ГОСТ IEC/TR 61000-1-6-2014. Межгосударственный стандарт. Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 1-6. Общие положения. Руководство по оценке неопределенности измерений

Приложение A

(справочное)

 

ПРИМЕРЫ ОЦЕНКИ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ЭМИССИИ

 

A.1 Обозначения

A.1.1 Общие обозначения

 

Xi	- влияющая величина;
xi	- оценка Xi;
	- поправка для влияющей величины;
u(xi)	- стандартная неопределенность xi;
ci	- коэффициент чувствительности;
y	- результат измерений, (оценка измеряемой величины), скорректированная для всех распознанных значительных систематических эффектов;
uc(y)	- суммарная стандартная неопределенность y;
U(y)	- расширенная неопределенность y;
k	- коэффициент охвата;
a+	- верхняя абсцисса ФПВ;
a-	- нижняя абсцисса ФПВ.

 

A.1.2 Обозначения и определения измеряемых величин в примерах

 

E	- максимальная напряженность электрического поля, дБ (мкВ/м), при горизонтальной и вертикальной поляризациях в заданном диапазоне перемещения по высоте и на заданном горизонтальном удалении от объекта испытаний, который вращается в пределах 360° по азимуту.

 

A.1.3 Обозначения входных величин, общие для всех измерений помех

 

aC	- затухание в линии связи между приемником и антенной, дБ;
	- поправка для погрешности, вызванной рассогласованием, дБ;
Vr	- считываемое напряжение приемника, дБ (мкВ);
	- поправка из-за неточности измерения синусоидального напряжения приемником, дБ;
	- поправка из-за влияния шума приемника, дБ.

 

A.1.4 Обозначения входных величин, введенных для измерений излучаемых помех

 

Gp	- усиление предусилителя;
	- поправка для нестабильности усиления предусилителя;
Fa	- антенный фактор, дБ (В/м);
	- поправка из-за погрешности интерполяции антенного фактора, дБ;
	- поправка из-за направленности антенны, дБ;
	- поправка из-за расположения фазового центра антенны, дБ;
	- поправка из-за кроссполяризации антенны, дБ;
	- поправка из-за коэффициента стоячей волны неидеальной площадки, дБ;
	- поправка из-за влияния материала поворотного стола на результаты измерений, дБ;
	- поправка из-за неточности расстояния до антенны, дБ;
	- поправка из-за неточности высоты поворотного стола, дБ.

 

A.2 Пример бюджета неопределенности для измерения излучаемых помех в диапазоне от 1 до 18 ГГц

Измеряемую величину E вычисляют путем использования следующего уравнения модели

 

.

 

Влияющая величина	Xi	Неопределенность, связанная с xi			|ci| u(xi) <b>
		дБ	ФПВ	Коэффициент охвата	дБ
Считывание приемника 1) <a>	Vr	0,1	Нормальная	k = 1	0,10
Затухание: антенна-приемник 2)	aC	0,2	Нормальная	k = 2	0,10
Усиление предусилителя 11)	Gp	0,2	Нормальная	k = 2	0,10
Антенный фактор 6)	Fa	1,0	Нормальная	k = 2	0,50
Коррекции приемника:
Синусоидальное напряжение 3)		1,5	Нормальная	k = 2	0,75
Нестабильность усиления предусилителя 11)		1,2	Прямоугольная		0,70
Влияние уровня шума, 1 - 6 ГГц 4)		+0,7/0,0	Прямоугольная		0,4
Влияние уровня шума, 6 - 18 ГГц 4)		+0,1/0,0	Прямоугольная		0,58
Рассогласование: антенна-предусилитель 5)		+1,3/-1,5			1,00
Рассогласование: предусилитель-приемник 6)		+1,2/-1,4			0,92
Коррекции антенны:
Частотная интерполяция антенного фактора 7)		0,3	Прямоугольная		0,17
Разница направленности 8)		+3,0/-0,0	Прямоугольная		0,87
Положение фазового центра 9) на 3 м		0,3	Прямоугольная		0,17
Кроссполяризация 10)		0,9	Прямоугольная		0,52
Коррекция площадки:
Неидеальность площадки 12)		3,0	Треугольная		1,22
Влияние материала поворотного стола, 1 - 6 ГГц 13)		1,5	Прямоугольная		0,87
Влияние материала поворотного стола 6 - 18 ГГц 13)		2,0	Прямоугольная		1,15
Расстояние удаленности 14) на 3 м		0,3	Прямоугольная		0,17
Высота стола 15)		0,0	Нормальная	k = 2	0,00
Пронумерованные компоненты 1) - 5) пояснены в пункте A.3, компоненты 6) - 15) - в пункте A.4. <a> Верхние индексы ссылаются на пронумерованные комментарии в A.1 и A.2. <b> Все |ci| = 1, см. 5.1 (основные шаги).

