电波暗室的设计及校准测试.docx
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电波暗室的设计及校准测试
电波暗室的设计及校准测试
paper,thecaseofdesignandmeasurementforanechoicchamberinNIMisintroduced
Keywords
normalizedsiteattenuati0n（NSA）;fielduniformity（FU）;absorbermaterial
1引言
在电磁兼容领域,辐射骚扰测试场地主要有开阔场
和电波暗室.为了满足规范化条件,通常对测试场地提
出严格的要求.不同的场地有不同的缺点与问题,在辐
射测量中,场地引起的测量不确定度往往可能大于仪表
引起的不确定度.多年来,测量场地一直是人们关注的
热点问题.
2电波暗室的工作原理
电波暗室（AnechoicChamber）X称电波消声室,或电
波无反射室.有两种结构形式:
电磁屏蔽半波暗室
（ElectromagneticShieldedSemi—AnechoicChamber）和微
波电波暗室（MicrowaveAnechoicChamber）,又称全电波
暗室.
由于开阔试验场远离市区,使用不便,或者建在
市区,背景噪声电平大而影响EMC测试,于是模拟开
阔试验场的电磁屏蔽半波暗室成了应用较普遍的
EMC测试场地.美国FCC,日本VCCI以及IEC,CISPR
等标准都容许用电磁屏蔽半电波暗室替代开阔试验场进
行EMC测试.
电波暗室是一个大体积的无反射的金属体,其功能
主要为两方面,其一为具有完全屏蔽的金属外壳,用来屏
蔽外面的电磁场,使得内部不存在各种电磁波的干扰;其
二是在内部屏蔽体上全部安装能吸收电磁波的吸波材
料,以便在壳体内部形成无反射的区域,相对于电磁波来
讲,可以称为暗室.为了达到无反射区的均匀,各向同性
的电磁场分布,需要优化设计电波暗室系统,包括:
屏蔽
室的优化尺寸,吸波材料的性能和形状,屏蔽门的位置
等.这就要求在设计和建造暗室之前进行仿真计算,同
时对仿真模型进行优化.
本文按照计量院施工场所的尺寸设计了所建的电波
暗室.为了充分利用现有设备和场地,仿真设计目标为:
建立的电波暗室要求最高可用频率为18GHz,场地归一
化衰减性能应满足±3.0dB,电场均匀性满足0-6dB的要
求.随后按照仿真设计方案建造了电波暗室.
3电波暗室设计与性能分析
电波暗室的设计是依据标准开阔场地的要求,很多
电磁兼容测试标准中都对开阔场地有描述,在ANSIC
63.4—2002,CISPR16—1993和GB9254--1998中,规定了
开阔试验场的构造特征.它是一个平坦的,空旷的,电导
率均匀良好的,无任何反射物的椭圆形试验场地.其长轴
是两焦点距离的2倍;短轴是焦距的\/3倍.发射天线
（或被试设备）与接收天线分别置于椭圆的两焦点上,如
图1所示.
目前,在众多电磁兼容性标准中,对电子设备辐射干
扰的测试及对开阔试验场的校验,均在3m法,10m法
和30m法情况下进行.因此,椭圆形开阔试验场尺寸的
大小与所要满足的试验有关.如需满足30m法试验,则
场地应为60mx52m;如只要满足10m法试验,则场地
椭同形试验场的边界
图1椭圆形测试场地与天线布置
只须20mxl8m就可以了.
为了与实际建造的电波暗室保持一致性,仿真模型
尺寸根据即将建造的电波暗室的尺寸确定.仿真模型包
含了材料的特性,发射天线的实际模型以及搅拌桨的模
型等重要参数.本文的计算模型非常接近实际情况.
（1）电波暗室的屏蔽体
屏蔽室是一个用金属材料制成的大型六面体房间.
