曹晟，葛欣宏

（1.北京工業(yè)大學，北京 100124；2.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，長春 130033）

2013年，我軍發(fā)布了新版電磁兼容軍用標準《GJB 151B-2013軍用設備和分系統(tǒng) 電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》，用以代替GJB151A/152A-97的舊版標準。25Hz～50kHz地線傳導敏感度（CS102）是GJB151B-2013標準中新增的一項，CS102的測試對象為水面艦船、潛艇上帶有地線的設備及分系統(tǒng)，當訂購方有規(guī)定時，也適用于工作在其他平臺上且?guī)У鼐€的設備和分系統(tǒng)，測試目的是驗證EUT（被測設備）的地線上注入GJB151B-2013中CS102項規(guī)定的標準電平時，EUT是否工作正常。開展CS102的測量不確定度評定研究工作，可以有效的衡量25Hz～50kHz地線傳導敏感度的測量結果的質量［1-6］。在CNAS實驗室認可工作中，在兩個或多個實驗室之間的能力比對是認可工作的一個重要環(huán)節(jié)，通過能力比對，能夠判別不同實驗室CS102測量結果的合理性，提高測量結果的一致性。本文依據GJB151B-2013《軍用設備和分系統(tǒng) 電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》、及CS102的儀器配置，參考GB/T 6113.402-2006，對25Hz～50kHz地線傳導敏感度的測量不確定度評定方法進行了研究［7］。

1 測量原理

圖1為CS102項的測量原理圖。測量配置中，LISN（人工電源網絡）是為EUT（被測設備）供電的必要設備，一方面可以為不同的EUT提供統(tǒng)一的電源阻抗，另一方面用于抑制EUT本身的電磁干擾返回至電源及耦合電路，以提供干凈的電源品質。信號發(fā)生器產生符合標準要求的干擾注入電平，依據不同EUT地線的注入難易程度可以選擇是否采用功率放大器，耦合變壓器是干擾注入的執(zhí)行設備，承擔將干擾電平注入地線的任務。示波器用于監(jiān)視干擾電平是否符合GJB151B-2013要求的注入電平要求。測量配置中，輔助設備用于監(jiān)視EUT的工作性能，觀察EUT是否工作正常。

圖1 CS102測量配置圖

測量過程為：依據圖1連接測量系統(tǒng)，受試設備加電并預熱，使其工作狀態(tài)處于穩(wěn)定。初始將信號發(fā)生器的輸出調節(jié)到最低測試頻率，然后慢慢增加信號電平，直到示波器的讀數(shù)值為1V，保持要求的信號電平，依據GJB151B-2013通用要求在測試頻率范圍內進行頻率步進式注入，同時觀察EUT是否敏感。

2 測量不確定度的來源分析及測量模型的建立

電磁兼容測量過程中，形成測量不確定度的來源眾多，測量儀器、實驗人員的熟練度、測量方法的局限性及被測對象描述的不充分均會引入測量結果的不確定度。具體包括測量過程中不同實驗人員的熟練度引入的測量過程偏差、測量儀器的計量性能的受限及在相同條件下測量結果在多次觀測中的變化等［8-11］。據此分析，在CS102測量環(huán)節(jié)中，信號發(fā)生器的漂移、阻抗失配、測量的重復性等因素均引入了測量不確定度分量。

據此，建立式（1）所示的CS102干擾注入電平的測量模型：

式中，CVL：傳導干擾注入電平，dBV；VLAW：電壓的窗口接受度，dB，在可接受窗口內，允許軟件接受的在校準電平下的感應電壓值。PD：信號發(fā)生器漂移，dB，與信號發(fā)生器的輸出電平及長期重復性有關。PAH：功率放大器諧波，dB，功率計的讀數(shù)中由放大器失真引入的不確定度分量。MVC：示波器-耦合變壓器間的阻抗失配，dB。Ur：示波器自身引入的不確定度修正因子，dB。REUT：EUT的重復性，dB，只有當測量結果接近允許極限時才需要考慮，因為此時EUT的變化可能影響到合格判定。

