一種電磁兼容半電波暗室設(shè)計和實現(xiàn)

電磁兼容性(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。電磁兼容(EMC) 分為電磁干擾(EMI)與電磁耐受(EMS)，所有電子產(chǎn)品均須符合電磁兼容的一般規(guī)定。電磁兼容問題在電子、電機、信息、通信等各類產(chǎn)品不斷運用高新科技推陳出新之下，除了使用者要求通信質(zhì)量外，同時也在各國政府積極制定相關(guān)規(guī)范進行管制之下，更突顯出電磁兼容相關(guān)問題的重要性與緊迫性。例如，歐洲已加強對進口產(chǎn)品執(zhí)行后市場檢測，造成了許多卡關(guān)現(xiàn)象發(fā)生。

國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心從德國引進包括3/ 5 m法半電波暗室、傳導(dǎo)測試屏蔽室、 屏蔽放大器室等在內(nèi)的電磁兼容實驗室已于 2005 年 2 月份建成 ,并順利通過了中國實驗室國家認可委員會(CNAL)的驗收。在中心 3/ 5 m法半電波暗室的規(guī)劃建設(shè)過程中 ,我們積累和總結(jié)了一部分經(jīng)驗 ,以供大家借鑒和參考。

1 半電波暗室總體方案的選擇及建造方式

電磁兼容半電波暗室主要用于替代無電磁波干擾的開闊試驗場進行電磁輻射騷擾測量和電磁輻射敏感度測量。由于半電波暗室的測試環(huán)境需要模擬開闊試驗場地的電磁波傳播條件(即電磁波傳播時只有直射波和地面反射波) ,故暗室尺寸應(yīng)以開闊試驗場的結(jié)構(gòu)要求為依據(jù) ,一般分為標準的 10 m 法 ,5 m法和 3 m 法等。半電波暗室的種類很多 ,無論從功能上、結(jié)構(gòu)形式上、 材料選擇上、 安裝形式上都有較大的差異。但是采用哪種方案 ,主要根據(jù)使用者需要的測試類型 ,被測物的空間尺寸、 試驗級別等。首先我們要明確測試頻率范圍 ,是作軍標測試還是民標測試 ,是進行廠家內(nèi)部預(yù)兼容及診斷測試 ,還是要進行第三方的認證測試;其次要明確被測對象可能占據(jù)的最大空間、 試驗室主要應(yīng)用標準、自身的資金狀況以及將來可能的擴展升級需求等因素 ,由此選擇一個合適可行的試驗場地和儀器設(shè)備的配置方案。

建造半電波暗室可以采用兩種基本方式：拼裝式和焊接式。拼裝式殼體由成型鋼板(在四邊經(jīng)兩次彎板制成)和螺栓固定模塊構(gòu)成。任意相鄰兩塊屏蔽模塊間都有導(dǎo)電襯墊 ,以保證優(yōu)良的射頻屏蔽和電連續(xù)性。這種方式結(jié)構(gòu)輕 ,易于裝配 ,便于將來維修和拆卸 ,施工周期短。焊接屏蔽系統(tǒng)由大片的鋼板焊接在一起構(gòu)成 ,它們形成了一個緊密的射頻密封體。焊接封裝的好處在于經(jīng)久耐用 ,并因消除了接縫泄漏而具有更高的屏蔽性能 ,但不易拆卸 ,適合于固定場所。由于各暗室廠家建造暗室的屏蔽板類型不同 ,屏蔽板之間的連接方式和工藝也不一樣 ,為了保證良好的電接觸和密封性 ,應(yīng)對他們采用的屏蔽板及其連接方式進行詳細了解和比較 ,并結(jié)合實際的施工周期等要求進行選擇。

