射频屏蔽室屏蔽效能的测试技术

pwm · 发表于 2007-10-22 12:56:29

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<table class="text" cellspacing="0" cellpadding="2" width="545" bgcolor="#fff7e6" border="0"><tbody><tr><td width="100%">１　前言 　　这些年来，发表了很多关于射频屏蔽室和屏蔽小室的文章。这些文章涉及到屏蔽室的购买、结构设计和安装，以及有关的接地和电气问题。虽然这些文章提供了许多信息，但没有一篇文章说清了屏蔽室和屏蔽小室的屏蔽效能测试问题。本文解释和描述了工业上所采用的屏蔽室屏蔽效能的测试过程。 ２　屏蔽效能测试 　　屏蔽室或屏蔽小室的屏蔽效能测试或性能测试是安装的最后阶段，这也可能是最重要的阶段。不幸的是，测试过程被认为是麻烦的或在某种程度上被认为是不可思仪的。事实上，屏蔽效能测试很简单，并与ＭＩＬ－ＳＴＤ－２２０也就是插入损耗测试标准是一致的。主要的区别在于测试所用的设备不同。 　　屏蔽效能测试基本上等同于电子测试设备的校准。与测试设备一样，当屏蔽小室的屏蔽效能降低时就需要对其进行校准。 　　当校准屏蔽小室或测定屏蔽小室的屏蔽效能时，要使用辐射测试技术。所幸的是美国军方和安全部门已建立了相应的标准。这些标准描述了特定频率和测试场地条件下的测试方法、设备和测试过程。这些测试过程经过微小的调整，就能应用于任何屏蔽小室的安装，并满足用户要求。 　　测试屏蔽效能最经常用到的两个测试标准或测试程序是ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５和ＮＳＡ　６５－６。这些文件描述了对设备配置和测试场地的要求。每个程序中也规定了测试频率和衰减量。 ３　测试标准的描述 ３.１　ＭＩL－ＳＴＤ－２８５ 　　近年来，ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５不但在工业界广为应用，而且迄今为止应用最为广泛。ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５规定的测试程序在屏蔽室规范上经常被引用，但其频率需根据用户要求进行调整。 　　ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５是第一个颁布的用于测试射频屏蔽小室标准，它颁布于１９５６年６月，用于替代颁布于１９５４年８月的ＭＩＬ－Ａ－１８１２３（ＳＨＩＰＳ）。 　　ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５标准的主要目的是为了建立一种标准或者方法，用于测量射频屏蔽室的衰减特性，这些屏蔽室用于频率范围从１００ＫＨｚ到１０ＧＨｚ的电子测试。该标准包括对测试频率、测试场地和屏蔽衰减（或者屏蔽效能）的要求。ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５也提供了关于测试所需设备种类的描述。 　　尽管ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５标准覆盖了从１００ＫＨｚ到１０ＧＨｚ的频率范围，但它仅仅要求测量屏蔽室在５个频率点的衰减特性（参见表１）。</td></tr><tr><td width="100%">表１　ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５和ＮＳＡ６５－６对衰减的要求</td></tr><tr><td width="100%" height="281"><div align="center"><center><table class="text" width="515" border="1"><tbody><tr><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="center" width="8%">　</td><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="center" width="45%">MIL-STD-285</td><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="center" width="47%">NSA-65-6</td></tr><tr><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="center" width="8%">磁场</td><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="left" width="45%">频率150KHz～200KHz间1个频率点 要求的衰减或屏蔽效能：70dB</td><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="left" width="47%">1KHz到1MHz间4个频率点： 　　1KHz要求的屏蔽效能：20dB 　　10KHz要求的屏蔽效能：56dB 　　100KHz要求的屏蔽效能：96dB 　　1MHz要求的屏蔽效能：100dB</td></tr><tr><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="center" width="8%">电场</td><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="left" width="45%">三个频率点：200KHz、1MHz、18MHz 