CNS 14676-3-2002 Electromagnetic compatibility (EMC) - Testing and measurement techniques - Prat 3 Radiated radio-frequency electromagnetic field immunity test《电磁兼容-测试与量测技术-第3部:辐射.pdf
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1、1 印行年月94年10月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 類號 電磁相容測試與量測技術第 3 部:輻射、射頻、電磁場免疫力測試 ICS 33.100 14676-3 C6424-3 經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 91年9月23日 年 月 日 Electromagnetic compatibility (EMC) - Testing and measurement techniques- Prat3:Radiated ,radio-frequency ,electromagnetic field immunity test 目錄 1. 適用範圍2 2.
2、 引用標準2 3. 概述2 4. 名詞釋義3 5. 測試位準4 6. 測試設備6 7. 測試配置9 8. 測試程序10 9.測試結果的評估12 10.測試報告12 圖114 圖215 圖316 圖417 圖518 圖619 附錄A10 附錄B15 附錄C26 附錄D27 附錄E28 附錄F19 附錄G32 附錄H33 附錄I34 (共36頁) 2 CNS 14676-3 , C 6424-31 適用範圍 本標準適用於電器、電子設備對於輻射電磁能量的免疫力測試,並建立測試位準和所需的測試程序。 本標準目的是要建立一共同的參考,以作為電器、電子設備在處於到射頻電磁場時的電氣性能評估。 本標準並不是
3、要規定特殊儀器或系統的測試,主要目標是要對所有相關產品訂定一般的基本參考,標準委員會 (或使用者和設備的製造者 )保留適當的選擇測試方法和其設備所採用的嚴酷位準的權利。 備考:本標準所定義之測試方法為測量電磁輻射對相關設備的效應,電磁輻射的量測和模擬並不適合作為定量分析效應之決定。此定義之測試方法,是作為對不同測試設備效應的定量分析,以初步客觀的建立測試結果有適當的重複性。 本標準是處理有關一般用途的免疫力測試,特別考慮針對避免數位無線電話射頻的干擾。 2. 引用標準 CNS 14299 電磁相容性詞彙【 IEC 60050(161)】 CNS 14676-6 電磁相容測試與量測技術第 6 部
4、:射頻場感應的傳導擾動免疫力 3. 一般 大部分的電子設備在某些情況會受到電磁輻射的影響,此種輻射通常是由下列的來源所產生:由操作、維修與安全人員所用的小型手持式無線電收發訊機、無線電固定臺和電視發射機、運輸工具裝設之無線電發射機和各種工業的電磁場源。 最近幾年在 0.8GHz 和 3 GHz 頻率操作的無線電話和其他無線發射器的使用,已經有顯著的增加,這些服務許多是使用非固定包封的調變技術 (例如 TDMA)。 除了電磁能量的意圖產生外,也有因一些裝置如焊接器、閘流體、螢光燈、感應性負載開關操作等引起的混附輻射。就大部分的情況而言,這些干擾本身所顯現的是傳導電性干擾,其規定於本系列本標準其他
5、部中。避免受到電磁場影響所使用的方法,一般亦將會減低這些來源的影響。 電磁環境是由電磁場 (場強為伏特 /米 )的強度來決定,若沒有良好的儀器則不容易測量場強,因為周圍的結構或其他設備接近的影響,會扭曲 (及 /或 )反射電磁波,所以也不易用標準的方程式或公式計算而得。 4. 名詞釋義 3 CNS 14676-3 , C 6424-3 基於本標準的目的,適用下列定義。 4.1 振幅調變 (amplitude modulation):此方法為載波的振幅依一特定的規則變化。 4.2 電波無反射室 (anechoic chamber):屏蔽室內排列著射頻吸波材料,以減低內部表面的反射。 4.2.1
