连接器和电缆电磁屏蔽效果的测试方法.docx

1、连接器和电缆电磁屏蔽效果的测试方法第3期2006年9月机电元件E L ECTR OM ECHAN I CAL COM PO NENTSVol 126No 13Sep 12006 收稿日期:2006-03-13试验与检测连接器和电缆电磁屏蔽效果的测试方法戴燕飞, 邵武(中电集团第四十研究所, 安徽蚌埠233010摘要:在当前电磁频谱日趋密集、电磁功率密度急剧增加、设备大量混合使用的情况下, 系统电磁环境日益恶化。连接器和电缆作为系统安装过程中不可缺少的一部分, 影响着系统数据传输的速度和信号传送的质量, 电磁屏蔽的重要性更为突出。文章主要阐述五种测试电磁屏蔽效果的方法, 并分析它们各自的特点。关

2、键词:电磁屏蔽; 测试; 连接器; 电缆中图分类号:T M503+15文献标识码:A 文章编号:1000-6133(2006 03-0037-041引言蔽效果差, 号或者噪声, , 因此对连接器和电缆屏蔽效果测试方法的研究尤为重要。本文阐述五种电磁屏蔽效果的测试方法:三同轴法、管中管法、吸收钳法、模式搅拌法和GTE M 室法, 并对它们进行对比。2电磁屏蔽效果的测试方法211三同轴法21111活塞可调节的三同轴法图1为三同轴法的结构, 工作原理是测试射频泄漏源四周的泄漏能量。在测试过程中, 被测连接器放置在终端接匹配负载的均匀传输线中构成完整的同轴系统, 再放置在一个圆筒内, 从而形成第二个同

3、轴系统, 其一端端接可调的短路活塞, 而另一端则接圆锥形的过渡器, 过渡器连接到匹配检波器。调节短路活塞, 使检波器示数最大。然后, 直接将检波器接至射频电源, 测得保持检波器初始电平需要的衰减变化量, 最后根据衰减量计算出接有。图1M I L 规范中的三同轴腔体的剖视图公式1为内、外同轴系统特性阻抗均为50的测量泄漏功率比A 2的计算公式:A2=U 22/50/(50I 12 =U 22/(2500I 12(1式中, U 2为检波器读数, V; I 1为流过内同轴线的电流, A 。表面转移阻抗Z 21的计算公式:Z 21=U I 1=50A(221112活塞不可调节的三同轴法图2也是一种三同

4、轴法的结构, 但是没有可调节的短路活塞。通常外同轴线阻抗总是大于50。I EC 规范中缺省值是150, 内、外系统间信号传输速率相差10%。由于内、外同轴线传输速率不 同时会影响测试结果, 因此要引入修正因数10l og 10(2Z S /R , Z 为外同轴线特性阻抗, R 为被测件特性阻抗(通常为50 , 引入的修正值为 a (见公式3 。a =20log 21-r 2, n /r 1/1-r 2, t/r 1(3式中, r 1为被测件的相对介电常数; r 2, t 为外回路的相对介电常数; r 2, n 为外回路的相对介电常数的归一化值。图2I EC 规范中的三同轴腔体示意图为了连接到标

5、准接口, 图2采用台阶的结构。无论是台阶还是锥度, 由于径向尺寸变小, 在频率不断增大时, 传输中都会出现高次模, 低, I EC 3GHz 4GHz 。 三同轴系统理论上可以应用至12GHz 。当工作频率达到更高频率时, 就可能产生高次模。大多数文献资料只提到TE 11模, 实际上尤其在交叉极化中, 还会出现其他形式的高次模。图3为三同轴线(接电缆 的仿真结果。模型的外同轴线内径为231241mm (01915英寸 , 阻抗为108, 在低于715GHz 的频率范围内, 大多不会出现谐振。在低于18GHz 的频率范围内, 出现三个高次模, 通常是TE 模。增大传输线直径, 当阻抗为127时,

6、 出现10个高次模。图3在频率低于18GHz 的范围内三同轴腔体的仿真结果212管中管法管中管法是三同轴法的延伸, 用于测试有线电视、数据传输网络的连接器件的屏蔽性能。在GHz 频段下 , 当前的屏蔽效果测试方法只能测试出转移阻抗, 这是因为在低频工作状态下, 没有达到连接器的截止频率, 也就不能测试其屏蔽衰减。在用管中管方法测试连接器时, 连接器与电缆配接, 延长了电长度, 从而降低了截止频率(低于100MHz , 实现了在低频段测试屏蔽衰减的目的。但是测得的是整个组件的衰减指标, 如果用这种方法测试不接电缆的连接器是不合适的4, 。 然后插入连接信号发生器, 信号就通过电缆传输给被测件。在

7、被测件的另一端, 通过匹配转接器连接了与被测器件相匹配的特性阻抗。在测试过程中, 从内部系统中的器件耦合到外部系统中的高频信号能量在系统之间双向传输, 在近端短路处被反射, 这样在远端就可以测到两个电磁波的叠加信号。输入电压与远端测的电压的对数比率为屏蔽衰减指标。图4管中管法示意图213吸收钳法用于测量被测设备通过电源线辐射的干扰功率。对于带有电源线的设备, 其干扰能力可以用起辐射天线作用的电源线所提供的能量来衡量。该功率近似等于功率吸收钳环绕引线放置时能吸收到的最大功率。除电源线外的其他引线也可能以与电源线同样的方式辐射能量, 吸收钳也能对这些引线进行测量。测量频段为30MHz 1GHz 。

