用于電磁兼容測量的電磁屏蔽半電波暗室

1、用于電磁兼容測量的電磁屏蔽半電波暗室1引言隨著對電子產(chǎn)品電磁兼容性 EMC認(rèn)識的不斷提高，國內(nèi)很多單位紛紛籌建和正在建設(shè)EMC實(shí)驗(yàn)室。電磁屏蔽半電波暗室以下簡稱EMC暗室是EMC實(shí)驗(yàn)室主要的組成單元， 它 的性能影響整個 EMC實(shí)驗(yàn)室的主要技術(shù)指標(biāo)，并且其所需費(fèi)用占整個EMC實(shí)驗(yàn)室的比重較大，用戶在建造前根據(jù)自己的使用要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出科學(xué)合理的暗室技術(shù)要求是非常必 要的。EMC暗室的技術(shù)要求要提得恰當(dāng)，要有先進(jìn)性、前瞻性和可擴(kuò)展性，應(yīng)當(dāng)滿足當(dāng)前 和以后較長時期內(nèi)所研制和檢測的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。2 EMC暗室2. 1開闊測試場對一個設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行輻射發(fā)射 RE和輻射敏感度RS試驗(yàn)時，早期的CISPR標(biāo)

2、準(zhǔn)要求 電磁兼容性輻射發(fā)射測量在開闊場地OATS進(jìn)行。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，開闊場通常為一個菲涅爾橢圓，EUT與接收天線分別位于橢圓的兩個焦點(diǎn)處，間距為 L,長軸是焦距的兩倍，為 2 L,短軸是L。在開闊場，接收天線受兩種波的照射：直射路徑D波和地面反射路徑 R波，總的接收信號是它們的矢量和，如圖I所示。菲涅爾橢圓兩個焦點(diǎn)的距離即是我們所要求的測量距離，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)可分為3m、10m和30m。以前可以在開闊試驗(yàn)場上進(jìn)行，但是近幾十年來，隨著環(huán)境電磁噪聲強(qiáng)度和密度的不斷增強(qiáng)，很難找到符合標(biāo)準(zhǔn)要求的OATS。目前電波暗室被廣泛地用來模擬OATS進(jìn)行輻射發(fā)射和輻射敏感度試驗(yàn)。Ein地面I桂收天線IO,2.

3、2屏敝室在EMC測試中，屏蔽室能提供環(huán)境電平低而恒定的電磁環(huán)境，它為測量精度的提高、測量的可靠性和重復(fù)性的改善提供了保障。 但是由于被測設(shè)備在屏蔽室中產(chǎn)生的干擾信號通 過屏蔽室的六個面產(chǎn)生無規(guī)那么的漫反射， 特別是在輻射發(fā)射測量和輻射敏感度測量中表現(xiàn)更 嚴(yán)重，導(dǎo)致在屏蔽室內(nèi)形成駐波而產(chǎn)生較大的測量誤差。2. 3電波暗室電波暗室又稱為電波無反射室，通常所說的電波暗室在結(jié)構(gòu)上大都由屏蔽室和吸波材料兩局部組成。電波暗室在工程應(yīng)用上有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是在屏蔽室的四壁、天花板和地板等六面全裝有六面吸波材料，模擬自由空間傳播環(huán)境，稱為全電波暗室，主要用作天線測量、仿真試驗(yàn)、天線罩測量，性能用靜區(qū)尺寸、反

