Iec cispr 16 1 6 2014

® CISPR 6-1 -6 Edition 201 4-1 INTERNATIONAL STANDARD NORME INTERNATIONALE colour i n si de INTERNATIONAL SPECIAL COMMITTEE ON RADIO INTERFERENCE COMITÉ INTERNATIONAL SPÉCIAL DES PERTURBATIONS RADIOÉLECTRIQUES BASIC EMC PUBLICATION PUBLICATION FONDAMENTALE EN CEM Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods – Part -6: Radio disturbance and immunity measuring apparatus – EMC antenna calibration CISPR 6-1 -6:201 4-1 2(en-fr) Spécifications des méthodes et des appareils de mesure des perturbations radioélectriques et de l'immunité aux perturbations radioélectriques – Partie -6: Appareils de mesure des perturbations radioélectriques et de l'immunité aux perturbations radioélectriques – Étalonnage des antennes CEM THIS PUBLICATION IS COPYRIGHT PROTECTED Copyright © 201 IEC, Geneva, Switzerland All rights reserved Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either IEC or IEC's member National Committee in the country of the requester If you have any questions about IEC copyright or have an enquiry about obtaining additional rights to this publication, please contact the address below or your local IEC member National Committee for further information Droits de reproduction réservés Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'IEC ou du Comité national de l'IEC du pays du demandeur Si vous avez des questions sur le copyright de l'IEC ou si vous désirez obtenir des droits supplémentaires sur cette publication, utilisez les coordonnées ci-après ou contactez le Comité national de l'IEC de votre pays de résidence IEC Central Office 3, rue de Varembé CH-1 21 Geneva 20 Switzerland Tel.: +41 22 91 02 1 Fax: +41 22 91 03 00 info@iec.ch www.iec.ch About the IEC The International Electrotechnical Commission (I EC) is the leading global organization that prepares and publishes International Standards for all electrical, electronic and related technologies About IEC publications The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC Please make sure that you have the latest edition, a corrigenda or an amendment might have been published IEC Catalogue - 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webstore.iec.ch/csc Si vous désirez nous donner des commentaires sur cette publication ou si vous avez des questions contactez-nous: csc@iec.ch ® CISPR 6-1 -6 Edition 201 4-1 INTERNATIONAL STANDARD NORME INTERNATIONALE colour i n si de INTERNATIONAL SPECIAL COMMITTEE ON RADIO INTERFERENCE COMITÉ INTERNATIONAL SPÉCIAL DES PERTURBATIONS RADIOÉLECTRIQUES BASIC EMC PUBLICATION PUBLICATION FONDAMENTALE EN CEM Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods – Part -6: Radio disturbance and immunity measuring apparatus – EMC antenna calibration Spécifications des méthodes et des appareils de mesure des perturbations radioélectriques et de l'immunité aux perturbations radioélectriques – Partie -6: Appareils de mesure des perturbations radioélectriques et de l'immunité aux perturbations radioélectriques – Étalonnage des antennes CEM INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION COMMISSION ELECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE ICS 33.1 00.1 0; 33.1 00.20 PRICE CODE CODE PRIX XH ISBN 978-2-8322-1 931 -7 Warning! 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Veuillez vous assurer que vous avez obtenu cette publication via un distributeur agréé ® Registered trademark of the International Electrotechnical Commission Marque déposée de la Commission Electrotechnique Internationale –2– CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 CONTENTS FOREWORD 1 Scope 2 N orm ati ve references Term s, defi n itions and abbrevi ations 3 Term s and defi n i ti ons 3 Anten n a term s 3 Anten n a factor term s Measurem ent site term s Oth er term s Abbreviati ons Fu ndam en tal concepts 20 General 20 The concept of antenn a factor 20 Cal ibration m eth ods for 30 MH z an d above 21 General 21 Anten n a m i nim u m separation distances 21 3 General considerati ons for th e TAM 21 4 General considerati ons for th e SSM 21 General considerati ons for th e SAM 22 4 Measu rem ent u ncertainti es for an ten na calibration m easurem en t resul ts 22 Sum m ary of m ethods of m easurem ent to obtain AF 23 Cal ibration m eth ods for the frequ ency rang e kH z to 30 MH z 25 Cal ibration of m on opol e an ten n as 25 General 25 Cali bration by th e ECSM 26 Cal ibration of l oop anten nas 32 General 32 2 TEM (Crawford) cel l m ethod 32 Frequ encies, equ ipm ent an d function al checks for cal i brations at or above 30 MH z 35 Cal ibration frequ enci es 35 Cali bration frequ ency ran g es an d i ncrem ents 35 Transition frequ ency for h ybrid antenn as 36 Measu rem ent instrum entation requ irem ents for an ten na cali brati ons 37 Equ i pm ent types 37 2 M ism atch 38 D yn am ic ran g e and reproduci bili ty of SI L m easu rem ent 40 Sig n al-to-noise rati o 40 Anten n a m asts an d cabl es 41 Fu ncti on al ch ecks of an AU C 41 General 41 Bal ance of an antenn a 41 3 Cross-polar perform ance of an an ten n a 41 Radiation patterns of an an ten n a 42 Basic param eters and equations com m on to anten na cal i brati on m eth ods for frequencies above 30 M H z 43 Sum m ary of m ethods for m easurem ents to obtain AF 43 CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 –3– Site