要求的衰减或屏蔽效能：100dB</td><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="left" width="47%">1KHz到10MHz间5个频率点： 　　1KHz要求的屏蔽效能：70dB 　　10KHz要求的屏蔽效能：100dB 　　100KHz要求的屏蔽效能：100dB 　　1MHz要求的屏蔽效能：100dB 　　10MHz要求的屏蔽效能：100dB</td></tr><tr><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="center" width="8%">平面波</td><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="left" width="45%">一频率点：400KHz 要求的衰减或屏蔽效能：100dB</td><td class="a" style="BORDER-TOP-STYLE: ridge; BORDER-RIGHT-STYLE: ridge; BORDER-LEFT-STYLE: ridge; BORDER-BOTTOM-STYLE: ridge" align="left" width="47%">100KHz到10GHz间4个频率点： 　　100MHz要求的屏蔽效能：100dB 　　400MHz要求的屏蔽效能：100dB 　　1GHz要求的屏蔽效能：100dB 　　10GHz要求的屏蔽效能：100dB</td></tr></tbody></table></center></div></td></tr><tr><td width="100%">　　起初ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５专门用来评价屏蔽室，它规定得极为详尽，甚至包括建议的测试点的位置，明确规定测试应在公用设施入口、门、观测窗等附近位置进行。ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５也要求要给出屏蔽室四个面的测量结果，以及天线要根据截面接缝（section seam）和平面接缝（panel seam）进行水平和垂直定向的方法。 ３.２　ＮＳＡ６５－６ 　　ＮＳＡ６５－６可能是关于评价射频屏蔽室的最重要的标准，它发布于１９６４年１０月。ＮＳＡ６５－６也包括屏蔽室的装配、设计目标、屏蔽室的可靠性和电子滤波器要求等规范，并附加了对屏蔽性能的规定。 　　虽然ＮＳＡ６５－６没有打算替代ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５，但其已经成了一个标准。ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５中建议的测试频率为１５０ＫＨｚ到４００ＭＨｚ（建议到１０ＧＨｚ），而ＮＳＡ６５－６规定的测试频率范围为１ＫＨｚ到１０ＧＨｚ。和ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５一样，ＮＳＡ６５－６也含有一个包括频率点和场的分类表格（参见表１）。 　　与ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５相比，ＮＳＡ６５－６不但增加了大量被测频率点，而且明确规定了测试点的位置。ＮＳＡ６５－６也指定了测试区域如门框（或周围）、接缝、滤波器和通风管。它也规定至少需要在四个不同位置移动天线来确定屏蔽室泄漏的最大信号。 ４　测试大纲 　　先不考虑具体采用哪个测试标准或程序，为了让最终用户充分了解测试过程，需要制订测试大纲。测试大纲也能保证用户的要求得到满足。如果内部需要涂覆，用户可以有两种选择。频率和衰减量也可以调整。 　　除了在频率点的数目和测试点位置上有所不同，ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５和ＮＳＡ６５－６之间的一个主要区别是在测试过程中磁场天线的方向。ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８５规定，环状天线应垂直放置在屏蔽表面（平面的），而ＮＳＡ６５－６要求环状天线平行地（同轴的）放在屏蔽场的表面。 　　为了帮助理解测试过程，下面给出一个常规的测试大纲。 ５　测试程序 ５.１　屏蔽性能要求 　　衰减或屏蔽效能是屏蔽室的性能标准。屏蔽效能由屏蔽体导致的电磁衰减量来定义。 　　电场屏蔽效能的定义为：ＳＥｄＢ＝２０log10Eb/Ea 式中Ｅｂ是没有屏蔽的电场强度，而Ｅａ是加屏蔽后的电场强度。 磁场屏蔽效能定义为：ＳＥｄＢ＝２０log10Hb/Ha 式中Ｈｂ是没有屏蔽的磁场强度，而Ｈａ是加屏蔽后的磁场强度。 ５.２　磁场和电场</td></tr><tr><td width="100%">　　在进行磁场和电场屏蔽效能测试之前，需要确立参考电平和动态范围。为了确立参考电平和动态范围，发射天线（测量磁场用可调的环状天线,测量电场用可调的棒状天线）应放在屏蔽室的外面,以确保接收机或频谱分析仪的外壳没有泄漏.天线相距２４英寸远,外加屏蔽介质约１英寸厚，总共相距２５英寸（参见图１）。在确立参考电平和动态范围过程中天线应保持同轴。</td></tr><tr><td width="100%"><img height="121" src="http://www.rite-emc.com.cn/image/pbxncs-1.gif" width="300" /> </td></tr><tr><td width="100%">图１　测量参考电平和动态范围的测试装置</td></tr><tr><td width="100%">　　接收信号电平值记录在屏蔽效能测试结果表（参见图２）的“参考电平”栏内。参考电平值是由任何外部衰减和在频谱仪（或接收机）上显示的接收信号电平共同决定的。