一、 前言

    電磁屏蔽室是電磁兼容性試驗的一項重要設施，它的作用是提供與外部世界隔離的符合要求的試驗環(huán)境。盡管有些電磁干擾試驗必須在開(kāi)闊、平坦的場(chǎng)地進(jìn)行，但是，由于地面反射、建筑物的影響、架空電力線(xiàn)、地下電纜以及樹(shù)木的吸收作用等不利因素的影響，常常使開(kāi)闊場(chǎng)上進(jìn)行的試驗很難滿(mǎn)足技術(shù)要求?；谶@一考慮，在GB6838-86《電子測量?jì)x器  電磁兼容性試驗規范》，GJB152-86《軍用設備和分系統電磁發(fā)射和敏感度測量》以及其他電磁兼容性標準中規定，許多試驗項目應在屏蔽室內進(jìn)行。

二、 屏蔽室的特性

1. 屏蔽效能

屏蔽效能是指對于給定的外部干擾源進(jìn)行屏蔽時(shí)，在某一點(diǎn)上屏蔽室安放前后的電場(chǎng)強度或磁場(chǎng)強度之比。

以某單位建造的屏蔽室為對象，我們對其進(jìn)行了屏蔽效能測試，表1提供了部分測試數據。

    屏蔽室的實(shí)際屏蔽效能比理論計算值還低。影響屏蔽效能的因素有：屏蔽室壁材料、通風(fēng)口、門(mén)、電源濾波器和施工質(zhì)量等。仍以該屏蔽室為例，它采用3mm的薄鋼板做為壁材料，以滿(mǎn)足屏蔽效能高和工作頻帶寬的要求。為了防止通風(fēng)口泄漏電磁能量，采用了截止波導式通風(fēng)口。它根據高通濾波器的原理而制造，其特點(diǎn)是對于低于波導截止頻率的電磁能量具有衰減作用，從而提高屏蔽效能。一般情況下，電磁能量的泄漏主要來(lái)自于屏蔽室的門(mén)和電源引入線(xiàn)，因此門(mén)必須具有良好的電氣接觸。采用黃銅簧片彈性接觸式結構，使門(mén)縫泄漏減小到最低程度。關(guān)于整體建造需要多塊鋼板焊接而成，故屏蔽性能與施工質(zhì)量關(guān)系密切，所以上述屏蔽室采用整 體鋼板三道焊接縫密焊的方法，保證了屏蔽室有良好的屏蔽效能。

2. 諧振

    屏蔽室是一種封閉式的金屬空腔。當放入輻射源后，屏蔽室在某些特定的頻率點(diǎn)上因激勵可能出現諧振現象。因此，一個(gè)六面體屏蔽室可被看成是一個(gè)矩形金屬諧振腔（如圖1所示）

            圖1  矩形諧振腔

圖1中 a>l>b,  a、b和l分別代表長(cháng)寬高

（1） 諧振頻率

當電磁 波的矩形諧振腔中諧振時(shí)，腔體長(cháng)度等于波長(cháng)的整數倍，這個(gè)波長(cháng)被稱(chēng)為諧振波長(cháng)（λ0）。λ0滿(mǎn)足條件：

其中：

     m,n=0,1,2,…….

     P=1,2,3,…..

這里，m,n,p均為電磁波在相應坐標方向上的振蕩周期數。

相應地，諧振頻率為

這里，C代表光速，其值為C=3*108   m/s。

上述屏蔽室的長(cháng)寬高分別為：

a=12.02m

b=4,61m

l=8.45m

利用公式2計算，得出最低諧振頻率為21.7MHz.

