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材料屏蔽效能的测量方法

大西洋仪器网  2016-06-16 13:58   点击 491

此方法适用于金属薄板、非导电材料表面涂或镀层、金属网、导电薄膜、导电玻璃、导电介质板等平板型电磁屏蔽材料对于平面波的屏蔽效能的测量。

一、屏蔽效能(SEshielding effectiveness的定义

在同一激励电平下,有屏蔽材料与无屏蔽材料时所接收到的功率或电压之比,并以对数表示。即:

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式中:SE-------屏蔽效能(dB);

               P0------无屏蔽材料时的接收功率;

               P1------有屏蔽材料时的接收功率;

               V0------无屏蔽材料时的接收电压;

               V1------有屏蔽材料时的接收电压;

二、测量要求

1、一般要求

●测量要求

环境温度:23±2℃

环境相对湿度:45%~75%

※大气压力:86~106kPa

※试样测试前应在上述环境中保持48h

环境电磁噪声对测量结果不应产生影响

●测试设备

信号源

频率范围:1MHz~1.5GHz;最大输出功率:≥+13dBm;输出阻抗:50Ω;电压驻波比:﹤2.0。

电磁干扰测量仪

工作频率范围与信号源相一致,测量误差应满足GB6113的要求。

※法兰同轴测试装置

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频率范围:5kHz1.5GHz;特性阻抗:50Ω;电压驻波比:﹤1.2;传输损耗:﹤1dB;测量动态范围:﹥100dB。

※跟踪信号源/频谱分析仪

频率范围:1MHz~1.5GHz;跟踪信号源最大输出功率:≥+13dBm;跟踪信号源驻波比:﹤2.0;频谱分析仪最小分辨率带宽:1kHz;频谱仪灵敏度:满足GB6113的要求;特性阻抗:50Ω。

网络分析仪

频率范围:1MHz~1.5GHz;时基稳定度:±3ppm/a;频率分辨率:1Hz;特性阻抗:50Ω;电压驻波比:﹤2.0。

※衰减器

频率范围:30MHz~1.5GHz;特性阻抗50Ω;10dB固定衰减器(额定功率满足测试要求);驻波比:﹤1.2。

※电缆及连接器

特性阻抗:50Ω;连接器:N型。

2、详细要求

负载试样最大厚度t≦5mm,试样外径115mm,开孔试样孔径12mm,被测材料应按以下规格制作成试样。

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a1:可用于5kHz1.5GHz屏蔽效能测试的负载试样;a2用于30MHz1.5GHz屏蔽效能测试的负载试样;a3用于30MHz1.5GHz校准的参考试样。

试样受试之前应在温度23±2℃,相对湿度(50±5)%的条件下存放48h,实验时取出并立即进行实验。

双面均有导电材料的负载试样,应对试样的外缘及贯通孔内壁作导电处理,使两面连通。制成的负载试样和参考试样应是同种材料,并且厚度相同,它们的不平度不应大于其本身厚度的2%。

在法兰同轴测试装置中夹放试样时,应将导电面朝向信号源端,并加紧试样,使试样与法兰同轴测试装置紧密的接触,避免因接触不良而引起的测量误差。对屏蔽效能高的试样及玻璃等脆性导电试样,在同轴法兰的法兰面上必须加导电衬垫。

※若测量若干片厚度相同的同一类负载试样时,应使负载试样与法兰同轴测试装置紧密的接触,记下紧固螺母侧面刻度指示的方位值,以后各片负载试样均以此读数为准,这样就保证了每片负载试样的压紧力相同,提高测量的可重复性,避免因压力不同而引起的测量误差;

※测量用的设备,必须有足够的动态范围,即测量设备的动态范围应大于法兰同轴测试装置的动态范围;

※在对负载试样进行测量之前,应对装有参考试样的情况进行测量,并记录测量数据作为直通状态数据;

※如果有标准试样,应用标准试样对法兰同轴测试装置进行校准。它可以确定整个系统是否工作在正常状态。标准试样为单面镀金的聚酯薄膜,表面电阻为单位面积5±2Ω,屏蔽效能为32±3dB;

※由于背景噪声会影响接收机的灵敏度,所以测量屏蔽效能在60dB以上的屏蔽材料时应使用双层屏蔽或半钢性电缆;

※在进行此项测量之前,测试人员应进行专门的训练并积累经验,以保证测量结果的准确性和可重复性;

※测量系统应有良好的接地;

※在进行测量时应至少在30MHz、50MHz、100MHz、300MHz、500MHz、1GHz等频率点给出测量结果。

三、测量方法

1、用法兰同轴测试装置对材料的屏蔽效能进行测量

信号源/电磁干扰测量仪(干扰接收机)测量方法

※将满足要求的信号源通过10dB衰减器直接接入法兰同轴测试装置的一端,该装置的另一端直接通过10dB衰减器与电磁干扰测量仪(干扰接收机)相连接,测量时注意测量电缆应尽量的短(按下图连接测量装置)。

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※接通测量设备的电源,待设备工作稳定后进行测量。

※把参考试样装入法兰同轴测试装置中,并以专用扳手把紧固螺母拧紧。信号源调到某测试频率点上,输出电平置于适中,调节电磁干扰测量仪(干扰接收机)频率,使读数最大。增加信号源输出电平,使电磁干扰测量仪(干扰接收机)读数大于被测试样的屏蔽效能估计值,并记下此读数V0(dBμV)。

