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軍用電磁兼容屏蔽暗室規(guī)劃和設(shè)計

 

對標(biāo)準(zhǔn)的正確理解是建設(shè)一座高品質(zhì)電磁兼容屏蔽暗室的前提電磁兼容屏蔽暗室主要用于提供電磁兼容測試所需要的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，是提高測試一致性和可重復(fù)性的zui基本手段。傳統(tǒng)上，這種環(huán)境可以通過在外場建造開闊測試場（Open Area Test Site, OATS）來完成。近年來，隨著空間RF信號的增多，很難保障OATS的環(huán)境不被干擾，因此國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)都推薦采用屏蔽暗室來取代OATS。電磁兼容屏蔽暗室由于電磁環(huán)境穩(wěn)定、溫濕度可控且不受外界氣候的影響而逐漸成為當(dāng)前使用的電磁兼容測試場地。
    本文依據(jù)GJB152A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量》[1]中對軍用電磁兼容屏蔽暗室的要求為準(zhǔn)則，結(jié)合GJBz20219-94《軍用電磁屏蔽室通用技術(shù)要求和檢驗方法》[2]、GJB2926-97《電磁兼容性實驗室認(rèn)可要求》[3]和GB12190-90《高性能屏蔽室屏蔽效能的測量方法》[4]等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，較為系統(tǒng)地分析了在軍用電磁兼容屏蔽暗室的前期規(guī)劃和設(shè)計中應(yīng)特別注意的問題，包括四個主要內(nèi)容：屏蔽效能、暗室空間、吸波材料和電磁環(huán)境電平，下面逐一論述。
1 屏蔽效能
GJB152A-97中4.3的要求是“…屏蔽室必須具有足夠的屏蔽效能以滿足4.2條電磁環(huán)境電平要求”。實際中，對這條規(guī)定的執(zhí)行需要進(jìn)一步細(xì)化。一般可參照GJBz20219-94的6.1來執(zhí)行，該條中將屏蔽效能劃分為B級和C級兩種，具體要求參見表1。

 

表1 軍用屏蔽室屏蔽效能要求

    由表1可見，B級和C級的要求是不同的，C級明顯比B級嚴(yán)格，表現(xiàn)在屏蔽效能數(shù)值和頻率覆蓋范圍兩個方面。
    對屏蔽效能的驗收要求，可按照GJB2926-97的5.3.1.1來執(zhí)行，具體要求參見表2。

 

表2軍用屏蔽室屏蔽效能認(rèn)可要求

    比較表1和表2可知，如果要達(dá)到軍用電磁兼容屏蔽室的認(rèn)可要求，需要選擇GJBz20219-94的C級要求zui后，對屏蔽效能的測試可按照GB12190-90的規(guī)定來執(zhí)行，其中3.1對測量頻段給出了具體要求，參見表3，其測試天線包括環(huán)形天線、偶極子天線和微波喇叭天線，具體方法請參見標(biāo)準(zhǔn)。

 

表3 屏蔽效能測試頻點

說明：
1） 在20～300MHz頻段內(nèi)由于天線尺寸和屏蔽室的諧振效應(yīng)，使測量結(jié)果常常會因為測試方法的微小變動而產(chǎn)生極不正常的變化，所以在該頻段內(nèi)未推薦測試方法；如確有必要測試，可用小環(huán)法（適用于頻段I）或偶極子天線法（適用于頻段II）測試；
2） 每個頻段內(nèi)測一個頻率點，用以評價屏蔽室的屏蔽效能。

2 暗室空間
    GJB152A-97中4.3的要求是“…屏蔽室必須足夠大以滿足4.7條EUT配置要求和單項測試方法所需要的天線配置要求”，另外該標(biāo)準(zhǔn)中也給出了暗室內(nèi)EUT配置邊界與暗室內(nèi)邊界的關(guān)系，如圖1所示。

 

    對該圖進(jìn)行分析，可以總結(jié)出影響暗室大小的主要因素有四個：①EUT邊界：取決于EUT自身尺寸大小及其互連電纜敷設(shè)所占據(jù)的面積，其中電纜類型和敷設(shè)方式在標(biāo)準(zhǔn)的4.7.3中也有明確規(guī)定，因此對這一部分的設(shè)計應(yīng)該以zui大EUT的配置邊界為基準(zhǔn)來計算才合理。②測試天線尺寸：天線尺寸大大小將影響暗室長度和寬度，尤其是長度；GJB152A-97中規(guī)定了發(fā)射天線和輻射天線的類型，輻射天線包括平行單元天線、雙錐天線、對數(shù)周期天線和雙脊喇叭天線，接收天線包括有源鞭天線、雙錐天線、雙脊喇叭天線；綜合來看，由于要承受較大功率，輻射天線的尺寸較接收天線的尺寸大，尤其是需要做10kHz-100MHz頻段范圍的200V/m電場強(qiáng)度的輻射敏感度試驗時，需要采用特制的平行單元天線，比如當(dāng)前國內(nèi)普遍采用的AR AT5000天線，其外形尺寸為2.65m*2.4m*1.2m，重達(dá)95kg，十分龐大，對空間要求也較大；隨著頻率的增加，天線的外形尺寸都迅速減小；所以在設(shè)計中應(yīng)重點考慮低頻大功率的輻射天線尺寸，以此來確定暗室尺寸是合理的。③測試距離：按照GJB152A-97的規(guī)定，EUT與測試天線之間的距離為1m（故稱1米法），為zui大距離；有些測試項目距離可以更小，比如RE101磁場輻射干擾測試中，接收環(huán)與EUT之間的zui短距離為70mm；所以，設(shè)計中按照1m來確定即可。④吸波材料高度：無論是天線還是EUT的布置間距，與暗室的邊界都是以吸波材料尖部為基準(zhǔn)的，因此吸波材料的高度也將影響暗室屏蔽殼體的大?。晃ú牧细叨鹊倪x擇依據(jù)是需滿足GJB152A-97中4.3.1有關(guān)RF吸波材料發(fā)射損耗的規(guī)定，結(jié)合國內(nèi)外供應(yīng)商的產(chǎn)品性能情況，一般長度在600mm左右即可滿足該項要求。
綜合上述因素，可以確定出暗室空間大小。