 

Следовательно, расширенная неопределенность будет:

 

 

A.3 Обоснование для оценок входных величин, общих для всех измерений помех в таблице A.1 (комментарии 1 - 5)

Примечания, следующее за комментарием, предназначены для предоставления руководства пользователей этого технического отчета. Следующие примечания применены к входным величинам, указанным с верхним индексом ^"x)" (например ¹⁾) в пункте A.3 и (например ⁶⁾) в пункте A.4.

1) Считывания приемника будут меняться по причинам, которые включают в себя нестабильность измерительных систем и погрешности интерполяции шкалы измерений.

Оценка V_r - среднее значительного числа считываний, со стандартной неопределенностью, дающейся экспериментальным стандартным отклонением среднего (k = 1).

2) Предполагается, что оценка затухания a_C связи между приемником и антенной будет доступна из отчета о калибровке, вместе с расширенной неопределенностью и коэффициентом охвата.

Примечание - Если оценка затухания a_C получена из данных производителя для проводника или аттенюатора, то может быть принята прямоугольная ФПВ, имеющая полуширину, равную конкретному доверительному интервалу производителя. Если учитывается кабель совместно с аттенюатором с данными производителя для кабеля и аттенюатора, то a_C имеет два компонента, каждый из которых имеет свою прямоугольную ФПВ.

 

3) Предполагается, что оценка поправки к погрешности приемника для синусоидального напряжения будет доступна из отчета о калибровке вместе с расширенной неопределенностью и коэффициентом охвата.

Примечание - Если отчет о калибровке указывает только то, что точность приемника синусоидального напряжения находится в пределах доверительного интервала, согласно CISPR 16-1-1 (+/- 2 дБ), то оценка поправки должна быть принята равной нулю с прямоугольной ФПВ, имеющей полуширину 2 дБ.

 

4) Для излучаемых помех шум приемника может влиять на результаты измерения около допуска к излучаемым помехам

Отклонение оценивают в пределах между нулем и +0,7 дБ. Несмотря на то что отклонение асимметрично, поправку оценивают в нуль, как если бы отклонение было бы симметрично в окрестности измеренного значения с прямоугольной ФПВ, имеющей полуширину 0,7 дБ. Поправка любого детектора из-за влияния шума будет зависеть от типа сигнала (например, импульсный или немодулированный) и СШО и будет изменять показания уровня шума. Уровень сигнала для СШО выбирают равным норме излучаемой эмиссии, т.к. это критично для установления соответствия. Значение 0,7 дБ взято из рисунка A.1 для СШО = 20 дБ. СШО получено для коэффициента шума 6 дБ с использованием выражения

 

E_NP = V_NP + F_a + a_C = - 67 + 10lgF_N + 10lgB_N + w_PN +

+ F_a + a_C, (A.1)

 

E_NP - эквивалентная напряженность поля, соответствующая уровню шума при пиковом детектировании, дБ (мкВ/м);

V_NP - уровень шума при пиковом детектировании, дБ (мкВ);

F_a - антенный фактор для частоты приемника, дБ (В/м);

a_C - ослабление соединительного кабеля антенны, дБ;

F_N - коэффициент шума измерительного приемника, т.е. число;

10lgF_N - коэффициент шума измерительного приемника, дБ;

B_N - ширина шумовой полосы измерительного приемника, Гц;

w_PN - весовой коэффициент шума для пикового детектора, дБ;

-67 - абсолютный уровень шума, дБ (мкВ), на 1 Гц ширины полосы, определяемый по формуле 10lg(kT₀ x 1 Гц/P_1мкВ) (k - постоянная Больцмана, T₀ = 293,15 К, P_1мкВ - мощность, вырабатываемая 1 мкВ на нагрузке 50 Ом).

