《通信技术与标准》

通 信 设 备 和 系 统 电 磁 兼 容 技 术 与 标 准 肖 雳 郭 琳 訾 晓 刚 周 镒 1 概 述 随 着 信 息 通 信 业 的 高 速 发 展, 促 进 了 通 信 设 备 的 大 量 开 发 和 应 用, 其 复 杂 程 度 也 越 来 越 高, 系 统 间 设 备 间 潜 在 的 干 扰 源 无 处 不 在, 信 息 通 信 设 备 之 间 的 电 磁 干 扰 电 磁 辐 射 对 人 体 的 健 康 危 害 也 日 益 严 重, 也 带 来 信 息 安 全 问 题 并 引 起 了 世 界 各 国 的 高 度 关 注 目 前, 多 数 发 达 国 家 对 电 子 产 品 信 息 技 术 设 备, 包 括 通 信 设 备, 都 以 法 律 法 规 的 形 式 规 定 了 电 磁 兼 容 性 能 的 强 制 要 求 通 信 电 磁 环 境 与 安 全 防 护 的 研 究 在 当 今 信 息 化 社 会 的 发 展 中 是 至 关 重 要 的, 需 要 整 个 信 息 产 业 界 花 大 力 气 做 好 相 关 标 准 的 研 究 工 作, 通 过 研 究 制 订 标 准 来 规 范 和 指 导 产 业 的 持 续 发 展 同 时, 电 磁 环 境 与 安 全 防 护 方 面 的 标 准 属 于 国 家 强 制 性 标 准 范 畴 并 且 是 国 家 重 要 的 技 术 壁 垒, 对 于 支 持 和 促 进 民 族 产 业 的 发 展 具 有 非 常 重 要 的 意 义 2 重 点 研 究 技 术 2.1 高 频 辐 射 骚 扰 在 CISPR22:2005 第 五 版 第 一 修 正 案 1GHz-6GHz 辐 射 限 值 和 测 量 方 法 中 给 出 了 高 频 辐 射 骚 扰 测 试 的 限 值 要 求, 并 且 规 定 辐 射 骚 扰 测 试 最 高 频 率 取 决 于 EUT 内 部 工 作 源 的 最 高 频 率, 即 EUT 内 部 产 生 和 使 用 的 最 高 频 率, 或 EUT 工 作 或 调 谐 的 最 高 频 率 此 修 正 案 详 细 规 定 了 1GHz-6GHz 辐 射 骚 扰 的 测 量 仪 器 场 地 和 测 试 方 法 等 测 量 仪 器 应 符 合 CISPR 16-1-1 中 8.2 的 规 定, 其 中 详 细 规 定 了 测 试 接 收 设 备 在 频 率 高 于 1GHz 时 的 要 求, 如 RBW VBW 检 波 方 式 输 入 端 滤 波 器 及 扫 描 时 间 等 由 于 在 高 频 测 试 中, 普 遍 采 用 频 谱 分 析 仪 进 行 测 量, 所 以 该 修 正 案 并 没 有 采 用 在 30MHz-1GHz 辐 射 骚 扰 所 采 用 的 接 收 机 作 为 测 试 设 备, 进 而 在 限 值 方 面 也 是 采 用 了 峰 值 限 值 和 平 均 值 限 值 测 量 天 线 和 场 地 应 分 别 符 合 CISPR 16-1-4 中 第 4.6 节 和 第 8 节 的 规 定, 进 行 1GHz 以 上 测 量 的 天 线 需 是 经 过 校 准 的 线 性 极 化 天 线, 天 线 的 波 瓣 宽 度 或 主 瓣 应 足 够 宽 以 覆 盖 EUT 的 最 大 范 围, 主 瓣 定 义 为 该 天 线 的 3dB 波 瓣 宽 度, 而 测 量 1

场 地 应 满 足 自 由 空 间 无 反 射 条 件, 并 且 归 一 化 场 衰 减 与 理 论 自 由 空 间 场 衰 减 值 相 差 小 于 4dB 而 根 据 最 新 的 CISPR/A/531CD 的 规 定, 要 求 与 理 论 自 由 空 间 衰 减 值 相 差 小 于 3.5dB 测 试 方 法 应 符 合 CISPR 16-2-3 中 7.3 节 的 规 定, 其 中 包 含 测 试 物 理 量 测 试 距 离 EUT 布 置 测 试 布 置 测 试 步 骤 等 的 要 求 A 类 和 B 类 信 息 技 术 设 备 在 3m 测 量 距 离 的 高 频 辐 射 骚 扰 限 值 分 别 如 表 1 和 表 2 所 示 表 1 A 类 信 息 技 术 设 备 在 3m 测 量 距 离 的 辐 射 骚 扰 限 值 频 率 范 围 (GHz) 平 均 值 限 值 (dbuv/m) 峰 值 限 值 (dbuv/m) 1-3 56 76 3-6 60 80 表 2 B 类 信 息 技 术 设 备 在 3m 测 量 距 离 的 辐 射 骚 扰 限 值 频 率 范 围 (GHz) 平 均 值 限 值 (dbuv/m) 峰 值 限 值 (dbuv/m) 1-3 50 70 3-6 54 74 在 2005 年 10 月 的 CISPR 南 非 会 议 上, 通 过 了 CISPR/I/106/CDV 文 件, 该 文 件 对 