JJF 1884-2020 10 kHz～100 MHz电磁场探头校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF1884—2020

10kHz~100MHz电磁场探头

校准规范

CalibrationSpecificationforElectromagneticFieldProbes

from10kHzto100MHz

2020-11-26发布2021-05-26实施

国家市场监督管理总局发布

JJF1884—2020

10kHz~100MHz电磁场探头

校准规范

JJF1884—2020

CalibrationSpecificationforElectromagnetic

FieldProbesfrom10kHzto100MHz

归口单位全国无线电计量技术委员会

:

主要起草单位中国计量科学研究院

:

参加起草单位广州计量检测技术研究院

:

辽宁省计量科学研究院

本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释

JJF1884—2020

本规范主要起草人

:

刘潇中国计量科学研究院

()

李渤中国计量科学研究院

()

孔雨聆中国计量科学研究院

()

参加起草人

:

沈仁怡广州计量检测技术研究院

()

郝松辽宁省计量科学研究院

()

JJF1884—2020

目录

引言

………………………(Ⅱ)

范围

1……………………(1)

引用文件

2………………(1)

术语和计量单位

3………………………(1)

场传感器

3.1……………(1)

场探头

3.2………………(1)

电场探头

3.3……………(1)

磁场探头

3.4……………(1)

读出装置

3.5……………(1)

概述

4……………………(1)

计量特性

5………………(2)

校准条件

6………………(3)

环境条件

6.1……………(3)

测量标准及其他设备

6.2………………(3)

校准项目和校准方法

7…………………(4)

校准项目

7.1……………(4)

校准方法

7.2……………(5)

校准结果表达

8…………(8)

复校时间间隔

9…………(9)

附录原始记录格式

A…………………(10)

附录校准证书内页格式

B……………(13)

附录主要项目校准不确定度评定示例

C……………(16)

Ⅰ

JJF1884—2020

引言

本规范依据国家计量校准规范编写规则和

JJF1071—2010《》JJF1059.1—2012

测量不确定度评定与表示编写

《》。

本规范参考

IEEE1309—2013《IEEEStandardforCalibrationofElectromagnetic

中相关条款进

FieldSensorsandProbes(ExcludingAntennas)from9kHzto40GHz》

行编写主要针对频率范围为的电磁场探头校准方法进行了规定

。10kHz~100MHz。

校准项目包括电场强度磁场强度磁感应强度和各向同性并在附录中给出了测量

:、、。

的不确定度评定示例

。

本规范为首次发布

。

Ⅱ

JJF1884—2020

10kHz~100MHz电磁场探头

校准规范

1范围

本规范规定了频段的电磁场探头含电场探头磁场探头简

10kHz~100MHz(、,

称场探头的校准方法适用于电磁兼容检测等领域中使用的场探头的校准其他类型

),。

的场探头除天线外亦可参考使用

()。

2引用文件

本规范引用了下列文件

:

电磁场探头和传感器除天线外的校准

IEEEStd1309—20139kHz~40GHz()

[IEEEStandardforCalibrationofElectromagneticFieldSensorsandProbes(Excluding

Antennas)from9kHzto40GHz]。

凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本规范凡是不注日期的引用文

,;

件其最新版本包括所有的修改单适用于本规范

,()。

3术语和计量单位

场传感器

3.1fieldsensor

一个用以测量电场或者磁场的电小尺寸设备不含电子器件并应尽可能小地扰动

,,

被测场理论上其传输函数输出信号和输入电磁场的比值可以通过其测得的物理参

。()

数和材料电特性得到

。

场探头

3.2fieldprobe

包含一个场传感器或若干个场传感器组合及二极管检波器电阻放大器等电子器

、、

件用以测量某一媒质中的射频场分量并应尽可能小地扰动被测场理论上场探头的

。,。

输出不能通过简单地测量其物理参数得到场探头包含电场探头和磁场探头

。。

电场探头

3.3E-fieldprobe

可测量电场强度E单位为的场探头

(V/m)。

磁场探头

3.4H-fieldprobe

可测量磁场强度H单位为或者磁感应强度B单位为2或者

(A/m)(Wb/mT)

的场探头

。

注:/26。

1Wbm=1T=10μT

读出装置

3.5readoutdevice

采集场探头的输出信号并将其转化为可读信号输送给数据采集分析仪的电子装置

。

4概述

场探头通常分无源和有源两种无源场探头包括场传感器二极管检波器和高阻传

:、

1

JJF1884—2020

输线三部分见图有源场探头包括场传感器检波器电阻和放大器见图

,1(a);、、,1(b)。

电小尺寸的场传感器用于探测空间中某一位置的场分量检波器将射频信号转换为等比

,

例的直流或者低频交流信号检波后的电流经平衡高阻传输线或电阻放大器光缆输

,、、

出给数据处理和显示电路将场探头和读出装置相连即可通过显示单元读取空间某一

。,

位置的电磁场场强数值

。

无源场探头

(a)

