类型b

本文由Lijun Yao（北京无线电计量测试研究所电磁环境效应实验室）、Wenjian Lan（哈尔滨工程大学）、Dan Li（国美产业数据分析部）和Man Luo（曾任职于中国科学院大学数学与系统科学研究院）共同完成，发表于2022年12月的《IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility》第64卷第6期。论文主题为场均匀性评估标准的对比研究，系统梳理了国际电磁兼容（EMC）测试中不同场均匀性（Field Uniformity, FU）评价准则的统计原理、应用场景及相互关系。

主要观点与论据

1. 场均匀性评估的统计基础

论文首先从统计学角度阐释了场均匀性评估的核心指标——极差（Range, R）和标准差（Standard Deviation, σ）。
- 极差法（R Approach）：适用于小样本（n < 10），计算简单但仅依赖最大值与最小值，易受极端值影响。例如，当n=5时，6 dB的极差对应标准差约为2.6 dB（通过转换因子dn≈√n）。
- 标准差法（σ Approach）：适用于大样本，通过均值和方差全面反映数据分布。文中指出，当样本服从正态分布时，极差可通过σ = R/dn转换为标准差（表I列出dn值）。
- 修正标准差法（σ’ Approach）：引入无偏修正因子mn（表II），提升小样本置信度。例如，n≤20时，mn≈1.06，可减少系统误差。

支持数据：表III对比了三种方法的置信度（相对离散度c），显示σ’法最优；n=10时σ法与R法置信度相近，n>10时σ法更优。

2. 现有国际标准中的评估准则分类

作者将主流标准分为四类，并分析其适用场景与统计逻辑：
- 最大-最小值法（3M法）：如MIL-STD-461G（案例1）和IEC 61000-4-20附录C（案例2），要求电场极差≤6 dB（时域测试）。案例1仅测试5个点，案例2测试9个点（立方体顶点与中心），两者虽极差相同但统计意义不同（n=5时σ更高）。
- 修正3M法：如IEC 61000-4-3（案例4），剔除25%高变异数据后要求剩余75%数据极差≤6 dB。
- 1σ法：如IEC 61000-4-21（案例5）和RTCA/DO-160G（案例6），通过标准差量化均匀性。案例6对小样本（n≤20）引入1.06修正因子，低频段容忍度更宽松（≤6 dB vs 案例5的≤4 dB）。
- 1.15σ法：如IEC 61000-4-20（案例9），要求1.15σ≤3 dB，对应75%数据落在6 dB范围内，与修正3M法统计等效但计算更全面。

关键对比：案例7（TEM波导校准）要求最严格（σ≤0.6 dB），因其用于电场探头校准；案例8（IEC 61000-4-22）通过系统转换因子标准差评估全电波暗室（FAR），不直接涉及场强。

3. 标准间的逻辑关系与适用性优化

• 时域与频域差异：案例1（MIL-STD-461G）和案例2（IEC 61000-4-20附录C）均针对HEMP测试，但案例2新增频域谱要求。
  
• 样本量影响：案例9提出基于贝叶斯推断的修正因子k(p,n)，如n=5时k=1.47（表VI），比默认1.15更严格（σ≤2.04 dB）。
  
• 统计独立性假设的局限性：文中指出，实际场分布受麦克斯韦方程约束，非完全随机，但现有标准仍采用正态假设以简化评估。
  

4. 场均匀性评估的实践意义

• 测试目的差异：校准（如案例7）要求严于一般测试；HEMP测试（案例1-2）需考虑脉冲波形参数（表IV）。
  
• 设施类型影响：双端口TEM波导比单端口要求更高；混响室低频段容忍度优于电波暗室。
  
• 方法选择建议：小样本优先R法（n<10），大样本用σ法；σ’法（案例6）在小样本中平衡置信度与便利性。
  

论文价值与意义

该研究首次系统对比了国际EMC标准中场均匀性评估的统计原理，揭示了不同准则的内在关联与适用条件，为测试人员选择方法提供了理论依据。其核心贡献在于：
1. 统计原理澄清：通过转换因子（dn、mn、k）统一极差与标准差的量化关系。
2. 标准差异解析：指出案例4（修正3M法）与案例9（1.15σ法）的统计等效性，但后者计算更全面。
3. 实践指导：推荐σ’法用于小样本评估，并强调HEMP测试中时/频域双重要求的协调。

亮点：论文结合统计学与工程需求，解决了标准间“同一指标不同含义”（如6 dB极差对应不同σ）的混淆问题，为后续标准修订提供了方法论支持。