一、 前言
電磁屏蔽室是電磁兼容性試驗(yàn)的一項(xiàng)重要設(shè)施，它的作用是提供與外部世界隔離的符合要求的試驗(yàn)環(huán)境。盡管有些電磁干擾試驗(yàn)必須在開闊、平坦的場地進(jìn)行，但是，由于地面反射、建筑物的影響、架空電力線、地下電纜以及樹木的吸收作用等不利因素的影響，常常使開闊場上進(jìn)行的試驗(yàn)很難滿足技術(shù)要求?；谶@一考慮，在GB6838-86《電子測量儀器 電磁兼容性試驗(yàn)規(guī)范》，GJB152-86《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量》以及其他電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，許多試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行。
二、 屏蔽室的特性
1. 屏蔽效能
屏蔽效能是指對(duì)于給定的外部干擾源進(jìn)行屏蔽時(shí)，在某一點(diǎn)上屏蔽室安放前后的電場強(qiáng)度或磁場強(qiáng)度之比。
以某單位建造的屏蔽室為對(duì)象，我們對(duì)其進(jìn)行了屏蔽效能測試，表1提供了部分測試數(shù)據(jù)。
屏蔽室的實(shí)際屏蔽效能比理論計(jì)算值還低。影響屏蔽效能的因素有：屏蔽室壁材料、通風(fēng)口、門、電源濾波器和施工質(zhì)量等。仍以該屏蔽室為例，它采用3mm的薄鋼板做為壁材料，以滿足屏蔽效能高和工作頻帶寬的要求。為了防止通風(fēng)口泄漏電磁能量，采用了截止波導(dǎo)式通風(fēng)口。它根據(jù)高通濾波器的原理而制造，其特點(diǎn)是對(duì)于低于波導(dǎo)截止頻率的電磁能量具有衰減作用，從而提高屏蔽效能。一般情況下，電磁能量的泄漏主要來自于屏蔽室的門和電源引入線，因此門必須具有良好的電氣接觸。采用黃銅簧片彈性接觸式結(jié)構(gòu)，使門縫泄漏減小到最低程度。關(guān)于整體建造需要多塊鋼板焊接而成，故屏蔽性能與施工質(zhì)量關(guān)系密切，所以上述屏蔽室采用整 體鋼板三道焊接縫密焊的方法，保證了屏蔽室有良好的屏蔽效能。
2. 諧振
屏蔽室是一種封閉式的金屬空腔。當(dāng)放入輻射源后，屏蔽室在某些特定的頻率點(diǎn)上因激勵(lì)可能出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。因此，一個(gè)六面體屏蔽室可被看成是一個(gè)矩形金屬諧振腔（如圖1所示）
圖1 矩形諧振腔
圖1中 a>l>b, a、b和l分別代表長寬高
（1） 諧振頻率
當(dāng)電磁 波的矩形諧振腔中諧振時(shí)，腔體長度等于波長的整數(shù)倍，這個(gè)波長被稱為諧振波長（λ0）。λ0滿足條件：
其中：
m,n=0,1,2,…….
P=1,2,3,…..
這里，m,n,p均為電磁波在相應(yīng)坐標(biāo)方向上的振蕩周期數(shù)。
相應(yīng)地，諧振頻率為
這里，C代表光速，其值為C=3*108 m/s。
上述屏蔽室的長寬高分別為：
a=12.02m
b=4,61m
l=8.45m
利用公式2計(jì)算，得出最低諧振頻率為21.7MHz.