6、全電波無反射室 (fully anechoic chamber:):在屏蔽室內每一面皆排列有無反射吸波材料。 4.2.2 半電波無反射室 (semi-anechoic chamber):屏蔽室內除了地板不加吸波材料以作為反射 (接地面 )外,室內表面皆使用吸波材料。 4.2.3 改良的半電波無反射室 (modified semi-anechoic chamber):半電波無反射室在接地平面上再加裝吸波材料。 4.3 天線 (antenna):轉換器可將信號源發射射頻能量到空間或攔截所到達的電磁場,將其轉換成電氣信號。 4.4 平衡不平衡電路 (balun):將非平衡的電壓轉成平衡的電壓或將其反
7、過來的裝置。 4.5 連續波 (continuous waves( CW):電磁波在一穩定狀態的條件下連續的振盪,其能被中斷或調變以傳送資訊。 4.6 電磁波 (electromagnetic wave(EM):由電場和磁場的振盪,使得電荷振盪產生輻射能量。 4.7 遠場 (far field):為一個區域,從天線附近所產生的功率通量密度,其遵守距離平方反比的定律,對一個偶極天線而言,其所對應的距離須大於 z/2, z 為輻射的波長。 4.8 場強 (field strength):場強僅適用於在遠場的量測,此量測可以是電場或磁場的分量,也可以 V/m、 A/m 或 W/m2來表示,這些都可以
8、彼此相互轉換。 備考:在近場的量測,電場強度或磁場強度的名詞,是視所量測的結果是電場或磁場來使用,電場和磁場強度與距離的關係是複雜且很難預測,與其特定的形狀有關,因此一般不可能決定此複雜場的各各分量的時間和空間相位,場的功率通量密度也同樣是不能決定。 4.9 頻帶 (frequency band):在兩個限制值間頻率延伸的連續範圍。 4.10 感應場 (Induction field):在一距離內 d 小於 z/2, z為波長,其所存在的主導電場及 /或磁場。 4 CNS 14676-3 , C 6424-34.11 等向性 (Isotropic):在所有方向皆具有相同值的性質。 4.12 極
9、化性 (polarization):輻射場電場向量的方位。 4.13 屏蔽室 (shielded enclosure):使用金屬網或金屬板的結構,其設計的目是要隔離外在的電磁環境進入室內,避免外面的背景電磁場引起性能的劣化,也避免由室內所引起的干擾輻射到外面。 4.14 帶線 (stripling):由兩片平行板組成並終接的傳輸線,為了測試的目的,在橫向電磁波模式傳播的波中產生一個特定的場。 4.15 混附輻射 (spurious radiation):由電機、電子裝置所產生任何不需要的電磁發射。 4.16 掃描 (sweep):在一頻率範圍內連續或區段的移動。 4.17 收發機 (trans
10、ceiver):結合無線電發射和接收設備在一共同機殼內。 4.18 裝置於人體的設備 (human body-mounted equipment):設備是要依附在人體上使用,此定義包括操作時由人所攜帶的掌上型裝置 (例如口袋裝置 ),以及電子輔助與植入的裝置。 4.19 最大的 RMS 值 (maximunm RMS value):在一個調變週期觀察時間內,調變射頻信號的最高 RMS 值,此短期的 RMS 名詞是在單一載波週期內評估計算,例如在圖 1b 中最大 RMS 電壓為: VmaximunRMS= VP-P / (2 x 2 ) = 1.8V 4.20 非固定波封調變 (non-cons
11、tant envelope modulation):射頻調變結構,其載波的振幅在時間上的改變和其本身的週期來比是緩慢的變化,例如包括普通振幅調變和 TDMA。 4.21 分時多重進接 (time division multiple access; TDMA):時間多重調變規劃,在依分配的頻率相同載波上,放一些通訊的頻道。 在這期間每一個頻道分配一個時間區,如果頻道被啟動,則資訊是以射頻功率的脈衝發射,如果頻道沒有被啟動,則沒有脈衝發射,因此載波 包封不是固定。 在脈衝期間,振幅是固定而射頻載波是頻率或相位調變。 5. 測試位準 5.1 測試位準的較優先範圍如表 1 所示,頻率範圍: 80MHz
