一種電磁兼容半電波暗室設(shè)計(jì)和實(shí)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(yùn)行并不對(duì)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(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對(duì)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(duì)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(jī)、信息、通信等各類產(chǎn)品不斷運(yùn)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(shí)也在各國(guó)政府積極制定相關(guān)規(guī)范進(jìn)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(qiáng)對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品執(zhí)行后市場(chǎng)檢測(cè)，造成了許多卡關(guān)現(xiàn)象發(fā)生。

國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心從德國(guó)引進(jìn)包括3/ 5 m法半電波暗室、傳導(dǎo)測(cè)試屏蔽室、 屏蔽放大器室等在內(nèi)的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室已于 2005 年 2 月份建成 ,并順利通過了中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)(CNAL)的驗(yàn)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(yàn) ,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(yàn)場(chǎng)進(jìn)行電磁輻射騷擾測(cè)量和電磁輻射敏感度測(cè)量。由于半電波暗室的測(cè)試環(huán)境需要模擬開闊試驗(yàn)場(chǎng)地的電磁波傳播條件(即電磁波傳播時(shí)只有直射波和地面反射波) ,故暗室尺寸應(yīng)以開闊試驗(yàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)要求為依據(jù) ,一般分為標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試類型 ,被測(cè)物的空間尺寸、 試驗(yàn)級(jí)別等。首先我們要明確測(cè)試頻率范圍 ,是作軍標(biāo)測(cè)試還是民標(biāo)測(cè)試 ,是進(jìn)行廠家內(nèi)部預(yù)兼容及診斷測(cè)試 ,還是要進(jìn)行第三方的認(rèn)證測(cè)試;其次要明確被測(cè)對(duì)象可能占據(jù)的最大空間、 試驗(yàn)室主要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、自身的資金狀況以及將來可能的擴(kuò)展升級(jí)需求等因素 ,由此選擇一個(gè)合適可行的試驗(yàn)場(chǎng)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(gè)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(chǎng)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(duì)他們采用的屏蔽板及其連接方式進(jìn)行詳細(xì)了解和比較 ,并結(jié)合實(shí)際的施工周期等要求進(jìn)行選擇。

2 母體建筑及基礎(chǔ)設(shè)施

建設(shè)一個(gè) EMC 實(shí)驗(yàn)室是一項(xiàng)系統(tǒng)工程 ,它遵循科學(xué)的設(shè)計(jì)接口關(guān)系：測(cè)試設(shè)備 →半電波暗室 →母體建筑設(shè)計(jì)。對(duì)具體工程的實(shí)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(cè)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(jì)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(cè)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(fù)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(tái)需要裝設(shè)在一定深度的混凝土凹坑中 ,地勢(shì)較低 ,必須作好防水處理。在開始安裝暗室前 ,對(duì)承載地面一般還有比較高的殘留濕度要求 ,對(duì)每一個(gè)試驗(yàn)室還要提供接地電阻很低的接地點(diǎn)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(guó)內(nèi)建筑公司對(duì)其中的一些要求基本上沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn) ,所以盡量讓土建設(shè)計(jì)單位、施工單位和暗室廠商進(jìn)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)10米法半電波暗室還是標(biāo)準(zhǔn)3米法半電波暗室或是根據(jù)你的場(chǎng)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(zhǎng)、寬、高尺寸是多少，它們建造在暗室的哪個(gè)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(dòng)、氣動(dòng)和手動(dòng)三種。你要根據(jù)你將來的被測(cè)設(shè)備和人員進(jìn)出方便程度以及屏蔽門的屏蔽性能、耐用性、可靠性、易維護(hù)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(duì)他們選用的屏蔽板及屏蔽板之間的連接方式進(jìn)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(dá)到的具體的屏蔽性能指標(biāo)(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(duì)磁場(chǎng)、電場(chǎng)、平面波、微波的屏蔽性能指標(biāo)。

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(hào)(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(zhǎng)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?cè)诎凳抑械匿佋O(shè)方式和鋪設(shè)位置及作用。

6.電源線和信號(hào)線濾波器。考慮好暗室將來要使用的電源類型和它們的最大功率，如測(cè)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(cè)試和受試設(shè)備，它們的數(shù)量是多少，是否有特殊的測(cè)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(zhǔn)備好這些電源線和信號(hào)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(jìn)行連接。注意波導(dǎo)通風(fēng)窗的頻段設(shè)計(jì)，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(jìn)行安裝的端子或信號(hào)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(cè)試設(shè)備供應(yīng)廠商一起進(jìn)行商討來決定。

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

9.暗室內(nèi)的自動(dòng)化裝置。暗室內(nèi)的自動(dòng)化裝置包括天線升降塔、轉(zhuǎn)臺(tái)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及可對(duì)它們進(jìn)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(hào)及是否有安裝天線的適配器，是否受到測(cè)試設(shè)備的支持(即與它相連接的測(cè)試設(shè)備的測(cè)試軟件是否有支持它的驅(qū)動(dòng)程序);轉(zhuǎn)臺(tái)同樣應(yīng)該受到測(cè)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(tái)的尺寸及承載能力，同時(shí)要考慮轉(zhuǎn)臺(tái)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(jī)和安放在控制室內(nèi)的監(jiān)視器，可根據(jù)實(shí)際使用情況來選擇攝像機(jī)和監(jiān)視器的數(shù)量，攝象機(jī)要選擇可在寬的頻率范圍和高的場(chǎng)強(qiáng)下正常工作且不會(huì)產(chǎn)生射頻干擾信號(hào)的機(jī)種，并將其安裝在無飯射區(qū)域。

10.暗室的性能測(cè)試和保修培訓(xùn)。由于暗室不僅適用于EMC中的EMI測(cè)試，還可用于EMS中的輻射抗擾度測(cè)試。因此，暗室的性能檢測(cè)要包括暗室屏蔽體建成后的屏蔽性能測(cè)試和暗室全部建造完成后的場(chǎng)地衰減測(cè)試和場(chǎng)均勻測(cè)試。這些測(cè)試要根據(jù)合同要求和國(guó)際上暗室建造驗(yàn)收的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。要選擇有知名度的和經(jīng)過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)可的測(cè)試機(jī)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(jìn)合同中去。

4 本電磁兼容實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)及功能

國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心電磁兼容實(shí)驗(yàn)室主要由半電波暗室、 傳導(dǎo)測(cè)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(zhǎng) 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(tái)和0. 8~4 m的自動(dòng)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(tái)上方位置的測(cè)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(dòng)固定裝置和冷卻風(fēng)機(jī)?？赏瓿善囌嚰捌潆娮恿悴考?、摩托車整車及其電子零部件等的輻射和傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試、輻射和傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試以及整車靜電放電測(cè)試。

傳導(dǎo)測(cè)試屏蔽室的尺寸為長(zhǎng) 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(xiàng)目的測(cè)試以外 ,還可以完成家用電器、 電動(dòng)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(chǎng)等項(xiàng)目的測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)室所有項(xiàng)目都通過了國(guó)外第三方測(cè)試 ,各項(xiàng)指標(biāo)均大大優(yōu)于相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求。實(shí)驗(yàn)室的配置和性能均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平 ,為以汽車、摩托車整車及其零部件為主的多種機(jī)電產(chǎn)品的 EMC性能提供了理想的測(cè)試環(huán)境。