4、射電平、固有雷達(dá)截面、交叉極化度參數(shù) 表示；另一種是在電磁屏蔽室的內(nèi)壁、天花板上加裝電波吸收材料，地板采用金屬地板的導(dǎo)電面，這樣可以與 OA rs等效，稱為半電波暗室，主要用于電磁兼容測量，包括電磁輻射 干擾測量和電磁輻射敏感度測量，主要性能指標(biāo)用歸一化場地衰減NSA和測試面場均勻性來衡量。從使用頻率范圍看，電波暗室用于微波段，而EMC暗室頻率下限擴(kuò)展到十幾 kHz， 雖然30MHz以下吸波材料的吸波性能下降，但仍可作屏蔽室使用。由此可見，雖然EMC暗室和微波電波暗室看上去很相似，兩者都掛有大量的吸波材料，但兩者的用途、性能指標(biāo)都不同，所以設(shè)計(jì)上也有各自不同的標(biāo)準(zhǔn)。在軍、民用EMC標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定

5、是在半電波暗室條件下進(jìn)行EMC檢測，這主要是由于以前的EMC標(biāo)準(zhǔn)制定是以O(shè)ATS為根底的，采用半電波暗室具有繼承性。半電波暗室主要是模擬開闊場地，即在暗室中測試時接收天線接收到的場是EUT輻射電磁波的直達(dá)波和標(biāo)準(zhǔn)地面反射波的矢量和。因此，由暗室的外殼-屏蔽室解決背景噪聲的冋題，并在屏蔽室五個面上掛貼吸波材料，以消除屏蔽室內(nèi)電磁波的漫反射。3 EMC暗室的主要技術(shù)要求3 1 EMC暗室的尺寸暗室的長、寬、高是相對于被試設(shè)備 EUT的最大尺寸、電波暗室性能指標(biāo)以及執(zhí)行的EMC標(biāo)準(zhǔn)確定的。決定屏蔽體尺寸的要素間的關(guān)系如圖2所示。在EMC暗室內(nèi)進(jìn)行輻射發(fā)射和敏感度測試時，希望 EUT布置在暗室的靜區(qū)范

6、圍之內(nèi)一般將產(chǎn)品置 于轉(zhuǎn)臺上，并且與殼體上的吸波材料尖端有適當(dāng)?shù)拈g隙。 國際CISPR民用EMC標(biāo)準(zhǔn)對RE測試的收發(fā) 距離通常按EUT的最大尺寸來選擇.見表I。由于暗室中的測試環(huán)境要模擬開闊場的傳播條件，所以暗室尺寸應(yīng)以開闊場的要求為依據(jù)。理想暗室凈空尺寸要求為：假設(shè)收發(fā)距離為 L,那么暗室凈空間的長度為 2L,寬度為L,高度由以下式1來計(jì)算 選取，其中L為收發(fā)距離m。2測試范也 1 Umifcl測定附元線間的即離*皿法所用人純的大線的m種婁13 EUT 械測對鐮轉(zhuǎn)臺的扎瞰:坪價IX嵯 電液販?zhǔn)招莸募獯е耪b員1% 5 TT列人f特性的遂地人線間的距離丨電j皮吸收件能電跛吸收體大小位flltti

7、響適當(dāng)?shù)牧先肷浞Q、 寬度 彳弐接波和坯射波關(guān)系丁適蘭地冏反射吋獲曙適勻反時業(yè)的Jrt小|斤|積2電波瞎室的性能要求和決定屏蔽而尺寸的要素表1收發(fā)距離與EUT最大尺寸的相關(guān)性H=書L + 2 單位為m1EUT最大尺寸am收發(fā)距離Lni；L234.010250103 . 4地板和電源暗室的地板是電波唯一反射面，要求平整無凹凸。地板通常用金屬板材焊接而成，焊縫不得超過3mm。整個地面要保持導(dǎo)電連續(xù)性，不能有超過工作波長1 /10的縫隙。接地線和電源線要靠墻腳布設(shè)，不要橫越室內(nèi)。電線還需穿金屬管，并保持金屬管與地板良好搭接。金屬地面上最好不要再鋪木地板和 塑膠地板等。木地板經(jīng)測試說明對暗室的歸一化場地

