电磁兼容EMC测试系列：天线的分类和选型

电磁兼容EMC测试系列：天线的分类和选型电磁兼容EMC，离不开测试，不管是辐射骚扰测试还是抗辐射骚扰度测试，除了EMI接收机，信号源，功率放大器等仪器之外，都要用到天线。天线，既可以用来发射信号又可以用来接收信号，是可逆的，具有互易性，可以看作是一种换能器，是电路与空间的界面器件。用来发射信号时将信号源产生的高频电信号转换成空间的电磁波沿一定的方向发射出去；用来接收信号时，将空间的电磁波转换成电信号通过电缆传送到接收机。天线的主要参数包括：频率范围，增益，天线系数，方向图，功率，阻抗，电压驻波比等。在EMC测试中，根据不同的EMC标准，比如辐射骚扰的通用标准IEC61000-6-3（居住和商用环境），IEC61000-6-4（工业环境），规定了要进行不同频段的辐射骚扰测试和抗辐射骚扰度测试。具体到不同产品标准，比如：·针对电气照明设备的无线电干扰测试IEC/CISPR15，EN55015，GB17743规定了要进行9KHz到300MHz的辐射骚扰测试；针对电气照明设备的无线电抗干扰度测试IEC61547，EN61547，GB18595规定了要进行80MHz到1000MHz的辐射抗骚扰度测试；·针对家用电器的无线电干扰测试IEC/CISPR14-1，EN55014-1，GB4343.1规定了要进行30MHz到300MHz的辐射骚扰测试；针对家用电器的无线电抗干扰度测试IEC/CISPR14-2，EN55014-2，GB4343.2规定了要进行80MHz到1000MHz的辐射抗骚扰度测试；·针对ITE信息技术设备的无线电干扰测试IEC/CISPR22，EN55022，GB9254规定了要进行30MHz到1000MHz的辐射骚扰测试。基础标准GB/T6113.203-2008规定了对于1GHz到6GHz的测量限值；针对ITE信息技术设备的无线电抗干扰度测试IEC/CISPR24，EN55024，GB/T17618规定了要进行80MHz到1000MHz的辐射抗骚扰度测试；不同产品标准规定了要进行不同频段的测试，也会用到不同类型的天线，为了便于选择，把常用天线类别和覆盖的频率范围归纳了一下，如图1所示。图1、EMC测试天线选型图单极垂直天线如图2所示，这款天线覆盖的频率范围9KHz到30MHz,高度是1米，天线系数是+10dB/m+-1.5dB；最大测量场强:1V/m。带有放大器，属于有源单极垂直天线，主要用于9KHz到30MHz的电场分量的测量。图2、单极垂直天线环形天线如图3所示，这款天线覆盖的频率范围也是9KHz到30MHz,内环直径:600mm，天线系数是20dB（典型值）；最大测量场强:>137dBμV/m(7V/m)。带有放大器，主要用于9KHz到30MHz的磁场分量的测量。图3、HLA6120环形天线偶极子天线如图4所示，根据可拉伸的长度不同，这两款天线覆盖的频率范围分别为从30MHz到300MHz和从300MHz到1GHz。这种天线的长度对应工作频率的半波长，所以在测量中根据不同频率需要调制长度。由于固定频率的半波偶极子天线能提供更好的性能，所以经常会用于天线的校准和场地衰减的测量。图4、VDA6116A/UHA9105调谐偶极子天线双锥天线如图5所示，这款天线覆盖的频率范围从30MHz到300MHz,具体参数的频响曲线如图6所示。适用于CISPR/EN,FCC和MIL-STD等标准的测试。图5、VBA6106A双锥天线图6、VBA6106A参数频响曲线如图7所示，这款紧凑式双锥天线覆盖的频率范围从200MHz到1GHz，属于偶极磁场强度测量天线，天线系数典型值:20dB/m~32dB/m；增益典型值:-3.5dB~+1.5dB；VSWR典型值:≤2.0(350MHz~1000MHz).图7、DPA4000A双锥天线如图8所示，这款紧凑式双锥天线覆盖的频率范围从800MHz到2.8GHz，属于偶极磁场强度测量天线，天线系数典型值:30dB/m~38dB/m；增益典型值:-2.0dB~+1.5dB；VSWR典型值:≤2.5(1GHz~2.5GHz).图8、DPA3000双锥天线对数天线如图9所示，这两款天线覆盖的频率范围分别为从300MHz～1GHz和从200MHz～1GHz。典型增益:4dB；阻抗:50Ω；最大持续功率:300W，天线的方向图如图10所示。适用于CISPR/IEC/EN,FCC,MIL-STD等标准的测试。图9、UPA6108/6109对数周期天线图10、UPA6108的方向图复合天线如图11所示，这款天线覆盖的频率范围从30MHz～2GHz。典型增益:6dB；阻抗:50Ω；VSWR:1.5：1；最大持续功率:200W；天线因数(典型值)：30MHz:20dB/m；60MHz:8dB/m；300MHz:14dB/m；500MHz:18dB/m；1000MHz:24dB/m；2000MHz:30dB/m。图11、UPA6192复合宽带天线如图12所示，这款天线覆盖的频率范围从26MHz～3GHz。典型增益:6dB(200MHz~3GHz)/8dB(700MHz~2.5GHz)；阻抗:50Ω；VSWR:最大2：1；最大持续功率:600W。图12、CBL6144复合宽带天线喇叭天线如图13所示，这款天线覆盖的频率范围从1GHz～18GHz。典型增益:4~15dBi；阻抗:50Ω；VSWR:最大2.5：1；最大持续功率:200W。图13、BHA9118喇叭天线天线通常需要安装在三脚架或者天线桅杆上，便于升降和调节方向。为了减小对射频信号的反射和影响，这些三脚架或者天线桅杆通常会采用非金属材料。图14所示为BTP6020A三脚架，采用玻璃纤维材料，它可承载最高达50公斤。图15为一款天线桅杆。图14、BTP6020A天线三脚架图15、CAM6330A天线桅杆除了手动的在EMC实验室里还会用到可自动控制升降装置。针对EMC测试的各