医用电器设备辐射抗扰度

1、医用电器设备辐射抗扰度医用电气设备的电磁兼容标准YY0505-2005不久将要正式执行，各地的医疗器械检测机构也都在加紧建设电磁兼容试验室，而辐射抗扰度系统是电磁兼容测试系统中，最复杂、涉及仪器最多、投资也最大的一个测试系统（不包括电波暗室测试场地本身），因此有必要对医用电气设备辐射抗扰度系统的选型进行一下探讨。1 总体要求医用电气设备辐射抗扰度系统（见图1）一般情况下包含信号发生器、发射天线、功率放大器、射频切换开关、功率计、场强探头、定向耦合器等关键设备。系统应能在80MHz2.5GHz频段内按照医用电气设备的电磁兼容标准YY0505-2005/IEC60601-1-2:2001进行辐射抗

2、扰度测试，能以2Hz和1kHz的正弦波进行幅度调制，调制深度80，计算机控制软件具有1.5×10-3十倍频程/s自动扫描功能和手动设置功能。另外系统还应满足标准GB/T17626.3：2006的要求，在暗室内通过20V/m的场均匀度校准。虽然YY0505-2005标准里规定的最大测试场强值为10V/m，但由于GB/T17626.3：2006要求校准时的场强值至少为测试场强值的1.8倍，新的英文标准IEC61000-4-3:2008里则建议为2倍，所以需要进行20V/m的场均匀度校准。在国外最新讨论的IEC60601-1-2标准中，已经准备将最高频率上升到6GHz，因此在条件允许的情况

3、下，尽可能使得一些设备满足6GHz或更高频率的要求,如信号发生器、发射天线、功率计、场强探头及场强监视器等，避免因标准变化而需要升级时达不到相应的频率要求。功率放大器由于金额比较大，可以在资金充足的时候加以配齐，但应考虑将来配置2.56GHz功率放大器的安装空间和射频切换开关的切换问题。图1 医用电气设备辐射抗扰度系统2 硬件要求2.1 信号发生器在YY0505-2005标准里，规定的辐射抗扰度测试频率范围为80MHz2.5GHz，因此信号发生器的覆盖频率范围至少包括80MHz2.5GHz。另外标准还规定了针对控制、监视或测量生理参数用途的医用电气设备需要进行2Hz的幅度调制，其他所有设备则进

4、行1kHz的幅度调制，所以信号发生器最好能同时具备内置2Hz及1kHz的正弦波进行幅度调制功能（许多信号发生器暂时还不具备内置2Hz幅度调制的功能），调制深度80。如果信号源没有内置2Hz幅度调制的功能，则需要再购买外置函数信号发生器，进行相应的调制，不仅增加费用，也增加了系统得复杂性。2.2 发射天线发射天线的频率范围也至少应覆盖80MHz2.5GHz。当然天线也可以根据频段分成几根天线，例如1GHz以下采用对数周期天线，1 GHz以上采用喇叭天线。天线的增益应尽可能大，这样可以保证功放在同样的输出功率情况，天线发出较高的场强值。天线的驻波比应小于2。天线端的输入功率根据公式：Pt（W）=E

5、：要求的场强；r：测试距离；：天线增益。输入功率不可超过天线的承受能力。发射天线最好自带天线支架，尽量不借用暗室内的天线升降塔，因暗室内的天线升降塔主要为测量天线使用。因1GHz以下的发射天线一般都比较笨重，所以最好能在气动或电动状态下自动变换极化方向。如果不能，则需要能在单人操作的情况下轻松改变极化方向但不影响发射天线的中心高度。2.3 功率放大器功率放大器的频率范围也至少应覆盖80MHz2.5GHz。当然也可以根据频段分成几个功率放大器，例如以1GHz频率点为界，分成上下两个功放。由于功率放大器的价格相对功率的大小基本上呈现平方数的增长，因此处于成本的因素和满足测试指标的需要，计算所需功率

6、从而选择合适的放大器是很有必要的。一般情况下应当考虑测试距离误差、调制方式、天线驻波比以及电缆和接头的损耗，另外GB/T17626.3：2006标准里要求放大器产生的谐波和失真电平应比载波电平至少低20dB，因此还应保证功率放大器工作在线性区，且一般工作在最大输出功率的90范围内。2.4 射频切换开关如果在80MHz2500MHz频段内采用2个或2个以上的功放，则需要有射频切换开关，以保证能自动将放大器的输出切换到规定频段，避免电缆人工经常切换。在80MHz1000MHz频段应能够承受300W功率，在1000MHz2500MHz频段应能够承受150W功率。2.5 功率探头至少需要有2个功率探头

7、，一个记录前向功率，一个记录反向功率。有时仪器供应商可能会仅仅提供一个功率探头记录前向功率，虽然正常情况下也能照常工作，但是一旦天线出现不匹配等情况，如果没有监视其反向功率则可能造成功放的损坏。覆盖的频率和测量范围应尽可能宽，避免因标准变化而需要升级时达不到相应的频率要求。2.6 功率计至少应该是一个双通道功率计，满足前向和反向两个功率探头监测的需要。覆盖的频率和测量范围也应尽可能宽，并和相应的功率探头配套。2.7 场强监视器由于民用标准不需要用闭环法进行测试，因此一般用不到多通道的场强监视，因此使用单通道的场强监视器就可以满足相应的要求。但是尽量采用在面板上有场强显示的场强监视器，这样在手动

8、操作时不通过测试软件也能够监视相应的场强。2.8 场强探头尽量不要使用内置电池的场强探头:一是因为电池需要经常充电，十分麻烦；二是电池在电量不足时，可能引起测试数据的差别；三是万一电池损坏，调换电池也比较麻烦（有些电池还需要从国外进口，不仅时间长，而且费用也贵），影响试验的进行。推荐使用激光场强探头，直接通过光缆进行供电，就可以避免以上问题。2.9 电缆和接头提供的电缆最好选择工作频段高达18GHz的大功率低损耗电缆，使得连接电缆和接头的损耗尽可能小。实际上6GHz的大功率低损耗电缆也能够满足YY0505-2005的要求了，因为从现在来看，即使将来新的标准扩展到6GHz，也能够达到要求。但是如

9、果功放的功率有限，系统发射20V/m的场强时已经处于临界状态，那么使用18GHz的大功率低损耗电缆也是有必要的，毕竟电缆增加的费用比起功率放大器增加的费用来要少很多。2.10 机柜需将信号发生器、功率计、系统控制器及场强监视器等设备组合到机柜中，使得电缆、电线不至于凌乱，另外也要方便人工操作。如果试验室没有单独的功放室用来摆放功放，那么采用屏蔽机柜也是一个不错的办法，可以将功放放在屏蔽机柜内，不仅减少了功放的电磁辐射，也有利于降低功放的噪音。由于功放发热量大，必须保证机柜内通风良好，利于散热。机柜的空间还应考虑到将来升级时再增加一个功放的摆放位置。2.11 计算机及GPIB卡如果在固定场所用，建议使用台式计算机，一是台式机相对更加稳定，二是计算机和仪器之间的连接线连好以后，也可避免频繁的插拔，三是用在笔记本电脑上的GPIB卡或Express卡与连接线的接口比较脆弱容易损坏。另外和机柜之间的连接建议使用光纤转换器转换再用光纤进行连接，一是光纤损耗小，二是测试计算机与机柜之间的距离可以离的更远，减少一些噪音。3 软件要求软件应具有辐射抗扰度全自动测试和校准功能，实现对信号源、功放切换等设备的自动控制，还应对试验的主要技术参数如频率、信号源读