【前文回顧】：虹科方案|如何使用虹科RadiSense電場探頭提高場強測量的準確性

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各向同性表現，被遺忘的規(guī)范

EMC 測試實驗室使用電場探頭來確定輻射抗擾度測試期間產生的電場強度。

電場探頭可用來驗證產生電場強度的值，同時也是唯一且絕對的參考。因此，電場探頭的精度至關重要。多年來，許多探頭制造商以不同的方式探索探頭精度。

一般來說，用戶想要計算電場探頭的整體精度，甚至是測量電場強度的精度，必須考慮到幾個指定參數的不確定性，如線性度、頻率響應、溫度漂移和非各向同性表現。因為探頭規(guī)范通常較為混亂、不完整有時甚至具有誤導性，所以這項任務可能會非常繁瑣。本文的目的是對正確閱讀和理解探頭規(guī)范提供一個較為清晰的解釋。

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什么是各向同性響應

具有完美各向同性響應的電場探頭會給出完全相同的電場強度讀數，而且與探頭在場中的旋轉方式無關。換句話說，如果探頭以隨機方式在其所有軸上旋轉，探頭的讀數也根本不會改變。在這種情況下，測得的電場圖將是完美的球形即360 度。在實踐中，由于許多原因，每個 電場探頭都會存在非各向同性表現，例如 x、y 和 z 軸探測器之間的差異、探頭外殼的鋒利邊緣（導致渦流）、探頭支架（安裝）、光纖連接等。

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如何測量各向同性響應？

由于探頭的球形表面會針對探頭使用的每個頻率進行完全的掃描，測量“真實”各向同性響應將是一項極其耗時的任務。您會在實踐中發(fā)現兩種不同的方法：

軸間平衡

在電場探頭的校準過程中，一個場方向（如垂直）會產生一個電場， x、y 和 z 軸場探頭元件依次與場平行放置。軸之間的測量差異代表著各個軸之間的不平衡。盡管測量是在“理想”條件下進行的而且只能代表各向同性響應的一小部分，這有時也會被報告為各向同性響應。在這種方法中，我們不用考慮軸之間的探頭響應。

旋轉對稱

在旋轉對稱的測量過程中，探頭經過特殊處理后被放置在消聲校準室中，它與生成的磁場方向呈 54.7 度角， 該角度也被稱為“魔角”。只要在 360 度區(qū)域內旋轉探頭并使其保持在這個“魔角”，那么每旋轉 120 度，每個軸都會與磁場方向平行。該方法可以用來測量探頭在“最壞情況”的位置的各向同性表現，結果將顯示在圓形圖中。從圖中可以看到軸之間的平衡和軸之間的響應，從而更好地了解電場探頭的各向同性表現。

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為什么各向同性表現如此重要

消聲室中的場通常只有一個場方向即水平或垂直。

這可能會錯誤地得出這樣的結論：即使探頭的各向同性響應很差，一個軸平行于生成場的探針也能正確測量生成的場強。在實際情況中，消聲室中的場分布其實并不完美。從 EN61000-4-3 可以很容易地看出這一點，它要求電波暗室中場均勻性的最大誤差不超過 6 dB。

電波暗室的這種非各向同性場表現是由暗室中發(fā)生的反射引起的，即使經過大量努力，如使用吸收材料來減少這些反射也是如此。

當這些反射測量不正確時，意味著消聲室性能測量也不正確，這通常會導致在 16 點校準過程中不合理地拒絕或批準進入，同時也會導致在正常 EMC 測試期間不能準確地測量場強。

因為使用場探頭進行16點校準的目的是確定消聲室中的場是否均勻（僅存在于一個場方向），所以消聲室中的場只有一個場方向和探頭不必是各向同性這兩者可以互相論證。

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如何測定各向同性性能

多年來，探頭制造商在單個頻率點和相對較低的頻率下測定各向同性性能。然而場探頭的各向同性響應會隨著頻率發(fā)生強烈變化，低頻下各向同性相對較好的探頭在高頻下的性能會變得更差。

在低頻下，與射頻場的波長相比，探頭的尺寸相對較小。例如在 50 MHz 時，波長為 1.5m，則每個電場探頭都偏小。在這種情況下，我們默認電場探頭將具有較好的各向同性響應。

然而，在達到幾 GHz 的頻率下，與被測場的波長相比，電場探頭的尺寸變得不可忽略，并且會出現較大的各向同性偏差。?

目前，電場探頭制造商在低于 2 GHz 的頻率下測定其各向同性性能，此時電場探頭的各向同性響應相對較好。然而更值得關注以及更加影響測試結果的應該是探頭能達到的最高頻率下的各向同性響應。

對知名探頭制造商的眾多不同電場探頭的測量表明，在3~6 GHz的頻率下，各向同性誤差甚至能達到6~10 dB ！

虹科開關與仿真團隊

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