表2列舉了通過公式2計(jì)算的屏蔽室內(nèi)幾個(gè)低次模的諧振頻率。
為了獲得實(shí)際使用的屏屏蔽諧振頻率f0,可采用試驗(yàn)手進(jìn)行探索。具體方法是：將信號(hào)源及發(fā)射天線放在門外，接收天線放在屏蔽室內(nèi)，選定天線高度及位置，將接收機(jī)輸入端與接收天線相連，信號(hào)源輸出端與發(fā)射天線相連，把屏蔽室門一小縫，以便于信號(hào)耦合到屏蔽室，在室內(nèi)產(chǎn)生電磁場。
為了掌握實(shí)際使用情況，在20-200MHz頻率范圍內(nèi)，我們利用高靈敏度接收機(jī)進(jìn)行了精確測試。測試曲線如圖2所示，部分測試數(shù)據(jù)（第一諧振峰附近）在表3中給出。
從測試數(shù)據(jù)以及圖2中看出，第一諧振峰出現(xiàn)在頻率為33.8MHz上。這就是最低諧振模式TM001模的諧振頻率
。由于屏蔽室內(nèi)放置了儀器設(shè)備及其它物品，相當(dāng)于縮小了諧振腔體有效空間尺寸，所以實(shí)際諧振頻率高于理論計(jì)算值。除了第一諧振峰以外，還有第二諧振峰以及更多次模的諧振峰。由于屏蔽室內(nèi)存在多種模式，因而相互作用的結(jié)果可能使諧振曲線呈上升趨勢(shì)。
（2） Q值估算
諧振腔的另一參要參量是Q值，它是衡量腔體內(nèi)儲(chǔ)能與耗能指標(biāo)，因此稱Q值為品質(zhì)因素。
Q值用下式計(jì)算：
該值是屏蔽室的實(shí)際有載Q值。這對(duì)屏蔽室內(nèi)的測量很有利，因?yàn)檫@樣可以減少反射，提高測量結(jié)果的精度。
（3） 駐波現(xiàn)象
電磁波在屏蔽室內(nèi)產(chǎn)生多次反射，當(dāng)發(fā)生諧振時(shí)，形成駐波現(xiàn)象，駐波現(xiàn)象對(duì)測量結(jié)果有直接影響。因此，在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行EMC實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意選擇測量位置。
圖3例舉了理想屏蔽室內(nèi)三種諧振模式形成的駐波波形。
為了掌握現(xiàn)有屏蔽室的駐波分布情況，我們?cè)谠撈帘问覂?nèi)進(jìn)行了實(shí)地測試。測試方法是：選擇一對(duì)相同的振子天線，固定好發(fā)射開線位置及高度，選擇發(fā)射頻率為f=150MHz。將接收天線沿屏蔽室中心長軸移動(dòng)，測得一組數(shù)據(jù)，繪出XY平面（見圖1） 的駐波波形如圖4所示。
3. 屏蔽室的反射
屏蔽室內(nèi)因存在激勵(lì)源而引起的另物理現(xiàn)象是電磁波的反射。在對(duì)受試設(shè)備進(jìn)行輻射發(fā)射測試時(shí)，接收天線除了接受來自受試設(shè)備的直接輻射外，還有來自屏蔽室腔體表面（包括地面、天花板以及墻壁）的反射波，如圖5所示。
圖5中矢徑1為直射波，矢徑2、3、4為經(jīng)過壁面的一次反射波，矢徑5為二次反射波。由于屏蔽室內(nèi)接收天線處的電磁場是直射波與各種反射波的合成場，而開闊場地上的天線主要接收來自受試設(shè)備的直接輻射以及地面的反射。因此，與開闊場地相比，在屏蔽室測量會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。
在屏蔽室內(nèi)，天線處的合成場取決于直射波與反射波的相位差。假設(shè)反射波只經(jīng)過壁面一次反射、在金屬壁板界面上入射波與反射波相位差180的情況下，當(dāng)直射波與反射波的波程差是半波長的奇數(shù)倍時(shí)，二者桑加后的合成場將增加；當(dāng)直射波與反射波的波程差是半波長的偶數(shù)倍時(shí)，合成場將減弱。若反射場經(jīng)壁面二次反射到達(dá)接收天線，則結(jié)果與上述情況恰好相反。
