小屏蔽體屏蔽效能的測量方法

針對現行標準推薦的小屏蔽體屏蔽效能測量方法，分析了測量中的一些問題，介紹了各種方法的適用條件和范圍，并對各方法的測量頻率范圍、屏蔽效能動態范圍、可測體積等進行列表比較，以便用戶根據實際情況選擇適合的測量方法。

分類: 動態

發布時間: 2023-01-05 18:15:34

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小屏蔽體屏蔽效能的測量方法

Test Methods for Shielding Effectiveness of Small-sized Shielding Enclosure

北京大澤科技有限公司 李立嘉

中國電子技術標準化研究院  沙長濤

摘要

針對現行標準推薦的小屏蔽體屏蔽效能測量方法，分析了測量中的一些問題，介紹了各種方法的適用條件和范圍，并對各方法的測量頻率范圍、屏蔽效能動態范圍、可測體積等進行列表比較，以便用戶根據實際情況選擇適合的測量方法。

關鍵詞

屏蔽效能；小屏蔽體；測量方法

Abstract

According to the test method of shielding effectiveness for small-sized shielding enclosure recommended by current standards, some problems during test are analyzed. The application condition and scope of various methods are introduced. Measuring frequency range, shielding effectiveness dynamic range, measurable volume are listed for comparing , users may choose suitable measurement method according to actual situation.

Keywords

shielding effectiveness; small-sized shielding enclosure; test method

引言

目前，各種屏蔽機箱、機柜、帳篷等小屏蔽體廣泛應用于各個涉密行業，需要屏蔽的信號頻率范圍越來越寬，從 9 kHz~18 GHz 擴展到 50 Hz~40 GHz 甚至到100 GHz，屏蔽效能指標從 30~50 dB 提高到 80~100 dB。2020年公布的國家標準GB/T 39278-2020 [0.1m-2m屏蔽殼體屏蔽效能的測量方法]，采納了北京大澤科技有限公司的發明專利【內置輻射源法ZL  2009 1 0090031.X】，該方法完整的解決了9k-40Ghz頻率范圍內小屏蔽體屏蔽效能的測量方法與手段。本文歸納了現行標準推薦的小屏蔽體屏蔽效能的測量方法、適用范圍及注意事項，以便用戶根據實際情況選擇。

1       小屏蔽體的定義與特點

任一邊長在 0.1~2 m 范圍內的屏蔽體稱為小屏蔽體。小屏蔽體的特點 ：

a）內部空間小，電磁波在其中的反射、折射、吸收， 諧振情況復雜 ；

b）無論接收天線還是發射天線，若放在屏蔽體內都必須要小型化設計，以保障天線距離各壁面有大于等于 5 cm 的空間，以減少各壁面與天線之間的“寄生效應”；

c）盡量選用點頻測量方式，點頻測量天線具有體積小、增益高的特點（30 MHz 以下十分明顯）；

d）諧振計算公式在小屏蔽體的諧振頻率計算中只是部分適用，特別是在 30 MHz 以下頻段，屏蔽效能需要通過實驗確定（很多實際測試結果表明不能用諧振現象解釋）。

2       小屏蔽體屏蔽效能測量方法分類

小屏蔽體屏蔽效能測量方法分為內置輻射源法和外置輻射源法。內置輻射源法又分為輻射源內置法和輻射天線內置法 ：外置輻射源法分為屏蔽室法、TEM 傳輸室法、GTEM 傳輸室法和混響室法。

（1）內置輻射源法

內置輻射源法就是在被測屏蔽體內產生一個輻射場，屏蔽體外部接收、測量被測屏蔽體屏蔽效能的方法。

a）輻射源內置法如圖 1 所示，將信號源，功放和發射天線集成在一起放入屏蔽體內。這是目前應用最廣泛的一種方法，成本低、操作簡單，可在 50 Hz~40 GHz頻率范圍內測量，邊長 0.5~2 m 的小屏蔽體；動態范圍： 50 Hz~9 kHz 大 于 60 dB，9 kHz~30 MHz 大 于 80 dB，30 MHz~40 GHz 大于 100 dB。

圖 1 輻射源內置法

注意 ：不同邊長的小屏蔽體可能在不同頻點上產生諧振現象 0.1~0.3 m 邊長的小屏蔽體情況更復雜。

b）輻射天線內置法如圖 2 所示，只有輻射天線放入屏蔽體內，源和功放在屏蔽體外。

圖 2 輻射天線內置法

輻射天線內置法要在屏蔽體上打孔，用屏蔽電纜連接信號源和功放，輻射源內置法不用打孔，兩種方法可測頻率范圍相同。但輻射天線內置法可測體積還可再?。◤?/span> 0.2~2 m）但動態范圍和 C 點電聯接器的屏蔽效能有關，比該點的屏蔽效能要小 10 dB。

輻射天線內置法和輻射源內置法適用于防止屏蔽體內的射頻信號向外輻射的屏蔽效能測試。

（2）外置輻射源法

外置輻射源法是在被測屏蔽體外部產生一個輻射場，測量被測屏蔽體屏蔽效能的方法， 如圖 3 所示。外置輻射源法可在 50 Hz~40 GHz 頻率范圍內測量邊長 0.3~2 m 的小屏蔽體（依據現有該頻段的天線最小尺寸來確定小屏蔽體的最小尺寸），動態范圍受到電連接器和連接電纜屏蔽效能值的影響。

