电磁兼容(EMC)暗室规划

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电磁兼容(EMC)暗室规划
摘要 本文涉及电波暗室的种类，EMC暗室适用的标准，在建造EMC暗室时，要考虑的几个方面，以及标准EMC暗室尺寸举例。
关键词 暗室种类 标准 规划 引 言 随着电磁兼容技术的日益普及以及电磁兼容规范、标准的制定和强制化执行，不论是科研院所大专院校或公司企业，对EMC暗室的需求越来越多。要充分利用好有限的资金，建成满足使用要求和目的的EMC实验室，本文从以下几个方面予以阐述。
一、电波暗室 为了减少反射而在其内表面上装有射频吸波材料的屏蔽室，称为电波暗室(Anechoic Chamber)，又称射频无反射实验室。
% _7 y. d% L4 k' Q3 o- e(一)按照内表面无反射材料的粘贴方式，暗室可分为： 全电波暗室(Fully anechoic chamber)：内表面全部装有无反射材料的屏蔽室。模拟自由空间的传播环境，主要用于微波天线系统的参数测量。通常用静区，反射率电平，交叉极化度，多路径损耗，幅度均匀性和工作频率等六项指标来表示。 半电波暗室(Semi anechoic chamber)：除有反射的地面(接地平板)之外，其余内表面都装有无反射材料的屏蔽室。主要模拟开阔场地，用于EMC测量和电磁辐射敏感度测量。主要性能指标用归一化场地衰减(NSA)和测试面场均匀性来衡量。 改进型半电波暗室(Modified semi anechoic chamber)：在接地平板上装有附加吸波材料的半电波暗室。
5 i- \6 U" f7 Q1 X! h8 p( O(二)按用途可分成： 天线图(Antenna pattern)实验室：用于测量天线特性。 雷达截面(Radar cross section RCS)测试室：用于测试舰船、飞机、导弹(火箭)、车辆等所载雷达截面。 电磁兼容(EMC)试验室：用于测试评估待测物(EUT)的电磁兼容性，包括各种敏感性，辐射发射等实验。 电子战(对抗)(Electronic warfare)试验室：模拟实战电磁干扰情况下装备系统的工作状况。
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) j+ s: h1 \& V  u$ Q3 b(三)按形状可分成： 矩形电波暗室(Rectangular chamber)：通常暗室的高度和宽度是长度的1/3至1/2之间，最大静区尺寸限制在最小矩形尺寸(高或低频宽)的1/3。 锥型电波暗室(Tapered chamber)：它克服了矩形电波暗室低频(1GHz以下)性能较差的问题，常用来试验或测量卫星通信以及整个卫星。工作频率通常在(200MHz－IGHz)。 除了以上所列暗室，还有一种车载电波暗室。
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二、EMC暗室适用的标准
(一)辐射发射(Radiated emissions) 1　ANSI C63.4－1992 ANSI是American National Standards Institute的缩写。 标准名称：Methods of measurement of radio－noise emissions from low－voltage electrical and electronic equipment in the range of 9kHz to 40GHz. 静区内场地衰减(Site attenuation)最大允许值：±4dB(30－1000MHz)。 2　EN55022(1993－12) Limits and methods of measurements of radio disturbance characteristics of information technology equipment.
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6 v# e; A4 `4 i% o  n) o, |(二)辐抗干扰度(Radiated immunity)
# |& V' c% T/ ]' T1　IEC1000－4－3 IEC是International Electrotechnical Commision的缩写。 标准名称：Electromagnetic compatibility (EMC)－Part4:Testing and measurement techniques_section3:Radiated,radio frequency,electromagnetic field immunity test. 场的均匀性(Field uniformity)要求：地板上0.8米高1.5×1.5米区域内，标称值的容差范围是0dB到＋6dB(80MHz－1000MHz)，共12个点(75％)。
2　ENV50140 EN是Europuische Norm的缩写。
7 F" k  N+ C/ h' E/ k标准名称：Basic immunity standard radiated radio－frequency electromagnetic fields.

- V& J& b/ t! L. \(三)其它标准
8 q5 q$ E0 u* K' |+ u* G, w. W6 R1 R1　MIL－STD－461D:requirements for the control of electromagnetic interference emmisions and susceptibility。 MIL－STD－462D：measurement of electromagnetic interference characteristics.
; C0 C0 F4 K$ j# \( v2　EN50147－1：用作暗室的屏蔽室，其屏蔽性能要求满足： 磁场 10kHz>70dB 100kHz>90dB 1MHz>110dB 电场 100MHz>110dB 微波 1GHz－20GHz>100dB
3　GB12190－90 高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法
' I' g9 P1 n8 [7 V/ t, E- C4　MIL－STD－220A： Method of insertion loss measurement for radio frequency filters. 射频滤波器插入损耗的测量方法。