3 吸波材料
    GJB152A-97中4.3.1的要求是“…當(dāng)在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行輻射發(fā)射和輻射敏感度測試時，為減少發(fā)射，改善準(zhǔn)確性和重復(fù)性，應(yīng)采用射頻吸波材料（浸碳泡沫尖劈、鐵氧體瓦、鐵氧體與尖劈組合等）。射頻吸波材料應(yīng)位于EUT上面、后面和兩側(cè)以及輻射和接收天線后面，如圖1所示，吸波材料性能如表4所示”。

 

表4 射頻吸波材料發(fā)射損耗（垂直入射）

    按照上述規(guī)定，實際上只需建設(shè)半電波暗室，即除地面以外的五個面敷設(shè)吸波材料，但是否滿鋪以及吸波材料在所有區(qū)域是否等高等問題，取決于下述第四節(jié)的電磁環(huán)境電平要求，當(dāng)然，敷設(shè)的每塊吸波材料應(yīng)該滿足表4。如果僅僅滿足國軍標(biāo)的要求，就可以不敷設(shè)鐵氧體瓦（鐵氧體瓦在30～1000MHz頻段內(nèi)吸波性能*），因為600mm左右的泡沫就*可以滿足表4要求，如果兼顧民標(biāo)的電磁環(huán)境要求（即還需滿足歸一化場地衰減和場均勻性要求），建議增加鐵氧體瓦。
4 電磁環(huán)境電平
    GJB152A-97中4.2的要求是“…當(dāng)在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行測試時，EUT斷電和所有輔助設(shè)備通電時測得的電磁環(huán)境電平應(yīng)至少低于規(guī)定的極限值6dB”。從上述規(guī)定來看，要求在每次測試前（無論是輻射測試還是傳導(dǎo)測試）需對環(huán)境電平進(jìn)行檢測并判斷是否滿足要求，只有滿足要求后才能進(jìn)行測試，執(zhí)行起來十分繁瑣。工程上較為普遍的執(zhí)行方式是，可以參照GJB151A-97中“RE102 10kHz-18GHz電場輻射發(fā)射測試”和“CE102 10kHz-10MHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射”的zui嚴(yán)極限值進(jìn)行測試，前者用以判斷輻射發(fā)射電磁環(huán)境電平，后者用于判斷傳導(dǎo)發(fā)射電磁環(huán)境電平是否低于對應(yīng)極限值6dB即可。這樣，就可以在吸波材料安裝完畢后，屏蔽暗室交付前進(jìn)行驗證性測試，以判斷新建的暗室是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
5 其它要求
    除了上述四個設(shè)計重點外，還有下述內(nèi)容也需要引起重視，包括接地平板（GJB152A-97的4.4）、電源阻抗（GJB152A-97的4.5）、濾波和隔離（GJBz20219-94的6.3）、接地（GJBz20219-94的6.4）、絕緣（GJBz20219-94的6.5）、通風(fēng)波導(dǎo)（GJBz20219-94的6.6）和安全要求（GB9361），限于篇幅，這里就不再一一展開。
6 結(jié)論
    屏蔽效能、暗室空間、吸波材料和電磁環(huán)境電平四要素是前期規(guī)劃軍用電磁兼容屏蔽暗室需要特別考慮的問題，依據(jù)GJB152A-97的基本規(guī)定并結(jié)合有關(guān)國軍標(biāo)和國家標(biāo)準(zhǔn)，本文對這些要素進(jìn)行了系統(tǒng)分析并給出了處理方法的建議，希望能對有類似需求的設(shè)計人員以啟迪。
參考文獻(xiàn)
[1]中國船舶工業(yè)總公司701所，中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，GJB152A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量》，北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.5. 
[2]*保密委員會技術(shù)安全檢查辦公室，GJBz20219-94《軍用電磁屏蔽室通用技術(shù)要求和檢驗方法》，北京：國防工業(yè)出版社，1994.7.
[3] 中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，中國船舶工業(yè)總公司701所，中國航天工業(yè)總公司708所，GJB2926-97《電磁兼容性實驗室認(rèn)可要求》，北京：國防工業(yè)出版社，1998.4.
[4]機(jī)械電子部電子標(biāo)準(zhǔn)化研究所，GB12190－90《高性能屏蔽室屏蔽效能的測量方法》，北京：國防工業(yè)出版社，1991.1.