简介
本文讨论RS101和RS103,包括MIL-STD-461修订“G”(当前修订)中包含的更新。这些测试量化了设备在设备和相关电缆上容忍不希望出现的信号的能力。该场有可能将干扰耦合到设备电路中,并导致性能下降或设备损坏。
这些测试方法已经成为MIL-STD-461测试程序的一部分,从一开始就使用RS01(磁场),RS02(磁感应场),RS03 (14 kHz-10 GHz电场)和RS04 (14 kHz-30 MHz平行板电场)编号。MIL-STD-461为各种应用指定了适用性和测试级别。此外,还参考MIL-HDBK-235,以确定为任何特定应用建立测试级别的预期环境。
RS01磁场测试就像今天一样,在30 Hz到30 kHz的频率范围内完成,并在距离测试件5厘米处放置一个辐射环。一个1欧姆的电阻被放置在回路的线路上,以测量每1安培回路电流的1伏特电压。辐射回路设计每安培产生50 μT电流通过回路。假设低频接受电平为160 dBpT,再加上指定测试电平的额外20至30 dB,电流将需要约为20安培((10^(180/20)*1E-12)/5E-5)。
RS02电缆磁感应场测试每米绕2圈(被测电缆长度为1米)电缆绕紧电缆。电源频率为20安培的电流流过绕线,同时监测EUT的敏感性。此外,在绕线上施加200V的尖峰(可以指定尖峰为10μS和150nS),同时监测敏感性。机箱RS02测试将绕线置于EUT机箱周围,并完成相同的感应场敏感性测试。
RS03电子场测试很像今天,但是没有规定干扰信号的调制。标准中关于将操作电磁环境作为试验计划的一部分予以考虑的声明。这种考虑可以为当时使用的各种频带提供AM、FM或脉冲调制。根据MIL-STD-461的定义,测试电平从1v /m到200v /m不等。
在RS04中,平行板法可作为RS03在14 kHz至30 MHz频率范围内的替代方法。这种配置在上下板之间产生垂直极化场,射频放大器驱动施加电压。这种方法有助于降低该频率范围内与场辐射相关的一些成本和尺寸因素,同时提供了一种可行的测试方法,特别是对于较高的测试水平。
1993年,MIL-STD-461D定义了要求和适用性,MIL-STD-462D描述了测试方法。这次修订带来了几个变化:
- 基于特定测试频率范围的频率步长表。
- 为敏感性测试指定一秒钟的停留时间。RS101提供了一个例外,允许扫描速度比扫描速率表中规定的快三倍。
- 取消RS02感应场试验和RS04平行板法。
- 磁辐射回路布线被改变为产生9.5E7 pT每安培应用电流。为了验证辐射回路的性能,定义了关联回路传感器。
- 对消声室的使用进行了规定,并定义了吸收器的性能。
- 磁场和电场测试的编号系统分别改为RS101和RS103。
- RS101测试频率范围更改为30hz - 100khz。
- RS103测试频率范围更改为10 kHz - 40 GHz(除非采购规范要求40 GHz,否则为18 GHz)。
- RS103测试不适用于天线连接接收器的调谐频率,除非采购机构指定。
1999年修订的“E”包含了一些变化:
- 频率步长停留时间增加到最少3秒,并指出EUT响应时间可以在必要时增加停留时间。
- 频率步长表在许多测试频率范围内发生了变化。
- 介绍了使用亥姆霍兹的RS101替代程序。
- 要求中删除了低于2 MHz的RS103测试。
- 允许使用混响室模式调谐方法的RS103替代程序。
- 天线连接接收器调谐频率的RS103测试级别更改为高于相关应用的RE102限制的20 dB。
修订“F”于2007年发布,带来了一些更新:
- 频率步长表在较高的测试频率范围内发生了变化。
- RS101扫描三倍标准速率改为使用标准扫描速率。
- 除水面舰艇和潜艇外,天线连接接收机调谐频率下的RS103测试不适用。没有提供接收机调谐频率的测试电平,因此假设标准电平,这通常以脱敏的形式产生敏感性。
2015年发布的修订版“G”是当前的标准,并将作为以下讨论的基础,详细介绍RS101和RS103的测试程序。
RS101辐射敏感性,磁场
与大多数MIL-STD-461G测试一样,我们从校准检查开始,以验证仪器的完整性。如果我们有一种方法在测试期间监测辐射场,这一步就可以消除,但在测试期间不存在场监测环路,而且EUT会扭曲场,妨碍精确测量。
图1显示了校准配置,其中现场监测环路可用于现场测量,电流探头位于监测辐射环路中的电流流动。回想一下,辐射线圈绕组应该产生9.5E7 pT每安培在线圈中流动,因此校准过程验证了这一关系。一旦验证了这种关系,则在测试期间监测电流以建立电场。