</td></tr><tr><td width="100%" bgcolor="#fff7e6">屏蔽效能测试结果 　　　　　　　　工作序号：               　　　　　　　　   工程：                　　　　　　　　   位置：               </td></tr><tr><td width="100%" bgcolor="#fff7e6" height="169"><div align="center"><center><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="520" border="1"><tbody><tr><td class="text" width="596" colspan="9">　　合格测试           验收测试           其它                </td></tr><tr><td class="text" align="center" width="64">场</td><td class="text" align="center" width="36">中心频率</td><td class="text" align="center" width="31">测试位置</td><td class="text" align="center" width="75">参考电平 (dBm)</td><td class="text" align="center" width="85">接收机灵敏度 (dBm)</td><td class="text" align="center" width="69">动态范围 (dBm)</td><td class="text" align="center" width="75">接收机电平(dBm)</td><td class="text" align="center" width="76">衰减 (屏蔽效能)(dB)</td><td class="text" align="center" width="69">指标(dB)</td></tr><tr><td class="text" align="center" width="64">　</td><td class="text" align="center" width="36">　</td><td class="text" align="center" width="31">　</td><td class="text" align="center" width="75">　</td><td class="text" align="center" width="85">　</td><td class="text" align="center" width="69">　</td><td class="text" align="center" width="75">　</td><td class="text" align="center" width="76">　</td><td class="text" align="center" width="69">　</td></tr><tr><td class="text" align="center" width="64">　</td><td class="text" align="center" width="36">　</td><td class="text" align="center" width="31">　</td><td class="text" align="center" width="75">　</td><td class="text" align="center" width="85">　</td><td class="text" align="center" width="69">　</td><td class="text" align="center" width="75">　</td><td class="text" align="center" width="76">　</td><td class="text" align="center" width="69">　</td></tr><tr><td class="text" align="center" width="64">　</td><td class="text" align="center" width="36">　</td><td class="text" align="center" width="31">　</td><td class="text" align="center" width="75">　</td><td class="text" align="center" width="85">　</td><td class="text" align="center" width="69">　</td><td class="text" align="center" width="75">　</td><td class="text" align="center" width="76">　</td><td class="text" align="center" width="69">　</td></tr><tr><td class="text" width="580" colspan="9">　　H=磁场　E=电场　P=平面波　MW=微波 </td></tr><tr><td class="text" width="580" colspan="9">证明人：　　　　　　　　　　测试罚人　　　　　　　　　 日期：　　　　　　　　　　　日期：　　　　　　　　　　　</td></tr></tbody></table></center></div></td></tr><tr><td align="center" width="100%">图2 样品屏蔽效能测试结果表</td></tr><tr><td width="100%">　　在确定和记录参考电平之后，接收机的灵敏度／噪声基准就确定了。