对用于电磁兼容测量的电磁屏蔽半电波暗室的问题分析

姚 星 421022198302284576

【文章摘要】

随着科学技术的迅速发展，人们对电子产品电磁兼容性的认识不断提升。就我国而言，众多单位都在纷纷建设与抽检电子产品电磁兼容性实验室。电磁屏蔽半电波暗室主要电子产品电磁兼容性实验室的主要组成部分，电子产品电磁兼容性实验室的性能好坏直接影响到电磁屏蔽半电波暗室的技术指标，而且所耗费的成本也远远高于电磁屏蔽半电波暗室。对此，本文就用于电磁兼容测量的电磁屏蔽半电波暗室的问题进行简单的分析与思考，并提出一些可供参考的意见与措施。

【关键词】

电磁兼容；电磁屏蔽；电波暗室；电磁屏蔽半电波暗室

电磁屏蔽半电波暗室同传统的微波电波暗室相比有较大不同，电磁屏蔽半电波暗室五面都挂有吸波材料，主要模拟场景为开阔场地，通俗来讲即电波在传播过程中只有地面反射波与直达波。全微波电波暗室则在六面都挂有吸波材料，模拟场景为自由空间内的传播传经。其次，从使用目的上看，电磁屏蔽半电波暗室主要用于电磁兼容测量，包括电磁辐射敏感度测量与电磁辐射干扰测量在内，主要性能指标统一用归一化衰减值及测试面场均匀性加以判断、衡量。而微波电波暗室则主要是用于微波天线系统的测量，在暗室的性能方面更加注重雷达界面、反射电平、静区尺寸与交叉极化度参数的表示上。从使用频率的范围这一角度来看，微波电波暗室主要为微波段，但电磁屏蔽半电波暗室则能够拓展至几十或十几KHZ，虽然在20MHZ 以下时吸波材料的性能会大幅下降，但是仍然不影响其作为屏蔽室使用。正因如此，虽然微波电波暗室在原理上同电磁屏蔽半电波暗室趋同，但二者不论是性能指标还是在用途上均有着较大区别，在设计上也存有较大差异。

1 电磁屏蔽半电波暗室结构设计

1.1 电磁屏蔽半电波暗室频率范围

电磁屏蔽半电波暗室的工作频率范围主要由国家规定的标准及暗室功能共同决定。比如为满足我国颁布的《GJB152A-97》标准，电磁屏蔽半电波暗室工作频率必须要确保所选用的吸波材料与屏蔽效能保持一致，并确保在30MHz ～ 18GHz 的频率范围之内达到归一化场地率先要求，因此暗室在选用吸波材料时应选用复合型材料。当前我国电磁屏蔽半电波暗室工作频率范围一般在10kHz ～ 18GHz 左右，个别较为特殊的实验室则将40GHz 定位频率上限。

1.2 吸波材料布置

一般的，我们将天线发射电波经金属面反射至接收天线看作为反射天线对金属面镜像天线直达接受天线，在电波传播过程当中主要起核心作用的为费尔空间区，它主要是以接收天线与镜像天线作为焦点构建一个椭圆的可旋转的球体，一般称之为实效反射区。在此区域内，中心位置、长轴、短轴均可用公式带入并进行计算，其中主要包括若干个反射区，我们将第一阶实效反射区称之为主反射区并在此区域内布置性能良好的吸波材料对于门窗、通风口、监视器、电源箱等辅助设备均布置于主反射区外，全部覆盖吸波材料，确保任何部件均不会暴露于主反射区之中。

1.3 地板与电源

暗室地板作为电波传播的唯一一个反射面，我们必须要做到平整光洁。暗室地板通常是由金属板材无缝焊接制成，整个地板具有良好的导电性能及持续性能，且不能出现超过工作波长0.1 缝隙。在接地线与电源线的布置上要统一归于墙角， 切忌出现横跨室内的现象。同时，电线应加装金属管与地板良好衔接，最后挂吸波材料。需要注意的是，在金属地面铺装完毕之后最好不要装设塑胶地板、木地板等材料，经大量的研究测试表面。上述地板会对暗室的归一化衰减值产生影响，尤其是在低频状态下影响更大。最后在暗室、控制室的供电系统设计上，要尽量选用不同相位的电源，并让其通过各自的电源滤波器防止由于室内干扰信号通过输电线路传入至暗室当中。

图一021

实验研究

Experimental Research

电子制作

2 电磁屏蔽半电波暗室检验

2.1 归一化场地衰减(30MHz~1GHz 频率范围)

