может быть определена также по измерениям волновода. Использование волноводных камер ограничивается полосой частот от приблизительно 300 МГц до 1 000 МГц при типичных размерах пробников.

Для волноводной камеры с внутренними размерами а (м) x b (м) (а > b) частота обреза доминантной моды

,

где и - магнитная и электрическая проницаемость среды волновода.

Для воздушной среды волновода  =  = 400 нГнм^-1,  =  = 8,854 пФм^-1.

Частота обреза для волновода с воздушной средой, МГц

.

Среднеквадратичное значение Е-поля в центре волновода, В/м, равно

,

где f - рабочая частота, МГц;

 = 377 для волновода с воздушной средой;

P_net - мощность, передаваемая в волновод, Вт, определяемая в соответствии с I.4.2.1.

Следует отметить, что поле внутри волноводной камеры не является ТЕМ-волной и имеет наибольшее значение в центре волновода (с синусоидальным распределением и нулевыми значениями на боковых стенках волновода). Рекомендуется, чтобы пробник поля находился в центре волновода, где вариации распределения поля наименьшие (поле более однородно), чем в других местах. Более подробные сведения о волноводах, в том числе о расчетах частот обреза для других мод, приведены в [5].

I.5.3 Калибровка пробника поля с использованием открытых волноводов

Аналитическое и эмпирическое решения для поля ближней зоны в открытом конце волновода приведены в [6]. Учитывая, что простое теоретическое решение для поля ближней зоны в открытом конце волновода отсутствует, следует применить либо численные методы, учитывающие все волны, либо методы измерений, как указано в [4].

Если поле ближней зоны в открытом конце волновода определено, необходимо следовать процедуре, установленной в I.4.3.

I.5.4 Калибровка пробников поля методом передачи усиления

Для установки стандартных полей в полеобразующем устройстве (рабочем стандартном устройстве) может быть использован передаточный пробник. Отклик передаточного пробника может быть определен либо путем проведения теоретических расчетов (для такого пробника, как диполь), либо калибровкой, выполняемой в соответствии с методами I.5.1 или I.5.2.

Передаточная функция рабочего стандартного устройства, такого как ТЕМ-камера гигагерцевого диапазона, может быть определена с использованием передаточного пробника. Распределение поля в рабочем стандартном устройстве следует определять передаточным пробником, т.е. поле должно быть измерено во многих местах, как это требуется для оценки однородности поля в испытательном объеме. Если передаточная функция рабочего стандартного устройства известна, то калибровка пробника может быть выполнена при других уровнях мощности, учитывая линейность рабочего стандартного устройства. Пробник, калибруемый таким образом, размещают в том же месте, где находился передаточный пробник.

Для обеспечения точности метода передачи усиления необходимо соблюдение следующих условий:

- установка не изменяется за время между выполнением процедур передачи и калибровки;

- расположение пробника при измерениях воспроизводимо;

- передаваемая мощность остается той же самой;

- испытуемый пробник конструктивно подобен передаточному пробнику (по размерам и элементам конструкции);

- кабели, подключающие сенсорную головку, не нарушают поля;

- рабочее стандартное устройство является преимущественно безэховым.

Детальная информация по этому методу приведена в [7] и [8].

I.6 Ссылочные документы

[1]	STUBENRAUCH, С., NEWELL, С. А. С., REPJAR, А. С. A., MacREYNOLDS, K., TAMURA D. Т., LARSON, F. Н., LEMANCZYK, J., ВЕНЕ, R., PORTIER, G., ZEHREN, J. С., HOLLMANN, Н., HUNTER, J. D., GENTLE, D. G., and De VREEDE, J. P. M. International Intercomparison of Horn Gain at X-Band. IEEE Trans. On Antennas and Propagation, October 1996, Vol. 44, No. 10 (Международное сравнение усиления рупорных антенн в диапазоне X)
[2]	IEEE 1309, Calibration of Electromagnetic Field Sensors and Probes, Excluding Antennas, from 9 kHz to 40 GHz (Калибровка сенсоров и пробников электромагнитного поля, исключая антенны, в полосе частот 9 кГц - 40 ГГц)
[3]	KANDA, М. and KAWALKO, S. Near-zone gain of 500 MHz to 2.6 GHz rectangular standard pyramidal horns. IEEE Trans. On EMC, 1999, Vol. 41, No. 2 (Усиление в ближней зоне прямоугольных стандартных пирамидальных рупоров от 500 МГц до 2,6 ГГц)
[4]	NEWELL, Allen С., BAIRD, Ramon С. and Wacker, Paul F. Accurate measurement of antenna gain and polarization at reduced distances by extrapolation technique. IEEE Trans. On Antennas and Propagation, July 1973, Vol. AP-21, No. 4 (Точное измерение усиления и поляризации антенны на уменьшенных расстояниях с применением техники экстраполяции)
[5]	BALANIS, С. A. Advanced Engineering Electromagnetics. John Wiley & Sons, Inc., 1989, pp. 363-375 (Повышенный курс электромагнетизма для инженеров)
[6]	WU, Doris I. and KANDA, Motohisa. Comparison of theoretical and experimental data for the near field of an open-ended rectangular waveguide. IEEE Trans. On Electromagnetic Compatibility, November 1989, Vol. 31, No. 4 (Сравнение теоретических и экспериментальных данных для ближней зоны открытых прямоугольных волноводов)
[7]	GLIMM, J., , K., РАРЕ, R., SCHRADER, Т. and SPITZER, М. The New National Standard of EM Field Strength; Realisation and Dissemination. 12th Int. Symposium on EMC, Zurich, Switzerland, February 18-20, 1997, ISBN 3-9521199-1-1, pp. 611-613 [Национальный стандарт напряженности электромагнитного поля (реализация и распространение)]
[8]	GARN, Н., BUCHMAYR, М., and MULLNER, W. Precise calibration of electric field sensors for radiated-susceptibility testing. Frequenz 53 (1999) 9-10, Page 190-194 (Точная калибровка сенсоров электрического поля для испытаний на восприимчивость к излучениям)