这可以通过把接收机天线放置在屏蔽室的内部并移去任何固定的衰减器和任何频谱仪／接收机内部的衰减器来完成。如果接收信号要求前置放大，那么在测量中要保留前置放大器。接收机灵敏度电平（以ｄＢ为单位）记录在测试结果表（参见图２）的“接收机灵敏度”栏内。在这个测试过程中，发射机或源是关闭的。 　　此时，已经能确立系统或测量的动态范围。动态范围就是参考电平值和接收机灵敏度值之间的数值之差。 　　在确立和记录参考电平、接收机灵敏度和动态范围的同时，将接收天线放在屏蔽室内事先确定的测试点处。天线与屏蔽表面（面板）之间的距离是１２英寸，其方向与参考电平确立时保持一致。发射天线放在屏蔽室外面相同的测试点，距屏蔽表面（面板）１２英寸处并与接收天线保持同样的方向（参见图３）。在确立参考电平时使用的任何固定衰减器要从接收或发射线路上移出，并关上屏蔽室门。 　　在这个位置点的接收信号电平记录在测试结果表的“接收机电平”栏里。参考电平与接收机电平之间的数值之差就是该位置点的衰减或屏蔽效能。这个值记录在测试结果表的“衰减（屏蔽效能）"栏内。发射和接收天线放置在其它的任何测试点位置，要记录接收信号电平。在所有位置点测试完成后，为了保证源的增益或接收机灵敏度不发生变化，需要建立第二参考电平。 　　在某频率点上记录的最低值即为该频率点的衰减或屏蔽效能。 ５.３　平面波 　　表１给出了平面波测量的测试频率点。平面波的测试过程与磁场、电场的测试相同。 　　在进行屏蔽效能测试之前，先要确立参考电平和动态范围。为了确立参考电平和动态范围，发射（偶极子或对数周期）天线和接收（偶极子或对数周期）天线放置在屏蔽室的外面，以确保接收机或频谱仪机壳没有泄漏。天线相距７４英寸，加上屏蔽介质大约１英寸厚，总共相距７５英寸（参见图４）。在参考电平和动态范围确立过程中，天线采用两种极化方向（水平或者垂直极化）。</td></tr><tr><td align="center" width="100%"><img height="121" src="http://www.rite-emc.com.cn/image/pbxncs-2.gif" width="300" /></td></tr><tr><td class="a" align="center" width="100%">图3 在事先确定的测试点放置的接收天线</td></tr><tr><td class="a" align="center" width="100%"><img height="121" src="http://www.rite-emc.com.cn/image/pbxncs-3.gif" width="300" /></td></tr><tr><td class="a" align="center" width="100%">图4 平面波测量用测试装置</td></tr><tr><td width="100%">　　接收信号电平值记录在屏蔽效能测试结果表中（参见图２）。参考电平值由任何外部衰减和显示在频谱仪（或接收机）上的接收信号电平共同决定。 　　随着参考电平的确立和记录，接收机的灵敏度／噪声基准就被确定了。这可以通过把接收天线放置于屏蔽室的内部并移去任何固定的衰减器和任何频谱仪／接收机内部的衰减器来完成。如果接收信号要求前置放大，那么在测量中要使用前置放大器。接收机灵敏度的电平（以ｄＢｍ为单位）记录在测试结果表（参见图２）的“接收机灵敏度”栏内。在这个测试过程中，发射机或源是关闭的。 　　此时，已经确立了系统或测量的动态范围。动态范围是参考电平值和接收机灵敏度值之间的数值之差。</td></tr><tr><td width="100%">　　在确立和记录参考电平、接收机灵敏度和动态范围的同时，接收天线放在屏蔽室事先确定的测试点处。天线与屏蔽表面（面板）之间距离至少２英寸，方向与参考电平确立时保持一致。发射天线放在屏蔽室外面相同的测试点，距离屏蔽表面（面板）７２英寸处并和接收天线保持同样的方向（参见图５）。在确立参考电平时使用的固定衰减器要从接收或发射器线路上移去，并关上屏蔽室门。</td></tr><tr><td align="center" width="100%"><img height="121" src="http://www.rite-emc.com.cn/image/pbxncs-4.gif" width="300" /></td></tr><tr><td align="center" width="100%">图5 平面波屏蔽性能的测试装置</td></tr><tr><td width="100%">　　在这个位置点的接收信号电平记录在测试结果表的“接收机电平”栏里。参考电平与接收机电平之间的数值之差就是测试点的衰减或屏蔽效能。这个值记录在测试结果表的“衰减（屏蔽效能）”栏内。发射和接收天线可放置在任何测试点，接收的信号电平要记录。在所有位置点完成测试后，为了保证源的增益或接收机灵敏度不发生变化，需要建立第二参考电平。 ５.４　测试点位置 　　测试点位置包括以下一些区域： 　　ａ.门的边框； 　　ｂ.波导管穿透孔； 　　ｃ.波导ＨＶＡＣ通风口（全扫描）； 　　ｄ.电子和通信滤波器区域（全扫描）； 　　ｅ.墙缝（缝的数量取决于屏蔽室的尺寸和在该位置点测试是否可行）。 　　至少要在门的六个位置点进行测试；如果屏蔽层的两个方向都可以进行测试，那么每面墙至少要测试一个缝隙。实际测试点的位置到测试时确定。 ６　结论 　　无论使用哪种测试标准和程序，制定测试大纲并实施是很重要的。制定测试大纲后，实际测试要定期进行。当重新校准屏蔽室时，如果只有轻微调整，还可使用同样的或原有的测试大纲。</td></tr></tbody></table>

yungfan · 发表于 2008-2-2 17:04:34

不错，屏蔽效能的测试原理其实和辐射抗扰度的校准的道理是一样的。在施加确定的电平与收到的电平只差。
但在选择接收机的时候，一定要考虑接收机的噪底

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