于 6GHz-18GHz 的 辐 射 骚 扰 限 值 进 行 了 规 定, 如 表 3 和 表 4 所 示 表 3 A 类 信 息 技 术 设 备 在 3m 测 量 距 离 的 辐 射 骚 扰 限 值 频 率 范 围 (GHz) 平 均 值 限 值 (dbuv/m) 峰 值 限 值 (dbuv/m) 6-18 60 80 表 4 B 类 信 息 技 术 设 备 在 3m 测 量 距 离 的 辐 射 骚 扰 限 值 频 率 范 围 (GHz) 平 均 值 限 值 (dbuv/m) 峰 值 限 值 (dbuv/m) 6-18 54 74 由 于 测 试 最 高 频 率 取 决 于 EUT 内 部 源 工 作 的 最 高 频 率, 所 以 需 要 针 对 不 同 设 备 规 定 其 测 量 的 上 限 频 率, 如 表 5 所 示 表 5 EUT 内 部 工 作 源 的 频 率 与 相 应 测 试 频 率 之 间 的 关 系 EUT 内 部 源 频 率 (MHz) 测 试 最 高 频 率 (GHz) EUT<108 1 108<EUT<400 2 400<EUT<1000 5 1000<EUT 最 高 频 率 的 5 倍 或 者 18GHz 中 取 较 小 者 2

2.2 全 电 波 暗 室 自 由 空 间 传 输 损 耗 FSTL 测 试 依 照 最 新 CISPR 16-1-4 中 5.8 的 规 定, 需 要 对 进 行 辐 射 骚 扰 测 试 的 全 电 波 暗 室 进 行 30MHz-1GHz 范 围 内 的 自 由 空 间 传 输 损 耗 FSTL 测 试, 本 测 试 的 目 的 是 衡 量 在 EUT 的 最 大 测 试 范 围 内 的 自 由 空 间 传 输 损 耗 值 与 理 论 自 由 空 间 传 输 损 耗 值 的 差 异, 如 果 此 差 异 过 大, 则 认 为 暗 室 不 符 合 要 求 被 测 试 区 域 为 一 个 圆 柱 形 区 域, 该 圆 柱 的 底 面 直 径 和 高 度 由 该 暗 室 测 试 的 最 大 EUT 尺 寸 来 决 定, 而 他 们 都 取 决 于 该 暗 室 的 测 试 距 离, 如 表 6 所 示 : 表 6 不 同 测 试 距 离 下 最 大 测 试 区 域 测 试 区 域 的 最 大 底 面 直 径 和 高 度 (m) 测 试 距 离 (m) 1.5 3.0 2.5 5.0 5.0 10.0 而 针 对 日 常 较 多 应 用 的 3m 法 全 电 波 暗 室, 可 以 看 出 测 试 的 圆 柱 体 的 底 面 直 径 和 高 度 最 大 为 1.5m, 在 此 条 件 下, 测 试 布 置 如 图 1 所 示 图 1 全 电 波 暗 室 自 由 空 间 传 输 损 耗 测 试 示 意 图 为 尽 量 模 拟 EUT 的 真 实 发 射 情 况, 发 射 天 线 会 在 高 中 低 三 个 不 同 的 水 平 面 3

上 进 行 发 射, 而 接 收 天 线 只 在 中 间 高 度 进 行 接 收 对 于 发 射 天 线, 在 每 个 水 平 面 上 选 择 前 后 左 右 中 五 个 位 置 进 行 测 试, 其 中 中 间 平 面 即 是 暗 室 静 区 中 心 所 对 应 的 水 平 面, 高 平 面 为 中 间 平 面 的 水 平 高 度 加 上 测 试 圆 柱 高 度 的 一 半 然 后 减 去 发 射 天 线 长 度 的 一 半 后 即 发 射 天 线 中 心 所 对 应 的 水 平 面, 低 平 面 与 高 平 面 相 对 于 中 间 平 面 对 称 对 于 发 射 天 线 的 大 小 同 样 也 有 要 求, 相 对 于 3 米 的 测 试 距 离 要 求 它 的 长 度 不 能 超 过 40 厘 米, 而 当 测 试 距 离 增 加 时, 它 可 以 按 比 例 增 大 在 测 试 过 程 中, 发 射 天 线 和 接 收 天 线 的 距 离 需 固 定 不 变, 由 于 接 收 天 线 的 水 平 高 度 只 在 暗 室 的 中 间 高 度 处, 所 以 发 射 天 线 在 高 低 两 个 水 平 面 上 时, 需 要 调 节 发 射 和 接 收 天 线 的 相 对 位 置 如 图 2 所 示 图 2 发 射 接 收 天 线 位 置 调 节 示 意 图 测 试 过 程 中, 测 试 步 长 可 以 随 频 率 的 改 变 而 改 变, 但 是 最 大 测 试 步 长 如 表 7 所 示 表 7 全 电 波 暗 室 自 由 空 间 传 输 损 耗 测 试 测 试 最 大 步 长 频 率 范 围 (MHz) 最 大 测 试 步 长 (MHz) 30-100 1 100-500 5 500-1000 10 2.3 全 电 波 暗 室 场 地 电 压 驻 波 比 SVSWR 测 试 与 全 电 波 暗 室 30MHz-1GHz 自 由 空 间 传 输 损 耗 测 试 目 的 相 同, 全 电 波 暗 室 场 4