发射源发出信号并传送至接收机的过程当中，受场地影响而出现的损耗为归一化衰减值，归一化衰减值能够充分的反映出电波受场地的影响程度。因为电磁屏蔽半电波暗室所模拟的场景为开阔场地，那么电磁屏蔽半电波暗室当中的归一化衰减值就必须要同开阔场情况保持一致， 误差±4dB。其次，考虑到电子设备具有一定的尺寸体积，因此在测量归一化衰减值的过程中要尽量注意发射天线的位置。据统计，在实际测量当中一共要在二十类组合条件下测量归一化衰减值，其中发射天线主要有5 个位置、2 种极化、2 中高度。在测量结束之后应将测量结果同理论值相比对，如果误差在±4dB 那么则表示合格，便能够在电磁屏蔽半电波暗室中展开具体工作。

在一般情况下，归一化衰减值水平极化时并不敏感，很可能会出现处于理论值±4dB 的范围之内，因此我们可以通过先测试后测量的手段。如果出现较大误差， 我们首先要排除仪器、测量方法所带来的问题，如果二次测量仍然有较大误差，那么我们应该对电磁屏蔽半电波暗室的结构布置重新进行考虑。通常泡沫尖劈型介质的吸波材料在数十MHz 时其吸波性能会明显下降，所以如果归一化衰减值出现低频端超差而高频段达标的现象是正常的。而且归一化衰减值测量本身就具有较多的测量条件，且各类条件均浮动于30MHz ～ 1GHz，所以我们要对每一个频率点的接收天线进行调节，从而寻找到最大值。

2.2 场地电压驻波比试验法(1GHz~18GHz 频率范围)

在1 － 18GHz 辐射骚扰测试场地的验证方法由CISPR 16-1-4 给出，在该频率范围内，归一化场地衰减（NSA）的测试方法不再适用。由于18GHz 信号对应的波长大约为16mm，对测试天线的位置变化非常敏感，测试天线位置的变化（mm 级） 能使测得的电场强度波动在dB 级造成测量重复性差，1GHz 以下NSA 的场地验证方法在1 － 18GHz 频率范围不再适用。因此国际标准化委员会提出了一种称为“场地电压驻波比”的新验证方法。该方法是在同一测量位的6 个离散的测量点上进行测量，而不是对发射截面进行连续扫描。同时使用网络分析仪或者信号源和频谱仪仅以50MHz 的步进进行测量，从而通过频域的高密度取样弥补空间的取样不足。根据驻波比测量法在某一单一取样频率点上是无法得到驻波比的最大值与最小值的。所以，应该根据同一测试部位的6 个测试点上所有的所有取样频点的测量电场强度结果进行综合比较分析。

图1 中测量布点图显示了标准要求的测量配置。测试距离d 为测试区域边界与天线参考点之间的距离。

在测试区域内规定了5 个测量位置：相对于高度h1 的前部（F）、中部（C）、左部（L）和右部（R），以及相对于高度h2 的前部（F）。高度h1 位于测试区域的中心，通常为1 米。高度h2 等于测试区域的内径高度。接收天线的高度总是与发射天线的高度相同，并始终向测试区域的中心位置。

每个测试位置都包含6 个测试点，这6 个点在40cm 的直线长度上不均匀分布。第一个点是距接收天线最近的点，从这点开始，其它的点分别距离应点2cm, 10cm, 18cm, 30cm 和40cm。在每个点上进行射频电压和功率的测量。根据式（1）可计算出该测量位置的场地电压驻波比。

每个特定测试位置的电压驻波比结果，就由这个位置的6 个点的结果得出。根据测试位置与接收天线间距离的不同，不同的测试位置所对应的场地电压驻波比之间可以有最高6dB 的容差。

2.3 测试面场均匀性

面场均匀性是为电磁屏蔽半电波暗室进行电磁辐射敏感度测量而制定的指标，进行敏感度测量必须要在被测设备处制造规定参数的场强，然后观察场强是否会影响被测设备的工作性能。因被测设备表面本来就具有定范围，因此我们在被测区域内人为规划了一个1.5×1.5m2 的垂直平面，并要求平面场强均匀，即为测试面场的均匀性，具体操作流程如下：将面场均匀划分为16 个点→使用同性场探头测量16 点场强并取众数12 个→ 12 个值中最大值与最小值＞ 6dB →测试面均匀→电磁辐射敏感度检测。需要注意的是， 在进行均匀性测试过程当中必须要在发射天线与被测设备的地面上铺设性能良好的吸波材料，从而防止由于地面反射而导致的不均匀问题。此外，同性场探头最好采用光纤进行连接，将误差控制在最低。

3 结语

总而言之，在电磁屏蔽半电波暗室的相关问题方面还需要做出深入研究，但要明确指出的是，电磁屏蔽半电波暗室性能在很大程度上都取决于电磁屏蔽半电波暗室的设计与建造，电磁屏蔽半电波暗室一旦建成就很难做出大幅度的修改。因此我们只能够从设计与建造阶段对各方各面进行周全的考虑，最大程度的保证电磁屏蔽半电波暗室质量与性能。

【参考文献】

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图2 均匀区16 点测试位置022