8、衰減值有一定影響，特別是在低頻vlOOMHz段影響較大。暗室和控制室要采用獨(dú)立的供電系統(tǒng)，使用不同相的電源，經(jīng)過各自的電源濾波器，這樣可 防止控制室內(nèi)的干擾信號通過電源線傳人暗室內(nèi)。3 . 5 EMC暗室主要性能指標(biāo)3 . 1靜區(qū)尺寸及靜度暗室靜區(qū)是指射頻吸波室內(nèi)受反射干擾最弱的區(qū)域，尺寸的大小與暗室的形狀、大小、結(jié)構(gòu)、工作頻 率、所用吸波材料的電性能、靜區(qū)所要求的反射電平、靜區(qū)的形狀等有關(guān)。一般暗室尺寸越大，其靜區(qū) 將越大。靜區(qū)的尺寸不得小于受試件的尺寸。暗室的靜區(qū)是以轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)軸為軸線，一定直徑取決于受試件大小的圓柱體。例如3m法測試距離的靜區(qū)是一個 2m直徑的柱體區(qū)域。靜區(qū)靜度是暗室性能的

9、最重要的指標(biāo)之一，它定義為在靜區(qū)各壁反射能量總和與直達(dá)波能量之比。一般而言，暗室性能的好壞與作為暗室主體的屏蔽室反射路徑損耗、暗室內(nèi)壁所敷設(shè)吸波材料的吸收性能 以及發(fā)射天線波束寬度等因素息息相關(guān)。3. 2屏蔽效能半電波暗室的屏蔽性能用屏蔽效能來衡量。屏蔽效能是模擬干擾源置于屏蔽殼體外時，屏蔽體安裝前后的電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度或功率的比值。暗室的屏蔽效果的好壞不僅與屏蔽材料的性能有關(guān)，也與殼體 上可能存在的各種不連續(xù)的形狀和孔洞有關(guān)，例如屏蔽材料間的焊縫、暗室的通風(fēng)窗、屏蔽門等。為了提高屏蔽效能在對鋼板進(jìn)行焊接時，在接縫處采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)式對焊工藝，可最大限度 地抑制焊接變形且保護(hù)鋼板平面的平整

10、度、保持整個殼體的電連續(xù)性。暗室的通風(fēng)窗采用截止波導(dǎo)式 通風(fēng)窗可以防止通風(fēng)窗處的電磁能量泄漏，在安裝時必須與暗室墻壁有良好、連續(xù)的電接觸。屏蔽門 是暗室的主要進(jìn)岀口，需要經(jīng)常開啟，所以門縫是影響屏蔽效能的重要部位?，F(xiàn)在一般采用指形簧片來 改善門與門框的電氣接觸。兩層以上的簧片結(jié)構(gòu)，可以使門縫處的泄漏降到滿足較高屏蔽效能要求的狀 態(tài)。在1MHz10GHz 頻率范圍內(nèi)暗室的屏蔽效能到達(dá)100dB 并不難，但是在10kHzIMHz 和高頻1040GHz要到達(dá)較高的屏蔽效能，對焊縫、屏蔽門、通風(fēng)截止波導(dǎo)窗的設(shè)計(jì)和制造都要嚴(yán)格要求。暗室的屏蔽效能要求應(yīng)適當(dāng)，并非越高越好，要從費(fèi)效比考慮，最終的環(huán)境電平只

11、要低于標(biāo)準(zhǔn)限值的 6dB就可以了。例如 GJB2926 97對暗室的屏蔽效能要求見表 3。表3暗室的屏蔽效能頻率范國屏蔽效能14kHz: 1 MHz60dB1-lOOOMHz90dB1-18GHz80dB屏蔽效能的測量結(jié)果與所用測量方法有關(guān)，因此，檢測暗室的屏蔽效能必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試方法進(jìn)行，可按照 GB 12190 9O?高性能屏蔽室屏蔽效能的測量方法?進(jìn)行測試，重點(diǎn)對可能造成 屏蔽效能降低的接縫、暗室的通風(fēng)窗、屏蔽門等部位進(jìn)行檢測。3. 5 . 3歸一化場地衰減NSA場地衰減是測量用場地的一個固有參數(shù)，場地衰減與以下參數(shù)有關(guān)：地面的不平度、地收發(fā)天線端口的阻抗面的電參數(shù)、周圍環(huán)境、