При измерениях излучаемых помех диапазон частот от 1 до 18 ГГц будет разделен на поддиапазоны: от 1 до 6 ГГц (где учитываются нормы эмиссии CISPR 22) и от 6 до 18 ГГц [со средним значением помех 58 дБ (мкВ/м) и пиковым значением 74 дБ (мкВ/м) (взяты из CIS/I/106/CDV в качестве основания для норм эмиссии)]. Коэффициент шума системы 10·lgF_N = 6 дБ предполагается до 6 ГГц. Для диапазона частот свыше 6 ГГц, предполагается, что 10lgF_N = 4 дБ, т.е. предусилитель подсоединен к антенне. Использование данных рисунка A.1 при минимальном значением СШО = 22 дБ ниже 6 ГГц и 19 дБ свыше 6 ГГц, приводит к отклонениям до 0,5 дБ (ниже 6 ГГц) и отклонениям до 0,8 дБ (свыше 6 ГГц).

 

 

Рисунок A.1 - Отклонение показания пикового детектора

от уровня сигнала на входе приемника для двух

случаев: синусоидальный сигнал и импульсный сигнал

(частота повторения импульсов 100

 

Примечание - Коэффициент шума системы N_fsyst - коэффициент шума системы, состоящей из измерительного приемника, предусилителя и соединительного кабеля (кабелей), которая "видна" из антенного порта. Это определяет шум и СШО для сигнала на предельном уровне. F₁ и F₂ - коэффициенты шума предусилителя и измерительного приемника, a_C1 и a_C2 - ослабления, дБ, двух соединяющих проводов. G₁ = 10lg(g₁) - разность коэффициента предусилителя, дБ и ослабления a_C2 (G₁ = G_pr - A_C2). Коэффициент шума N_ftot - коэффициент шума F_tot, относящий к входу предусилителя, дБ. Для того чтобы поддерживать низкий шум системы, затухание a_C1 соединения между антенной и предусилителем должно поддерживаться максимально низким.

 

, N_ftot = 10lgF_tot, N_fsyst = a_C1 + N_ftot.

 

 

5) Неопределенность рассогласования

Общие положения

В общем случае, приемный порт антенны будет соединен с портом 1 двухпортового устройства, порт 2 которого завершается приемником с коэффициентом отражения Г_r. Двухпортовое устройство может быть кабелем, аттенюатором, аттенюатором и кабелем вместе или некоторой комбинацией компонентов, которые могут быть выражены своими S-параметрами. Поправка из-за рассогласования тогда будет

 

(A.2)

 

где Г_e - коэффициент отражения на выходном порту антенны, когда она установлена для измерений помех. Все параметры учитывают применительно к сопротивлению 50 Ом.

Когда известна только величина или величина экстремумов параметров, невозможно вычислить , но ее экстремальное значение примет вид:

 

. (A.3)

 

ФПВ приблизительно U-образная, с шириной не более чем и стандартным отклонением не более полуширины, деленной на . Хотя U-образная ФПВ асимметрична в логарифмических величинах, поправка остается равной нулю, потому что ожидаемое значение отклонения равно нулю.

Излучаемые помехи

Для измерения излучаемых помех выше 1 ГГц, КСВН антенны принимают s_wr <= 2,0:1, подразумевающий |Г_e| <= 0,33. Также принимают, что для присоединения к приемнику используется хорошо согласованный кабель (|S₁₁| << 1, |S₂₂| << 1) с минимумом ослабления 1 дБ на 1 ГГц (|S₂₁| ~= 0,9), а ослабление приемника равно 0 дБ, при котором в соответствии с CISPR 16-1-1 КСВН s_wr <= 3,0:1 обеспечивает |Г_r| <= 0,5.

Если использован внешний по отношению к приемнику предусилитель, то неопределенность из-за рассогласования следует учитывать дважды, т.е. между портом антенны и входным портом предусилителя и между выходным портом предусилителя и входным портом приемника. Для предусилителя принимают, что входной и выходной КСВН s_wr <= 2,0:1. Использование внешнего предусилителя учитывают для диапазона частот выше 1 ГГц.

Оценка поправки равна 0 с U-образной ФПВ с шириной, равной разности .

Примечание 1 - Выражения для и показывают, что поправка из-за рассогласования может быть уменьшена при увеличении ослабления хорошо подобранной двухпортовой цепи, предшествующей приемнику. Недостатком является снижение чувствительности измерений.

Примечание 2 - Для некоторых антенн при некоторых частотах s_wr может быть намного больше, чем 2,0:1.