地 电 压 驻 波 比 SVSWR 测 试 的 目 的 是 验 证 频 率 在 1GHz-18GHz 范 围 内 的 暗 室 性 能 由 于 目 前 无 线 设 备 测 试 频 率 越 来 越 高, 要 求 在 1GHz 以 上 对 全 电 波 暗 室 的 自 由 空 间 条 件 进 行 验 证 场 地 电 压 驻 波 比 测 试 的 目 的 就 是 检 查 受 试 空 间 的 周 边 由 接 收 天 线 3dB 波 瓣 宽 度 形 成 的 切 线 W 范 围 内 所 提 供 的 自 由 空 间 条 件, 如 图 3 所 示 图 3 SVSWR 测 试 示 意 图 SVSWR 是 由 反 射 信 号 与 直 射 信 号 在 暗 室 内 相 互 作 用 而 导 致 的 接 收 天 线 接 收 端 的 最 大 电 压 与 最 小 电 压 之 比, 用 分 贝 表 示 如 下 : SVSWR db = V max db V min db 为 了 得 到 在 SVSWR 测 试 期 间 暗 室 所 有 的 反 射 面 的 反 射 信 号 强 度, 用 作 发 射 源 的 天 线 应 该 具 有 全 向 发 射 特 性 或 者 象 偶 极 子 天 线 那 样 的 辐 射 模 式 图, 而 接 收 天 线 要 求 必 须 线 性 极 化 SVSWR 的 测 试 布 置 图 4 所 示, 此 试 验 同 样 在 测 试 最 大 区 域 的 高 中 低 三 个 水 平 面 上 进 行, 但 与 自 由 空 间 传 输 损 耗 测 试 不 同 之 处 在 于 此 时 发 射 天 线 和 接 收 天 线 总 处 于 同 一 水 平 面 上, 即 接 收 天 线 也 随 着 发 射 天 线 高 度 的 调 节 而 进 行 相 应 调 节, 但 接 收 天 线 在 水 平 方 向 上 的 位 置 相 对 固 定 以 接 收 天 线 的 前 端 作 为 参 考 点, 发 射 天 线 在 水 平 面 上 一 共 进 行 六 个 位 置 的 测 试, 六 个 位 置 分 别 相 距 测 试 最 大 区 5

域 外 边 缘 的 距 离 为 0 0.7 2.1 3.5 7.7 和 15.4 厘 米, 所 以 共 进 行 18 个 位 置 的 测 量 图 4 SVSWR 测 试 布 置 图 测 试 最 大 区 域 的 高 中 低 三 个 水 平 面 按 照 如 下 方 法 进 行 定 义 : 低 平 面 定 义 为 高 于 地 表 面 1 米 且 至 少 高 于 吸 波 材 料 0.7 米, 高 平 面 定 义 为 测 试 最 大 区 域 的 最 高 高 度, 中 间 平 面 为 两 个 高 低 两 个 平 面 的 中 值 平 面 由 于 接 收 天 线 在 水 平 面 上 的 位 置 固 定, 所 以 测 试 距 离 会 随 着 发 射 天 线 的 位 置 改 变 而 改 变, 所 以 要 求 在 进 行 场 地 评 估 时, 需 要 将 测 量 得 到 的 结 果 都 归 算 到 同 样 的 测 试 距 离 下, 即 归 算 到 测 试 距 离 D(D 为 测 试 最 大 区 域 边 沿 与 接 收 天 线 参 考 点 之 间 的 最 小 距 离 ) 的 情 况 下, 然 后 再 用 接 收 到 的 最 大 信 号 强 度 减 去 最 小 信 号 强 度, 得 到 场 地 电 压 驻 波 比 当 采 用 以 上 方 法 进 行 测 试 时, 场 地 电 压 驻 波 比 要 求 小 于 3.5dB 2.4 归 一 化 场 地 衰 减 NSA 测 试 在 CISPR22 中 针 对 半 电 波 暗 室 规 定 了 30MHz-1GHz 的 归 一 化 场 地 衰 减 测 试 方 法, 而 针 对 1GHz-18GHz 的 高 频 全 电 波 暗 室 归 一 化 场 地 衰 减 在 最 新 的 CISPR/A/342CD 中 进 行 了 说 明, 要 求 测 试 场 地 满 足 自 由 空 间 无 反 射 条 件, 例 如 全 电 波 暗 室 或 地 面 使 用 吸 波 材 料 的 半 电 波 暗 室, 对 于 3 米 的 测 试 距 离, 吸 波 材 6