表2列舉了通過(guò)公式2計算的屏蔽室內幾個(gè)低次模的諧振頻率。

為了獲得實(shí)際使用的屏屏蔽諧振頻率f0,可采用試驗手進(jìn)行探索。具體方法是：將信號源及發(fā)射天線(xiàn)放在門(mén)外，接收天線(xiàn)放在屏蔽室內，選定天線(xiàn)高度及位置，將接收機輸入端與接收天線(xiàn)相連，信號源輸出端與發(fā)射天線(xiàn)相連，把屏蔽室門(mén)一小縫，以便于信號耦合到屏蔽室，在室內產(chǎn)生電磁場(chǎng)。

為了掌握實(shí)際使用情況，在20-200MHz頻率范圍內，我們利用高靈敏度接收機進(jìn)行了精確測試。測試曲線(xiàn)如圖2所示，部分測試數據（第一諧振峰附近）在表3中給出。

   從測試數據以及圖2中看出，第一諧振峰出現在頻率為33.8MHz上。這就是最低諧振模式TM001模的諧振頻率

。由于屏蔽室內放置了儀器設備及其它物品，相當于縮小了諧振腔體有效空間尺寸，所以實(shí)際諧振頻率高于理論計算值。除了第一諧振峰以外，還有第二諧振峰以及更多次模的諧振峰。由于屏蔽室內存在多種模式，因而相互作用的結果可能使諧振曲線(xiàn)呈上升趨勢。

（2） Q值估算

諧振腔的另一參要參量是Q值，它是衡量腔體內儲能與耗能指標，因此稱(chēng)Q值為品質(zhì)因素。

Q值用下式計算：

該值是屏蔽室的實(shí)際有載Q值。這對屏蔽室內的測量很有利，因為這樣可以減少反射，提高測量結果的精度。

（3） 駐波現象

電磁波在屏蔽室內產(chǎn)生多次反射，當發(fā)生諧振時(shí)，形成駐波現象，駐波現象對測量結果有直接影響。因此，在屏蔽室內進(jìn)行EMC實(shí)驗時(shí)，應注意選擇測量位置。

圖3例舉了理想屏蔽室內三種諧振模式形成的駐波波形。

為了掌握現有屏蔽室的駐波分布情況，我們在該屏蔽室內進(jìn)行了實(shí)地測試。測試方法是：選擇一對相同的振子天線(xiàn)，固定好發(fā)射開(kāi)線(xiàn)位置及高度，選擇發(fā)射頻率為f=150MHz。將接收天線(xiàn)沿屏蔽室中心長(cháng)軸移動(dòng)，測得一組數據，繪出XY平面（見(jiàn)圖1） 的駐波波形如圖4所示。

3. 屏蔽室的反射

屏蔽室內因存在激勵源而引起的另物理現象是電磁波的反射。在對受試設備進(jìn)行輻射發(fā)射測試時(shí)，接收天線(xiàn)除了接受來(lái)自受試設備的直接輻射外，還有來(lái)自屏蔽室腔體表面（包括地面、天花板以及墻壁）的反射波，如圖5所示。

    圖5中矢徑1為直射波，矢徑2、3、4為經(jīng)過(guò)壁面的一次反射波，矢徑5為二次反射波。由于屏蔽室內接收天線(xiàn)處的電磁場(chǎng)是直射波與各種反射波的合成場(chǎng)，而開(kāi)闊場(chǎng)地上的天線(xiàn)主要接收來(lái)自受試設備的直接輻射以及地面的反射。因此，與開(kāi)闊場(chǎng)地相比，在屏蔽室測量會(huì )產(chǎn)生一定的誤差。

在屏蔽室內，天線(xiàn)處的合成場(chǎng)取決于直射波與反射波的相位差。假設反射波只經(jīng)過(guò)壁面一次反射、在金屬壁板界面上入射波與反射波相位差180的情況下，當直射波與反射波的波程差是半波長(cháng)的奇數倍時(shí)，二者桑加后的合成場(chǎng)將增加；當直射波與反射波的波程差是半波長(cháng)的偶數倍時(shí)，合成場(chǎng)將減弱。若反射場(chǎng)經(jīng)壁面二次反射到達接收天線(xiàn)，則結果與上述情況恰好相反。