Примечание 3 - Меры предосторожности могут быть необходимы для того, чтобы убедиться, что сопротивление, которое "видит" приемник, соответствует требованиям CISPR 16-1-4 s_wr <= 2,0:1 при использовании сложной антенны.

Примечание 4 - Если эквивалент сети или поглощающие клещи откалиброваны на выходном порту аттенюатора, подключенного непосредственно к ним, то влияние полного сопротивления испытуемого оборудования на поправку из-за рассогласования будет уменьшено при возрастании затухания аттенюатора в соответствии с выражением

 

|Г_e| <= |Г_a| + 0,5 x 10^a/20,

 

где Г_e - коэффициент отражения;

a - затухание аттенюатора, дБ.

Примечание 5 - Дополнительно соображения по поводу уравнения (A.3):

a) при несуществующей или слишком слабой корреляции слагаемых линейное суммирование может быть заменено корнем квадратным из суммы квадратов;

b) из-за обычно малой величины слагаемых применимо дальнейшее приближение (где - стандартное отклонение нормальной ФПВ, дБ), приводящее окончательно к виду

 

.

 

A.4 Обоснование для оценки влияющих конкретных величин для метода измерения излучаемых помех в диапазоне от 1 до 18 ГГц (комментарии с ⁶⁾ по ¹⁵⁾)

6) Принимают, что оценка антенного фактора для свободного пространства F_a доступна в отчетах о калибровке вместе с расширенной неопределенностью и коэффициентом охвата.

7) При вычислении антенного фактора путем интерполяции между частотами, на которых имеются доступные данные, неопределенность связана с тем, что антенный фактор зависит от интервала частот между точками калибровки и изменением антенного фактора с частотой. Графическое построение зависимости калиброванного антенного фактора от частоты помогает визуализировать ситуацию.

Оценка поправки из-за интерполяции антенного фактора равна нулю с прямоугольной ФПВ, имеющей полуширину 0,3 дБ.

Примечание 1 - Для любой частоты, для которой имеется калибровочный коэффициент антенны, коррекция не обязательно должна быть рассмотрена.

 

8) Направленность приемной антенны определяет значение величины w уравнения (9) CISPR 16-2-3:2010, которое используют для рассуждения о необходимости сканировании высоты антенны. Значение w вычисляют на основе предположения об истинности критерия дальней зоны. На малых измерительных расстояниях измерения оказываются в зоне Френеля, а не в дальней зоне. Фактическое значение w как меры образа приемной антенны - отличие от значения, полученного с помощью уравнения (9).

Влияние свойств приемной антенны на неопределенность также зависит от частоты, размера объекта испытаний и измерительного расстояния. Результирующее значение неопределенности не является простым.

На высоких частотах некоторые приемные антенны имеют несколько лепестков вместо одного главного лепестка. Это может стать причиной появления дополнительной инструментальной неопределенности, которая не рассматривается в настоящем стандарте.

Оценка поправки составляет +1 дБ (т.е. принимают, что эта поправка будет применена) с прямоугольной ФПВ, имеющей полуширину в 1,5 дБ, принимая, что размеры объекта испытаний больше, чем часть раскрыва излучающей антенны w.

Примечание 2 - Для измерения излучаемых помех в БЭК выше 1 ГГц, номинальное измерительное расстояние равно 3 м (см. CISPR 16-2-3). Если используется другая дистанция, например 1 м, то будет применено преобразование результатов для 1 м в результаты излучений, применяемых для первичного измерительного расстояния 3 м. На практике такие преобразования часто проводят, полагая, что излучения от объекта испытаний на конкретном измерительном расстоянии могут быть преобразованы в другое расстояние применением равенства свободного пространства (20 дБ/декада или зависимость 1/r). Однако точное преобразование очень сильно зависит от типа объекта испытаний, используемого измерительного расстояния и частоты. Измерения выше 1 ГГц проводят в зоне Френеля и упрощенное правило преобразования свободного пространства не используют. Тем не менее CISPR 16-2-3 рекомендует использовать правило преобразования свободного пространства. Это может внести значительные неопределенности из-за преобразования измерительного расстояния, которые должны быть тщательно проанализированы.

 

9) Изменение положения фазового центра с частотой для логопериодической или двойной ребристой рупорной антенны вызывает отклонения от требуемого удаления. Принимают, что расстояние от антенны до объекта испытаний измеряют от средней точки антенны, что приводит к поправке, равной нулю.

