EMC实验室规划与设计正式版.docx

1、EMC实验室规划与设计正式版EMC实验室规划与设计要建好一个EMC实验室，作好规划设计是首要的。规划设计包括哪些内容呢？ 怎样才算一个好的规划设计呢？建设一个EMC实验室耗资高昂，建成后改动困难， 因此动工之前要全面考虑好。通常规划设计包括 ：a） 确定EMC实验室的任务范围:EMC的研究、实验范围非常广,从印制电路板 （PCB）,到单机设计,到系统。从任务性质看,有完成鉴定实验的,或完成生产与 科研中的预测试的，有执行军标的，有执行民标的；b） 确定实验室的主要技术指标：不同的技术指标所需采用的测量系统和实验 设施大不一样，经费悬殊很大，因此技术指标要提得恰当，并非愈高愈好；c） 确定最佳效

2、费比的实施方案；d） 确定先进合理的关键技术措施。一个成功的规划设计应该是能满足当前和以后较长时期内所研制和检测的 实验任务；能在完成主要的功能的同时，兼顾其他功能；花费的经费合理；实验 室技术指标有先进性，前瞻性和可扩展性。EMC实验室中屏蔽半暗室是最主要的组成単元，它的性能影响整个EMC实验 室的主要技术指标，所需的费用占整个EMC实验室的较大比重，因此本章讨论的 重点放在屏蔽半暗室上，第2节详述屏蔽半暗室的分析与论证，第3节讨论屏蔽 半暗室的整体设计。在第1节中为了清晰说明EMC实验室总体布局设计的要点， 是以一个10m的EMC实验室为例子来阐述的。1 EMC实验室总体布局设计1.1EM

3、C实验室的组成EMC实验室的组成见图1,通常包括以下几个单元：a） 屏蔽半暗室为一屏蔽室，其天花板及4个侧壁铺有吸波材料，地板为导电面。主要用于 进行辐射发射（RE）实验和辐射敏感度（RS）实验。b） 传导测试室为一屏蔽室,主要用于进行传导发射（CE和传导敏感度（CS实验。c） 控制室为一屏蔽室，放置EMI和EMS测试系统。d） 功放室为一屏蔽室，放置RS测量系统的功率放大器。e） 配电室为上述a） d）提供电源。f） 通风空调系统为上述a） d）提供通风及温度控制。g） 火情自动报警系统及消防设施为上述a） d）提供火情报警及消防设施。h） 电视监控系统为屏蔽半暗室提供电视监控和实验现场的录

4、像功能，兼有火情监测功能i ）负载室为放置受试发射机等效负载或其他相连设备的屏蔽室。1.2设备尺寸表1为EMC实验室典型测试设备的外形尺寸。表1设缶尺寸表広I 设备尺寸.m所在号名称（深/长X宽）（高）位置J1:转台由EUT尺寸决定屏惡半暗室2电视监测系统摄像机 0. 3 x 0. 2 x 0. 2屏蔽半暗室3火情报警探头屏蔽半暗室4天线升降架L 2 x 0. 7 x 3, 8屏蔽半暗室5CS测量系统0. 5 x 0. 5 x 1.2 （机柜）2 个传导测试室6工作台传导测试室7火情报警探头 J1 x 3 k 0. 8传导测试室8RS测量系统0 5 x 0.5 x 1,2 （机柜）2 个控制室

5、9E粘计算机控制室10EM1测量系统0. 5 x 0*5 x 1.2 （机柜）1 个控制室11EMI计算机控制室12火情自动报警系统0. 5 x 0. 5 x 0. 4控制室显控器13电视监测显控器0, 5 x 0. 5 X 0. 4控制室14UPS电源0, 5 x 0. 5 x 0. 4控制塞15转台显控器控制室161 GHZ以下功放0. 5 x 0. 5 x k 2 （机柜）1 个功放室17|火情报警探头功放室1.3布局图图2为EMC实验室四个组成部分的布局的一种可能方案（10m法暗室），将屏 蔽半暗室、控制室和功放室相邻布置有利于缩短信号连线长度，减少电缆衰减。 将传导测试室布置在控制室

