射頻屏蔽室屏蔽效能的測試技術(shù)

1、射頻屏蔽室屏蔽效能的測試技術(shù)1 前言這些年來，發(fā)表了很多關(guān)于射頻屏蔽室和屏蔽小室的文章。這些文章涉及到屏蔽 室的購買、結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝，以及有關(guān)的接地和電氣問題。雖然這些文章提供了許多 信息，但沒有一篇文章說清了屏蔽室和屏蔽小室的屏蔽效能測試問題。本文解釋和描 述了工業(yè)上所采用的屏蔽室屏蔽效能的測試過程。2 屏蔽效能測試屏蔽室或屏蔽小室的屏蔽效能測試或性能測試是安裝的最后階段，這也可能是最 重要的階段。不幸的是，測試過程被認(rèn)為是麻煩的或在某種程度上被認(rèn)為是不可思儀 的。事實上，屏蔽效能測試很簡單，并與MILSTD2 2 0也就是插入損耗測 試標(biāo)準(zhǔn)是一致的。主要的區(qū)別在于測試所用的設(shè)備不同。屏蔽效

2、能測試基本上等同于電子測試設(shè)備的校準(zhǔn)。與測試設(shè)備一樣，當(dāng)屏蔽小室 的屏蔽效能降低時就需要對其進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)校準(zhǔn)屏蔽小室或測定屏蔽小室的屏蔽效能時，要使用輻射測試技術(shù)。所幸的是 美國軍方和安全部門已建立了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)描述了特定頻率和測試場地條件 下的測試方法、設(shè)備和測試過程。這些測試過程經(jīng)過微小的調(diào)整，就能應(yīng)用于任何屏 蔽小室的安裝，并滿足用戶要求。測試屏蔽效能最經(jīng)常用到的兩個測試標(biāo)準(zhǔn)或測試程序是MILSTD285 和NSA 65 6。這些文件描述了對設(shè)備配置和測試場地的要求。每個程序中也 規(guī)定了測試頻率和衰減量。3 測試標(biāo)準(zhǔn)的描述3 . 1 MI LSTD2 8 5近年來，MILSTD2

3、85不但在工業(yè)界廣為應(yīng)用，而且迄今為止應(yīng)用最 為廣泛。MILSTD285規(guī)定的測試程序在屏蔽室規(guī)范上經(jīng)常被引用，但其 頻率需根據(jù)用戶要求進(jìn)行調(diào)整。MILSTD 2 8 5是第一個頒布的用于測試射頻屏蔽小室標(biāo)準(zhǔn)，它頒布于1 9 5 6年6月，用于替代頒布于1 9 5 4年8月的MIL A18123(SH IPS)。MILSTD 2 8 5標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是為了建立一種標(biāo)準(zhǔn)或者方法，用于測量射頻屏蔽室的衰減特性，這些屏蔽室用于頻率范圍從10 OKHz到1 OGHz的 電子測試。該標(biāo)準(zhǔn)包括對測試頻率、測試場地和屏蔽衰減(或者屏蔽效能)的要求。 MIL-STD-285也提供了關(guān)于測試所需設(shè)備種類的描述。

4、盡管MILSTD2 8 5標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了從10 OKHz到1 OGHz的頻率范 圍，但它僅僅要求測量屏蔽室在5個頻率點的衰減特性(參見表1)。表1 MIL STD285和NSA65 6對衰減的要求IIMIL-STD-285NSA-65-61KHz至U 1MHz間4個頻率點:頻率 150KHZ 200KHZ間1個頻率1KHz要求的屏敝效能：20dB磁場點P、10KHz要求的屏蔽效能：56dB要求的衰減或屏敝效能：70dB100KHZ要求的屏敝效能：96dB1MHz要求的屏蔽效能：100dB1KHz至U 10MHz間5個頻率點：1KHz要求的屏敝效能：70dB三個頻率點：200KHZ、1MHz、10K

5、HZ要求的屏蔽效能：100dB電場18MHz100KHZ要求的屏蔽效能：100dB要求的衰減或屏敝效能：100dB1MHz要求的屏蔽效能：100dB10MHz要求的屏蔽效能：100dB100KHZ到10GHz間4個頻率點：100MHz要求的屏蔽效能:100dB平面頻率點：400KHZ400MHz要求的屏蔽效能:100dB波要求的衰減或屏敝效能：100dB1GHz要求的屏敝效能：100dB10GHz要求的屏蔽效能：100dB起初MILSTD285專門用來評價屏蔽室，它規(guī)定得極為詳盡，甚至包 括建議的測試點的位置，明確規(guī)定測試應(yīng)在公用設(shè)施入口、門、觀測窗等附近位置進(jìn) 行。MILSTD 2 8 5也