inserti on loss m easu rem ents 43 General 43 2 SI L an d SA m easurem en t procedu re 43 Com m on u ncertain ty com pon en ts of a SI L m easurem ent 44 Basic equ ati ons for the calcu lati on of AF from SI L an d SA m easu rem ents 46 Anten n a factor from SI L m easurem ents 46 Relati onsh i p of AF and SI L for a free-space cal ibrati on site 46 3 Relati onsh i p of AF and SI L for a cali bration site wi th a m etal g rou nd plan e 47 Equ ati ons for AF an d m easurem en t u ncertain ti es usin g the TAM, SSM , an d SAM 48 TAM 48 SSM 53 SAM 55 Param eters for specifyin g anten n a phase centre an d position 57 General 57 Reference position and phase centres of LPDA an d h ybrid anten nas 58 Phase centres of h orn an ten nas 61 Details for TAM , SAM, an d SSM cal ibrati on m eth ods for frequ encies of 30 MH z an d above 63 General 63 Considerati ons for Fa cali brations u si ng TAM 63 General considerati ons 63 2 Cali bration si te an d antenn a set-u p consi derati on s for use wi th th e TAM 63 Anten n a param eters for a free-space en vironm en t or a g rou n d pl an e site 65 Val idati on of cal ibration m ethod 66 Considerati ons for Fa cal i brations usi ng th e SAM 66 General considerati ons and cal i brati on site for u se of th e SAM 66 Cali bration procedures and an ten na set-u ps for Fa by the SAM 67 3 Param eters of th e STA 67 SSM cali brati ons at a groun d-plan e si te, 30 MH z to G H z 68 General considerati ons and cal i brati on site for SSM 68 Cali bration procedure for SSM 69 Calcu lation of Fa 69 4 Uncertai nti es of Fa obtai ned u si ng SSM 70 Cal ibration procedu res for specific anten na types for frequ enci es of 30 MH z an d above 71 General 71 Cal ibrations for bicon ical an d h ybrid an ten n as i n a free-space en vironm en t for 30 M H z to 300 M H z, an d tun ed dipol es for 60 MH z to 000 MH z 71 General considerati ons and cal i brati on site requirem ents 71 2 Cali bration procedure an d anten n a set-u p for u se with th e SAM 71 Uncertai nti es of Fa determ ined by th e SAM 72 Anten n a set-u p for u se with the TAM (alternati ve) 74 Cal ibration of bicon ical (30 MH z to 300 MH z) an d h ybrid an ten n as, usin g th e SAM and VP at a g roun d pl an e si te 74 General considerati ons and cal i brati on site requirem ents 74 Cali bration procedure an d anten n a set-u p 75 3 Uncertai nti es of Fa determ ined wi th th e SAM 76 –4– CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 Cal ibration of LPDA, h ybrid, an d horn an ten nas in a free-space en vironm ent, 200 M H z to GH z 77 General considerati ons and cal i brati on site for a free-space en vironm ent 77 Cali brations u si ng th e TAM 79 Anten n a set-u p for u se with the SAM 80 4 Alternati ve an ten na set-u p for site wi th absorber on th e g rou n d 80 Cal ibration of h orn an d LPDA an ten nas in a FAR, G H z to G H z 81 Cali bration using th e TAM 81 Cali bration an d an ten n a set-u p for th e SAM 84 Ann ex A (inform ati ve) Backgrou nd inform ati on an d rati onal e for th e m eth ods of an ten n a calibration 85 A Ration al e for the n eed for several cali brati on m eth ods an d for u se of a grou nd plan e site 85 A Speci al m easures for cal ibration of om ni direction al antenn as 86 A General 86 A 2 Difficu lties wi th cal ibration of om nidirecti onal an tenn as 87 A M in im izi n g reflections from anten n a su pports an d radiati on from cables 87 A Fi eld taper an d m onocon e set-u p for VP bicon ical cali brati on 88 A Use of H P or VP in a FAR 89 A Substitu ti on wh ere th e STA is th e sam e m odel as th e AU C 89 A Cal ibrations using broadban d calcu l abl e di pol e antenn as 89 A Disadvan tag es of tu ned dipole an ten nas 89 A Advantag es of broadban d calcu l abl e di pol e anten nas 90 A 3 Disadvan tag es of calcu l able di pole anten nas 90 A Ration al e for Fa an d bicon ical/LPDA an ten n a cross-over frequency 90 A Ration al e for Fa 90 A Cross-over frequ ency from bicon ical to LPDA antenn as 91 A Bicon ical elem en t desig n s 91 A Sources of increased uncertain ty in m easu rem en t of Fa by th e SSM 92 A Cal ibration of LPDA an tenn as usi ng sm all er separati on distances 94 A Cali bration of LPDA an tenn as using sm al l er separati on distances 94 A Correcti on of el ectric field stren gth to accou nt for ph ase centre of LPDA an ten n as 95 A Cross-polar discrim i nation of LPDA antenn as 96 A Tips for m easurem ent instrum en tati on 97 A Sig n al-to-noise rati o 97 A Con nector pin depth 99 A Effect of added adaptor i n a “cable-throu gh” m easurem ent 99 A Com pressi on level 00 A Source power slope fu ncti on above G H z 00 A Frequ ency i ncrem ent for detection of resonances 00 A Return l oss or VSWR 00 A U ncertainty consi derati ons 01 A General 01 A Achi evable u ncertain ties for Fa 01 A Uncertai nti es of di poles above a g rou nd plane 01 A Verificati on of u ncertain ty by com parison of m eth ods 02 Ann ex B (norm ati ve) Cali bration of bicon ical an tenn as an d tu n ed dipole an ten nas above a g roun d pl an e using th e TAM an d th e SAM 03 CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 B B B B –5– General 03 Ch aracteristics of bicon ical an ten n as an d di pol e antenn as 03 Frequ encies 03 Measu rem ent of Fa ( h , p ) of biconical and tu ned di pole