6、另一侧也是为了缩短信号线长度，同时使受试设备 从半暗室转送到传导测试室的距离不要过长。图3为屏蔽半暗室内的设备布置图。此暗室按10m法暗室在天花板和4个侧 壁铺0.6m高的宽带复合型吸波材料图2总初育图平面图）在图中离左侧壁5m放置转台，受试设备实验时放在转台上。 在暗室中轴线 上距转台一定距高放置接收天线（辐射发射测试时）或发射天线（辐射敏感度测试 时）。根据受试设备尺寸和测试标准（军标或民标）,按表2选取收发距离。也就是 说,天线可能离受试设备1m或3m或10m图3 屏蔽半暗室设备布置图注：图中的序号请参见表1。口为信号转接室表2 收发距离的选取 收发距藹* m被测设备横向贯彻前标准国军标

7、GJB152A国标 |L2I3110屏蔽半暗室设置两个门：大门在图中左下方，其宽度和高度按EUF最大尺寸 决定，小门在图中左边，高2m宽1m。在图中下方中部和右部各设有一个信号 转换窗口，分别与控制室、功放室相连。在暗室天花板上设有 6个高帽式灯箱，供暗室照明用。在图中上边和下边的侧壁设有进风口和回风口。暗室地板为双层 结构，下层与四壁连成屏蔽壳体，上层为暗室的导电地平面，两层间隔 0.3m,其间敷设电源线、信号线和转台。地平面开有 9个孔口，设有高频插座板，供天线 射频电缆连接，并有电源插座。图4为传导测试室的设备布置图。图中右上方放置传导敏感度 （CS）测试系统的两个19机柜,其左面放置测

8、试工作台（宽3m,深1m,高0.8m,桌面铺铝板或黄铜 板，厚2mm,用铜箔与屏蔽室侧壁搭接，搭接电阻小于10mQ ）。图中左边设有一个 门，下边开有60cmx 60cm的窗口，窗口四周框边用20mn厚的铜板制成，开有导 电密封衬垫槽，供测量电磁屏蔽材料和部件的屏蔽效能用，也可供测量通风截 止波导窗的屏蔽效能和电源、信号滤波器的插入损耗和屏蔽效能用。平时用盖板 盖上，保持屏蔽室的电磁密封。盖板与窗口边框用螺钉固定 ，边框上的螺孔为盲孔，深度10mm左右。图中上方右边设有一个信号转接窗口 ，与控制室相连。图中 左方和右方顶壁上设有进风口和回风口。图4传导测试室设备布置图（俯视图）注此便口用于屏赢

9、材料屋屛蔽部件的屏蔽效能测试用.是选件.不建传导测试室必需有的匕 注图中的序号诸参见表1.ty/xflI 5控制室设备布首图f俯观图 注图中的序号谓卷见表I- 表示佶号转接窗.图5为控制室内的设备布置平面图。图中左侧壁开一个门,高2m宽1m供进 出用，右侧壁开一个门，高2m宽1m供进入功放室用。图中上方右边放置 RS测 量系统，其左边放置EMS系统计算机，上边右边放置 EMI测量系统，其右边放置 EMI系统计算机，在两个计算机之间放置电视监测显控器和转台显控器、火情自 动报警显控器。它们均布置在一个高 0.3m宽2m深0.8m的台面上，台面左方放 置UPS电源。在EMl系统和EMSS统计算机前

10、各设一个操作员椅。 图中上边左角 设一个信号转接窗与暗室相连，右侧璧上方设一个信号转接窗与功放室相连，下 方右侧设一个信号转接窗与传导测试室相连。左下方和右上方顶壁各设进风口和 回风口。團疳 功故宅设齧布置團 時规圏图6为功放室内的设备布置平面图。图中右侧壁放置 1GHZ以下的放大器,右上角设一个信号转接窗与暗室相通，上方侧壁右边设一个信号转換窗与控制室 相通。上方侧壁左边有一个门与控制室相通。下方侧壁和上方顶壁开有进风口和 回风口。1.4电气连接1.4.1射频信号和控制信号连接EMC实验室包括四个部分，测量设备分布在传导测试室、控制室和功放室，EUT在半暗室和传导测试室，在这4个组成部分之间