料 的 最 小 尺 寸 为 1.3 米 1.3 米, 放 置 于 发 射 天 线 前 端 0.4 米 处, 针 对 实 际 EUT 的 使 用 空 间 测 试 场 地, 将 发 射 天 线 置 于 转 台 的 中 心 位 置 及 其 前 后 50cm 处 以 及 EUT 测 试 空 间 的 左 右 边 缘 共 5 个 位 置 进 行 测 试 由 于 是 全 电 波 暗 室, 所 以 不 需 要 接 收 天 线 进 行 上 下 扫 描 当 实 测 的 垂 直 和 水 平 极 化 的 NSA 测 试 结 果 位 于 理 论 的 归 一 化 场 地 衰 减 NSA 的 +/-4dB 之 内 时, 则 认 为 该 场 地 符 合 要 求, 否 则 应 检 查 测 量 方 法 仪 器 漂 移 和 天 线 系 数 的 校 准, 如 果 仍 然 超 出 +/-4dB 限 值, 应 增 加 吸 波 材 料 的 尺 寸 进 行 校 验, 如 果 仍 然 不 符 合 要 求, 则 认 为 该 场 地 不 符 合 要 求 用 以 下 公 式 计 算 1-18GHz 之 间 的 理 论 归 一 化 场 地 衰 减 : A ( db) = 20 log( R) 20 log( f ) + 32 其 中 : R 为 发 射 天 线 和 接 收 天 线 在 水 平 投 影 之 间 的 距 离, 单 位 为 米, f 为 测 试 频 率, 以 MHz 表 示, A(dB) 为 理 论 归 一 化 场 地 衰 减 在 测 试 过 程 中, 水 平 和 垂 直 极 化 下 的 测 量 都 按 以 下 方 法 进 行 : 首 先 进 行 两 次 测 试, 将 两 次 测 试 的 接 收 天 线 终 端 电 压 相 减 来 得 到 场 地 衰 减, 而 归 一 化 场 地 衰 减 则 由 场 地 衰 减 减 去 两 个 天 线 的 自 由 空 间 天 线 系 数 得 到 第 一 次 测 试 时, 将 两 个 同 轴 电 缆 与 天 线 分 开, 直 接 相 连 后 在 接 收 电 缆 末 端 测 量 得 到 电 缆 分 别 与 发 射 天 线 和 接 收 天 线 相 连 以 后 在 接 收 电 缆 末 端 测 量 得 到 归 一 化 场 地 衰 减 由 下 式 得 出 : A( db) = V direct V site AF T AF R V direct V site, 然 后 将, 最 后 其 中, AFT 与 AFR 分 别 是 自 由 空 间 条 件 下 发 射 天 线 和 接 收 天 线 的 天 线 系 数 由 此 可 以 看 出, 天 线 系 数 的 准 确 性 对 于 测 试 结 果 是 至 关 重 要 的, 由 于 现 在 一 般 的 校 准 机 构 只 给 出 了 开 阔 场 的 天 线 系 数 校 准 结 果, 所 以 应 用 于 归 一 化 场 地 衰 减 测 试 时 会 带 来 一 定 的 误 差, 所 以 需 要 对 天 线 进 行 专 门 自 由 空 间 天 线 系 数 校 准, 并 明 确 校 准 距 离 2.5 PLC 技 术 的 辐 射 干 扰 问 题 电 力 线 相 当 于 天 线, 它 一 方 面 将 产 生 的 电 磁 波 向 外 辐 射, 另 一 方 面 吸 收 来 自 外 界 的 电 磁 波 PLC 使 用 2~30MHz 的 频 带 传 输 数 据 时, 可 能 会 对 该 频 段 的 短 波 无 线 电 广 播 业 余 爱 好 者 无 线 电 台 以 及 其 它 电 信 设 备 的 正 常 工 作 产 生 影 响 7

在 电 力 线 调 制 解 调 器 工 作 时, 电 力 线 通 信 设 备 和 电 力 线 将 会 产 生 泄 漏 电 波, 这 些 泄 漏 电 波 将 变 成 无 线 通 信 中 的 噪 音, 有 可 能 会 对 无 线 通 信 造 成 干 扰, 但 是 电 力 线 辐 射 电 磁 波 的 能 力 远 远 没 有 电 力 线 通 信 设 备 辐 射 电 磁 波 的 能 力 大, 且 无 线 通 讯 应 用 的 频 带 比 较 窄, 所 以 影 响 的 程 度 不 大 泄 漏 的 电 磁 波 对 于 有 线 通 信 来 说, 经 过 调 制 接 收 到 的 是 类 似 于 白 噪 声 的 干 扰, 对 于 有 线 通 信 会 使 设 备 间 通 信 的 误 码 率 提 高, 信 噪 比 升 高, 影 响 通 信 质 量 在 十 米 的 距 离 上 和 用 9KHz 的 带 宽 测 量 其 电 磁 辐 射 时, 频 率 在 10MHz 以 下 时 达 到 66dBμV/m, 会 在 100-200 米 范 围 内 干 扰 无 线 电 通 信 和 电 子 设 备 但 是 当 频 率 到 达 10MHz 以 上 时, 电 磁 波 随 距 离 增 加 衰 减 加 剧, 通 过 电 力 线 传 输 宽 带 信 号 造 成 的 辐 射 影 响 迅 速 下 降 电 力 线 通 信 设 备 此 时 会 对 其 周 围 电 子 设 备 的 工 作 造 成 严 重 影 响 为 了 避 免 这 种 干 扰, 各 国 制 定 了 相 应 的 一 些 标 准 和 规 范 目 前 世 界 上 有 英 国 的 MPT1570 德 国 的 NB30 是 专 门 针 对 高 速 PLC 通 信 制 定 的 法 规 加 上 美 国 的 通 用 