2 母體建筑及基礎(chǔ)設(shè)施

建設(shè)一個 EMC 實驗室是一項系統(tǒng)工程 ,它遵循科學(xué)的設(shè)計接口關(guān)系：測試設(shè)備 →半電波暗室 →母體建筑設(shè)計。對具體工程的實施來說 ,該順序正好相反，經(jīng)歷母體建筑施工 →半電波暗室安裝 →測試設(shè)備安裝調(diào)試的過程。因此 ,在建造半電波暗室之前必須先建好母體建筑 ,包括占地面積、 結(jié)構(gòu)承載、 空間尺寸、供電、 供氣、 空調(diào)及防水等。母體建筑的設(shè)計首先要考慮足夠的天花板高度以容納所建的半電波暗室、傳導(dǎo)測試屏蔽室、 屏蔽放大器室 ,以及其它附屬設(shè)施的要求。母體建筑與暗室之間必須預(yù)留足夠的空間 ,以便于暗室的安裝、維修和通風(fēng)。母體建筑的地板主要承擔(dān)所有屏蔽體和安裝部分的重量及負荷 ,也需要特別注意。土建地面需要精心鋪設(shè) ,要求地面的波紋度在數(shù)米的范圍內(nèi)不超過幾毫米 ,還有很高的防潮要求。此外 ,暗室內(nèi)的轉(zhuǎn)臺需要裝設(shè)在一定深度的混凝土凹坑中 ,地勢較低 ,必須作好防水處理。在開始安裝暗室前 ,對承載地面一般還有比較高的殘留濕度要求 ,對每一個試驗室還要提供接地電阻很低的接地點等。由于暗室與母體建筑之間所涉及的接口問題比較多 ,并且國內(nèi)建筑公司對其中的一些要求基本上沒有可借鑒的經(jīng)驗 ,所以盡量讓土建設(shè)計單位、施工單位和暗室廠商進行交流和溝通是非常必要的。

3 半電波暗室建設(shè)涉及的幾個方面

1.電波暗室的尺寸。你應(yīng)該清楚你所要建造的暗室是標準10米法半電波暗室還是標準3米法半電波暗室或是根據(jù)你的場地要求定制尺寸的電波暗室;電波暗室是否要配套修建屏蔽的控制室及放大器室，它們各自的長、寬、高尺寸是多少，它們建造在暗室的哪個方向。

2.屏蔽門的類型、尺寸和數(shù)量。屏蔽門分單刀、雙刀、三刀等不同類型，并有電動、氣動和手動三種。你要根據(jù)你將來的被測設(shè)備和人員進出方便程度以及屏蔽門的屏蔽性能、耐用性、可靠性、易維護性等多方面綜合考慮來選擇它們。

3.屏蔽板的類型和連接方式。由于各暗室制造廠商用來建造暗室的屏蔽板類型不同，屏蔽板之間的連接方式和工藝也不相同。為了保證好的接觸緊密性和電連續(xù)性，應(yīng)該注意對他們選用的屏蔽板及屏蔽板之間的連接方式進行了解和比較。

4.屏蔽室屏蔽性能。應(yīng)該讓暗室制造廠商提供其電磁屏蔽室可以達到的具體的屏蔽性能指標(給出具體數(shù)值)，其中應(yīng)該包括不同頻率段(從低頻段到高頻段)對磁場、電場、平面波、微波的屏蔽性能指標。

5.吸波材料。注意暗室制造廠商所采用的吸波材料的生產(chǎn)廠家和型號(包括鐵氧體吸波材料和尖劈吸波材料);注意吸波材料的組成結(jié)構(gòu)及它的抗高溫、高濕性能和阻燃性能;了解其長期使用是否易變形以及各種吸波材料在不同頻帶內(nèi)的吸波性能，了解它們在暗室中的鋪設(shè)方式和鋪設(shè)位置及作用。

6.電源線和信號線濾波器?？紤]好暗室將來要使用的電源類型和它們的最大功率，如測試設(shè)備、受試設(shè)備和輔助設(shè)備以及照明系統(tǒng)等是否要使用380V、220V、110V交流電壓，是否有需要直流供電的測試和受試設(shè)備，它們的數(shù)量是多少，是否有特殊的測試設(shè)備和輔助設(shè)備需要特殊的濾波器等，這些都需要考慮周全，以便供應(yīng)商提前準備好這些電源線和信號線濾波器。