12、 到 1000MHz。 5 CNS 14676-3 , C 6424-3 表 1 測試位準 位準 測試場強 V/m 1 2 3 x 1 3 10 特定值 備考: x 為一開放的測試位準,此位準可以由產品規格中訂定。 . 表 1 是訂定未調變信號的詳細場強,對於設備的測試,此信號是以 1kHz 的正弦波進行 80%的振幅調變,以模擬實際的干擾威脅 (參照圖 1)。如何執行測試的細節規定第 7 節中。 備考 1.標準委員會可以決定選擇比 80MHz 較低或較高的轉換頻率,在 CNS 14676-3 和 CNS 14676-6 之間 (參照附錄 H) 2.標準委員會可以選擇代替的調變設計。 3. C
13、NS 14676-6 中亦定義測試方法,以建立電器、電子設備抵抗電磁能量的免疫力,包括 80MHz 以下的頻率。 5.2 避免數位無線電話射頻發射干擾的相關保護測試位準 測試位準的較優先範圍是如表 2 所示。 表 2 頻率範圍在 800MHz 到 960 MHz 和 1.4GHz 到 2.0 GHz 表 2 頻率範圍: 800MHz 到 960 MHz 及 1.4GHz 至 2.0 GHz 位準 測試場強 V/m 1 2 3 4 x 1 3 10 30 特定值 備考: x 為一開放的測試位準,此位準可以由產品規格中訂定。 . 測試場強欄內為規定未調變載波信號的值。 6 CNS 14676-3
14、, C 6424-3對設備測試的載波信號,是以 1kHz 正弦波進行 80%的振幅調變,以模擬實際的干擾威脅 (參照圖 1),第 8 節規定如何執行測試之詳細說明。 如果產品是僅要符合特殊國家的要求,在 1.4GHz 到 2.0GHz 的測量範圍,可以降低到只涵蓋在這些國家所分配給數位行動電話特定的頻率,在這個情況下,降低測試頻率範圍的決定必須記錄在測試報告中。 標準委員會對每一個頻率範圍,必須規定適當的測試位準,在表 1 和表 2 所提到的頻率範圍,僅需要選擇兩個測試位準中較高者執行。 備考 1.附錄 A 包含關於使用正弦波調變之決定的說明、和避免數位無線電話射頻發射干擾的相關保護測試。 2
15、.附錄 F 包含關於選擇測試位準的指導原則。 3.對表 2 的測量範圍,此頻帶一般是分配給數位無線電話 (附錄 I 包括出版時已知分配給特定數位無線電話的頻率列表 )。 4.在 800MHz 以上的主要威脅是由無線電話而來,其他操作在此頻率範圍的系統,例如操作在 2.4GHz 的無線區域網路,一般是非常低的功率 (典型上都低於 100mW),所以他們較不可能出現重大的問題。 6. 測試設備 建議使用下列型式的測試設備: 電波無反射室:具有適當的尺寸可維持一均勻的場強,其相對於待測設備必須有足夠的空間大小,外加的吸波材料可以使用來衰減電波無反射室因排列不完全引起的反射。 備考:產生電磁波的代替方
16、法包括橫向電磁波室 (TEM Cells)和帶線電路,未貼吸收材料的隔離室,部分鋪貼吸收材料的隔離室和開放測試場地。 這些裝置在設備的尺寸大小上有限制,使其能夠在所需的頻率範圍或不同於當地的法規而能有均勻的場強,必須仔細的確認測試的條件是和在電波無反射室中相同。 EMI 濾波器必須仔細確認所用的濾波器,在傳導的線上沒有額外的共振效應。 射頻信號產生器:能夠涵蓋所要使用的頻帶,且能對 1kHz 正弦波進行 80%的振幅調變,其必須有 1.5x10-3decade/s 自動掃描的能力或較慢。如果是由射頻合成器,則須有和頻率相關的區間式的程式控制和暫留時間,也必須有手動設定的功能。 低通和帶通濾波器
17、的使用可能是需要,以避免對作為監測目的用以接收信號的設備引起諧波的問題。 7 CNS 14676-3 , C 6424-3 功率放大器:用來放大信號 (未調變和已調變 )和提供驅動天線到所需的場強值,由功率放大器所產生的諧波和失真,須至少比載波位準小 15dB 以上。 場強產生天線 (參照附錄 B):雙偶極、對數週期或任何其它能夠滿足頻率要求的線性極化天線系統,圓形極化天線是暫不予規定。 水平和垂直極化或一等向性場強監測天線,具有全長約 0.1m 或較少於 0.1m 的偶極天線,對所要量測的場強,在其任何頭端放大器和監視電子設備皆要有適當免疫力,並經由光纖連結到電波無反射室外的顯示器上,也可以