3 測量結果的測量不確定度評定

測量不確定度評定包括A類評定和B類評定共兩個部分。

A類評定為在規(guī)定測量條件下，能夠用統(tǒng)計分析的方法對被測量進行評定的測量不確定度分量；

B類評定用非統(tǒng)計學方法對測量不確定分量進行評定。

3.1 A類測量不確定分量評定

依據國家標準GB/T 6113.402-2006，示波器電壓讀數(shù)Vr需要采用A類測量不確定分量評定方法進行評定，不確定的來源包括測量系統(tǒng)不穩(wěn)定、人員操作的重復性等因素，由于CS102的測試系統(tǒng)為閉環(huán)自動測試系統(tǒng)，不同EUT均要求保持注入干擾電平為1V，故A類測量不確定的來源也包括了EUT的不確定性。

選擇某艦載設備作為受試設備，設備為220V單相交流供電。依據試驗的標準測量配置進行10次測量，在50Hz頻點處取10次測量結果用于評定，具體數(shù)據見表1，由于示波器的測量結果單位為V，為便于計算合成不確定度，將V轉換為dBμV。

其次，計算實驗標準偏差s（Vk），有：

表1 測量接收機讀數(shù)的A類評定計算

3.2 B類測量不確定分量評定

3.2.1 電壓電平可接受窗口VLAW，dB

依據CNAS-GL07，示波器電壓可接受窗口的半寬度值a=0.50dB，該值均勻分布，則電壓電平可接收窗口的標準測量不確定度為u（VLAW）=0.50/1.732=0.289dB。

3.2.2 信號發(fā)生器漂移PD，dB

在儀器的校準證書中，信號發(fā)生器漂移PD的輸出幅度相對擴展不確定度為0.5%（k=2），由于校準證書采用了相對不確定度的形式表示，需要換算成dB形式。

設信號發(fā)生器輸出幅度為Ur（V），則擴展不確定度的報告形式為：m=Ur（1±0.5%），將該式兩邊同時取以10為底的對數(shù)，并乘以20，有：

即m（dBV）=Ur（dBV）+［-0.0435dB，0.0043dB］

［-0.0435dB，0.0043dB］區(qū)間的半寬為0.0239dB，服從正態(tài)分布，則PD的標準測量不確定度為u（PD）=0.0239dB/2=0.012dB。

3.2.3 功率放大器諧波PAH，dB

在儀器的校準證書中，功率放大器增益的擴展不確定度：0.6dB（k=2），則u（PAH）=0.6/2=0.3dB。

3.2.4 示波器-耦合變壓器間的阻抗失配MVC，dB

由于示波器-耦合變壓器測量路徑存在阻抗不完全匹配，需要對結果修正，其修正的最佳值為0dB。

電纜、耦合變壓器及電纜三者的串聯(lián)構成了一個二端口網絡，示波器連接到二端口網絡的一端上，二端口網絡的另一端連接到受試設備，則阻抗失配修正因子為式（2）：

其中，Γe為EUT的反射系數(shù)，Γr為示波器的反射系數(shù)，考慮最壞情況假設接到示波器上的是一根良好匹配的電纜（S11＜＜1，S22＜＜1），其衰減可忽略（S21≈1），且示波器射頻衰減為10dB或更大，這時電壓駐波比為VSWR≤1.2：1，相當于Γr≤0.09。

據此，可以計算δM的極限值，如式（3）：

式中，δM的半寬度值為0.785dB，服從U型分布，包含因子為則阻抗失配修正因子δM的標準測量不確定度為u(δM)=0.555dB。

3.2.5 示波器自身引入的不確定度修正因子Ur，dB

示波器自身引入的不確定度主要為電壓測量引入的擴展測量不確定度［12～15］，示波器的校準證書中，電壓測量的相對擴展測量不確定度為0.5%（k=2），由于校準證書采用了相對不確定度的形式表示，需要換算成dB形式。