※取下参考试样,把负载试样装入法兰同轴测试装置中,并以专用扳手把紧固螺母拧紧。

※保持信号源频率和输出电平不变,观察电磁干扰测量仪(干扰接收机)读数,如果读数大于它的背景噪声最少10dB,记下此时干扰测量仪的读数V1(dBμV)。

※计算负载试样屏蔽效能:

SEdB=V0-V1

※保持信号源输出不变,改变信号源频率,重复上述步骤,可测得负载试样在不同频率点上的屏蔽效能。

●跟踪信号源/频谱分析仪测量方法

※将满足要求的跟踪信号源/频谱分析仪的输出端直接通过10dB衰减器接入法兰同轴测试装置的一端,该装置的另一端直接通过10dB衰减器与跟踪信号源/频谱分析仪测量的输入端相连接(按下图连接测量装置)。

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※接通测量设备的电源,待设备工作稳定后进行测量。

※把参考试样装入法兰同轴测试装置中,并以专用扳手把紧固螺母拧紧。调节跟踪信号源/频谱分析仪,在要求的频率范围内进行测量,并存储此种情况时的传输特性。

※取下参考试样,把负载试样装入法兰同轴测试装置中,并以专用扳手把紧固螺母拧紧。测量有负载试样后的传输特性。

※参考试样的传输特性与负载试样的传输特性之差即为试样的屏蔽效能。

网络分析仪测量方法

※将满足要求的网络分析仪根据所测频率范围进行校准后,按下图连接测量装置:

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※接通测量设备的电源,待设备工作稳定后进行测量。

※把参考试样装入法兰同轴测试装置中,并以专用扳手把紧固螺母拧紧。使网络分析仪的扫频源输出额定最大值,存储网络分析仪此种情况时的传输特性。

※取下参考试样,把负载试样装入法兰同轴测试装置中,并以专用扳手把紧固螺母拧紧。测量有负载试样后的传输特性。

※参考试样的传输特性与负载试样的传输特性之差即为试样的屏蔽效能。

以上提供的三种测量方法如果发生争议,以“信号源/电磁干扰测量仪(干扰接收机)测量方法”为准。

2、测量导电丝网、导电膜、导电橡胶等平板型材料屏蔽效能的推荐方法

●ASTM-ES-7(近场)双屏蔽盒测试装置法

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该方法广泛应用于试样的近场SE测量。双屏蔽盒的每个腔分别安装一个小天线用来发射和接收辐射功率。其基本测量方法是:不加试样时接收天线接收到的功率为P0,加入试样后接收到的功率为P1,测屏蔽效能SE用下式计算:

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该方法的优点是:不需要很昂贵的屏蔽室、辅助夹具或其它设施,测量快速简单、方便。但此方法的缺点是腔体工作频率将随腔体的物理尺寸而产生谐振,并且该方法测量结果的重复性易受指状弹性衬垫的状态影响。

双屏蔽盒测试装置规格尺寸

双屏蔽盒尺寸:180mmx120mmx160mm

试样尺寸:(76.2±3.2mm)x(152.4±3.2mm)

试样厚度:≦4mm

频率范围:1~30MHz

动态范围:50dB

连接器:BNC

●ASTM-ES-7同轴传输线(远场)法

同轴传输线(远场)法测量示意图如下:

 

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材料的屏蔽效能由入射波功率P0和通过试样的传输功率P1,按下式计算得到:

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此方法的优点是:测试设备的静态阻抗与同轴测试装置匹配较好,因而此装置本身的传输特性比较好。但此方法模拟远场测量再现性较差,特别是对导电漆等表面电阻较大的材料测试效果不好。

●改进的MIL-STD-285测量方法(近场)

该测量方法的装置示意图如下:

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此方法装置图由图可见,在屏蔽室壁上开有一个测试孔,发射天线在孔的一边,接收天线在孔的另一边。孔上不盖被测试材料时接收端测得的入射功率为P0,孔上盖被测材料时接收端测得的透射功率为P1,屏蔽效能计算式为:

 

此方法的特点是:方法应用得好可得近场结果。但此方法要求孔的边缘与试样要形成良好电接触,不应有泄露。同时试样表面电阻的变化、孔的尺寸、屏蔽室电缆连接、多次反射都会影响测试结果。

●双TEM室法

TEM式法的装置示意图:

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TEM室(DTC),它是由两个TEM室在公用壁上开一窗口,上面小室产生的能量通过窗口传输到下面小室,从“1”端输入信号,则通过窗口传输到下面小室的“2”、“3”端输出。这样可以分别检测穿透测量孔的垂直电场分量和水平磁场分量。所以双TEM室可同时模拟高、低阻抗场。测量的基本方法与其它方法类似,同样是以窗口不加试样和加试样分别测出入射功率P0和传输功率P1,测材料的屏蔽效能:

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此方法的特点是:由于场建立在波导室内,故所需的输入功率低,对周围的设备和人员不会造成电磁干扰。其缺点是安装固定被测材料较为困难,尤其是如何减小其接触电阻更为困难,而且易产生泄露或地回路,因而动态范围仅有5060dB

 

来源:大西洋仪器    编辑:韦文臻
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