antenn as an d derivation of Fa by averag in g Fa ( h , p ) , 30 MH z to 300 MH z 04 B General 04 B Measurem ent of Fa ( h , H ) by th e SAM an d deri vati on of Fa 04 B Measurem ent of Fa ( h , H ) by th e TAM an d derivation of Fa 07 B Measu rem ent of Fa of tu ned dipol es pl aced h i gh above a groun d pl an e i n th e frequ ency ran g e 30 MH z to 000 MH z 09 B General 09 B Measurem ent of Fa by th e SAM 09 B Measurem ent of Fa by th e TAM 1 Ann ex C (inform ative) Rati on al e for th e equ ations used i n an ten n a cali brati on an d relevant inform ation abou t an ten na ch aracteristics for u ncertai n ty an al ysis i n the frequency ran ge 30 M H z to G H z 1 C General 1 C Anten n a factor and an ten na gain 1 C Relati onsh i p between AF an d gai n for anten n as i n a free-space en vironm ent 1 C 2 Relati onsh i p between AF an d gai n for m on opol e antenn as on a l arg e grou nd plan e 1 C Equ ati ons for th e inserti on loss between an ten n as 1 C Site i nserti on loss m easu red at a free-space calibrati on site 1 C Site i nserti on loss m easu red at a m etal g rou nd pl ane site 1 C 3 Site atten u ati on m easu red at a m etal g rou nd pl an e si te 1 C U ncertainty tri bution caused by n ear-fi el d effects 20 C U ncertainty tri bution du e to th e antenn a proxi m ity cou pli n g 21 C U ncertainty tri bution du e to th e groun d pl an e refl ecti on 23 C Cou pl i n g to im age in grou n d pl an e 23 C Correcti on factors ΔFa, SSM for Fa of bicon ical an ten na 27 C U ncertainty tri bution du e to th e antenn a radiati on pattern 28 C General 28 C Bicon ical an ten n as 29 C LPDA antenn as 29 C H ybri d antenn as 30 C Horn an d LPDA antenn as from G H z to G H z 31 Ann ex D (inform ative) Backgrou nd inform ation an d rati onal e for calibration of an ten n as at frequ encies above GH z 34 D M ism atch u ncertai nty 34 D Mu tual cou plin g between antenn as an d cham ber refl ecti on 34 D Anten n a separation distance an d phase centre 34 D Exam ple gain of DRH at m distance 36 Ann ex E (inform ati ve) N otes for m easurem ent u n certain ty budg ets 38 E General 38 E N otes for m easurem en t u ncertain ty bu dg ets 38 Ann ex F (i nform ati ve) M i sm atch uncertai nties from a two- port device n ected between a transm it port an d a recei ve port 47 Ann ex G (inform ative) Verificati on m eth od for cali bration of m on opol e antenn as an d uncertai nty an al ysis of th e ECSM 49 –6– CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 G.1 Verification m eth od for cali brati on of m onopole an ten nas by th e plan e wave m ethod from MH z to 30 M H z 49 G Cali bration procedure 49 G Uncertai nty eval uation for the cal ibration of m onopol e antenn as by the plan e wave m eth od 50 G U ncertainty an al ysis of th e ECSM 50 G Effect of rod len g th lon ger than λ /8 50 G 2 Effect on AF of m on opole antenn a m oun ted on a tripod 52 G Mon opol e anten n a receivi ng an el ectric fi eld 53 G Equ i valen t capacitance substituti on m ethod (ECSM) 53 G Uncertai nti es associ ated wi th th e ECSM 55 G An alternative to the dum m y anten n a, for wh ich Fac = VD − VL 57 Ann ex H (inform ative) H elm hol tz coi l m eth od for cali brati on of loop an ten n as u p to 50 kH z 58 H Measu rem ent procedure 58 H U ncertainti es 60 Bibl i ograph y 62 Fig u re – Set-u p for AF determ in ation usi n g a n etwork an al yzer 29 Fig u re – Set-u p for AF determ in ati on usin g a m easuri n g receiver and sig nal gen erator 29 Fig u re – Exam pl e of m ou n ti n g a capacitor i n th e dum m y an ten na 30 Fig u re – Block diag ram of TEM cel l set-u p for passi ve l oop antenn as 34 Fig u re – Block diag ram of TEM cel l set-u p for active loop an ten nas 34 Fig u re – Exam pl e of reson ant spike due to poor bicon ical elem en t n ecti ons, usi n g MH z increm en t 36 Fig u re – Antenn a set-u p for SI L m easurem en t at a free-space cal ibrati on si te 44 Fig u re – Antenn a set-u p for SI L an d SA m easurem ent at a g rou n d-pl ane cali bration si te 44 Fig u re – Antenn a set-u p for th e TAM at a free-space cal i bration si te 49 Fig u re – An ten n a set-up for the TAM at a cal ibration site wi th a m etal g rou n d plan e 52 Fig u re 1 – An ten n a set-up for the SSM 54 Fig u re – An ten n a set-up for the SAM at a cal i brati on site wi th a m etal g rou n d plan e 56 Fig u re – Separation di stance relati ve to the ph ase centre of an LPDA anten n a 59 Fig u re – LPDA anten n a wi th a tapered curved g eom etry 61 Fig u re – Separation di stance with respect to th e phase centre of h orn antenn as (see [49] for detai ls) 62 Fig u re – Sch em atic of a DRH sh owi n g rel ati ve l ocations of fi eld poi nt an d phase cen tre of th e DRH 63 Fig u re – Bi ical an ten n a set-u p for SAM usin g vertical polari zati on, sh owi ng th e paired m on ocon e antenn a and an exam pl e col lapsible- elem en t bicon ical AU C 76 Fig u re – Test set-up for th e cali bration of LPDA and h ybri d an ten nas position ed at a l arg e h ei gh t 79 Fig u re – Set-up for LPDA an ten n as above absorber 81 Fig u re 20 – Set-up for transm ission m easurem ents using a network an al yzer 82 Fig u re A – I llustrati on of th e ang l es of th e el ectrom agn etic rays su bten ded from th e scan n ed LPDA antenn a to th e fixed h ei