【前文回顧】：虹科方案|如何使用虹科RadiSense電場探頭提高場強(qiáng)測量的準(zhǔn)確性

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各向同性表現(xiàn)，被遺忘的規(guī)范

EMC 測試實驗室使用電場探頭來確定輻射抗擾度測試期間產(chǎn)生的電場強(qiáng)度。

電場探頭可用來驗證產(chǎn)生電場強(qiáng)度的值，同時也是唯一且絕對的參考。因此，電場探頭的精度至關(guān)重要。多年來，許多探頭制造商以不同的方式探索探頭精度。

一般來說，用戶想要計算電場探頭的整體精度，甚至是測量電場強(qiáng)度的精度，必須考慮到幾個指定參數(shù)的不確定性，如線性度、頻率響應(yīng)、溫度漂移和非各向同性表現(xiàn)。因為探頭規(guī)范通常較為混亂、不完整有時甚至具有誤導(dǎo)性，所以這項任務(wù)可能會非常繁瑣。本文的目的是對正確閱讀和理解探頭規(guī)范提供一個較為清晰的解釋。

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什么是各向同性響應(yīng)

具有完美各向同性響應(yīng)的電場探頭會給出完全相同的電場強(qiáng)度讀數(shù)，而且與探頭在場中的旋轉(zhuǎn)方式無關(guān)。換句話說，如果探頭以隨機(jī)方式在其所有軸上旋轉(zhuǎn)，探頭的讀數(shù)也根本不會改變。在這種情況下，測得的電場圖將是完美的球形即360 度。在實踐中，由于許多原因，每個 電場探頭都會存在非各向同性表現(xiàn)，例如 x、y 和 z 軸探測器之間的差異、探頭外殼的鋒利邊緣（導(dǎo)致渦流）、探頭支架（安裝）、光纖連接等。

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如何測量各向同性響應(yīng)？

由于探頭的球形表面會針對探頭使用的每個頻率進(jìn)行完全的掃描，測量“真實”各向同性響應(yīng)將是一項極其耗時的任務(wù)。您會在實踐中發(fā)現(xiàn)兩種不同的方法：

軸間平衡

在電場探頭的校準(zhǔn)過程中，一個場方向（如垂直）會產(chǎn)生一個電場， x、y 和 z 軸場探頭元件依次與場平行放置。軸之間的測量差異代表著各個軸之間的不平衡。盡管測量是在“理想”條件下進(jìn)行的而且只能代表各向同性響應(yīng)的一小部分，這有時也會被報告為各向同性響應(yīng)。在這種方法中，我們不用考慮軸之間的探頭響應(yīng)。

旋轉(zhuǎn)對稱

在旋轉(zhuǎn)對稱的測量過程中，探頭經(jīng)過特殊處理后被放置在消聲校準(zhǔn)室中，它與生成的磁場方向呈 54.7 度角， 該角度也被稱為“魔角”。只要在 360 度區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)探頭并使其保持在這個“魔角”，那么每旋轉(zhuǎn) 120 度，每個軸都會與磁場方向平行。該方法可以用來測量探頭在“最壞情況”的位置的各向同性表現(xiàn)，結(jié)果將顯示在圓形圖中。從圖中可以看到軸之間的平衡和軸之間的響應(yīng)，從而更好地了解電場探頭的各向同性表現(xiàn)。

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為什么各向同性表現(xiàn)如此重要

消聲室中的場通常只有一個場方向即水平或垂直。

這可能會錯誤地得出這樣的結(jié)論：即使探頭的各向同性響應(yīng)很差，一個軸平行于生成場的探針也能正確測量生成的場強(qiáng)。在實際情況中，消聲室中的場分布其實并不完美。從 EN61000-4-3 可以很容易地看出這一點(diǎn)，它要求電波暗室中場均勻性的最大誤差不超過 6 dB。

電波暗室的這種非各向同性場表現(xiàn)是由暗室中發(fā)生的反射引起的，即使經(jīng)過大量努力，如使用吸收材料來減少這些反射也是如此。

當(dāng)這些反射測量不正確時，意味著消聲室性能測量也不正確，這通常會導(dǎo)致在 16 點(diǎn)校準(zhǔn)過程中不合理地拒絕或批準(zhǔn)進(jìn)入，同時也會導(dǎo)致在正常 EMC 測試期間不能準(zhǔn)確地測量場強(qiáng)。

因為使用場探頭進(jìn)行16點(diǎn)校準(zhǔn)的目的是確定消聲室中的場是否均勻（僅存在于一個場方向），所以消聲室中的場只有一個場方向和探頭不必是各向同性這兩者可以互相論證。

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如何測定各向同性性能

多年來，探頭制造商在單個頻率點(diǎn)和相對較低的頻率下測定各向同性性能。然而場探頭的各向同性響應(yīng)會隨著頻率發(fā)生強(qiáng)烈變化，低頻下各向同性相對較好的探頭在高頻下的性能會變得更差。

在低頻下，與射頻場的波長相比，探頭的尺寸相對較小。例如在 50 MHz 時，波長為 1.5m，則每個電場探頭都偏小。在這種情況下，我們默認(rèn)電場探頭將具有較好的各向同性響應(yīng)。

然而，在達(dá)到幾 GHz 的頻率下，與被測場的波長相比，電場探頭的尺寸變得不可忽略，并且會出現(xiàn)較大的各向同性偏差。?

目前，電場探頭制造商在低于 2 GHz 的頻率下測定其各向同性性能，此時電場探頭的各向同性響應(yīng)相對較好。然而更值得關(guān)注以及更加影響測試結(jié)果的應(yīng)該是探頭能達(dá)到的最高頻率下的各向同性響應(yīng)。

對知名探頭制造商的眾多不同電場探頭的測量表明，在3~6 GHz的頻率下，各向同性誤差甚至能達(dá)到6~10 dB ！

虹科開關(guān)與仿真團(tuán)隊

虹科是在各細(xì)分專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的資源整合及技術(shù)服務(wù)落地供應(yīng)商。在測試測量行業(yè)經(jīng)驗超過17年的高科技公司，虹科與世界知名的測量行業(yè)巨頭公司Marvin Test、Pickering Interface, Spectrum, Raditeq等公司合作多年，提供領(lǐng)域內(nèi)頂尖水平的基于PXI/PXIe/PCI/LXI平臺的多種功能模塊，以及自動化測試軟件平臺和測試系統(tǒng)，通用臺式信號源設(shè)備，高速數(shù)字化儀，EMC和射頻測試方案等。事業(yè)部目前已經(jīng)提供覆蓋半導(dǎo)體、3C、汽車行業(yè)的超過25個大型和超大型自研系統(tǒng)項目。我們的解決方案已在汽車電子、半導(dǎo)體、通信、航空航天、軍工等多個行業(yè)得到驗證。此外，我們積極參與半導(dǎo)體、汽車測試等行業(yè)協(xié)會的工作，為推廣先進(jìn)技術(shù)的普及做出了重要貢獻(xiàn)。至今，虹科已經(jīng)先后為全國用戶提供了100+不同的解決方案和項目，并且獲得了行業(yè)內(nèi)用戶極好口碑。