其四壁和天花板,地板均采用金属材料f如铜网,钢板或
铜箔等）制造.由于金属板（网）对入射电磁波的吸收损耗,
界面反射损耗和板中内部反射损耗,而使屏蔽室产生屏
蔽的作用.设计的电波暗室长为23m,宽为19m,高为
11.4m.屏蔽室金属壁的材料是镀锌钢板,取其电导率
盯=1.72x10S/m,厚度为2.5mm.在仿真模型中,忽略了
门的位置和效应,因此,这个模型中整个屏蔽体是一个密
封的金属长方体.
（2）暗室的材料
在EMC的测试中,场地是检测中的主要部分之一,
EMC的各个测试项目都要求有特定的测试场地,测试场
地影响测试结果.半电波暗室的结构设计包含暗室尺寸
的确定,吸波材料的选择和布置,地板和电源等内容.
鉴于半电波暗室中的测试环境是要模拟开阔试验场
的传播条件,因此暗室尺寸应以开阔试验场的要求为依
据:
测试距离R为3m,10m等,测试空间的长度为2R,
宽应为,/R.高度应考虑为上半个椭园的短轴高度
/3R/2加上发射源的高度.由于今后要对半电波暗
室进行归一化场地衰减的测试和评定,要求发射天线
的最大高度为2m,所以暗室高度应考虑为,/3/5/2+2.
进行10m法测试时,接收天线的高度要求在1～4m范
围内改变;如采用垂直极化天线,还应在4[11E加天线上
半部尺寸和天线端与暗室顶部吸波材料尖端间的距离
0.25m.因此,lOm法测试空间高度约10.3m.3m法所
需测试空间比较小,尺寸也小,暗室造价相对比较便宜.
10m法半电波暗室必须采用钢支撑结构,用以承
受所有的屏蔽和安装设施重量（包括吸波材料等）,所有
重量及负载通过钢结构传导到t昆凝土地面.10m法半
电波暗室屏蔽体应采用全进口钢板拼装结构（或焊接
结构）,钢板拼接处应保证优异的射频屏蔽和电接触;
屏蔽体的底部在建造时应经过防潮处理,具有一定的抗
震裂度;混凝土地面最大可允许波纹度在3m距离内
小于±3mm;屏蔽体应采用单点接地方式,接地电阻小
于2l-I;屏蔽体的顶部应合理设计,应能承受足够的重
量;安装完吸收体后,屏蔽体的顶部和四周应不发生明显
的变形;屏蔽室内表面应非常平整,满足盯≤±10mm,便
于安装铁氧体,绝缘板固定在屏蔽板内表面.供电系统对屏
蔽壁应能承受1500V的试验电压,绝缘电阻大于2MfI.
10m法半电波暗室底部钢板不兼作反射钢板,高架
地板为钢板式结构,以便有平整的反射面,高架地板高度
根据转台高度确定,转台应与10m法半电波暗室反射地
面平齐.高架反射地板,高约50cm,使用模块式安装,表
面为不锈钢板,不锈钢板下面可以有衬板,维修人员可以
进入反射地板下面;每平方米承载大于1000kg时,保持
平整,不变形,满足盯≤±10mm;高架反射地板应和10m
法半电波暗室的屏蔽体f墙）有良好的电连接,连接电阻小
于2l-I.从大门到6.5m转台之间的高架反射地板应能
承受6000kg的重量,以便汽车的进出.
4校准测试
开阔试验场地建成后,必须进行归一化场地衰减的
测试,在以后的长期使用过程中,还要进行定期检测,以
确认含设备在内的场地高频特性的适用性.
测量NSA的方法有两种:
一种是离散频率法,即使
用调谐偶极子天线,针对所需频率调整其长度进行测量
的方法;另一种是扫描频率法,即用宽带天线进行扫频测
量.现以离散频率法为例,介绍开阔试验场NSA的测试.
测量布置如图2,图3所示.
jl'-------—————-------?
—----—--------————-----—-————------——一
03m,
1Om或30mI
图2水平极化场地衰减测量设备布置图
接收天线安装在一个可在一定高度范围内升降的天线
杆上.它距发射天线为3m,10m和30m,并用电缆连接到
和功率放大器（in10W1000,1～1000MHz,10w）.
