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1、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 确定最佳效费比的实施方案 d 确
2、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 EMC 实
3、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
4、验现场的录像功能 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 设备尺寸 表 1 为 EMC 实验室典型测试设备的外形尺寸 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 侧壁铺高的宽带复合型吸波材料 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
5、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 为信号转接室 表 2 收发距离的选取 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EUR 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
6、成屏蔽壳体 上层为暗室的导电地平面 两层间 隔 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 其左面放置测试工作台 宽 3m 深 1m 高 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 10m 图中左边设有一 个门 下边开有 60cm 60cm的窗口 窗口四周框边用20mm 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
7、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 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宽2m深的
8、台面上 台面左方放 置 UPS电源 在 EMl系统和 EMS 系统计算机前各设一个操作员椅 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 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换窗与控制 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 电气连接 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
9、暗室和传导测试室 在这4 个组成部分之间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减值减到最小 并可方便地按EUT的大小移动 到所需位置 图 10 示出所有频率时R
10、E测量的信号连接 在按军标测量时 天线高 EUT 1m 远 按民标测量时 EUT横向尺寸 时采用 10m法 天线离 EUT10m 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节 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 电源滤波器 其位置见图7 送至 EMC 实验室的四个组成部分 电源连接见图 15 转
11、台 在 EMC 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 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 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 转台结构 图 16 是一种转台的结构示意图 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
12、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 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 一般宽度在以下的多为旋轴式 2m 以上宽度的多为平移直插式 宽度在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 门的旋转有手动和电动两种 极少情况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
13、 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 传导测试室信号通道明细表 控制室信号通道明细表 功放室信号通道明细表 转接窗设计 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 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
14、24 所示 窗口转接板 单层 尺寸为 600mm 宽 300mm 高 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 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 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 b 采用圆形多芯滤波连接器 对于在屏蔽室之间的信号转接 当要求插入损耗不太高时 可采用圆形多芯 滤波连接器 其插损如下 其外形如
15、图 25 采用多线滤波阵列板 当要求插入损耗不太高时 也可采用多线滤波阵列板 其插损如下 信号转接窗的位置选择 考虑到屏蔽半暗室四个侧壁都铺有吸波材料 与其它三个屏蔽室的信号连 线数量多 因此国内外的屏蔽半暗室都采用架空地板的结构形式 这些信号线 及电源线都铺设在架空地板的下面 通过若干个窗口引到地板上面来 不用时 这些窗口用盖板盖上 因此暗室地板上很干净 看不到许多电缆 至于传导测试室 控制室 功放室 就不必采用架空地板的形式 它们之 间信号转换的窗是设置在屏蔽室的侧壁上 它们与暗室的信号转接窗也是在其 侧壁上 但处在暗室架空地板下的侧壁上 如图26 所示 信号线贯通箱 不少场合希望信号线缆
16、在通过屏蔽室时不要断开 此时可采用信号 线贯通箱的设计 它可避免外部干扰随信号线缆带入屏蔽室内部 同时还能保证屏蔽室屏蔽效能不降低 2 屏蔽半暗室的分析与论证 概述 在 EMC测试与试验中 屏蔽半暗室是一项必不可少的设施 对一个设备或 系统进行辐射发射 RE 和辐射敏感度 RS 试验时 以前还可以在开阔试验场 0ATS 上进行 近 30 年来随着环境电磁噪声强度和密度的不断增加 很难找到 符合标准要求的 OATS 根据标准要求 环境电磁噪声电平应在标准RE界限值 6dB以下才不至产生明显的测量误差 国此 不要说一个EMC 实验室或研究中 心 就是一般的电子电器设备制造厂要对其产品进行EMC 的预测试 也都需建 屏蔽半暗室 军用 EMC 标准规定 RE和 RS试验是在距被测设备 EUT lm 远处 国此对屏 蔽半暗室只要求在屏蔽室局部铺设吸波材料 见图27 而且对吸收波材料的 反射损耗 反射系数 的要求也较低 见表8 民用 EMC 标准规定 RE测试是在距 EUT3m 或 10m或 30m远处 而且规定了暗 室归一化场地衰减 NSA 与 OATS 理论值的偏差不大于 4dB 对 RS测试