圖 3 外置輻射源法

外置輻射源法還可采用 TEM、GTEM 傳輸室法及混響室法測量。TEM 傳輸室法（圖 4）測量頻率范圍為9 kHz~500 MHz（全頻段為電場屏蔽衰減），GTEM 傳輸室法（ 圖 5） 測量頻率范圍為 9 kHz~18 GHz（全頻段為電場屏蔽衰減），測量動態范圍由電連接器、連接電纜的屏蔽效能值的最小值再減 10 dB 決定，被測屏蔽體體積應小于 TEM 和 GTEM 傳輸室半個腔體的 1/3 空間。圖 6 為混響室法測量屏效示意圖，測量頻率范圍為500 MHz~18 GHz，測量動態范圍仍由電連接器與屏蔽電纜的屏效值的最小值減 10 dB 決定。

圖 4 TEM 傳輸室法測量示意圖

圖 5 GTEM 傳輸室法測量示意圖

圖 6 混響室法測量示意圖

3 小屏蔽體屏蔽效能測量的頻點及天線選擇

（1）頻率應滿足的條件 ：盡量選擇點頻測量，一般為 60 Hz、1 kHz、100 kHz、200 kHz、15 MHz、100 MHz、450 MHz、950 MHz、3 GHz、6 GHz、10 GHz、18 GHz、26 GHz、35 GHz、40 GHz。避開被測屏蔽體的固有諧振頻率，屏蔽體的固有諧振頻率按以下公式計算 ：

式中，μ 為屏蔽體內部的磁導率；ε 為屏蔽體內部的介電常數；a 為屏蔽體的長度，單位為米（m）；b 為屏蔽體的寬度，單位為 m；c 為屏蔽體的高度，單位為 m。a>b>c，且 i、j、k 為整數，但 i、j、k 中每次最多只能有一個取 0。同時取兩個或三個 0 的分布情況十分復雜，除了固有諧振頻率影響外還有其它因素影響測量，特別是在 30 MHz 以下頻段，如果在實測中發現停振或失鎖等，避開該頻率點后再測。

 

（2）小屏蔽體屏蔽效能測試天線的選取規則

●     小屏蔽體外的接收或發射天線 ：50 Hz~9 kHz 環型天線 ；9 kHz~30 MHz 環型天線 ；30 MHz~1 GHz 雙錐天線（或偶極子天線）；1~40 GHz 喇叭天線。

●     小屏蔽體內的接收天線或發射天線 ：50 Hz~ 9 kHz 小型環天線 ；9 kHz~30 MHz 小型環天線 ；30~300 MHz 小雙錐天線（或縮短偶極子天線 ；）300 MHz~

1 GHz 偶極子天線（或縮短偶極子天線）；1~40 GHz 小喇叭天線。

小屏蔽體內的天線一般選擇具有選頻功能的“點頻”天線或窄帶天線，以縮小體積提高效率，小屏蔽體外的天線沒有這方面要求。

 

4       小屏蔽體屏蔽效能測試方法的選擇

小屏蔽體屏蔽效能測試方法一般要根據小屏蔽體的用途來選，如果是用于屏蔽殼體內的電磁信號向外輻射，建議采用內置輻射源法 ；如果是用于屏蔽外部信號對殼體內敏感部位輻射，建議采用外置輻射源法，具體參考指標見表1。

表 1   小屏蔽體屏蔽效能測試方法一覽表

測試方法		可測邊長范圍	可測頻率范圍	可測動態范圍	注意事項	磁場/電場
內置輻射源法	內置輻射源法	0.5~2 m	60 Hz~40 GHz	60 Hz~10 kHz ＞ 60 dB ； 10 kHz~30 MHz ＞ 80 dB ； 30 MHz~40 GHz ＞ 100 dB ；	被測體不需要打孔	磁場電場屏蔽效能均可測試
		0.2~2 m	10 kHz~40 GHz
		0.5~2 m	60 Hz~40 GHz
	內置輻射探頭法	0.2~2 m	60 Hz~40 GHz	要確認電纜連接處的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被測體要 打孔
外置輻射源法	內置接收探頭采用光纖傳輸非 選頻接收設備	0.2~2 m	10 kHz~40 GHz	要確認電纜連接處的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被測體要 打孔	只可測量電場
	內置接收探頭采用選頻接收設 備，采用雙屏蔽電纜接收	0.2~2 m	10 kHz~40 GHz	要確認電纜連接處的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被測體要 打孔	只可測量電場
	TEM 小室法采用選頻接收設備 采用雙屏蔽電纜連接	體積應小于半個 腔體的 1/3	10 kHz~500 MHz	要確認電纜連接處的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被測體要 打孔	只可測量電場
	GTEM 室法采用選頻接收設備 采用雙屏蔽電纜連接	體積應小于半個 腔體的 1/3	10 kHz~18 GHz	要確認電纜連接處的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被測體要 打孔	只可測量電場
	混響室法采用選頻接收設備采 用雙屏蔽電纜連接	受混響室的體積 影響	500 MHz~18 GHz （40 GHz）	要確認電纜連接處的屏效值大于 要求屏效值 10 dB 以上	被測體要 打孔	只可測量電場

 

5       結語

從測量頻率范圍、測量動態范圍、被測物的體積大小等幾項指標來看，采用內置輻射源法是比較好的選擇，關鍵是要把內置的發射天線做好，特別是 30 MHz 以下的內置發射天線，不僅要體積小效率還要高。隨著電子信息化的快速發展，新國標的推出，內置輻射源法一定會得到廣泛的應用與推廣。

 

參考文獻

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