NSA的测量值A按式
（1）计算:
Ar.—AA—△AF
（1）
式中,厂发射天线输入电压,dBIxV,dBIxV;一接收天线
输出电压,dBIxV;AFT一发射天线系数,dB;AFR一接收天
线系数,dB;△4互阻抗修正系数,dB.
既然半电波暗室是为模拟开阔试验场而建造,暗室
中的NSA就应和开阔场相一致,测试值与标准值之差小
于±4dB.ANSIC63.4—1992,CISPR22—1997对半电波暗
室模拟开阔场的NSA测量作了如下规定:
①用双锥天线
和对数周期天线等宽带天线进行测量,而不用调谐偶极
子天线.估计是因为前者低频端几何尺寸比后者小,又便
于扫频测试.②考虑到受试设备具有一定体积,设备上各
点与周边吸波材料距离不同,应对受试设备所占空间进
行多点NSA测量.具体是在发射天线所处中心位置及
前,后,左,右各移动O.75ITI的5个点,以及发射天线在
不同高度陲直极化时1ITI和1.5ITI,水平极化时lITI和2m）
下进行.因此总共要进行2O种组合情况下的NSA测量,
包括5个位置,2个高度,2种极化.CISPR22—1997给出
了使用宽带天线和推荐尺寸的半电波暗室归一化场地衰
减标准值.天线布置如图4所示.
我们根据相关标准完成了NIM所建标准10ITI法暗
室的检测,其NSA结果如图5和图6所示.
进行电磁辐射敏感度测量时,需在被测设备（EUT）处产
生规定的场强f310V/m）,考察是否会引起EUT工作性能下
降.由于EUT表面有一定范围,所以在EUT区域内规定了
一
个1-5mx1.5m的垂直平面,要求该平面上场强均匀,这就
是测试面场的均匀性.具体做法是:
把该面均匀划分16个
点,如图7所示.用各向同性探头测量每个点的场强,取数
值最接近的12个值,剔除另外4个.l2个值中,最大和最小
曲
渊
堡
∞
堡
图4测试位置示意图
测试距离:
10Ill,测试空问:
D=6Ill
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3O4o5O6o7O8o90100110120130140150160170180190200
f/MHz
图5归一化场地衰减测试结果（30-200MHz）
测试距离:
10m,测试空间:
D=6m
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图6归一化场地衰减测试结果（200~1000MHz）
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滤波器用灌封材料
斯巴克
美国独资上海斯巴克科技实业有限
公司,采用美国先进技术_T艺,在中同
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BEL
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MONT率先通过美国熊,I巷
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能降低产品工作温升10—20度,大
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的差值小于6dB,则认为i亥测试面场是均匀的.可以i亍电磁辐射敏感度的检测.
图7垂直平面16点测试位置
在进行均匀性测试时,要求在发射天线与受试设备间的地面上铺设吸波
材料,防止地面反射影响场的均匀性.此外,各向同性探头应采用光缆与场强
计相连.不能用普通金属屏蔽电缆,否则会产生很大误差.暗室的场均匀性校
准是为了评估新建的电波暗室测试面场强均匀性,其测试结果如图8所示.
∞
霜
垂直极化verticalpolafisation
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I100%75%--+6dB
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05Ol0Ul5O20o25O30U35O4叫45050U55O6oo6507叫75U踟U5090U9501000
f/MHz
图8场均匀性测试结果
5结论
在NIM新建的电波暗室项目中,可以看出,其NSA整体小于±3.0dB,是
一
个比较理想的测试场地,因而可以认为,要想得到一个好的电波暗室,就必
须从设计开始,选用好的吸波材料,通过仿真计算,模拟出最佳位置模型,尺
寸尽可能地接近理论要求,才能得到理想的NSA测量值.
暗室的性能极大地依赖于暗室的设计与建造.一旦建造完成,很难进行
大的修改.因此,设计阶段应尽量考虑周全合理.建造时应精心施工,保证质
量,才能使暗室最终具有良好的性能.
参考文献
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中国计量科学研究院,2002.
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中国标准出版礼.1998.
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计量出版社,1986.
编辑:
王淑华E-mail:
wangsh@cesi-
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