Для логопериодической или двойной ребристой рупорной антенны оценка поправки равна нулю и имеет прямоугольную ФПВ с полушириной, оцененной с учетом влияния погрешности +/- 0,1 м в местоположении, принимая, что напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию..

10) Считается, что кроссполяризационная составляющая для рупорной антенны незначительна. Оценка коррекции для кроссполяризационной составляющей логопериодической антенны равна нулю с прямоугольной ФПВ, имеющей полуширину 0,9 дБ, соответствующую уровню кроссполяризованной компоненты минус 20 дБ согласно CISPR 16-1-4.

11) Калиброванные предусилители используют либо перед измерительным приемником, либо встраиваются в измерительный приемник, но вариации усиления внешнего предусилителя не учитываются при калибровке. Принимают, что оценка коэффициента предусилителя G_p доступна в отчете о калибровке вместе с расширенной неопределенностью и коэффициентом охвата. Любые отклонения усиления (нестабильности из-за изменений температуры и ухудшения состояния) с изменением частоты должны быть приняты во внимание как дополнительная неопределенность, особенно для внешних усилителей. Оценка поправки для усиления равна нулю с прямоугольной ФПВ, имеющей полуширину 0,7 дБ.

12) Измеряемый КСВН площадки дает показатели влияния неидеальности площадки на измерения помех. Допустимое отклонения для КСВН площадки по CISPR 16-1-4, равно 6 дБ.

Предлагают два метода вывода неопределенности измерений, связанной с БЭК, соответствие которой было подтверждено с использованием метода измерений S_VSWR в соответствии с CISPR 16-1-4 по результатам измерений S_VSWR.

Метод 1

Поверхность, которая удовлетворяет допуску 6 дБ по S_VSWR, не будет вызывать погрешности измерений излучаемых помех более 6 дБ. Полезное сравнение между S_VSWR и отклонением из-за потерь передачи для площадки 3 м приведено в документе CISPR/A/838/INF. В этом документе максимуму S_VSWR 6 дБ грубо соответствует максимум отклонения 4 дБ от потерь передачи. Принимая, что потери передачи имеют ФПВ Гаусса и значение 4 дБ не превышается во всем диапазоне частот, значение 4 дБ считают соответствующим расширенной неопределенности при коэффициенте охвата k = 3 (что соответствует очень высокому доверительному уровню), т.е. стандартная неопределенность равна 1,33 дБ.

Оценка поправки равна нулю со стандартной ФПВ, имеющей полуширину 4 дБ и коэффициент охвата k = 3.

Метод 2

Измеряемое значение S_VSWR делят на 2, чтобы прийти к отклонению из-за неидеальной поверхности. В случае треугольной ФПВ может быть принято во внимание, что S_VSWR - максимум из 15 (или 20) результатов сравнительного измерения. Для S_VSWR = 6 дБ треугольная ФПВ приведет к стандартной неопределенности 1,22. Также оценка поправки в этом случае равна нулю.

Примечание 3 - Если для метода 1 измеряемая величина S_VSWR меньше 6 дБ, оценка коррекции может быть принята равной нулю со стандартной ФПВ, имеющей полуширину 4(S_VSWR/6) дБ и коэффициентом охвата k = 3. Если для метода 2 измеряемая величина S_VSWR меньше 6 дБ, оценка коррекции может быть принята равной нулю. Измеряемую величину S_VSWR делят на 2, чтобы прийти к . При использовании треугольной ФПВ, результирующая неопределенность будет равна .

 

13) CISPR 16-1-4 описывает метод для оценки влияния материала стола ниже 1 ГГц. Метод для диапазона частот выше 1 ГГц находится в стадии разработки. Эффект может привести к значительной неопределенности. Предполагают, что ориентировочное значение составляет 1 дБ с прямоугольной ФПВ.

14) Погрешность в удаленности возникает в результате погрешности при определении периметра объекта испытаний и измерения расстояния. Оценка коррекции для поправки из-за удаленности равна нулю с прямоугольной ФПВ, имеющей полуширину оцененную из принятия максимальной погрешности разделения +/- 0,1 м и того, что напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию в пределах этого диапазона расстояний.

15) Измерения напряженности поля выше 1 ГГц проводят в квазисвободном пространстве. Номинальная высота стола не определена. Поэтому не может быть дано никакой неопределенности для эффекта изменения высоты стола.