直射波與反射波到達接收天線(xiàn)的波程差取決于受試設備與接收天線(xiàn)的距離、位置、屏蔽室的空間尺寸以及受試設備的輻射頻率，改變上述因素，將會(huì )使測量數據受到影響。

4. 天線(xiàn)校準系數

對于電磁兼容試驗中的輻射干擾測試，在不同的環(huán)境條件下，必須對使用天線(xiàn)的天線(xiàn)系數重新進(jìn)行校準。下面介紹利用互易原理校準雙錐天線(xiàn)的方法。

（1） 測試配置及校準方法

將一對完全相同的雙錐天線(xiàn)置于測試現場(chǎng)，選定好天線(xiàn)間距，一般取1m、3m、10m。兩天線(xiàn)的架設高度和極化方向均一致。天線(xiàn)高度在1~4m內調整。收發(fā)天線(xiàn)經(jīng)電纜l1、l2分別接到信號源阻抗為和場(chǎng)強測量?jì)x上。

如圖6所示，設天線(xiàn)輸入50Ω,測試系統接口匹配良好。使信號源輸出一種恒定電平Vt,這時(shí)干擾儀讀數為Vr。保持信號源輸出不變，將電纜l1、l2拆下，用同軸連接器直接相連，如果電纜損耗忽略不計，這時(shí)干擾儀的讀數就是信號源的輸出電平Vt，在20~200MHz范圍內改變頻率，即可得到雙錐天線(xiàn)的校準系數。

（2） 計算公式

在工程上，我們主要關(guān)心的是與實(shí)際工作相關(guān)的計算公式，這里，介紹兩個(gè)計算天線(xiàn)的增益和天線(xiàn)的校準系數的實(shí)用公式，同時(shí)免去較繁復的推導過(guò)程。

圖7說(shuō)明，測試天線(xiàn)架高2m,距離1m。在開(kāi)闊場(chǎng)地測量時(shí)，天線(xiàn)周?chē)?/span>3m距離范圍之內無(wú)障礙物，在屏蔽到內測量時(shí)，天線(xiàn)置于屏蔽室的幾何中心利用（4）(5)兩式即可給出天線(xiàn)校準系數的頻響關(guān)系曲線(xiàn)。圖7給出了雙錐天線(xiàn)在開(kāi)闊場(chǎng)與屏蔽室內的校準曲線(xiàn)。從上圖中我們發(fā)現，在30~200MHz范圍內，雙錐天線(xiàn)在開(kāi)闊場(chǎng)與屏蔽室內的校準曲線(xiàn)具有大致相同的趨勢。由于屏蔽室內存在反射現象，因而天線(xiàn)系數明顯高于自由空間開(kāi)闊場(chǎng)的校準系數。

一、 屏蔽室的適用性與局限性

在屏蔽室內進(jìn)行輻射干擾試驗，可以避免外界不利因素對測試環(huán)境的影響。但是，由于屏蔽室內存在的諧振效應，駐波現象以及反射作用，給EMC試驗造成了一定的困難。為了消除屏蔽室的嚴重反射，建議將現有的屏蔽室改建成電波暗室，吸收材料表面做成尖劈狀或錐狀，長(cháng)度約為四分之一波長(cháng)。這樣，電磁波到達天花板后，相當一部分能量被吸收，因此，它可以模仿無(wú)反射的自由空間條件。改建的同時(shí)還可以將屏蔽室的尺寸擴大，這樣能夠使諧振頻率降低。進(jìn)行EMC試驗時(shí)，應盡量使受試設備周?chē)?/span>3米距離之內無(wú)任何其它物品。選擇測試位置，避免在駐波最大點(diǎn)處進(jìn)行測試。另外，受試設備與測試設備應該隔離開(kāi)來(lái)，以避免測試設備產(chǎn)生的系統噪聲干擾。