12、 收發(fā)天線之間的距離、天線類型和極化方向、定義等。場地衰減定義為：輸入到發(fā)射天線上的功率與接收天線負(fù)載上所獲得的功率之比,式為:A = 10 logGJB 2式中，Pr為發(fā)射天線端口的實(shí)際發(fā)射功率；Pr為接收天線端口的實(shí)際接收功率。半電波暗室場地衰減的測試是在開闊測試場場地衰減測試的根底上進(jìn)行的。根據(jù)926 97附錄A中提供的 電波暗室歸一化場地衰減的測試方法中提供的場地衰減單點(diǎn)測 試方法，用一對天線分別垂直和平行于地面放置，通過電纜，分別與發(fā)射源和接收機(jī)連接,那么發(fā)射天線源電壓 UT(dB)與接收天線終端測得的接收電壓UR(dB)之差即為開闊試驗(yàn)場的場地衰減。如果水平和垂直測得的 NSA與G

13、JB 2926附錄A中相應(yīng)表中的理論值相差在 4dB之內(nèi),與天線或測量那么測試場地被認(rèn)為是可接受的。歸一化場地衰減只用來說明測試場地的性能,儀器并沒有多大的關(guān)系，是衡量測試場地性能的重要指標(biāo)之一。信號從發(fā)射源傳輸?shù)浇邮諜C(jī)時，由于場地影響所產(chǎn)生的損耗為NSA，它反映了場地對電磁波傳播的影響。半電波暗室是為模擬開闊場地而建造的,暗室中的NSA應(yīng)和開闊場相一致，CISPR16l和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求：在30MHzl8GHz頻率范圍內(nèi)，當(dāng)測量的垂直與水平的NSA值在歸化場地衰減理論值的 4dB之內(nèi)，那么測試場地被認(rèn)為是合格的，可以在暗室中進(jìn)行電磁輻 射干擾的檢測。3. 5. 4測試面場均勻性該指標(biāo)是為在暗

14、室中進(jìn)行電磁輻射敏感度測量而制定的。敏感度測量需在被測設(shè)備(EUT)處產(chǎn)生規(guī)定的場強(qiáng)(3V/ m200V / m)，考察是否會引起 EUT工作性能下降。由于 EUT表 面有一定范圍，所以在靜區(qū)地板上方0. 8m高度規(guī)定了一個1. 5mX 1 . 5m的假想垂直平面，即均勻區(qū)，在這個平面中場的變化非常小.在26MHz18GHz頻率范圍內(nèi)，要求該區(qū)域內(nèi)75的外表上的幅值偏差應(yīng)在標(biāo)稱值的0+6dB范圍之內(nèi)，如圖3所示。具體做法是，把該面均勻劃分l6個點(diǎn)，用各向同性場探頭測量每點(diǎn)的場強(qiáng)，取數(shù)值最接近的l2個值，刪除另4個。12個值中最大和最小的差值如小于6dB，那么可認(rèn)為該測試面是均勻的，可以進(jìn)行電磁

