摘 要：在横电磁波室（GTEM Cell）内测量辐射干扰，IEC标准61000-4-20中要求EUT ( 待测设备 )翻转到不同的方位。结合GTEM Cell内测试转台的结构，本文采用单片机AT89C51设计转台的自动控制系统，使EUT能借助该转台，自动翻转到IEC 61000-4-20中规定的测试位置。
关键词： 横电磁波室；测试转台；单片机；自动控制系统
引言
按照IEC标准61000－4－20，在GTEM Cell内测量辐射干扰的基本思路是把EUT的辐射等效为一个辐射功率相同的偶极子天线在OATS上的辐射,通过在GTEM Cell内设计的一组测量（按一定的程序把EUT翻转到不同的方位）， 确定EUT的等效偶极子天线的辐射功率P0, 再利用P0计算EUT在开阔场地上的辐射场。图1是利用GTEM Cell测量辐射干扰的仪器配置图。
图1 利用横电磁波室进行电磁兼容测量示意图
1 国内外测试转台设计概况
在横电磁波室（GTEM Cell）内测量辐射干扰，目前国内外针对测试转台的设计有很多，如固定式转台（图2），提拉式转台（图3）等。它们大多采用的是手动机械机构，控制精度不高，使用效果也不太理想。如何设计出一个自动控制的，控制精度高的且使用便捷的转台对电磁兼容测试工作有着非常重要的意义。
图2 固定式转台 图3 提拉式转台
2 测试转台的设计
测量中EUT可能的方位如图4所示，可以分为四组（每列是一组），每组测量3个方位，称为3方位法。IEC 61000－4－20中规定需要作两组测量（共2×3＝6个方位），例如图4中的第1组和第3组，或第2组和第4组。测量中对于每一个频率，记录两组中相 应方位（ 例如a1和a3，b1和b3，c1和c3）测得的最大电压。
图4 被测设备位置变更示意图
为了不影响GTEM Cell内场的分布，转台全部由工程塑料制成。整个转台首先由1个中心轴电机驱动，使整个转台面可绕垂直轴转动。假设EUT开始处于图4中的位置a1，那么当整个转台面绕垂直轴逆时针（俯视）旋转90度后，EUT位置就改变为图4中a2（这里把该位置变换称为行变换）。EUT每次绕水平轴的翻转由两个翻板控制（各由1个电机驱动），其实现如图5所示，这里把这种变换称为列变换。这样就可以把EUT翻转到图4中需要的方位。
同时，为了在上述过程中保护测试设备的安全，所有电机都采用低转速电机，整个平面转动一周所需时间控制在30秒左右，小翻板每翻转一次的时间控制在10秒左右。且转动过程中，应保证所有翻板转动平稳，基本无振动。
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图5 被测设备位置变更示意图（列变换） |
3 利用AT89C51对测试转台进行控制
整个转台的自动控制系统其实就是实现对4个电机（包括一个凸轮定位电机，它主要是在行使列变换时对整个转台进行位置固定）的控制。用Atmel公司的AT89C51单片机作为整个控制系统的中枢就完全可以胜任了。整个控制系统包括控制电路，键盘电路，显示电路和I/O扩展电路等几个部分，具体电路如图6所示：
图6 控制电路示意图
该控制系统总共控制4个电机：一个中心轴电机，两个翻板电机和一个定位凸轮机构驱动电机（用来在进行列变换时保持整个转台平面位置不变）。考虑到有的EUT质量较大，
所以前3个电机采用三相大功率低速电机，凸轮驱动电机采用小功率单相220V交流电机。
共设置4个按键对它们进行控制。从图6中可以看出，两个翻板电机由限位检测电路控制启动和停止，能实现精确位置控制，而中心轴电机和凸轮定位电机是靠定时电路控制，随着启动和停止次数的增多，其控制位置偏差累积较大，所以设置按键1进行电机调正。按键2和按键3分别用来实现自动行变换和列变换。如果按键1先行按下，按键2和按键3则分别用来实现中心轴电机和凸轮定位电机的位置调正。由于测试中可能会出现各种意想不到的情况，尤其是可能损坏EUT或测试转台的情况，所以这里采用单片机复位电路（按键4）实现紧急中断操作的功能。
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图7 程序流程图
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单片机自身所带I/O口数量有限，因为整个控制系统需要使用较多I/O口，并考虑到将来有可能对系统进行改进等因素，所以这里采用8155H来实现其I/O口的扩展。
整个控制程序流程如图7所示：
4 结论
通过实践检验，该系统能较好完成EUT的各种测试位置的变换，翻转控制精度在0.1度以内，旋转每次误差也能控制在0.5度以内，测试设备在整个位置变换过程中能始终保持位置平稳，不会翻落到地上。该系统可以协助实现在GHz横电磁波室内对测试设备进行全自动电磁兼容测量。利用单片机进行控制不但简单便捷，而且经济实用。
参考文献：
[1] 潘永雄. 新编单片机原理与应用. 西安：西安电子科技大学出版社，2003.9
[2] Angela Nothofer, Martin Alexander. The use of GTEM cells for EMC measurements. http://www.yorkemc.co.uk/info/technical/papers/gtem.html，2004.1
