辐射抗扰度试验中发射天线波束宽度对
场强均匀性的影响
Influence of Beam Width of Transmit Antenna on Uniformity of
Field Strength in Radiation Immunity Test
孟凡钧（江苏省电子信息产品质量监督检验研究院，江苏无锡214073）
Meng Fan-jun(Jiangsu Electronic Information Product Quality Supervision&Inspection Institute,Jiangsu
Wuxi214073）
摘要：辐射抗扰度测试是EMC中重要的一项测试内容，其射频能量是通过天线发射并施加到EUT上，而测试中的对于被测垂直平面的场均匀性有明确的要求。而天线的波束宽度对其辐射垂直面能量分布有直接影响，因此对于场强均匀性也有明显的影响，该文从理论出发结合实例论证了相关关系并得出结论。
关键词：辐射抗扰度；天线；波束宽度；场强均匀性
中图分类号：TN827.1文献标识码：A文章编号：1003-0107(2018)07-0093-05 Abstract:The radiation immunity test is an important test in EMC.The radio frequency energy is transmitted through the antenna and applied to the EUT,and the field uniformity of the measured vertical plane is clearly required in the test.The beam width of the antenna has a direct influence on the distribution of the radiation vertical surface,so it has an obvious influence on the field intensity uniformity.This paper demonstrates the relationship and concludes from theory and examples.
Key words:radiation immunity;antenna;beam width;field uniformity
CLC number:TN827.1Document code:A Article ID：1003-0107(2018)07-0093-05
0引言
众所周知，天线波束宽度是衡量天线能量辐射角度的物理量，在辐射抗扰度的试验过程中，波束宽度越大，在被测平面上的得到的场强分布越均匀，越能符合场均匀性的要求。
所以本文就波束宽度在辐射抗扰度试验中对场强均匀性的影响程度做一个初步的研究和概述。
1概念解释及理论计算
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首先解释一下波束宽度的概念，3dB波束宽度在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。如图1所示。
在3m距离的辐射抗扰度测试过程中，以恒功率为例，要求在4*4的方阵图上有12个点要满足场强幅值最大值和最小值6dB的要求。
在这里我们假设一个前提，即天线位置位于4*4的中间位置，这也是正常情况下测试的天线位置。那么天线在同一个垂直平面上的功率分布应该是一个椭圆。具体如图2
所示。
图1天线3dB
带宽示例图
图2满足场均匀性的大小圆
作者简介：孟凡钧(1988-)，男，工程师，学士学位，长期从事EMC测试与标准制定工作。
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2018年第07期(总第376期)
图2中有两个椭圆，一个是最大模型，即刚好包括了所有的点，理论上能保证所有点都在要求范围之内，按照理想模型，中间的辐射强度是要比边上高的，所以最小模型则是能包括除了四角四点之外的十二点。
这样我们下面可以计算出理论上允许的天线最小波束宽度。
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先计算最大模型，这个椭圆的最小极限值其实就是一个刚好包括四角的圆，圆半径为1.50/1.414m=1.06m.则对应的3dB 波束宽度为2*arctan(1.06/3)=38.9°，具体如图3
所示。
图3大模型计算图
再计算最小模型，这个椭圆的极限是刚好包住每条边中间两个点的圆，圆半径为sqrt(0.752+0.252)=0.79m，则对应的3dB 波束宽度为2*arctan (0.79/3)=29.5°具体
如图4
所示。护士个人简历模板
图4小模型计算图
因为按照IEC61000-4-3标准要求是满足16点内有12点满足6dB 要求，即最小模型，因此理论计算得出要满足以上要求，最小的3dB 波束带宽必须要大于29.5°
2
实例计算
下面对于一个典型的辐射抗扰度使用的喇叭天线
甲状腺癌的早期症状进行实例验证。
如图5所示，是美国AR 公司所产的型号为ATH 800M5GA 的喇叭天线的波束宽度与频率的对应关系，随着频率的增加，喇叭天线的方向性越来越强。
图5AR ATH800M5GA 天线波束宽度随频率变化曲线
将天线作为发射天线，进行场强测试。在相同的前向功率发射下，测试不同位置的场强来反映电磁场的均匀性。测试点一共分为2组9点，第一组中心一点，第二组每条边缘非角两个点，共8个点，即最靠近最小模型圆弧的八个点。点测试位置如图6所示。
第一步，测试中心点从1G-4G 的场强，100MHz 步进。
第二步，测试第二组8个点从1G-4G 的场强，
100MHz 步进。
第三步，变更天线极化方向，重新进行第一步到第二步的测试。
将测试结果体现在图6上。水平方向：
爱媛38号柑桔老年旅游第一组和第二组共九个点的场强随频率的变化趋势(X 轴单位MHz，Y 轴单位V/m)。
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单位转换成对数单位，并减去中间点的值以后，第二组8个点与6dB 线随频率变化如图7所示(X 轴单位
MHz，Y 轴单位
dB)：
图6水平方向各点场强随频率变化趋势图
图7水平方向各点归一化计算后随频率变化趋势图
由图7可知，
在2200MHz 这个频点上，场强最大和最小点的差值为5.83，接近6dB，下一个点为2800MHz 这个频点，为6.3dB，已超过6dB 要求。以2200MHz 而言，对照图1，此时水平方向的3dB 波束带宽略小于30°，以2800MHz 而言，对照图1，水平方向的3dB 波束带宽约
为25°，不过此时已经不满足场均匀性了。
垂直方向：
第一组和第二组共九个点的场强随频率的变化趋势如图8所示(X 轴单位MHz，Y 轴单位V/m)。
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期)
图8医生英语怎么说
垂直方向各点场强随频率变化趋势图
单位转换成对数单位，并减去中间点的值以后，第二组8个点与6dB 线随频率变化如图9所示(X 轴单位
MHz，Y 轴单位dB)：
由图9可知，
在2200MHz 这个频点上，场强最大和最小点的差值为6.7，已超过6dB，前一个点为2100MHz，为5.07dB，满足要求，而且可以看出来在2200MHz 这个点上，所有点均有偏离中心点的趋势。以2200MHz 而言，对照图1，此时垂直方向的3dB 波束带宽略小于30°，
以2100MHz 而言，对照图1，垂直方向的3dB 波束带宽略大于30°。
在这里需要解释一下实测数据结果在低频端不合理的地方，如果是一个标准的主瓣喇叭天线，中心点的辐射场强应该是最强的，而我们的测试结果均反映了这
图9垂直方向各点归一化计算后随频率变化趋势图
样一个事实，就是在1000MHz~1300MHz 这个频段内，有不少点是大于中心点的场强的，
这可能是由于如下原因，即在低频端，喇叭天线的方向性弱，有可能造成主瓣中心凹陷，此时的中心点场强反而弱于平面上其他点，不过因此却使得场均匀性十分好，
测试结果也证明了这一点，而随着频率增加，喇叭天线方向性越来越强，主瓣越来越细长，中心点场强比其他点场强大的越来越多，场均匀性越来越差。
3结语
上述的试验结果，水平方向实际测试出来满足场均
匀性需要的波束带宽在25°到30°之间，而垂直方向实际测试出来满足场均匀性需要的波束带宽在30°左右。这和我们理论计算的结果非常吻合，
证实我们的理论模型是合理的。以后在选择辐射抗扰度天线的时候，通过查阅说明书中的3dB 波束带宽就能给予我们一个初步的判定，
增加了选择的准确性。
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