电 磁 兼 容 标 准 FCC Part15, 实 际 上 高 速 PLC 现 有 三 个 电 磁 兼 容 标 准 三 个 标 准 中,FCC Part 15 最 为 宽 松,NB30 次 之,MPT1570 最 为 严 格 图 5 标 准 限 值 电 力 线 上 网 技 术 作 为 众 多 通 信 技 术 的 一 种, 电 力 线 通 信 设 备 也 要 满 足 关 于 电 磁 兼 容 性 (EMC) 及 功 率 辐 射 的 有 关 标 准 和 规 定 通 信 设 备 的 无 线 电 骚 扰 限 值 由 国 标 GB 9254-1998 规 定, 对 应 国 际 标 准 为 EN 55022; 抗 扰 度 试 验 由 国 标 GB17626 系 列 规 定, 对 应 国 际 标 准 为 IEC 61000-4 系 列 电 力 线 通 信 设 备 由 于 其 通 信 方 式 的 特 殊 性, 它 的 测 试 方 法 和 普 通 通 信 设 备 的 测 试 有 着 差 异 在 通 常 的 EMC 测 试 中, 被 测 试 样 品 都 要 保 持 正 常 的 工 作 状 态 或 者 和 正 常 状 8

态 接 近 的 一 种 测 试 状 态 来 满 足 测 试 的 需 要 而 PLC 设 备 都 是 通 过 电 力 线 工 作, 这 种 状 态 和 以 往 的 通 信 设 备 相 比 有 着 很 大 的 不 同 其 它 电 信 设 备 电 源 接 口 仅 仅 作 为 设 备 的 供 电 而 存 在, 在 测 试 环 境 中 AC 端 口 也 只 是 给 被 测 设 备 提 供 电 源 而 PLC 设 备 的 电 源 端 口 同 时 也 是 它 的 通 信 端 口, 在 提 供 电 源 的 同 时 也 担 负 着 链 路 通 信 的 任 务, 这 就 使 得 原 来 的 测 试 设 备 不 能 完 全 满 足 测 试 的 要 求 例 如 在 辐 射 连 续 骚 扰 测 试 的 过 程 中, 被 测 试 样 品 按 标 准 要 求 摆 放 于 暗 室 内, 辅 助 设 备 通 过 暗 室 中 的 各 种 转 接 电 缆 连 接 到 暗 室 外 被 测 设 备 由 暗 室 中 独 立 的 经 过 滤 波 的 电 源 提 供 电 源 普 通 通 信 设 备 的 通 信 链 路 通 过 各 种 暗 室 中 提 供 的 通 信 线 端 口 连 接, 或 者 用 光 纤 转 换 的 方 式 来 实 现 通 信 暗 室 中 经 过 滤 波 的 电 源 可 以 净 化 测 试 场 地 的 电 磁 环 境, 使 实 验 环 境 的 电 磁 噪 声 降 到 最 低 但 是 这 种 滤 波 在 净 化 电 磁 环 境 的 同 时 也 滤 掉 PLC 设 备 传 输 的 有 用 的 通 信 信 号, 造 成 PLC 被 测 设 备 和 辅 助 设 备 之 间 的 通 信 链 路 没 有 办 法 建 立, 从 而 不 能 实 现 设 备 的 正 常 工 作 的 要 求 在 不 正 常 的 状 态 下 得 到 的 测 试 数 据 是 不 能 反 应 设 备 的 EMC 特 性 的 在 没 有 专 门 滤 波 处 理 的 电 源 接 口 的 情 况 下, 只 有 将 PLC 设 备 的 辅 助 设 备 同 时 放 置 在 暗 室 中 暗 室 中 的 电 源 线 是 互 通 的, 被 测 设 备 和 辅 助 设 备 之 间 的 通 信 很 容 易 建 立 但 是 由 于 在 暗 室 中 增 加 了 辅 助 设 备, 也 就 增 加 了 辅 助 设 备 的 电 磁 辐 射, 从 而 测 试 结 果 中 就 会 有 辅 助 设 备 电 磁 辐 射 的 叠 加, 就 不 能 正 确 的 体 现 被 测 设 备 的 EMC 特 性 测 试 结 果 符 合 要 求 的 话, 可 以 说 明 被 测 设 备 和 辅 助 设 备 都 满 足 EMC 辐 射 要 求 若 测 试 结 果 不 满 足 要 求, 则 不 好 判 断 那 个 设 备 的 电 磁 辐 射 超 过 标 准 要 求 为 了 在 现 有 的 条 件 下 完 成 测 试, 又 要 把 辅 助 设 备 的 影 响 降 到 最 低, 辅 助 设 备 只 能 摆 放 在 对 暗 室 电 磁 环 境 影 响 较 小 的 位 置 位 置 的 选 择 很 重 要, 几 乎 所 有 涉 及 暗 室 的 EMC 测 试, 都 会 有 类 似 的 问 题 在 EMC 抗 扰 项 目 测 试 中, 针 对 AC 端 口 的 测 试 是 必 不 可 少 的 测 试 设 备 通 过 AC 端 口 向 被 测 设 备 施 加 骚 扰 信 号, 往 往 这 些 测 试 设 备 的 供 电 端 口 的 电 压 是 可 以 调 节 的 在 测 试 设 备 内 部 会 有 一 个 内 部 调 压 器, 或 者 就 是 一 个 简 单 的 变 压 设 备, 这 样 的 变 压 设 备 会 阻 断 电 力 线 方 式 的 通 信 总 而 造 成 测 试 过 程 中 电 力 线 通 信 设 备 没 有 办 法 建 立 正 常 的 连 接, 无 法 保 持 正 常 的 工 作 状 态, 从 而 没 有 办 法 对 测 试 结 果 进 行 判 据 在 这 种 情 况 下 如 何 合 理 的 进 行 测 试 就 是 需 要 考 虑 的 问 题, 目 前 的 测 试 设 备 都 没 有 这 方 面 的 考 虑 9