直射波與反射波到達(dá)接收天線的波程差取決于受試設(shè)備與接收天線的距離、位置、屏蔽室的空間尺寸以及受試設(shè)備的輻射頻率，改變上述因素，將會(huì)使測量數(shù)據(jù)受到影響。
4. 天線校準(zhǔn)系數(shù)
對(duì)于電磁兼容試驗(yàn)中的輻射干擾測試，在不同的環(huán)境條件下，必須對(duì)使用天線的天線系數(shù)重新進(jìn)行校準(zhǔn)。下面介紹利用互易原理校準(zhǔn)雙錐天線的方法。
（1） 測試配置及校準(zhǔn)方法
將一對(duì)完全相同的雙錐天線置于測試現(xiàn)場，選定好天線間距，一般取1m、3m、10m。兩天線的架設(shè)高度和極化方向均一致。天線高度在1~4m內(nèi)調(diào)整。收發(fā)天線經(jīng)電纜l1、l2分別接到信號(hào)源阻抗為和場強(qiáng)測量儀上。
如圖6所示，設(shè)天線輸入50Ω,測試系統(tǒng)接口匹配良好。使信號(hào)源輸出一種恒定電平Vt,這時(shí)干擾儀讀數(shù)為Vr。保持信號(hào)源輸出不變，將電纜l1、l2拆下，用同軸連接器直接相連，如果電纜損耗忽略不計(jì)，這時(shí)干擾儀的讀數(shù)就是信號(hào)源的輸出電平Vt，在20~200MHz范圍內(nèi)改變頻率，即可得到雙錐天線的校準(zhǔn)系數(shù)。
（2） 計(jì)算公式
在工程上，我們主要關(guān)心的是與實(shí)際工作相關(guān)的計(jì)算公式，這里，介紹兩個(gè)計(jì)算天線的增益和天線的校準(zhǔn)系數(shù)的實(shí)用公式，同時(shí)免去較繁復(fù)的推導(dǎo)過程。
圖7說明，測試天線架高2m,距離1m。在開闊場地測量時(shí)，天線周圍3m距離范圍之內(nèi)無障礙物，在屏蔽到內(nèi)測量時(shí)，天線置于屏蔽室的幾何中心利用（4）(5)兩式即可給出天線校準(zhǔn)系數(shù)的頻響關(guān)系曲線。圖7給出了雙錐天線在開闊場與屏蔽室內(nèi)的校準(zhǔn)曲線。從上圖中我們發(fā)現(xiàn)，在30~200MHz范圍內(nèi)，雙錐天線在開闊場與屏蔽室內(nèi)的校準(zhǔn)曲線具有大致相同的趨勢(shì)。由于屏蔽室內(nèi)存在反射現(xiàn)象，因而天線系數(shù)明顯高于自由空間開闊場的校準(zhǔn)系數(shù)。
一、 屏蔽室的適用性與局限性
在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行輻射干擾試驗(yàn)，可以避免外界不利因素對(duì)測試環(huán)境的影響。但是，由于屏蔽室內(nèi)存在的諧振效應(yīng)，駐波現(xiàn)象以及反射作用，給EMC試驗(yàn)造成了一定的困難。為了消除屏蔽室的嚴(yán)重反射，建議將現(xiàn)有的屏蔽室改建成電波暗室，吸收材料表面做成尖劈狀或錐狀，長度約為四分之一波長。這樣，電磁波到達(dá)天花板后，相當(dāng)一部分能量被吸收，因此，它可以模仿無反射的自由空間條件。改建的同時(shí)還可以將屏蔽室的尺寸擴(kuò)大，這樣能夠使諧振頻率降低。進(jìn)行EMC試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡量使受試設(shè)備周圍3米距離之內(nèi)無任何其它物品。選擇測試位置，避免在駐波最大點(diǎn)處進(jìn)行測試。另外，受試設(shè)備與測試設(shè)備應(yīng)該隔離開來，以避免測試設(shè)備產(chǎn)生的系統(tǒng)噪聲干擾。
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