7.信導(dǎo)板和波導(dǎo)通風(fēng)窗。暗室內(nèi)需要安裝波導(dǎo)通風(fēng)窗與排氣扇或空調(diào)系統(tǒng)進行連接。注意波導(dǎo)通風(fēng)窗的頻段設(shè)計，其屏蔽性能要符合屏蔽室的屏蔽性能。信導(dǎo)板用來安裝不能直接通過屏蔽墻體進行安裝的端子或信號接口;信導(dǎo)板的安裝數(shù)量、位置以及其上的端子的數(shù)量和類型要和測試設(shè)備供應(yīng)廠商一起進行商討來決定。

8.火情報警裝置和照明設(shè)施。注意選擇不會產(chǎn)生任何無線電干擾的照明設(shè)施;火情報警裝置的安裝應(yīng)該不會影響暗室的性能。

9.暗室內(nèi)的自動化裝置。暗室內(nèi)的自動化裝置包括天線升降塔、轉(zhuǎn)臺和監(jiān)測系統(tǒng)及可對它們進行控制的控制器。天線升降塔的選擇要考慮生產(chǎn)廠家、型號及是否有安裝天線的適配器，是否受到測試設(shè)備的支持(即與它相連接的測試設(shè)備的測試軟件是否有支持它的驅(qū)動程序);轉(zhuǎn)臺同樣應(yīng)該受到測試設(shè)備的支持并根據(jù)受試設(shè)備的大小來確定轉(zhuǎn)臺的尺寸及承載能力，同時要考慮轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度和定位精度;監(jiān)控系統(tǒng)包括安裝在暗室中的攝像機和安放在控制室內(nèi)的監(jiān)視器，可根據(jù)實際使用情況來選擇攝像機和監(jiān)視器的數(shù)量，攝象機要選擇可在寬的頻率范圍和高的場強下正常工作且不會產(chǎn)生射頻干擾信號的機種，并將其安裝在無飯射區(qū)域。

10.暗室的性能測試和保修培訓(xùn)。由于暗室不僅適用于EMC中的EMI測試，還可用于EMS中的輻射抗擾度測試。因此，暗室的性能檢測要包括暗室屏蔽體建成后的屏蔽性能測試和暗室全部建造完成后的場地衰減測試和場均勻測試。這些測試要根據(jù)合同要求和國際上暗室建造驗收的有關(guān)標準來進行。要選擇有知名度的和經(jīng)過權(quán)威機構(gòu)認可的測試機構(gòu)。暗室的保修和配套設(shè)備、部件的保修以及培訓(xùn)要寫進合同中去。

4 本電磁兼容實驗室的特點及功能

國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心電磁兼容實驗室主要由半電波暗室、 傳導(dǎo)測試屏蔽室、屏蔽放大器室和屏蔽控制室四部分組成。其中暗室的屏蔽體尺寸為長 17. 6 m、 寬 13. 5 m、 高 9. 5 m ,暗室內(nèi)配有承重8 000 kg、 直徑為 5 m的轉(zhuǎn)臺和0. 8~4 m的自動升降天線系統(tǒng)以及尾氣排出系統(tǒng)。暗室的工作頻率為9 kHz~40 GHz ,暗室內(nèi)轉(zhuǎn)臺上方位置的測試區(qū)域靜區(qū)為 <4 m、 高 2 m的圓柱。暗室內(nèi)部還配有氣動固定裝置和冷卻風(fēng)機?？赏瓿善囌嚰捌潆娮恿悴考⒛ν熊囌嚰捌潆娮恿悴考鹊妮椛浜蛡鲗?dǎo)發(fā)射測試、輻射和傳導(dǎo)抗擾度測試以及整車靜電放電測試。

傳導(dǎo)測試屏蔽室的尺寸為長 8. 0 m、寬 4. 0 m、高3. 0 m ,除了可完成汽車零部件傳導(dǎo)瞬態(tài)發(fā)射、傳導(dǎo)抗擾度、靜電放電等項目的測試以外 ,還可以完成家用電器、 電動工具、 電氣照明設(shè)備等的傳導(dǎo)騷擾電壓、 吸收功率、騷擾磁場等項目的測試。

實驗室所有項目都通過了國外第三方測試 ,各項指標均大大優(yōu)于相關(guān)國際標準的要求。實驗室的配置和性能均達到了國際先進水平 ,為以汽車、摩托車整車及其零部件為主的多種機電產(chǎn)品的 EMC性能提供了理想的測試環(huán)境。