15、輻射敏感度認(rèn)證檢測。在均勻性測試時，發(fā)肘天線和受試設(shè)備間的地面應(yīng)鋪設(shè)吸波材 料防止地面反肘酸響場均勻性.各向同性場探頭應(yīng)采用光纖與場強(qiáng) 計(jì)相連接*不能采用一般金屬屏蔽電纜，否那么會產(chǎn)生很大謀禮.同樣 場均勻性測Ift是多頻.SOMHiGHz位置 1G點(diǎn)、多極性垂 直水平MHft.3, 5.5諧振頻率3 均勺區(qū)16點(diǎn)貂試住JL空腔諧撮是由于屏蔽殼體的內(nèi)部尺寸逍成立休反射形成的當(dāng)殼 體的內(nèi)部尺寸是鼓勵場半波長的輪數(shù)借時就客易產(chǎn)生諧振.此時內(nèi) 部場足異常變化的*會對右就復(fù)性要求的電磁兼容性測St造成較大的 側(cè)st誤基.暗率屏砸腔體的腔壁一般選用反射性比擬好的材料如鍍鋅鋼扳.電波晴室的屏蔽殼悴是一個封

16、史 金屬空腔可以把它看成杲大釀的矩形波導(dǎo)諧振腔其諧振規(guī)率為：式輸中為諧振頻率歷腳為暗家內(nèi)空弋介質(zhì)的磁導(dǎo)率一般取仆X 10 TH/mic為暗室內(nèi)空氣扌 的介電常數(shù)一般取8. 85 X 10分別為翕展空腔的長.寬，高m vp分別為與披導(dǎo)激厲的階數(shù)相關(guān)*一般取09、波導(dǎo)顒勵模存衽的條件是抽嚴(yán)多只能一個為零。當(dāng)鼓勵場源引起暗室諧振時，尤其是引起抑制強(qiáng)干擾源向外界輻射的主動屏蔽室諧振時，會使暗室的屏蔽效能大大降低。在電磁兼容性試驗(yàn)中， 常在電波暗室內(nèi)對電子或機(jī)電設(shè)備進(jìn)行輻射發(fā)射測量，一旦發(fā)射頻率和鼓勵方式使暗室產(chǎn)生諧振，將造成很大的測量誤差。GB 12190規(guī)定：在所有場合，模擬源的頻率范圍都應(yīng)選得遠(yuǎn)高

17、于屏蔽室的最低固有諧振頻率。為了防止電波暗室諧振引起的測量誤差，必須事先掌握所用半電波暗室較低的幾個固有諧振頻率點(diǎn)。它們可以通過理論計(jì)算來獲得，并將其記錄備案，這樣在測試時可有意避開諧振頻率點(diǎn)，或?qū)υ擖c(diǎn)測試結(jié)果加注解，以便于分析。3. 5. 6電磁環(huán)境電平在EUF斷電但輔助設(shè)備通電時，試驗(yàn)場地的傳導(dǎo)和耦合電平與頻率的關(guān)系通常叫該場地的電磁環(huán)境電平電源線上的環(huán)境電平應(yīng)在斷開EUT、接上一個阻性負(fù)載的情況下測量，此負(fù)載應(yīng)具有與EUT相同的額定電壓，不同的標(biāo)準(zhǔn)對電磁環(huán)境電平有不同的要求。半電波暗室的電磁環(huán)境電平測試分為輻射和傳導(dǎo)兩種模式。半電波暗室的輻射發(fā)射環(huán)境電平與暗室的屏蔽效能和場地衰減特性有關(guān)，暗室的輻射發(fā)射環(huán)境電平按照GJB152A規(guī)定，在25Hz100kHz磁場輻射發(fā)射、10kHz18GErz電場輻射發(fā)射測試中，在全頻段范圍內(nèi)電 磁環(huán)境電平應(yīng)至少低于 GJB151A規(guī)定的極限值6dB ;半電波暗室的傳導(dǎo)發(fā)射環(huán)境電平與暗 室的接地、 絕緣性能指標(biāo)有關(guān)， 與供電電源、 電源濾波器的性能好壞有關(guān)。 暗室的傳導(dǎo)發(fā)射 環(huán)境電平按照 GJB152A 規(guī)定，在 25Hz10MHz 范圍內(nèi)進(jìn)行電源線傳導(dǎo)發(fā)射測試時， 全頻段 范圍內(nèi)電磁環(huán)境電平應(yīng)至