6、要求要給出屏蔽室四個面的測量結(jié)果，以及天線要根據(jù)截面接縫(section seam )和平面接縫(panel seam )進(jìn)行水平和垂直定向的方 法。3.2NSA656NSA65-6可能是關(guān)于評價射頻屏蔽室的最重要的標(biāo)準(zhǔn)，它發(fā)布于1964 年10月。NSA65 6也包括屏蔽室的裝配、設(shè)計目標(biāo)、屏蔽室的可靠性和電子 濾波器要求等規(guī)范，并附加了對屏蔽性能的規(guī)定。雖然NSA65 6沒有打算替代MIL STD2 85，但其已經(jīng)成了一個 標(biāo)準(zhǔn)。MIL STD2 85中建議的測試頻率為150KHz到400 MHz（建議到10GHz），而NSA656規(guī)定的測試頻率范圍為1KHz到10G Hz。和MILSTD

7、285 樣，NSA65 6也含有一個包括頻率點和場 的分類表格（參見表1）。與MIL STD2 85相比，NSA65 6不但增加了大量被測頻率點， 而且明確規(guī)定了測試點的位置。NSA65 6也指定了測試區(qū)域如門框（或周 圍）、接縫、濾波器和通風(fēng)管。它也規(guī)定至少需要在四個不同位置移動天線來確定屏 蔽室泄漏的最大信號。4 測試大綱先不考慮具體采用哪個測試標(biāo)準(zhǔn)或程序，為了讓最終用戶充分了解測試過程，需 要制訂測試大綱。測試大綱也能保證用戶的要求得到滿足。如果內(nèi)部需要涂覆，用戶 可以有兩種選擇。頻率和衰減量也可以調(diào)整。除了在頻率點的數(shù)目和測試點位置上有所不同，MIL STD2 85和NS A65 6之

8、間的一個主要區(qū)別是在測試過程中磁場天線的方向。MIL STD 2 8 5規(guī)定，環(huán)狀天線應(yīng)垂直放置在屏蔽表面（平面的），而NSA65 6要求環(huán) 狀天線平行地（同軸的）放在屏蔽場的表面。為了幫助理解測試過程，下面給出一個常規(guī)的測試大綱。5 測試程序5 . 1 屏蔽性能要求衰減或屏蔽效能是屏蔽室的性能標(biāo)準(zhǔn)。屏蔽效能由屏蔽體導(dǎo)致的電磁衰減量來定 義。電場屏蔽效能的定義為：SEdE=20 log10Eb/Ea 式中Eb是沒有屏蔽的電場強(qiáng)度，而Ea是加屏蔽后的電場強(qiáng)度。 磁場屏蔽效能定義為：SEdE = 20 log10Hb/Ha 式中Hb是沒有屏蔽的磁場強(qiáng)度，而Ha是加屏蔽后的磁場強(qiáng)度。5.2 磁場和電

9、場在進(jìn)行磁場和電場屏蔽效能測試之前，需要確立參考電平和動態(tài)范圍。為了確立參考電平和動態(tài)范圍，發(fā)射天線(測量磁場用可調(diào)的環(huán)狀天線，測量電場用可調(diào)的棒狀天線)應(yīng)放在屏蔽室的外面，以確保接收機(jī)或頻譜分析儀的外殼沒有泄漏天線相距2 4英寸遠(yuǎn)，外加屏蔽介質(zhì)約1英寸厚，總共相距2 5英寸(參見圖1)。在確立參考電平和動態(tài)范圍過程中天線應(yīng)保持同軸。圖1 測量參考電平和動態(tài)范圍的測試裝置接收信號電平值記錄在屏蔽效能測試結(jié)果表(參見圖2)的“參考電平”欄內(nèi)。參考電平值是由任何外部衰減和在頻譜儀(或接收機(jī))上顯示的接收信號電平共同決 定的。屏蔽效能測試結(jié)果工作序號：工程：合格測試驗收測試其它場中心頻率測 試 位置

10、參考電平(dBm)接收機(jī)靈敏度(dBm)動態(tài)范圍(dBm)接收機(jī)電平(dBm)衰減(屏敝效能)(dB)指標(biāo)(dB)1H=磁場 E=電場 P= 平面波 MW微波證明人：日期：測試人員：日期：圖2樣品屏蔽效能測試結(jié)果表在確定和記錄參考電平之后，接收機(jī)的靈敏度/噪聲基準(zhǔn)就確定了。這可以通過把接收機(jī)天線放置在屏蔽室的內(nèi)部并移去任何固定的衰減器和任何頻譜儀/接收機(jī)內(nèi) 部的衰減器來完成。如果接收信號要求前置放大，那么在測量中要保留前置放大器。 接收機(jī)靈敏度電平（以dE為單位）記錄在測試結(jié)果表（參見圖2）的“接收機(jī)靈敏 度”欄內(nèi)。在這個測試過程中，發(fā)射機(jī)或源是關(guān)閉的。此時，已經(jīng)能確立系統(tǒng)或測量的動態(tài)范圍。動