11、有大量的射频信号电缆和控 制信号电缆相互连接并穿过各屏蔽室， 因此有两点需要考虑：一是穿过屏蔽室时 不要降低或破坏屏蔽效能，二是在电缆穿过屏蔽室前加滤波器。 具体设计在后面 的1.7中详述。EMC实验室四部分之间的信号连接总图如图 7所示。图8单独示出频率为1GHZ以下的RS测量的信号连接。图9示出频率为1GHZ以上的RS测量的信号连接，移动机架上放置两个机柜 包括1GHZ以上的信号源、功率放大器、功率计，天线在机柜背面的支架上，这 样可使他们之间的射频衰減值減到最小，并可方便地按 EUT的大小移动到所需位图10示出所有频率时RE测量的信号连接。在按军标测量时,天线高EUT 1m 远；按民标测

12、量时，EUT横向尺寸1.2m时采用3m法，天线高EUT3n远，当EUT 横向尺寸1.2m时采用10m法，天线离EUT10n远，这三种情况分别通过暗室地板 上中轴线上距转台不同距离的信号转接窗内的高频插座来连接接收天线。图11示出CE测量的信号连。图12示出CS测量的信号连接。图13示出火情自动报警系统的信号连接。国14示出电视监测系统的信号连接。EMC实验室四个组成部分的信号通道明细表详见 1.7节。 1 7 EIC实賭至恬烤连接总圈ffiS IGHi以下的RSSJSfs号连接圈10 RE测呈的信号连接沖帆 EM KH传耳测试宜心|rEVT图“圧测冷的皓号连撞圉12 CS器H的信号连按 13嵐

13、憎自动报讐系统的信号连播142 电源连接EMC实验室的供电配电间内的50Hz、400Hz和直流电源,通过四个屏蔽室的1.5 转台在EMQ测量的RE测试中,要求EUT最大辐射发射方向对准测量天线，因此需要将EUT放在转台上，作360方位转动。1.5.1转台的技术要求根据暗室的功能要求，对转台的技术要求如下表表3转台技术叢求转台直径r3n （根据EUT尺寸决定）中央孔直径Wow承重2003000kg （由 EUT 决定）转速180fl /分和1080c /分两档角度误差1*角度范围3605ifi控手持遢控器.带有长1饷软线转台的转速设定应与EMI测试系统软件一致。为了使转台回到初试位置，将 转速调

14、到高速可以节省时间。转速的控制和位置指示均在控制室，但为了在调整 时便于室内人员的操纵，使用手持遥控器是很方便的，它用软线与控制室内的转台显控器相连。转台台面中央孔用于受试设备电源线、信号线的进入。1.5.2转台结构图16是一种转台的结构示意图。图币一种转台的结构示莖團1.6 屏蔽门EMC实验室的各个屏蔽室屏蔽效能主要决定于屏蔽门的设计和加工。根据不 同的使用要求，国内外的屏蔽门可以归纳为以下几类 ：a插刀簧片式屏蔽门图17为单刀双簧，图18为双刀四簧。3屋用娜钉4-门骨袈5-门崩A导电梅秋* 1r rSH 匸 !n 1fflj 门图门屏蘇室描刀賛片式屏蔬门结构示豆图单刀双箕门框辭图1E屏题室

15、描刀賛片式屛潑门结构示矗图双刀四着）门间隙8帧Z形弹簧 4-njss2-紧固螺钉A门骨架图曲 屏蔽屋覽片或屏蘊门垮构示磴图迄呢養片簧片多数为指形簧片，由薄的青铜片模压成形，并热处理。也有采用 Z形簧片的（如图19）。门的运动方式有旋轴式和平移直插式。一般宽度在 1.2m以下的多为旋轴式，2m以上宽度的多为平移直插式，宽度在1.2m-2m的常采用双扇旋轴式（如图20所 示）,其中左扇使用中大多处在锁定状态，当需通过大的设备时才打开。Efi 2&妊由旋袖式岳廉门蜡闻團门的旋转有手动和电动两种（极少情況下有采用气动或液压）。b）气囊式屏蔽门此类门均为平移门，到位后气囊由气压机充气，气囊膨胀，推动簧片