18、使用有適當濾波的信號鏈路。 用來記錄功率位準的相關設備,必須對被要求的場強以穿用來控制測試位準的產生做測試,必須仔細確認週邊設備有適當的免疫力。 6.1 測試設備的描述 由於所產生場強的量,為符合避免干擾到無線通信的規定,必須在屏蔽室內執行測試,另外因為大部分用來收集資料的測試設備,在免疫力測試的執行時,對所產生的當地背景電磁場是很敏感,而屏蔽室在待測設備和所須用的測試儀器之間提供必須的屏障。必須仔細確認相互連接之間穿透屏蔽室,因此適當地衰減傳導和輻射發射,且保持待測設備信號和功率響應的完整性。 較好的測試設備包括有排列吸波材料的屏蔽室,其必須有足夠大的空間以容納待測設備,雖然在整個場強允許有
19、適當的控制。 伴隨的屏蔽室必須能容納產生場強和監測的設備,以及使用在待測設備之設備,這包括了電波無反射室或改良的半電波無反射室,在圖 2 中有範例說明。 電波無反射室在較低頻率部分效果較差時,必須特別仔細確認在較低頻率時所產生場強的均勻性,更進一步的指導說明規定於附錄 C 中。 6.2 場強的校正 場強校正的目的,是要確認在測試樣品的整個過程中場強是均勻的,以確保測試結果的有效性,在校正時不須使用調變,以確保任何場強感應器能有適當的顯示。 CNS 14676-3 使用一個 “均勻的面積 “(參照圖 3)的觀念,它是一個假想與場垂直四平面,它的變化是很小可接受的,此均勻的面積是 1.5m1.5m
20、 除非待測設備和其周邊線能夠完全證明是在一較小的表面內,均勻區域的大小不可以小於0.5m x 0.5m(也就是四點的格子 )。在測試配置上,待測設備必須使其表面能被證明和此平面一致 (參照圖 5 和圖 6)。 因為在接近接地參考平面不可能建立一均勻場強,校正的區域必須設定在離接 8 CNS 14676-3 , C 6424-3地參考平面 0.8m 以上的高度,而該處是待測設備可能放置的高度,為了建立待測設備和周邊線的測試嚴苛度,故必須在靠近參考接地平面或比 1.5m 1.5m 大的表面測試,在 0.4m 高度其場的強度也必須記錄,對待測設備的整個寬度和高度,在測試報告中皆必須記錄說明。 均勻的
21、面積是在空的室內校正,天線的位置和配置,外加的吸波材料 (如果有使用 )必須記錄和保持,在每一批測試前,必須能執行這些在電波無反射室的驗證, (參照第 8 節 ),只有在每年或當屏蔽室配置已經改變 (吸波材料更換、面積移動、設備改變等 )才須作全區域的校正。 發射天線必須放在一足夠的距離,使得 1.5m 1.5m 的校正面積能落在發射場強的波束寬內,如果實際待測設備的表面所佔據的面積是比 1.5m 1.5m 大時,則必須要在不同的輻射天線位置做校正,使待測設備在一連串的測試都能被照射到。 場強感應器距離場強產生天線至少 1m,天線和待測設備間的距離建議為 3m 的距離,此長度是由雙偶極天線的中
22、心點或由對數週期天線的前端測量,在測試報告中必須說明,場強產生天線到所使用的校正面積的測試距離。 如果有爭議則優先以 3m 的距離測量。 如果場強的大小,在整個所定義的面積內,超過表面的 75%,其值是落在標稱值 -0dB 到 +6dB 內, (也就是所測量的 16 點中,至少 12 點是落在容許的範圍 ),則此場強被視為是均勻的。 備考:在不同的頻率,不同的測量點可以落在此許可差內。 此許可差已經以 -0dB 到 +6dB 表示,以確保場強不會低於標稱值,此 6dB 的許可差,是考慮到在實際上測試設備至少可做到的。 如果實際的許可差是說明在測試報告中,則大於 +6dB 到 +10dB 但沒有
23、少於 -0dB的許可差,在測試頻率最大的 3%是被容許的,若有爭議,則 -0dB 到 +6dB 許可差值是優先採用。 實施校正的程序說明如下: (a) 場強感應器放置在 16 點格子型的其中一點 (參照圖 4); (b) 把一順向功率傳送到場強產生天線,如此得到一介於 3V/m 到 10V/m 的場強,經由起始頻率的 1%為一個區間 (然後再接續其後的頻率 ),並且記錄兩者(功率和場強 )的讀值; (c) 用相同的功率,測量和記錄其餘 15 點的場強值; (d) 將所有 16 點考慮進來,刪除掉與平均值最大偏差的 25%(亦即 16 點中的 4 9 CNS 14676-3 , C 6424-3
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