让我们逐步完成校准检查的过程。辐射回路为现场监测回路提供安装指南,以将两个项目定位在校准位置。标准要求检查在1khz下完成,通量密度为110 dBpT,因此我们转换为线性单位(10^(110/20)= 316E3 pT。我们将316E3除以9.5E7,得到3.33 mA的电流来产生磁场。注意,我们可以将9.5E7转换为159..55dbpt再减去110dbpt得到相同的答案。我们测量了磁场传感器和电流探头的电压,在加上这些因素后,我们得到了电流和磁场之间39.5 dB的差值关系。这种关系在整个测试频率范围内都成立,即dBpT单位的磁场等于dBμA加39.5单位的电流。
图1:RS101校准检查配置
一旦校准检查成功,将移除现场监测环路,使辐射环路位于距离EUT 5厘米处,如图2所示。在每个测试点扫描测试频率范围(每个频率步长停留3秒)。一个测试点是每个30cm × 30cm的EUT截面和每个接口连接器。通常的做法是消除在该区域没有电路的测试点,例如设备机架中的空白面板。测试在高于验收极限10 dB的测试水平下完成,最高可达183 dBpT(15安培)。
如果观察到易感性,就要测量易感性的阈值。阈值的确定方法是降低干扰信号振幅,直到EUT不显示敏感性,然后再降低6 dB以补偿滞后效应,然后增加信号振幅,直到观察到敏感性。在dBpT中应用的振幅是阈值。在修订G发布之前,没有规定阈值测量的数量。现在的标准表明,通过最小阈值数的测量来确定易感度的起始和结束频率以及最坏情况的测量。我认为应该使用更多的点来帮助绘制易感性的轮廓,例如在观察易感性的频率范围中,每八度有2到3个频率。注意,如果适用,应为每个不同的易感指征提供阈值测量。
RS101替代程序采用亥姆霍兹线圈产生磁场。亥姆霍兹线圈由一对几乎完全相同的线圈组成,以支持同一方向的电流流动。这种电流流支持在两个线圈之间形成均匀的磁场。两个线圈之间的距离等于线圈半径。请注意,如果线圈缠绕不正确,两个线圈的磁场将趋于抵消。
亥姆霍兹线圈的预测校准非常类似于标准方法,在线圈中心使用13.3厘米环路(RE101环路天线)测量场,同时测量应用电流,以建立电流与场的关系。在测试过程中,该关系用于确定整个频率范围内的应用电流。
EUT放置在线圈中心并建立操作。使用为EUT和频率步长建立的标准停留时间扫描频率范围。将EUT定向到下一个正交平面,重复频率扫描,然后再进行最终的正交平面。亥姆霍兹方法在只进行一次频率扫描的飞机完整测试中具有明显的优势。如果你的产品线往往是一个共同的大小,构造和使用亥姆霍兹线圈是非常有用的。请注意,该标准提供了更多关于亥姆霍兹线圈尺寸和最大EUT尺寸的详细信息。
图2:RS101测试配置
辐射敏感性,电场
RS103覆盖2 MHz到18 GHz的频率范围,如果在采购中指定,还可以选择将最高频率扩展到40 GHz。天线连接接收机的调谐频率不适用于陆军和空军的要求。带有永久连接天线的接收机在带内测试时可能表现出性能下降,但在移除带内暴露后必须恢复。水平和垂直天线极化测试适用于30mhz以上。
MIL-STD-461G中的标准RS103测试使用有源传感器监测来测量测试过程中的现场。如图3所示,将EUT配置在测试设置边界,辐射天线距离边界1米或更远。请注意,对于较大的测试项目,可能需要多个天线位置,以在达到测试级别通常所需的辐射天线3db波束宽度内提供完整覆盖。
对于辐射棒和双锥天线,将电场传感器放置在测试设置边界的前端,以2米电缆为中心,高于地面至少30cm是正常的。这些天线的波束宽度覆盖整个测试边界,但EUT非常大的情况下,如多个机架。在200mhz至1ghz频率范围内,天线定位应在电缆的EUT端暴露出EUT和35cm长的电缆。在1 GHz以上的位置包括EUT加7厘米的电缆。随着不同的天线位置,e场传感器被放置在天线覆盖范围内,注意,在1 GHz以上,30厘米的高度可能会降低,以将传感器放置在被辐射场照亮的区域。避免将传感器放置在边缘的EUT角落,可能会产生阴影效果,从而产生传感器测量误差。
一旦配置和EUT操作建立,辐射场就会增加,直到达到测试水平。然后应用调制(1 kHz方波脉冲调制)并维持3秒或EUT周期时间中较大的时间。频率按标准第4节的频率步进表进行步进。该过程以这种方式继续,直到完成所有所需的天线位置和极化。如果注意到易感性,可采用阈值测量。
图3:RS103测试配置
RS103可采用混响室法作为替代。模式调谐方法的细节在标准中提供了校准的细节。该方法在标定体积时具有一些明显的优点,但在定位灵敏度进入EUT的点时存在局限性。IEC 61000-4-21是混响室测试的良好参考,可用于混响室校准。大多数商用混响室都由制造商支持校准过程。除非EUT直接参与校准过程,否则测试可能会使EUT过度测试,因为EUT的负载效应是由吸收器体积模拟的。
总结
RS测试包含在大多数资格测试程序中,特别是RS103。测试可能非常耗时,但可以通过传感器的反馈实现自动化。持续监测EUT性能是该过程的一个组成部分,请注意,模拟和监测设备很容易受到影响,因此在测试配置设计中需要考虑隔离。
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