16、紧压在门的 四周，形成电磁密封。参见图21。各种尺寸的门均可采用气囊式屏蔽门。图21 屏蔽室气囊式屏蔽门结构图1. 7 信号通道布置与转接窗设计1. 7. 1信号通道布置1.7. 1. 1 屏蔽半暗室信号通道明细表表4尿赢半暗室信号通道明细表序 号通道名称用途起点/终点1转台位置监 控a） 控制转台转速.转向.起始角度b） 接收转台发出的角度指示c） 与暗室内手持遥控器的连接暗室/ 控制室2电视监测系 统a） 控制摄像头调焦和云台转角b） 接收摄像头发出的视频信号暗室/ 控制室3火情报警接收温感探头和烟感探头发岀的火情报 警信号暗室/ 控制室4EMI系统数 S将接收天线收到的倍号传送EMF自动

17、测雇 系统暗室/ 控制室5EMS系统控 制暗室内的EMS测星仪接受控制室的H算机 控制暗室/ 控制室6EMS系统 1GHZ以下射 频信号接收功放室内1GHZ以下放大器输出的射 频信号暗室/ 功放室7受试设备吕 暗室外的信 号连接部分药受试设备或系统有些信号线需连 接到暗室夕卜部暗室/暗室外1.7.1.2 传导测试室信号通道明细表表5传导测试室信号通道明细表序通道名称用途起点/终点1EMS系统控 制将控制室EMS系统计算机发出的控制佶号 送到传导测试室内的CS测量仪器控制室/ 传导测试室2EMt系统控 制将控制室EMII系统计算机发岀的控制信号 送到传导测试室控制室/ 传导测试室3电视监测将移动

18、摄像头的视频信号发送到控制室 的电观监测系统显控器传导测试室/ 控制室4火WWW将传导测试室的温感和烟感探头发出的 火情报警信号送到控制室传导测试室/ 控制室1.7.1.3 控制室信号通道明细表表舟推制家信号讷il明阳表停号途 用点点&EJ网制控制室/ 功放室2室室 放制 功控的4 2 表道 同通C)号的5 3 表道 同通3Ettl号 接信 a)常功放室/ 控制室岀 烟 和!lp接号“言:b J一 _ 的4 3 表逍 同通的5 4 道 同通一4数 统 系MlKE井的4 4 表道 同通E室 由试 W测的5 2 表道 同通5统 系 M-S E 的4 5 表道 同通同義5的 通道11.4 功放室信号

19、通道明细表表7功放室信号通道明细表序通道名称用途起点/终点1电观监测将攝像头境出的观频信号送 至控制室同表3的通道2-1)2火情报警将温感和烟感探头倍号送至 控制室同衰6的通道3-1)3EMS系统控制接收由控制室EMS系统计算 机发岀的控制信号同表6的通遭11.7.2转接窗设计1.7.2.1 信号电缆的转接第一种形式是螺钉固定的转接窗口，在屏蔽室壁上的信号转接窗口按图 22所示安装双层转接板，在板上按需要布置若干个双阴直通射频插座。为了直通双阴插座固定时不要转动，在双层转接板上钻的孔中，有一个板上 为“D形。上述转接板在有的要求屏蔽效能低的场合，也可只用単层。另外图 22为安装在侧壁时的场合，

20、此种结构也适用于在地板下的安装，如图 23所示。第二种形式为焊接的转接窗口，如图 24所示，窗口转接板（单层）尺寸为600mn宽、300mm#，对于在屏蔽室设计时已确定的射频插座和光纤插座、总线 插座，可布置在窗口板的左边和中部，在右边留出一个矩形孔口，有盖板固定， 作为将来可能增加插座的预留安装板，盖板在将来可按需要打孔，打完孔可方便 地安装好插座后再固定到转换板上。转换板与屏蔽室侧壁采用连续焊接。3122怡号转接窗的双层转損扳图23抱扳上的信号转播说Ml 4Q*越的0* 彳 11ffi2*恻樂上的倍号转接窗1.722 多芯电缆的转接a）采用宽频带高性能信号滤波器对于要求高插入损耗的滤波器，