有源场探头

(b)

图场探头的基本结构示意图

1

场探头根据待测参数的不同分为电场探头和磁场探头也有些场探头将二者集成在

,

一起电场探头的场传感器通常由三个相互正交的偶极子天线组成而磁场探头的场传

。,

感器通常由三个相互正交的环天线组成如图所示

,2。

电场探头中正交布置的偶极子天线磁场探头中正交布置的环天线

(a)(b)

图场探头中采用正交布置的场传感器

2

场探头广泛用于电磁兼容通信电视和广播发射系统医疗设备电力发电等领

、、、、

域的电磁场测量

。

5计量特性

场探头的计量特性见表

1。

2

JJF1884—2020

表1场探头的计量特性

计量特性场强范围频率范围最大允许误差

电场强度

1V/m~100V/m10kHz~100MHz±1.5dB

磁感应强度

0.1μT~100μT10kHz~300kHz±1.5dB

磁场强度

0.015A/m~0.5A/m10kHz~100MHz±1.5dB

电场强度

:10V/m~100V/m

各向同性磁感应强度

:1μT~100μT10kHz~100MHz±1.5dB

磁场强度

:0.05A/m~0.5A/m

注:

具体可以测量的频段和场强范围取决于采用的测量标准及配套设备,不限于表中数值。

1

场强频率响应和线性可以通过测量的场强得到,各向同性可以通过在之间不同的

20°~360°

角度处测量场强并计算得到。本规范暂未涉及另外个频域计量特性和时域计量特性。

3

注:以上技术指标不作合格性判别,仅提供参考。

6校准条件

环境条件

6.1

环境温度

6.1.1:(23±5)℃。

相对湿度

6.1.2:≤80%。

电源要求

6.1.3:(220±22)V,(50±1)Hz。

周围无影响正常校准工作的电磁干扰和机械振动使用的亥姆霍兹线圈需要远

6.1.4,

离大面积金属即磁性表面

()。

测量标准及其他设备

6.2

信号发生器

6.2.1

频率范围

:10kHz~100MHz;

频率最大允许误差-5

:±1×10;

最大输出电平大于

:0dBm。

横电磁波小室

6.2.2(TEM)

频率范围

:DC~100MHz;

端口驻波小于

:1.2;

时域阻抗

:49Ω~50.5Ω;

芯板与顶板或底板的距离大于场探头直径的三倍

():。

亥姆霍兹线圈

6.2.3

频率范围

:DC~300kHz;

线圈直径应大于场探头直径的两倍

:。

功率计

6.2.4

频率范围

:10kHz~100MHz;

功率范围

:-30dBm~20dBm。

3

JJF1884—2020

定向耦合器

6.2.5

频率范围

:300kHz~100MHz;

耦合系数

:15dB~50dB;

耦合系数最大允许误差

:±2%;

方向性大于

:20dB。

衰减器

6.2.6

频率范围

:10kHz~100MHz;

衰减值

:20dB~50dB;

衰减值的最大允许误差

:±5%;

平均功率大于

:150W。

射频毫伏表

6.2.7

频率范围

:10kHz~300kHz;

电压范围

:1mV~100V;

最大允许误差

:±3.5%。

取样电阻

6.2.8

频率范围

:10kHz~300kHz;

额定功率

:≥40W;

电阻值

:1Ω~100Ω;

电阻值最大允许误差

:±1%。

功率放大器

6.2.9

频率范围

:10kHz~100MHz;

额定功率

:≥40W;

谐波抑制

:>20dB。

大功率负载

6.2.10

频率范围

:10kHz~100MHz;

额定功率

:≥150W。

7校准项目和校准方法

校准项目

7.1

校准项目如表所示

2。

表2校准项目表

序号校准项目适用对象

外观及工作正常性检查电场探头磁场探头

1、

电场强度电场探头

2

磁场强度磁场探头

3

磁感应强度磁场探头

4

各向同性电场探头磁场探头

5、

4

JJF1884—2020

校准方法

7.2

外观及工作正常性检查

7.2.1

场探头的外观应完好不应有影响电气性能的机械损伤配套附件齐全开启场探

,,。

头场探头与读出装置连接正常按技术说明书规定时间预热如场探头具有自校准功

,,。

能运行自校准功能将检查结果记录在附录表中

,。AA.1。

电场强度

7.2.2

按照图或图中的方式连接设备

a)3(a)3(b)。

定向耦合器方式

(a)(300kHz~100MHz)