gh t LPDA an ten n a an d to th e g roun d plan e 93 Fig u re A – Fa of bicon i cal an ten n a wi th 200 Ω balu n m easured by th e VP m eth od of 3, an d by the SSM m ethod of with ou t correcti on 94 CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 –7– Fi gu re A – Fa of bicon i cal an ten n a wi th 200 Ω balu n m easured by th e VP m eth od of 3, an d by the SSM m ethod of with correcti on 94 Fig u re A – Separation distance rel ati ve to th e phase centre of an LPDA an ten n a 96 Fig u re A – Statistical properties of m u ltiple S21 sweeps (m in im um , m axim um , and m ean valu e) 98 Fig u re A – Stan dard deviati on of S 21 98 Fig u re A – N orm al ized stan dard deviation of S 21 99 Fig u re C – Sim pl ifi ed m odel of a recei ve an ten na 1 Fig u re C – I nserti on l oss m easurem en t for an ten na cal i brati on at a free-space cali brati on site 1 Fig u re C – I nserti on l oss m easurem en t for an ten na cal i brati on at a cali brati on site wi th a m etal grou n d plan e 1 Fig u re C – Com parison of fi el d stren g th g i ven by Equation (C 7) versus i n n ear-fiel d reg i on g i ven by Equ ati on (C 31 ) 21 Fig u re C – Th eoretical calcu l ati ons of proxim ity cou pl in g effects on th e AF from th e TAM (free-space diti ons) 23 Fig u re C – Deviati on of AF from free-space valu e, Fa , caused by m u tu al cou plin g to th e im ag e i n a m etal groun d pl an e (th eoretical resu lts) 24 Fig u re C – Variation of Fa ( h, H) of bicon ical an tenn a with 50 Ω bal u n, 30 MH z to 320 M H z at hei g hts every 0, m above a groun d plan e from m to m 25 Fig u re C – AF of Fi g ure C n orm al ized to free-space AF 25 Fig u re C – Variation of Fa ( h, H) of bicon ical an tenn a with 200 Ω bal u n, 30 M H z to 320 M H z at hei g hts every 0, m above a groun d plan e from m to m 26 Fig u re C – Di ag ram of on e triang u lar secti on of a biconical antenn a el em ent 28 Fig u re C 1 – Exam ples of radiati on patterns (relati ve real i zed g ain) of two exam ple bicon ical an ten nas com pared to i deal h alf-wave tu ned di pol e antenn a 29 Fig u re C – Exam ples of radiati on patterns (relati ve real ized g ain) of three exam pl e LPDA antenn as, com pared to i deal h alf-wave tu n ed dipole an ten na 30 Fig u re C – Exam ples of radiati on patterns (relative reali zed g ain) of an exam ple h ybrid antenn a, com pared to ideal half-wave tu n ed dipol e an ten n a 31 Fig u re C – Exam ple radi ati on patterns for cl assical DRH an ten na 32 Fig u re C – Exam ple radi ati on patterns for novel DRH an ten n a 32 Fig u re C – Exam ple radi ati on patterns for cl assical LPDA antenn a 33 Fig u re C – Exam ple radi ati on patterns for V-type LPDA antenn a 33 Fig u re D – Rel ati ve ph ase cen tres of a DRH an ten n a and an LPDA an ten na 35 Fig u re D – A transm issi on system between a h orn anten n a and an LPDA an ten n a 36 Fig u re D – Measu red AFs of a DRH antenn a at 4, G H z 36 Fig u re D – Graph showi ng th e real ized gain at m for a DRH anten n a 37 Fig u re E – Com parison of m easured an d predicted SI L for calcu l able di pole an ten n a – 60 MH z el em en t 41 Fig u re E – Com parison of m easured an d predicted SI L for calcu l able di pole an ten n a – 80 M H z el em ent 41 Fig u re E – Reflecti vity of ch am ber absorbin g m ateri als 45 Fig u re E – Laser ali g n m ent system 46 Fig u re F – Flow graph representati on of a two-port device between a tran sm it port an d a recei ver port 47 Fig u re F – Sig n al flow redu ction 47 –8– CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 Fi gu re G – Di ag ram sh owi ng how th e brass rod n ects to the type N m ale bu lkh ead conn ector 50 Fig u re G – Graph of th e m ag n itu de of the tan(… ) ratio term in Equation (4) of 2 51 Fig u re G – Graph ical presen tation of Equ ation (4) of 2 self-capaci tance Ca of a m m onopol e 51 Fig u re G – Graph ical presen tation of Equ ation (5) of 2 hei g ht correction factor L h 52 Fig u re G – Calibrati on set-u p consistin g of a bicon ical and a loop antenn a, an d an elevated m on opol e anten na wi th vertical feed wires 53 Fig u re G – Equ i val ent circui t represen tation for a m on opol e antenn a system 53 Fig u re G – M onopole antenn a cal ibration u si ng the ECSM 54 Fig u re G – Equ i val ent circui t represen tation for th e ECSM 54 Fig u re G – Sim pl ifi ed ci rcu it represen tation for Fi gure G 55 Fig u re G – Circui t for du m m y antenn a sim u lating th e effects of th e antenn a effecti ve hei g ht, h e 57 Fig u re H – Diagram of H elm hol tz coil m eth od set-u p 58 Fig u re H – Variation of H/I across th e central pl ane between th e coils 60 Tabl e – Sum m ary of cal ibrati on m eth ods above 30 MH z for Fa 24 Tabl e – Cali bration m ethods above 30 M H z by subcl au se n um ber 25 Tabl e – Frequ ency i ncrem ents for m onopole an ten n a calibrati on 26 Tabl e – Exam pl e m easurem ent u ncertain ty budget for Fac of a m on opol e anten n a calibrated by the ECSM usin g Equation (9) 32 Tabl e –Exam ple m easu rem ent uncertai nty bu dg et for FaH of a l oop antenn a m easured in a TEM cel l 35 Tabl e – Frequ ency i ncrem ents for broadban d an ten na cal i brati on 35 Tabl e – Exam pl e m easurem ent u ncertain ty budget for com m on com ponents of a SI L m easurem ent resu lt