21、可选用国内已研制成功的宽频带信号滤波器，其技术指标如下表所示：频率范围：在 14kH;-40GHz 播入损耗 100dB带内衰减：25010民用EM（标准规定RE测试是在距EUT3n或10m或 30m远处,而且规定了暗室 归一化场地衰减（NSA）与OATS1论值的偏差不大于土 4dB。对RS测试，要求在 EUT所在处垂直面上场（75%采样点）的不均匀度小于06dB频率范围上，军标对 吸波材料的低端是80MHz民标对RE的NSA要求低端是30MHz RS的场均匀度 要求低端是26MHz国此，总的说来，民标对暗室的吸波材料的要求比军标要严 得多。由于建造一个暗室要考虑到如何充分发挥其作用，而且军品

22、与民品的定位也 不是一成不变的，一些军品以后也可能会进入民品市场，因此也需要符合民用 EMC标准，再说今后一个单位，即或以军品为主，也会逐渐拓宽到民品范围，就 算自己不生产民品，也可能需为其他单位的民品作测试，因此目前国内凡新建 EMC音室的，都兼顾军、民标准要求。2.2暗室功能暗室功能如下：1） 按国军标GJB152A军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量 进行产 品EM（检测，EMC故障诊断及排除故障试验；2） 按国军标GJB1386-92系统电磁兼容性要求对电子电气系统进行 EMC式验，故障诊断及排故试验；3） 为EM（研究提供一个理想的实验环境；4） 按EM（S标对民用产品进行EMC检测

23、。（注）这里所说的暗室均指屏蔽半暗室，即在屏蔽壳体内的天花板和四个侧壁铺 吸波材料，地平面不铺吸波材料，这样可与 OATS等效，在军、民用EMCB准中 均规定是屏蔽半暗室，这主要是由于以前的 EMCB准制订是以OATS为基础的，采用半暗室后有继承性。至于用作天线测量、 RCS测量、仿真试验、天线罩测量的暗室均为全暗室，包括地板在内的六个面均铺吸波材料，以等效自由空间2.3主要技术指标1） 频率范国由需贯彻的军标或民标的要求决定2） 暗室静区性能a） 静区尺寸以转台旋转轴为轴线，一定直径（取决受试件大小）的圆柱体。b） 在30MHZ-18GH频率范围内，暗室静区的归一化场地衰減 （NSA）与理想

24、 开阔场理论值相差不大于土 4dB。c） 在26MHZ-18GH频率范围内，在转台地板上0.8-2.3m高度的1.5mX 1.5m 垂直面上，场均匀度：75%的测点场强幅值偏差在0-+6dB以内。3） 屏蔽效能：参见表9。表g屏豔效能捋标一览表罐场14kHz-1MHzXdB电场1 -100WzX XdB微波1-10GH;XXXdB10-18GHzX XdB1840GHzXXdB4） 接地电阻：W 1 Q5） 通风空调通常暗室内的换气率不低于 3次/小时室内温度：10C -28 C6） 消防a） 设计、安装均符合消防防火规范；b） 具有自动火情声光报警能力 。7） 照明通常距地面0.8m处的工作

25、区的照度不低于100-400LUX其他区域可降 低到50LUX但不应有暗角。8） 转台直径x m承重x T9） 暗室尺寸暗室长、宽、高根据受试设备和执行的 EM（标准决定10）暗室地平面不平度2.4技术指标的确定2.4.1暗室使用频率范围暗室使用频率范围的选择取决于暗室的功能，为满足国军标 GJB152A和国标GB9254等的要求，它涉及到以下两方面：a）吸波材料的选型为满足30MHZ-18GHZ勺归一化场地衰减要求，通常暗室需采用铁氧体片与渗 碳泡沫角锥或空心角锥复合型的宽带吸波材料。报据文献报道,对于10m法暗室,为满足归一化场地衰减偏差w 4dB要求, 吸波材料在30-1000MHZ垂直入射时反射系数应小于-20dB, 45入射角时小于 -15dB。对于1-40GHZ频率范围，吸波材料垂直入射及 45角入射的反射系数也 应不高于上述数值，参见图28。关于复合型宽带吸波材料，要注意以下两点：a）与铁氧体片组合的渗碳聚氨酯泡沫角锥，其含碳量不同于单独使用的角锥,对于这点，国内第一次（1995年）研制复合型吸波材料时并不清楚，而是沿用常规的角锥吸波材料的含碳量配方。