衰减器方式

(b)(10kHz~100MHz)

图用小室进行场探头校准原理图

3TEM(10kHz~100MHz)

将场探头放入小室上半部分或下半部分的中心位置场探头开关开

b)TEM()。

启设定信号发生器频率为场探头的校准起始频率点

,。

设置信号发生器的输出幅度使得小室中上半部分或下半部分的中

c),TEM()

心位置场强为期望的标准场强值该标准场强值通过式计算

,(1):

PZ

E=net0

d(1)

式中

:

E电场强度

———,V/m;

P馈入小室中的净功率

net———TEM,W;

Z小室的特性阻抗实部

0———TEM,Ω;

d芯板距离顶板或者底板的高度

———,m。

其中图定向耦合器方式净功率P可以由定向耦合器的系数C端口

3(a)net,fwd(2

和端口的功率比值和C端口和端口的功率比值功率计读数P和P通

3)rev(24)、12

过公式计算

(2):

P=CP-CP

netfwd1rev2(2)

图衰减器方式净功率P可以由衰减器的衰减值A和功率计读数P通

3(b)net,att

过公式计算

(3):

P=AP

netatt(3)

5

JJF1884—2020

在附录表中记录此时场探头示值和功率计读数值

d)AA.2。

改变信号发生器频率到下一个频率点重复到直至完成所有预设置的

e),c)e),

校准频率点至少测量个不同的频率点得到场强频率响应

,5,。

设定信号发生器频率为工作频段内的某一频率

f)。

设置信号发生器的输出电平使得场强发生装置中心场强为第一个期望的标准

g),

场强值该标准场强值通过公式计算

,(1)。

在附录表中记录此时场探头示值和功率计读数值

h)AA.2。

改变信号发生器输出电平使场强发生装置中心场强为下一个标准场强值重复

i),

直至完成所有预设置的标准场强值至少测量个不同的标准场强值得到场强

h),,5,

线性

。

将标准场强值除以场探头示值得到校准因子填入附录表中

j),AA.2。

磁场强度

7.2.3

按照图或图中的方式连接设备

a)3(a)3(b)。

将场探头放入小室上半部分或下半部分的中心位置场探头开关开

b)TEM()。

启设定信号发生器频率为被校场探头的校准起始频率点

,。

按照中的步骤计算得到电场强度E的数值根据式计算标准

c)7.2.2(c),(4)

场强值H

:

E

H=

η(4)

式中

:

H磁场强度

———,A/m;

η波阻抗自由空间中为

———,120π,Ω。

在附录表中记录此时场探头示值和功率计读数值

d)AA.3。

改变信号发生器频率到下一个频率点重复到直至完成所有预设置的

e),c)d),

校准频率点至少测量个不同的频率点得到场强频率响应

,5,。

设定信号发生器频率为工作频段内的某一频率

f)。

设置信号发生器的输出电平使得场强发生装置中心场强为第一个期望的标准

g),

场强值该标准场强值通过公式计算

,(4)。

在附录表中记录此时场探头示值和功率计读数值

h)AA.3。

改变信号发生器输出电平使场强发生装置中心场强为下一个标准场强值重复

),

i

直至完成所有预设置的标准场强值至少测量个不同的标准场强值得到场强

h),,5,

线性

。

将标准场强值除以场探头示值得到校准因子填入附录表中

j),AA.3。

磁感应强度

7.2.4

设备连接如图所示

a)4。

6

JJF1884—2020

图用亥姆霍兹线圈进行场探头校准原理图

4(10kHz~300kHz)

注:选取合适的亥姆霍兹线圈可以将上限频率扩展到。

1MHz

将场探头放入亥姆霍兹线圈的中心位置场探头开关开启设定信号发生器频

b)。,

率为场探头的校准起始频率点

。

设置信号发生器的输出幅度使亥姆霍兹线圈的中心位置场强为期望的标准场

c),

强值该标准磁感应强度值通过式计算

,(5):

μNIμNU

B=0.7155=0.7155

rrR(5)

式中

:

B磁感应强度

———,T;

μ磁导率真空磁导率为-7

———,4π×10H/m;

N线圈匝数

———;

I流经线圈的电流通过测量取样电阻R两端的电压U计算得到

———,,A;

r线圈半径

———,m;

R取样电阻值

———,Ω;

U取样电阻R两端的电压

———,V。

在附录表中记录此时场探头示值射频毫伏表读数值和取样电阻值

d)AA.4、。

改变信号发生器频率到下一个频率点