而 在 传 导 连 续 骚 扰 测 试 中, 被 测 PLC 设 备 连 接 到 AMN( 人 工 电 源 网 络 ) 上 AMN 为 被 测 设 备 提 供 电 源, 提 取 骚 扰 信 号, 隔 离 测 试 网 络 和 供 电 网 络 由 于 AMN 的 隔 离 不 是 通 过 滤 波 器 实 现, 而 是 通 过 一 个 50Ω/50μH 的 网 络 实 现, 从 而 实 际 操 作 中, 通 信 信 号 可 以 很 好 的 通 过 AMN 传 输 而 不 会 被 隔 离 由 于 PLC 设 备 的 工 作 频 段 正 好 落 在 传 导 连 续 骚 扰 测 试 频 段 (150KHz-30MHz) 之 内, 所 以 测 试 数 据 中 通 信 信 号 会 被 当 作 骚 扰 信 号 记 录, 体 现 通 信 信 号 对 供 电 网 络 的 干 扰 这 种 通 信 信 号 的 干 扰 必 须 满 足 目 前 的 EMC 标 准, 因 而 对 于 PLC 设 备 制 造 厂 家 来 说, 一 味 的 提 高 通 信 信 号 的 强 度 的 结 果 就 是 干 扰 了 公 共 电 网 下 图 显 示 了 在 传 导 连 续 骚 扰 测 试 中, 通 信 信 号 对 公 共 电 网 的 骚 扰 显 然 通 信 信 号 对 公 共 电 网 的 骚 扰 已 经 超 过 了 标 准 规 定 的 限 值 Level[dBμV] Frequency[Hz] 图 6 PLC 设 备 传 导 骚 扰 测 试 图 因 此 PLC 技 术 必 须 解 决 通 信 信 号 对 公 共 电 网 的 干 扰 的 问 题, 使 得 通 信 信 号 既 能 满 足 通 信 的 要 求, 又 不 要 产 生 对 公 共 电 网 的 骚 扰 2.6 移 动 台 空 间 射 频 辐 射 功 率 和 接 收 机 性 能 测 量 在 现 有 网 络 环 境 中, 移 动 台 具 有 良 好 的 射 频 辐 射 特 性 和 接 收 机 性 能 是 它 能 够 有 效 工 作 的 重 要 条 件 由 于 移 动 台 体 积 日 益 变 小, 辐 射 性 能 经 常 被 折 衷, 因 为 研 制 一 个 在 蜂 窝 和 PCS 频 段 都 有 良 好 辐 射 性 能 的 手 机 天 线 是 很 困 难 的 事 情 因 此 对 移 动 台 的 辐 射 性 能 的 全 面 而 准 确 的 了 解 有 助 于 生 产 者 和 用 户 确 认 移 动 台 10

在 特 定 的 网 络 中 的 工 作 性 能 通 常, 峰 值 有 效 全 向 辐 射 功 率 (Effective Isotropic Radiated Power EIRP) 不 能 很 好 体 现 移 动 台 的 空 中 辐 射 性 能 例 如, 高 方 向 性 的 移 动 台 天 线 系 统 的 峰 值 有 效 全 向 辐 射 功 率 很 大, 但 是 其 信 号 覆 盖 性 很 差 在 蜂 窝 网 络 中, 最 好 是 使 移 动 台 天 线 系 统 的 空 间 覆 盖 范 围 最 大, 用 户 不 需 要 为 了 获 得 良 好 的 通 话 质 量 而 将 天 线 指 向 特 定 的 方 向 另 外, 人 头 会 改 变 移 动 台 辐 射 模 式 的 形 状 和 峰 值, 对 于 不 同 频 率 不 同 尺 寸 的 移 动 台 和 不 同 的 天 线 设 计 来 说, 人 头 引 起 的 损 耗 也 不 同 从 空 间 场 性 能 测 量 角 度 来 说, 在 人 头 模 型 时 测 量 到 的 移 动 台 峰 值 EIRP 比 自 由 空 间 时 的 EIRP 更 有 意 义 与 辐 射 性 能 相 比, 接 收 性 能 对 于 整 个 移 动 台 系 统 同 样 重 要, 下 行 链 路 也 就 是 用 户 接 收 路 径 是 移 动 台 正 常 工 作 的 一 部 分, 若 接 收 机 性 能 不 好 将 导 致 用 户 听 到 的 话 音 质 量 很 差, 有 时 会 导 致 由 于 丢 失 基 站 信 号 而 突 然 中 断 通 话 因 此, 蜂 窝 通 信 与 互 联 网 协 会 (CTIA:Cellular Telecommunication & Internet Association ) 在 2001 年 10 月 出 版 了 CTIA 认 证 程 序 : 移 动 台 空 中 性 能 测 量 方 法, 射 频 辐 射 功 率 和 接 收 机 测 量 方 法, 目 前 已 公 布 了 2.1 版 该 标 准 规 定 测 量 移 动 台 的 球 形 有 效 全 向 辐 射 功 率, 简 称 总 辐 射 功 率 TRP(Total Radiated Power) 和 移 动 台 的 球 形 有 效 辐 射 接 收 机 灵 敏 度, 简 称 总 全 向 灵 敏 度 TIS(Total Isotropic Sensitivity) 在 测 量 移 动 台 接 收 机 灵 敏 度 时, 接 收 机 的 带 内 噪 声 或 发 射 机 的 杂 散 信 号 干 扰 接 收 机 是 导 致 移 动 台 在 单 个 信 道 或 少 数 几 个 信 号 上 灵 敏 度 较 低 的 主 要 原 因 所 以 接 收 机 灵 敏 度 在 发 射 机 允 许 的 最 大 发 射 功 率 条 件 下 进 行 测 试 1)TRP 测 试 此 测 试 通 过 在 移 动 台 球 形 周 围 不 同 位 置 测 量 移 动 台 辐 射 功 率 来 衡 量 移 动 台 的 辐 射 射 频 性 能 图 7 为 TRP 测 试 在 球 坐 标 的 一 个 切 面 上 的 示 意 图 通 过 分 析 移 动 台 的 球 形 测 量 数 据 可 以 得 到 它 的 三 维 辐 射 特 性 在 球 坐 标 的 θ 轴 和 Φ 轴 分 别 间 隔 15 度 取 1 个 测 量 点, 即 能 够 充 分 描 述 移 动 台 的 远 场 辐 射 模 式 和 总 辐 射 功 率 由 于 在 θ=0 度 和 180 度 时 不 用 测 试, 所 以 每 个 极 化 需 测 量 264 个 点 将 所 有 测 量 数 值 按 照 下 式 进 行 积 分 可 得 总 辐 射 功 率 11

TRP π 2NM N [ 1 M 1 Eirpθ ( θi, φ j ) + Eirpφ ( θi, φ j )] i= 1 j= 0 sin( θ ) i TRP 测 试 示 意 系 统 如 图 8 所 示 其 中, 频 谱 分 析 仪 用 来 测 量 天 线 接 收 到 的 移 动 台 空 间 辐 射 的 功 率 而 基 站 模 拟 器 通 过 通 讯 天 线 与 被 测 移 动 台 建 立 通 信 连 接 被 测 移 动 台 放 置 在 一 个 多 轴 定 位 器 上, 由 此 定 位 器 来 控 制 被 测 移 动 台 进 行 球 形 坐 标 系 统 的 三 维 旋 转 图 7 TRP 测 试 切 面 示 意 图 2)TIS 测 试 图 8 TRP 测 试 系 统 示 意 图 此 测 试 通 过 测 量 移 动 台 的 误 码 率 (BER) 或 误 帧 率 (FER) 来 衡 量 它 的 接 收 机 性 能, 通 过 分 析 球 面 上 每 个 测 量 点 的 BER 或 FER 来 评 估 有 效 辐 射 接 收 机 灵 敏 度 图 9 为 TIS 测 试 在 球 坐 标 的 一 个 切 面 上 的 示 意 图 通 过 分 析 移 动 台 的 球 形 测 量 数 据 可 以 得 到 它 的 三 维 接 收 机 特 性 在 球 坐 标 的 θ 轴 和 Φ 轴 分 别 间 隔 30 度 取 1 个 测 量 点, 即 能 够 充 分 描 述 EUT 的 接 收 机 灵 敏 度 由 于 在 θ=0 度 和 θ =180 度 时 不 用 测 试, 所 以 每 个 极 化 需 测 量 60 个 点, 将 所 有 测 量 数 值 按 照 下 式 进 行 积 分 可 得 总 全 向 灵 敏 度 12

TIS π N 1 M 1 i= 1 j 2NM 1 1 = + sin( θi ) 0 EISθ ( θi, φ j ) EISφ ( θi, φ j ) TIS 测 试 示 意 系 统 如 图 10 所 示 此 时,TRP 测 试 时 的 测 量 天 线 被 用 作 了 下 行 链 路 天 线 用 来 传 送 基 站 模 拟 器 的 下 行 链 路 信 号, 而 通 信 天 线 用 来 传 送 移 动 台 与 基 站 模 拟 器 之 间 的 上 行 链 路 信 号, 步 进 衰 减 器 用 来 精 确 调 节 基 站 模 拟 器 的 输 出 功 率 被 测 移 动 台 放 置 在 一 个 多 轴 定 位 器 上, 由 此 定 位 器 来 控 制 被 测 移 动 台 进 行 球 形 坐 标 系 统 的 三 维 旋 转 图 9 TIS 测 试 切 面 示 意 图 2.7 电 信 设 备 电 磁 信 息 安 全 图 10 TIS 测 试 系 统 图 目 前, 信 息 技 术 设 备 在 社 会 中 得 到 了 大 量 的 使 用, 信 息 技 术 设 备 的 电 磁 信 息 安 全 性 就 成 为 一 个 重 要 的 问 题 如 何 规 定 其 电 磁 信 息 安 全 性, 避 免 被 外 界 窃 取 关 键 信 息, 以 及 防 止 不 会 被 现 有 的 电 磁 环 境 干 扰 造 成 性 能 降 低 就 成 为 一 个 迫 切 的 事 情 信 息 技 术 设 备 的 电 磁 信 息 安 全 包 含 了 高 空 电 磁 脉 冲 (HEMP) 高 功 率 电 磁 场 13