8、83机电元件2006年如图5所示, 在测试过程中将被测电缆一端接信号源, 另一端接匹配负载, 在功率吸收钳的耦合端用频谱分析仪接收, 然后将频谱分析仪接被测电缆另一端。记下信号源输出功率P 1, 记下被测电缆另一端频谱分析仪读数S A1, 功率吸收钳耦合端频谱分析仪读数S A2。L =P 1-S A1(4 S E =P 1-P -L -K -17(5式中, P 为接收器读数S A2, d Bm; L 为电缆损耗, d B; K 为功率吸收钳转换因子, 也称传感器系数, d B; P 1为信号源功率, dBm; SE 为电磁屏蔽效率, d B 。214模式搅拌法虽然模式搅拌法设备昂贵, 信号处理

9、过程复杂, 但是由于它可以很方便地测试形状复杂的被测件, 又可以应用至很高频率范围(013GHz 40GHz , 因此被广泛采用。在GJB12171991方法3008中规定的模式搅拌法只用于测量在1GHz 10GHz 频率范围内多接触件连接器的屏蔽效果。它利用一个屏蔽试验箱把试验样品暴露在入射电磁场中, 典型的试验箱有两个天线:标准天线和输入天线, 标准天线用来测量箱体内信号强度, 输入天线用作信号源, 提供辐射信号。箱体内有一个搅拌器, 它通过一个马达来旋转。对于不连续采样的平均值系统, 旋转模式搅拌器应采用有足够转矩的步进电动机; 对于连续采样的平均值系统(见图6 , 应采用一个可变速的连

10、续旋转的马达。搅拌器连续或者随机的旋转影响箱体边界条件。箱体内各个方向的微波反射, 形成各种模式的电磁波。多个模式迭加的结果, 使箱体内的电磁能量分布趋于均匀, 便于准确地测试。由于箱体的尺寸至少应为最低试验频率在自由空间波长的3倍, 另外, 试验样品与箱壁之间的最小距离至少为最低试验频率的1个波长, 所以在设计时, 要尽可能选择大体积的模式搅拌箱 。图6可以连续采样的模式搅拌箱在测量过程中, 首先在连接器和电缆组件的两端都接上50负载, 然后把接收器连接到标准天线上, 再把足够的输入功率(P inREF 加到试验箱上。(P REF 。然后50负载取下, 将, 再将接收器与连接器和电缆组件连接

11、。输入信号(P inCU T , 从接收器中读出连接器和组件内的信号强度(P CU T 。在各频率点处, 重复以上操作, 通过公式(6 可计算出连接器的屏蔽衰减 :215GTE M 室法GTE M 室是一个改进的TE M (横电磁波 室,它模拟自由空间环境, 可用于测试零部件和模块的电磁辐射敏感度和干扰性。它采用同轴及非对称矩形传输线设计原理, 为避免内部电磁波的反射及产生高阶模和谐振, 总体设计为尖劈形。输入端口采用N 型同轴接头, 而后渐变至非对称矩形传输以减小结构突变引起的电波反射。为使球面波从源输入端到负载不产生时间差和相位差, 并具有良好的高低频特性, 终端采用电阻式匹配网络与高性能

12、吸波材料组成的复合负载结构。根据一些参考资料可知GTE M 室可以在高达18G Hz 的频率范围内处于良好93第3期戴燕飞等: 连接器和电缆电磁屏蔽效果的测试方法的工作状态, 然而目前在I EC 的标准中, 其最大测试频率仅为1000MHz, 用这种测试E M I 的方法需要建立数学模型及结合计算机软件进行数据处理。21511GTE M 电磁辐射敏感度测试系统如图7所示, 在测试过程中首先将E UT (被测装置 及场探头置于GTE M 小室内, 确定测试频率及调制方式和调制度。然后调整信号源输出电平, 通过场强仪监测GTE M 小室的场强达到所需的强度。重复以上步骤, 观测确定E UT 的电磁

13、辐射敏感度 。图7GTE 21512GTE M 电磁辐射干扰测试系统如图8所示, 在测试过程中首先将EUT 置于GTE M 小室内, 根据测量标准要求设置扫频范围和检波方法及分辨率带宽, 然后记录接收机测出的EUT 辐射干扰电平, 最后进行计算和数据处理(软件处理 。图8GTE M (E M I 测试系统3, 结合各自的特点, 其对比情况见表1。表1测试方法对比表测试方法频率范围参照标准特点三同轴法3GHz 4GHz (理论上可达12GHz I EC 611961简便易行, 适用于测试同轴元器件。管中管法-I EC简便易行, 可以在100MHz 以下测试屏蔽衰减。适用于测试有线电视、数据传输网

14、络的连接器件。吸收钳法30MHz 1GHz (已扩展至2 15GHz I EC 611961设备简单, 使用方便, 但通常测量范围在100dB 以下, 适用于测试设备的电源线或引线。模式搅拌法1GHz 10GHzGJB 12171991(测试频段为013GHz 40GHz -设备价格昂贵且信号处理过程复杂, 适用于测试电气和电子设备。GTE M 室法1GHz (上限I EC (可测试至18GHz -仪器设备相对简单, 效率高, 易于自动化测量。适用于测试零部件、模块。参考文献:1陈淑凤. 电磁兼容试验技术M.北京:北京邮电大学出版社, 2001.2I EC 611961, Radi o 2frequency cables part 1:Generic s pecificati on general definiti ons, requirements and test methods S.04机电元件2006年