eval uated from Equ ation (20) 46 Tabl e – Param eters used to determ in e ph ase centres of segm ents A an d B 61 Tabl e – Exam pl e m easurem ent u ncertain ty budg et for Fa of a h orizontal l y-pol ari zed bicon ical an ten na m easu red by th e SSM 70 Tabl e – Exam ple m easu rem ent u ncertain ty budget for Fa of a bicon ical an ten n a m easured by th e SAM in a FAR over th e frequ ency ran ge 30 M H z to 300 M H z 73 Tabl e 1 – Exam ple m easu rem ent u ncertain ty budget for Fa of a tu n ed dipol e an ten n a obtai n ed by th e SAM in a FAR at a free-space cali bration si te, u sin g a calcu lable tu ned dipole as th e STA i n th e frequ en cy ran g e above 60 M H z 74 Tabl e – Exam ple m easu rem ent u ncertain ty budget for Fa of a bicon ical an ten n a m easured usin g th e SAM for vertical polari zati on over th e frequ ency rang e 30 MH z to 300 M H z 77 Tabl e – Exam ple m easu rem ent u ncertain ty budget for Fa of LPDA an d h ybrid an ten n as m easured by th e TAM at m h ei gh t for the frequ ency rang e 200 MH z to G H z 80 Tabl e – Exam ple m easu rem ent u ncertain ty budget for Fa of a h orn an tenn a m easured by th e TAM above G H z for m separati on in free space 84 Tabl e A – Exam pl e type N m al e an d fem ale nector pin depths an d tol erances usin g a type N pi n-depth g au g e 99 Tabl e A – Typical type N adaptor ch aracteristics 00 Tabl e B – Anten na set-up for the SAM for tu ned dipole an ten nas wi th averag i n g of Fa ( h, H ) 04 – 348 – Ca V0 /2 G VD ZCN CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 Match i n g u ni t  A C B  D VL 50 Ω Measuri ng recei ver Equi val en t vol tag e sou rce IEC Légende An glais Franỗais Matchi ng u n i t Systốm e d’adaptati on Equi val en t vol tag e sou rce Sou rce d e tensi on équi val en te Measu ri ng recei ver Récepteu r de m esure Figure G.9 – Représentation de circuit simplifiée pour la Fig ure G.8 G.2.5 Incertitudes associées la méthode ECSM G.2.5.1 Considérations g énérales La m éthode ECSM exig e les valeurs de l a h au teu r effective h e , et de la capacité du fou et Ca , qu i peu vent être calcu l ées partir des Équ ations (3) et (4) (voir 2) Toutefois, ces équ ati ons su pposen t qu e l'antenn e m on opôle se si tu e su r u n plan de m asse de référence suffisam m ent grand, par exem ple, 30 m par 20 m ou plus; c'est-à-dire qu e la base du fouet est al im en tée via un conn ecteur coaxial de cloi son du plan de m asse de référence En conséqu ence, l'an al yse d'incertitude décrite dan s ce paragraph e est basée ég al em ent su r cette h ypoth èse Dans la prati que, u n e réactance parasite peu t exister en tre le fou et et le plan de m asse de référence (con trepoids) , ainsi qu e dans u ne an tenn e fi ctive (représentée su r l a Fi gure 3; voir 4) , ce qu i entrn e un e différence de l a capacité d' an ten ne et de la hau teu r effecti ve par rapport cel les don nées par les Équ ations (3) et (4) (voir 2) En conséquence, il vi ent d'an al yser u n e tell e réactance parasite afin de rédu ire l'incertitu de [36] , [40] G.2.5.2 Incertitude due la capacité d'antenne La Fig ure G m on tre un circu it équ ivalen t pour le m ontag e ECSM représen té sur la Fi gure (voir 2) où u n an al yseur de réseau est u ti lisé Toutefois l a Fig ure G est égal em ent appl icabl e au m ontage de l a Fig ure (voir 3) où sont util isés un gén érateu r de si gn aux et u n récepteur de m esu re Su r la Fi gu re G 9, l'im pédance d'entrée ZCN du systèm e d’adaptation avec u n e ch arg e de 50 Ω est don née par: ZCN = 50 A + B 50C + D (G 4) Avec cette im pédance, le facteur d'an ten n e peu t être exprim é sous la form e Φ= VD he VL = 50C + D   50  jωCa he + ZCN   en m -1 (G 5) Si la capacité d'an ten ne est l égèrem en t m odifi ée de Ca en Ca ′ dans u n m esurag e ECSM réel , l e facteur d'antenn e dédu it passe de l a valeu r d'ori g in e Φ la valeur Φ′ don née par CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 – 349 – jω Ca [1 + jω (C′ − C )Z ] ≈ Φ ′ (1 jω Ca′ ) + ZCN = ≈ a a CN jω Ca′ (1 jω Ca ) + ZCN Φ Ca Ca′ (G 6) L'expression approch ée de l 'Équ ati on (G 6) est valable lorsque l'im pédan ce du condensateur d'an ten n e est n ettem en t supéri eure cel le du systèm e d’adaptation, ZCN Par conséquen t, l'erreur rel ati ve la capacité d'an ten ne ε C en pF peu t en trner u n e erreu r au n i veau du facteur d'antenn e dédu i t don né par: C  Φ′  ε Ca (Fa ) = Fa′ − Fa = 20 lg   ≈ 20 lg  a Φ    Ca′   Ca  = 20 lg   Ca + ε C    en dB  (G 7) L'Équ ati on (4) (voir 2) com porte u n facteur de m odél isation de l a ten dance de fréqu ence supéri eure de la réson an ce la plus proch e de la capacité Cela m on tre qu e l a capaci té réelle peu t être pF su périeure la val eu r fixe pour un fou et d'u ne lon g ueur de m Le m odèle qui perm et d'obten ir la valeur de Ca , com porte u n e incertitude supplém entaire, c'est-à-dire qu e les m esurag es de rayon sont exigés, et plu sieurs probl èm es son t ég al em ent associés aux fou ets télescopiqu es A l a conditi on qu e l a val eur sélecti on n ée de Ca est com prise en tre 0, pF et pF su péri eure l'expression donn ée par l 'Équ ation (4) , i l est ju ste d'attribuer u n facteur d'incerti tu de de pF pou r la valeur de capacité Par exem ple, si u n e capaci té de 2, pF est u ti lisée au l ieu de pF, l'Équ ati on (G 7) im pl i qu e qu e l'étal on n ag e ECSM peu t produ ire un facteur d'anten ne avec u ne erreu r de 2, dB en viron [40] ; voir aussi N 3) en E Com m e l'im pl iqu e l'Équ ation (G 6) , l'erreur au n i veau du facteu r d'antenn e du e la capacité d'an ten n e peu t dépen dre de l'im pédance du systèm e d’adaptati on ZCN G 2.5 I n c e rt i t u d e d e s m e s u r a g e s d e t e n s i o n La m éth ode ECSM exi g e deux m esurag es de tensi on pour VL et VD com m e le m ontre la Fi gu re G Par conséqu en t, il vi ent d'évalu er l es com posantes de l'in certi tu de attribu ées au récepteu r de m esu re de tension G.2.5.4 I n c e rt i t u d e d u e u n e d és a d ap t at i o n A l a Fig ure G 7, l es sym boles Γ M et Γ A représen tent l es coeffici ents de réflexion m esurés l'en trée du récepteur de m esure et l a sortie du systèm e d’adaptati on, respecti vem en t Γ T dési g ne l e coeffici ent de réflexion qu i exam ine le port de n ecteu r en T qu i est n ecté au câbl e Dans l a m esu re où la capacité d'antenn e nectée au n ecteur en T a habitu ell em en t u n e im pédance élevée, Γ T est trôl é princi palem en t par l 'im pédance d'en trée de l a source de si gn al En référence l 'Équ ati on (F 4) , les pl ag es d'i ncertitu des de désadaptation peu ven t être éval u ées l 'aide des param ètres S des câbl es nectés, S1 , S22 , et S21 partir de M D± = 20 lg  ±  Γ T   S1 ML± = 20 lg  ±  Γ A S1   + ΓM S 22 + Γ T ΓM S1 S 22 + Γ T ΓM S 21    en dB  + ΓM S22 + Γ A ΓM S1 S22 + Γ A ΓM S21   en dB  (G 8) (G 9) Pour Γ M = Γ A = Γ T = 0, 06 (affaibl issem ent de réfl exion de 24 dB) , S1 = 0, (affai bl issem en t de réfl exion de dB, S22 = 0, 32 (affai bl issem en t de réfl exion de dB) et S21 = , 0, donn e M D− = M L− = 0,266 dB G.2.5.5 I n c e rt i t u d e d u e l a h au t eu r eff e c t i v e La procédure de 2 pour la m éthode ECSM uti l ise u n e expressi on pour la hauteur effecti ve qu i i ncl u t u n facteu r tan( x) À basse fréqu ence, on peu t supposer qu e l a hau teur effecti ve de l'antenn e m on opôl e correspon d de m ani ère sim pl e l a m oitié de la hau teu r ph ysi qu e Pou r des hau teurs supéri eures λ /8, ce facteur tan( x) corri g e partiel l em ent l a – 350 – CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 hau teur effecti ve, m ais les erreurs devi en n en t toutefois im portantes m esure qu e la fréquence avoisin e la réson ance En su pposant l'appl ication de cette correction , on estim e qu e la h au teu r effective des fouets al l an t jusqu 'à , m peu t être calcu l ée avec u ne i ncertitude de % en dessous d'un e fréqu ence de 35 MH z, ce qu i com porte un e i ncerti tu de au ni veau de la h auteur apparen te supplém entaire du e au poin t de fixation Certai n es antenn es m on opôl es sont spécifiées pour être u ti lisées j usqu 'à des fréqu ences de 00 M H z et l es hauteurs dépassen t λ /8, au qu el cas la m éthode ECSM n'est pas appropriée et i l vient qu e l es an ten nes soient étalon nées par l a m éth ode des on des pl an es Lorsqu e l a hau teur effecti ve est l ég èrem ent m odifi ée de h e h e ′ dans l'Équ ati on (5) (voir 2) , l es m odificati ons de capacité résu ltantes de l a valeur d'orig i ne L h L h′ son t don nées par:  ′ Lh′ − Lh = 20 lg  he  he   = 20 lg (1 + xhe ) en dB  (G 0) où xhe représen te la m odificati on en pou rcentage en h e En conséqu ence, un e erreu r de % au niveau de la h auteur effective g én ère un e erreur de 0, 34 dB dans la val eur L h G.2.6 Variante l'antenne fictive pour laquelle Fac = VD − VL La Fig ure G i ll ustre u n sch ém a de circu i ts pour u n e anten ne fictive al tern ati ve qu i sim ule l es effets de la h auteu r d'anten n e effecti ve, h e , par l'introduction d'u n di viseur de tension ( R , R ) qu i fait qu e VD − VL produ i t un facteur Fac ci ble L'anten n e ficti ve est le facteur Ca ten u dans l'adaptateur d'étalon nag e I l vi en t qu e l es résistances satisfassent la dition ( R + R ) = 50 Ω et h e = ( R / 50) m Par exem ple, si h e = 0, m , alors R = R = 25 Ω Le rapport des résistances R et R est h abi tuel lem ent de :1 , ce qu i divise l a tensi on de référence VD par u n facteur de deux ( − dB) , qu i correspon d au facteur de correction de l a hau teur pour les an ten n es m onopôles d'u ne l on g u eur de m I l vi ent que les résistances fournissent u ne adaptation d'im pédance correcte vers la source D'au tres l on g u eurs d'antenn es m on opôles peu ven t être réalisées par l’aj ustem ent des résistances R et R en conséqu ence Le conden sateur Ca représente la capacité propre du fou et, qu i est com prise g én éralem en t entre pF et 20 pF pou r l es fouets d'u ne l ong u eur de m , selon l e di am ètre L'u ti lisati on de ce type d' "adaptateur d'étal onn ag e ad apté aj u sté l a sou rce" sim plifi e l'Équ ation (2) (voir ) pour don ner l'Équ ati on (G 1 ) : Fac = VD − VL dB(m ) (G 1 ) CI SPR 6-1 -6: 201 © I EC 201 – 351 – G IEC Lộgende Anglais Si g nal source Franỗais Source d e si g n al Cal i brati on adapter Adaptateu r d’étal on n ag e Matchi ng u n i t Systèm e d’adaptati on Recei ver Récepteu r Figure G.1 – Circuit pour antenne fictive avec simulation des effets de la hauteur d'antenne effective h e – 352 – CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 Annexe H (informati ve) Méthode de la