(HPEM) 电 磁 信 息 泄 露 技 术 (TEMPEST) 三 个 部 分 高 空 电 磁 脉 冲 指 电 磁 武 器 在 地 球 大 气 层 外 ( 典 型 值 为 海 拔 30km) 发 生 爆 炸 时 产 生 的 电 磁 脉 冲 高 空 电 磁 脉 冲 攻 击 可 以 对 一 个 广 阔 的 地 理 范 围 内 的 所 有 电 信 设 备 进 行 同 时 攻 击, 从 而 对 通 信 全 程 全 网 产 生 严 重 的 危 害 高 功 率 电 磁 场 包 含 HPM 环 境 SP 环 境 和 UWB 环 境 高 功 率 的 电 磁 场 通 过 高 强 度 的 电 磁 场 或 传 导 电 压 和 电 流, 导 致 电 子 系 统 损 坏 或 崩 溃 这 是 由 于 电 磁 场 或 传 导 电 压 的 强 度 远 远 大 于 电 子 系 统 的 正 常 工 作 条 件 ( 如 :100V/m 和 100V) 电 磁 信 息 泄 漏 技 术 (TEMPEST) 主 要 对 信 息 技 术 设 备 中 信 息 泄 漏 ( 电 磁 声 ) 信 号 进 行 研 究 由 于 信 息 技 术 设 备 中 大 量 使 用 数 字 信 号 进 行 数 据 处 理, 信 号 的 频 率 范 围 从 几 十 赫 兹 到 几 十 千 兆 赫 兹 随 着 信 息 技 术 设 备 处 理 速 度 的 提 高, 电 磁 发 射 的 强 度 也 会 增 强 电 磁 发 射 可 以 在 空 间 传 播, 也 可 以 沿 电 源 线 电 话 线 网 线 金 属 管 道 传 播 设 备 无 意 产 生 的 电 磁 发 射 中 往 往 包 含 着 所 处 理 的 数 字 信 息 的 敏 感 部 分 信 息 窃 取 者 可 以 截 获 电 磁 发 射, 并 通 过 对 电 磁 发 射 中 的 敏 感 部 分 处 理 可 以 再 现 原 始 信 息 ITU-T 的 SG5 电 磁 环 境 影 响 的 防 护 目 前 正 在 就 信 息 技 术 设 备 的 电 磁 信 息 安 全 问 题 进 行 研 究 ITU-T SG5 针 对 该 研 究 准 备 出 版 三 个 ITU-T K 系 列 建 议, 分 别 是 K.hemp 防 止 HEMP 危 害 通 信 系 统 的 要 求 和 应 用 K.hpem 防 止 HPEM 危 害 通 信 系 统 的 要 求 和 应 用 K.leakage 防 止 非 有 意 的 电 磁 发 射 产 生 的 信 息 泄 露 的 测 试 方 法 和 要 求 作 者 简 介 : 肖 雳 : 中 国 通 信 标 准 化 协 会 电 磁 环 境 与 安 全 防 护 技 术 工 作 委 员 会 电 信 设 备 的 电 磁 兼 容 工 作 组 (TC9 WG1) 组 长, 信 息 产 业 部 电 信 研 究 电 磁 兼 容 实 验 室 副 主 任, 长 期 从 事 电 信 设 备 电 磁 兼 容 方 面 的 研 究 和 标 准 制 定 工 作 并 向 ITU 提 交 相 关 文 稿, 为 ITU SG5 的 课 题 报 告 人 主 要 研 究 领 域 : 电 信 设 备 电 磁 兼 容 天 线 理 论 无 线 局 域 网 WiMAX 及 信 息 安 全 等 郭 琳 : 信 息 产 业 部 电 信 研 究 院 电 磁 兼 容 实 验 室 工 程 师, 主 要 从 事 电 信 设 备 的 电 磁 兼 容 检 测 工 作 主 要 研 究 领 域 : 电 信 设 备 电 磁 兼 容 及 天 线 测 试 訾 晓 刚 : 信 息 产 业 部 通 信 计 量 中 心 工 程 师, 长 期 从 事 通 信 类 产 品 电 磁 兼 容 测 试 和 信 息 技 术 设 备 的 安 全 测 试 工 作, 并 参 与 和 主 持 了 多 项 电 磁 兼 容 及 安 全 标 准 的 制 定 工 作 周 镒 : 信 息 产 业 部 电 信 研 究 院 电 磁 兼 容 实 验 室 工 程 师, 长 期 从 事 仪 表 计 量 电 磁 兼 容 测 试 电 磁 兼 容 测 试 标 准 和 测 试 方 法 的 研 究 以 及 无 线 通 信 设 备 电 磁 兼 容 对 测 的 研 究 主 持 并 参 与 起 草 了 多 项 国 家 标 准 和 行 业 标 准 14