11、態(tài)范圍就是參考電平值和接收機(jī)靈 敏度值之間的數(shù)值之差。在確立和記錄參考電平、接收機(jī)靈敏度和動態(tài)范圍的同時，將接收天線放在屏蔽 室內(nèi)事先確定的測試點處。天線與屏蔽表面（面板）之間的距離是12英寸，其方向 與參考電平確立時保持一致。發(fā)射天線放在屏蔽室外面相同的測試點，距屏蔽表面（面板）12英寸處并與接收天線保持同樣的方向（參見圖3）。在確立參考電平時 使用的任何固定衰減器要從接收或發(fā)射線路上移出，并關(guān)上屏蔽室門。在這個位置點的接收信號電平記錄在測試結(jié)果表的“接收機(jī)電平”欄里。參考電 平與接收機(jī)電平之間的數(shù)值之差就是該位置點的衰減或屏蔽效能。這個值記錄在測試 結(jié)果表的“衰減（屏蔽效能） ”欄內(nèi)。發(fā)射

12、和接收天線放置在其它的任何測試點位 置，要記錄接收信號電平。在所有位置點測試完成后，為了保證源的增益或接收機(jī)靈 敏度不發(fā)生變化，需要建立第二參考電平。在某頻率點上記錄的最低值即為該頻率點的衰減或屏蔽效能。5 . 3 平面波表1給出了平面波測量的測試頻率點。平面波的測試過程與磁場、電場的測試相 同。在進(jìn)行屏蔽效能測試之前，先要確立參考電平和動態(tài)范圍。為了確立參考電平和 動態(tài)范圍，發(fā)射（偶極子或?qū)?shù)周期）天線和接收（偶極子或?qū)?shù)周期）天線放置在 屏蔽室的外面，以確保接收機(jī)或頻譜儀機(jī)殼沒有泄漏。天線相距7 4英寸，加上屏蔽 介質(zhì)大約1英寸厚，總共相距7 5英寸（參見圖4）。在參考電平和動態(tài)范圍確立過

13、 程中，天線采用兩種極化方向（水平或者垂直極化）。信號源2IK12 屏射寸圖3在事先確定的測試點放置的接收天線射頻坍金接收圖4平面波測量用測試裝置接收信號電平值記錄在屏蔽效能測試結(jié)果表中（參見圖2）。參考電平值由任何 外部衰減和顯示在頻譜儀（或接收機(jī)）上的接收信號電平共同決定。隨著參考電平的確立和記錄，接收機(jī)的靈敏度/噪聲基準(zhǔn)就被確定了。這可以通 過把接收天線放置于屏蔽室的內(nèi)部并移去任何固定的衰減器和任何頻譜儀/接收機(jī)內(nèi) 部的衰減器來完成。如果接收信號要求前置放大，那么在測量中要使用前置放大器。 接收機(jī)靈敏度的電平（以dBm為單位）記錄在測試結(jié)果表（參見圖2）的“接收機(jī) 靈敏度”欄內(nèi)。在這個測

14、試過程中，發(fā)射機(jī)或源是關(guān)閉的。此時，已經(jīng)確立了系統(tǒng)或測量的動態(tài)范圍。動態(tài)范圍是參考電平值和接收機(jī)靈敏 度值之間的數(shù)值之差。在確立和記錄參考電平、接收機(jī)靈敏度和動態(tài)范圍的同時，接收天線放在屏蔽室 事先確定的測試點處。天線與屏蔽表面（面板）之間距離至少2英寸，方向與參考電 平確立時保持一致。發(fā)射天線放在屏蔽室外面相同的測試點，距離屏蔽表面（面板） 7 2英寸處并和接收天線保持同樣的方向（參見圖5）。在確立參考電平時使用的固 定衰減器要從接收或發(fā)射器線路上移去，并關(guān)上屏蔽室門。圖5平面波屏蔽性能的測試裝置在這個位置點的接收信號電平記錄在測試結(jié)果表的“接收機(jī)電平”欄里。參考電 平與接收機(jī)電平之間的數(shù)值之差就是測試點的衰減或屏蔽效能。這個值記錄在測試結(jié) 果表的“衰減（屏蔽效能）”欄內(nèi)。發(fā)射和接收天線可放置在任何測試點，接收的信 號電平要記錄。在所有位置點完成測試后，為了保證源的增益或接收機(jī)靈敏度不發(fā)生 變化，需要建立第二參考電平。5.4 測試點位置測試點位置包括以下一些區(qū)域：a .門的邊框；b .波