三、EMC暗室主要规划

(一)EMC暗室的尺寸 EMC暗室中的测试环境要模拟开阔场的传播条件，许多民用产品实验要求的测试距离D为3米或10米，测试场地要求是椭圆形(图1)。待测物和接收天线放在椭圆的二个焦点上，接收天线要求在1米到4米可调。理论上椭圆的长轴(2D)和短轴( D)加上暗室粘贴吸波材料的高度即为暗室的实际长宽尺寸，高度近似于宽度或略低。 但由于暗室的尺寸越大，造价越昂贵，实际上在保证满足实验要求的前提下，选择性能优良的吸波材料，合理调整电波入射角度，则宽度和高度均可减少。考虑实验时存在大功率发射天线，通常天线应距离吸波材料1米以上。 暗室的尺寸确定要以开阔场的要求为依据，还应考虑待测物的几何尺寸以及实际建筑的限制，做到合理设计，优化布置，节约费用。
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: [* R& h2 W/ Z- U9 S(二)屏蔽室 暗室屏蔽室可选用钢板(CO2)气体保护焊接式，或模块组装式结构，屏蔽室除壳体，龙门框架外，包括： 1　屏蔽门 可选用铰链型的手动或电动锁紧屏蔽门，采用不锈铁镀铜刀插入弹簧片密封，尺寸有0.85×2米，1×2米，1.2×2米等。 也可选用移动型的电动或气动密封门，尺寸有1.5×2米，3×3.5米或更大。 2　波导通风窗 采用方形、六角形或园形波导做成的波导通风窗，其性能要与屏蔽性能一致。 3　电源滤波器 用LC元件做成的电源滤波器，用于防止电源中的干扰窜入屏蔽室内，依据MIL－STD－220A标准测试的插入损耗应保证与屏蔽室的屏蔽性能一致。 4　信号接口板 用于转接暗室与控制室之间的测试电缆线。 5　接地与绝缘 暗室应采用单点接地线，联接到专用地网，接地电阻应小于1Ω。暗室屏蔽层及其主体钢结构，地沟等应与基建绝缘，绝缘电阻应大于1MΩ以上。 6　反射接地平板 暗室的金属地板是实验要借助的反射面，应平整无凹凸，整个地面要具有良好的导电连续性。 国内制造屏蔽室的水平基本上与国外同种产品的水平相当，且价格比国外便宜很多。

(三)吸波材料
吸波材料的选择和合理布置既可以提高暗室的性能，又可以节约费用。泡沫角锥材料的反射值与材料厚度和测试频率有关，材料越厚，频率越高，反射值越大。通常吸波材料的厚度要求大于入射波长的1/4。如在30MHz频率，材料的厚度为2.5米。 吸波材料的布置应根据菲涅耳原理来计算不同反射区的尺寸和形状，在不同反射区选用不同厚度的吸波材料。 近几年新发展起来的泡沫铁氧体复合型吸波材料是一种超宽带的材料，它以使暗室的实际尺寸大大减少，最主要是保证30MHz频率段仍有较大的反射值。
# Q: m6 {4 J4 e1　吸波材料可以分为四种：
(1)泡沫角锥(聚氨基甲酸乙酯)塑料(Pyramidal urethane) 优点：频带宽，价格低。 缺点：阻燃性差，占用空间大，性能随时间延续而下降。
(2)铁氧体瓦块(Ferrite tile) 优点：低频性能好且性能不随时间而变化，不易燃。 缺点：频带受限制(30－500MHz)，价格贵。
( R- x: ^) q8 b+ ?& c(3)铁氧体格栅(Ferrite grids) 与铁氧体相似，但频带比瓦块宽(30MHz－1200MHz)。
  E% B) X% I9 k(4)泡沫铁氧体复合型(Urethane/ferrite hybrid) 把泡沫角锥与铁氧体的优点结合起来，形成一种超宽带的吸收材料(26MHz－18GHz)。

! Q! s- o( F* d5 ~0 i2　四种产品的反射值比较：
* s+ `5 ~# B, y3　主要厂家或公司网址
/ i7 S) k# J, O5 t/ t4 v! V8 X南京市紫金山天文台电子新技术开发公司 大连中山化工厂 美国AEMI公司
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. h" B; \; h9 H; x6 I2 P(四)转台位置控制器和天线塔
% u, x8 ]. J4 i1　转台(tumtable) 转台有手动的，也有电动的；有木制台面的，也有金属台面的。根据承重不同，又有轻型，中型和重型之分。 转台进直径从1.22米到6.0米，承重从455Kg到9072Kg，有多种规格可以选择。
2　位置控制器(Positioning controller) 主要用来调节天线高度和转台转角，采用光纤信号线，通过IEEE－488接口由控制室的计算机来控制测试位置。
) {9 }- {- l  S0 C1 e# s8 W3　天线塔(Antenna tower) 标准天线塔有4米或6米可调二种，供测试天线上、下移动使用。 转台、位置控制器、天线塔的性能参数可访问：www.emctest.con

2 C( ]4 [6 S7 X; t* x" o(五)CCTV监视系统 暗室内一般要求设置CCTV监视系统(CCTV Monitoring system)，在做EMC实验时，监视系统要能正常工作，不受电磁场的影响，显然抗干扰性强的监视系统，价格比较昴贵。 如：抗电磁场200V/M的监视系统，价格约12900－16000USD。 抗电磁场30V/M的监视系统，价格约5700－6000USD。
(六)实验室认证 建成后的EMC暗室要取得国际和国内权威机构认可，必须请专门的认证机构来对实验室进行评估和测试，最终出具有关机构认可的报告，获得相应证书。 认证测试包括： GB12190屏蔽室屏蔽效能测试 ANSI C63.4归一化场地衰减(NSA)测试 IEC1000－4－3测试面场均匀性测试
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' V: O5 Q$ Q* y+ F* K, B中国工程技术广东信息网提供 作者: 郭国平