bobine d'Helmholtz pour l’étalonnage d’antennes boucles jusqu’à une fréquence de 50 kHz H.1 Méthode de mesure I l vien t que les étal onn ages faisan t appel des bobi nes d'H elm holtz soient réal isés dans un laboratoire où n e se trou vent pas trop de m atériaux électriqu em ent condu cteurs car ceuxci peu vent être cou plés avec le cham p des bobin es et m odifi er l a stante de cell es-ci Posi tion n er l es bobin es d'H elm hol tz, par rapport aux structu res m étall iques, u ne distance au m oins trois fois su péri eure au di am ètre des bobin es I l vien t au ssi que les m atéri aux servan t m ainten ir l es boucl es en pl ace en vu e de l’étalon n ag e soi en t non él ectri qu em en t ducteurs I l vient de vérifier l e n i veau de ch am p m agn éti qu e am biant l ’aide de l’instrum ent en cou rs d’étal onn ag e afin de s’assurer qu e l es val eu rs am biantes sont suffisam m ent basses pou r l ’incertitu de gl obal e exi gée Les bobines d'H elm holtz produ isent u ne régi on où l e ch am p m agn éti que est u niform e et peu ven t consti tu er u n e solu tion de rem placem ent pour l'étal on n age des antenn es boucl es [67] En se référant l a Fi gu re H , l orsque l a séparati on s en tre deux bobin es identi qu es est ég al e au rayon r, l a condi tion d'H elm holtz est satisfai te et l e ch am p entre les bobi nes est un iform e dans l e volu m e d'u n e sphère de di am ètre a = r/2 don t l e centre se situ e au ni veau du plan m édi an des bobi nes et su r l 'axe qu i traverse le cen tre de ces m êm es bobin es Les sym bol es du m on tag e type représen té su r l a Fi g u re H sont: s est la séparati on en tre la bobi n e et l a bobi ne 2; r est le rayon de bobine; a est la distance entre ch aqu e bobi n e et le pl an m édian a = s /2 s r a Coi l Coi l IEC Légende An glais Coi l Franỗais Bobi n e Figure H.1 Schộma de montag e de la méthode de la bobine d'Helmholtz CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 – 353 – Dans u n e paire de bobi nes d'H elm holtz, la précision des cham ps m ag n étiqu es qu i y son t produ its est pri ncipal em ent altérée par la précisi on de l eur constructi on et par la précision de l'i dentification de leur courant d'entrn em en t La constan te de bobi ne d'u ne bobin e d'H elm holtz est défin i e par le rapport de l’i n tensité de ch am p m ag nétiqu e au cou rant circu lant dans l es bobi n es et el l e est donn ée par l’Équ ati on (H ) : H I = 5 N r (H ) où H I N r est est est est l'in tensité de ch am p m ag nétiqu e axial , en A/m ; le cou ran t circu lan t dans les bobin es, en A; le n om bre de tou rs de ch aqu e bobi ne; le rayon de ch aqu e bobi n e, en m Les facteu rs qu i contri bu en t la fréqu ence de fon cti onn em en t m axim ale sont les su i vants: • type de fil et type d'isol ation de l 'enrou lem en t de chaque bobin e; • nom bre de tours par enrou lem en t Ces facteurs en g en dren t, l ’in térieur des enrou lem en ts et entre eux, des capacités qu i abaissen t l a fréqu ence m axim al e de fonctionn em ent par réson ance propre Au fur et m esure qu e la fréqu ence de foncti on n em ent se rapproche de cette fréqu ence de résonance, le courant dans l ’enrou lem ent baisse par rapport l a val eu r m esurée Pou r rédu ire au m in im um l ’erreur qui en résu l te, la constan te des bobi nes est déterm i née en couran t continu au m oyen d’u n m ag nétom ètre réson ance de proton et com bi née avec la réponse en fréqu ence déterm in ée l’ai de d’u n e bobi n e expl oratrice m on otour I l vien t qu e l a bobin e d'Helm hol tz soi t conỗu e pour pou voir être étalon née au m oyen d’u n m agnétom ètre réson ance de proton L’i ntensi té de cham p exi g ée est ensu ite établi e en calcu l an t l e courant nécessaire pou r gén érer le cham p et en m esuran t l e cou rant au m oyen d’u n sh u nt (résistance) et d’un DVM étal onn és I l vi ent qu e le DVM soit adapté au m esu rage de tensions alternati ves pou vant al ler ju squ ’à 50 kH z Pou r l a résistance sh u nt util isée pour m esurer le couran t, l ’apti tu de déterm iner la différence entre l es val eurs en courant alternatif et en cou rant conti nu du sh un t l im ite la fréqu ence de fonction nem en t m axim ale en viron 50 kH z L’antenn e boucle (l ’AU C) de rayon R étalonn er est pl acée en posi tion coaxi ale et m ichem i n entre les deu x bobin es du réseau de bobin es d'Helm hol tz et ali g née pour produ ire u ne tension de sorti e m axim ale par u n contrôle de cette tensi on tou t en effectu an t de petites rotati ons du pl an de la bobi n e Au n i veau d’in ten sité de cham p m ag n étique exi g é, l a tension de sortie de l ’an ten ne boucl e est m esurée au m oyen d’u n DVM étalon né La tensi on de dérivati on est consi g née et u ti l isée pour déterm iner le courant de bobi n e et l ’in tensité de cham p m ag n étiqu e appli qu ée I l vi en t de préférence qu e l e rayon R soit inférieur r/2 pour rédu ire au m inim um le cham p m agnéti qu e dans l a zon e où se trou ve l’AUC bou cle Le pourcentage d’erreu r dû la n onun iform ité de cham p peu t être déterm i né partir de l a Fi g ure H 2, qu i in diqu e le rapport de la valeur réelle de H/I par rapport la val eu r théoriqu e don n ée par l ’Équ ation (H ) Le pourcentag e d’erreur est don né par: [(Erreur en H I réel ) − ] × 00 Le com