設示波器的測量值為Ur（V），則擴展不確定度的報告形式為：

m=Ur（1±0.5%），將該式兩邊同時取以10為底的對數(shù)，并乘以20，有：

20lgm=20lgUr+20lg（1±0.5%）

即m（dBV）=Ur（dBV）+［-0.0435dB，0.0043dB］

［-0.0435dB，0.0043dB］區(qū)間的半寬為0.0239dB，服從正態(tài)分布，則Ur的標準測量不確定度為u(Ur)=0.0239dB/2=0.012dB。

3.2.6 EUT的重復性REUT，dB

由于CS102項測試的被測件基本不存在重復性，故該項不予考慮。

表2 B類標準不確定度分量評定結果表

3.3 測量結果的合成標準不確定度

干擾注入電平的合成標準不確定度為：

3.4 測量結果的擴展不確定度

取k=2（對應95%的置信水平），擴展不確定度為：

4 結論

本文系統(tǒng)的研究了軍用設備地線傳導敏感度的測量不確定度評定方法，以某艦載設備為測量對象，開展了測量不確定度評定工作，評定結果顯示，影響CS102測量不確定度的主要分量是阻抗失配帶來的不確定度、電壓電平可接受窗口及功率放大器諧波帶來的不確定度分量等。研究結果對符合GJB151B新標準電磁兼容測量能力的建設以及測量結果質量的保障具有積極的作用。

［1］王化吉.EMC傳導發(fā)射測試測量不確定度評定［J］.國外電子測量技術，2012，31（3）：42-44.

［2］楊志豪，黃昊培，李蘊，等.電源端口騷擾電壓測量中的不確定度分析［J］.現(xiàn)代電子技術，2013，36（22）：105-107.

［3］孫瑋.電磁兼容發(fā)射測量中的不確定度［J］.環(huán)境技術，2013（10）：36-39.

［4］吳培軍.測量不確定度在測量過程中的具體應用［J］.計量與測試技術，2013，40（10）：75-79.

［5］安蘇生，萬發(fā)雨，馮超超.某導航終端芯片傳導敏感度測試研究［J］.科學技術與工程，2016，16（11）：189-193.

［6］史永彬，于蒙，李迪.示波器測量脈沖信號測量結果的不確定度分析與評定［J］.國外電子測量技術，2016，35（3）：50-53.

［7］GB/T 6113.402-2006，無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規(guī)范 第4-2部分：不確定度、統(tǒng)計學和限值建模測量設備和設施的不確定度［S］.

［8］寧飛，賀庚賢，葛欣宏.星載設備電源線傳導發(fā)射的測量不確定度評定方法［J］.電子測量技術，2016，39（1）：80-83.

［9］龔劍，雷俊，占永革，等.分光光度法測定污水中揮發(fā)酚的不確定度評定［J］.實驗室研究與探索，2015，34（6）：12-14，19.

［10］葛欣宏，賀庚賢，寧飛，等.EPA靜電電位的測量不確定度評定［J］.長春理工大學學報：自然科學版，2013，36（Z1）：47-49.

［11］馮英強，周振平.傳導發(fā)射測量不確定度評定的驗證［J］.宇航計測技術，2008，28（5）：53-56.

［12］陳曙光，鄧國榮，譚金玉，等.一種提高脈沖電流測量準確度的方法［J］.太赫茲科學與電子信息學報，2016，14（1）：108-111.

［13］卜云萍，趙洋，馬暉，等.間接測量電流的測量不確定度分析與評定［J］.中國計量，2016（5）：99-100.

［14］周麗霞，丁恒春，袁瑞銘，等.電能表動態(tài)誤差測量系統(tǒng)及測量不確定度評定［J］.電測與儀表，2016，53（8）：81-85,118.

［15］陳澤銀.高壓開關設備和控制設備的工頻耐壓試驗不確定度分析［J］.電子質量，2016（4）：24-26.