portem en t représen té sur l a Fi gure H entrn e u ne i ntensité de cham p m ag n étique m oyenn e pl us fai ble dan s la bobi ne par rapport l ’Équ ation (H ) et u n facteur d’an ten ne plu s gran d est donc calcu lé Pou r u n rapport R /r = 0, 4, l e pourcentage d'erreur est de , 27 % ou de 0, 1 dB, valeur qu i est i ncluse com m e exem ple d'erreu r dans l'u niform ité de cham p dans – 354 – CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 le Tabl eau H L'erreu r peu t être rédu i te par un e correction du ch am p m oyen n é sur l a surface de l'AU C boucl e 0, 99 H/I 0, 99 Rati o 0, 99 0, 99 0, 0, 98 0, 98 0, 05 0, 0, 0, 0, 25 0, 0, 35 0, Rati o of l oop AU C radi u s to coi l IEC Lég ende An g l s Franỗai s Rati o Rapport Rati o of l oop AUC rad i u s to coi l radi us Rapport du rayon de l ’AU C bou cl e sur l e rayon de bobi n e Fig u re H.2 – Vari ation d e H/ I d an s le plan cen tral entre les bobines I l est possibl e que le ch arg em en t de l'im pédance d'entrée du DVM al tère l a tension de sortie de l'antenn e boucle Pou r savoir si tel est l e cas, i l vi en t de conn ecter un secon d DVM de type analogu e en paral l èl e avec le prem ier et de relever l es val eu rs avec u n ( Vc1 ) , puis avec deu x i nstrum en ts ( Vc2 ) en parall èl e Les deux relevés perm ettent de calcu l er l a valeur corrig ée pour le charg emen t de l'im pédance d'entrée l ’ai de de l’Équ ati on (H 2) : Vc = Vc1 Vc2 2Vc2 − Vc1 (H 2) où Vc Vc1 Vc2 est la tensi on de sortie corrig ée issue de l'an ten n e boucl e, en V; est la tension de sortie m esurée l'ai de d'un DVM , en V; est la tension de sortie m esurée avec deux DVM m ontés en parallèle, en V Au n i veau d’in tensité de cham p exi g é, l a tension de sorti e d’u n e an ten ne boucl e passi ve est gén éral em en t m esurée au x born es d’u n e charg e de 50 Ω , au m oyen d’u n DVM étal onn é Pour la pl u part, l es AU C bou cles son t acti ves avec u ne im pédance sou rce de 50 Ω I l vien t de déterm in er l a dépendan ce en fréquence de cette charg e pour la g am m e de fréqu ences concern ée et, si nécessaire, d’aj ou ter u ne tri bu tion l ’incertitu de au bu dget d’incertitude de m esure À partir du cham p nu H en dB( μ A/m ) et de la tensi on de sorti e de l ’anten n e Vc en dB( μ V) , l e facteur d’an ten ne FaH en dB( Ω − m ) , tel qu ’i l est défi n i en 5, peut être calcu lé sous l a form e FaH = H − Vc CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 H.2 – 355 – Incertitudes Un exem ple de bu dg et d'i ncertitude de m esure pour la g am m e de fréquences com prise en tre 50 kH z et 50 kH z est présenté dans le Tableau H Un e i ncertitude de ± 0, dB est réal isable j usqu 'à la fréquence de MH z Tableau H.1 – Exemple de budg et d'incertitud e de mesu re du FaH d ’une antenne boucle, mesu ré par la méthode de l a bobine d'Helmh oltz pou r l a g amme d e fréquences comprise entre 50 kHz et 50 kHz Val eur dB Loi de probabi l i té Di vi seu r Sensi bi l i té ui dB Note Étal on n ag e des bobi n es d' H el m h ol tz 0, 003 Norm al e 0, 002 – Fréq u ence de répon se des bobi nes d'H el m hol tz 0, 043 Rectan g ul re 0, 025 Étal onn ag e du DVM 0, 086 N orm al e 0, 043 – Étal onn ag e de l a rési stance sh un t 0, 002 N orm al e 0, 001 – Répon se en fréqu ence de l a rési stan ce shu nt 0, 003 N orm al e 0, 001 Résol u ti on du m esurag e d e courant 0, 01 Rectan g u l re 0, 008 – Résol uti on de l a sorti e de bou cl e 0, 01 Rectan g u l re 0, 008 – Défau t d’al i g n em en t de l a boucl e 0, 009 Rectan g u l re 0, 005 – U n i form i té de ch am p 0, 01 Rectan g u l re 0, 006 – Mesu rag e d e fréqu ence 0, 000 N orm al e 0, 000 – Répétabi l i té d e m esure 0, 004 N orm al e 1 0, 004 – 0, 052 – Source d’ i ncerti tud e ou g ran deu r Xi I ncerti tude-type composée u c Incerti tude él arg i e U ( k = 2) 0, 03 – – – 356 – CI SPR 6-1 -6:201 © I EC 201 Bibliograph ie [1 ] CI SPR 6-1 -1 :201 0, Spécifications des méthodes et des appareils de mesure des perturbations radioélectriques et de l'immunité aux perturbations radioélectriques – Partie -1 : Appareils de mesure des perturbations radioélectriques et de l'immunité aux perturbations radioélectriques – Appareils de mesure [2] CI SPR 6-2-3:201 0, Spécifications des méthodes et des appareils de mesure des perturbations radioélectriques et de l'immunité aux perturbations radioélectriques – Partie 2-3: Méthodes de mesure des perturbations et de l'immunité – Mesures des perturbations rayonnées [3] CI SPR 6-4-2:201 , Spécifications des méthodes et des appareils de mesure des perturbations radioélectriques et de l'immunité aux perturbations radioélectriques – Partie 4-2: Incertitudes, statistiques et modélisation des limites – Incertitudes de mesures de l'instrumentation [4] CI SPR 25:2008, Véhicules, bateaux et moteurs combustion interne – Caractéristiques des perturbations radioélectriques – Limites et méthodes de mesure pour la protection des récepteurs embarqués [5] I EC 61 000-4-22:201 0, Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 4-22: Techniques d'essai et de mesure – Mesures de l'immunité et des émissions rayonnées dans des enceintes complètement anéchoïques (FAR) [6] I EC 61 69-1 6:2006, Radio-frequency connectors – Part 6: Sectional specification – RF 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