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建立半電波暗室應(yīng)注意的幾個(gè)問題？（二）
日期：2025-04-03 19:44
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摘要： 在SAC中，目前有兩種廣泛應(yīng)用的寬帶電磁吸收材料，根據(jù)它們的工作機(jī)理被區(qū)分為：吸收磁場輻射的鐵氧體和吸收電場輻射的加碳泡沫?；旌闲筒馁|(zhì)由這兩種材料組成。當(dāng)然，還有一些特別的設(shè)計(jì)，但沒有被廣泛使用。表2給出一些典型吸波材料的設(shè)計(jì)以及它們的特性。泡沫型的吸波材料大多制成錐型，而混合型則制成尖劈形狀。鐵氧體貼片一般安裝在不導(dǎo)電的墻上（通常為膠合板），這樣貼片的高頻的性能得以提高。 寬帶EMC吸波材料的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要在低頻和高頻性能、尺寸和工程造價(jià)上權(quán)衡與協(xié)調(diào)。通常，制造者在設(shè)計(jì)吸波材料時(shí)常...
在SAC中，目前有兩種廣泛應(yīng)用的寬帶電磁吸收材料，根據(jù)它們的工作機(jī)理被區(qū)分為：吸收磁場輻射的鐵氧體和吸收電場輻射的加碳泡沫?；旌闲筒馁|(zhì)由這兩種材料組成。當(dāng)然，還有一些特別的設(shè)計(jì)，但沒有被廣泛使用。表2給出一些典型吸波材料的設(shè)計(jì)以及它們的特性。泡沫型的吸波材料大多制成錐型，而混合型則制成尖劈形狀。鐵氧體貼片一般安裝在不導(dǎo)電的墻上（通常為膠合板），這樣貼片的高頻的性能得以提高。 寬帶EMC吸波材料的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要在低頻和高頻性能、尺寸和工程造價(jià)上權(quán)衡與協(xié)調(diào)。通常，制造者在設(shè)計(jì)吸波材料時(shí)常用嘗試法，通過設(shè)計(jì)，嘗試反復(fù)的過程進(jìn)行工作。為了加速設(shè)計(jì)過程，并使其經(jīng)濟(jì)，許多制造者采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，吸收材料的制造和測量姑且不用管，只需先進(jìn)設(shè)計(jì)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。如果**的模型得以使用，大量的吸波材料的參數(shù)得以確定，無論是用大量的反復(fù)嘗試的設(shè)計(jì)方法，還是采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，都可以生產(chǎn)出上等的吸波材料。 大多廠商說明吸波材料的性能時(shí)，只考慮垂直入射的情況。這是一個(gè)優(yōu)化的數(shù)據(jù)，只與吸波材料對(duì)直接垂直入射的性能都很好。但在SAC中效慮斜射的情況比垂直更為重要。隨著入射到屏蔽室表面的波的衰減有關(guān)系。大多數(shù)吸波材料對(duì)于垂直入射的性能都很好。但在SAC中考慮斜射的情況比垂直更為重要。隨著入射角度的增加，吸波材料性能明顯降低。所以，在設(shè)計(jì)電波暗室時(shí)這是一個(gè)重要的因素。 在SAC中，吸波材料的性能不僅僅由吸波材料的基本設(shè)計(jì)性能來決定。吸波材料的安裝質(zhì)量也起著很大的作用。特別是鐵氧體，無論是否采用混合型的設(shè)計(jì)與否，都會(huì)由于安裝不當(dāng)而導(dǎo)致性能的降低。由于單個(gè)鐵氧全貼片的尺寸的限制，在兩塊挨近的貼片間存在著小氣縫。這些小氣縫如同磁阻一樣，減小了貼片之間磁能量的連續(xù)性，因此降低了吸收效果。在細(xì)心安裝的情況下，單個(gè)氣縫會(huì)小于幾十分之一毫米寬。大的氣縫會(huì)導(dǎo)致入射小的衰減有相當(dāng)大的降低，因此允許屏蔽室的墻上的某些特殊部位有較大的反射。在吸波材料和電波暗室的設(shè)計(jì)中，必須考慮所謂的氣縫效應(yīng)，因?yàn)樵趯?shí)際安裝中氣縫常常遇到。即使一個(gè)小氣縫都會(huì)降低鐵氧體貼片的性能，使實(shí)際水平低于理論水平。 吸波材料的測量是確認(rèn)它們性能的重要一環(huán)。由于SAC的低頻性能要求嚴(yán)格，吸波材料要確認(rèn)下限到30MHz的性能。從150MHz到30MHz或更低可以用同軸波導(dǎo)測量。在高頻段，可以使用其他類型波導(dǎo)（100MHz及以上）和自由空間的方式（高于800MHz）進(jìn)行測試。
4、電波暗室設(shè)計(jì)技術(shù) 為了建造符合場地衰減要求的SAC，測量到的歸一化場地衰減數(shù)值與理想開闊場（依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ANSIC63.4－1992）的理想值的差值應(yīng)小于4dB。這項(xiàng)指標(biāo)面臨著許多挑戰(zhàn)，特別在低頻段，吸波材料的電場尺寸很小，而且電磁性能很差。所以，在電波暗室建造之前，需要用數(shù)字仿真，以確認(rèn)和優(yōu)化電波暗室的設(shè)計(jì)。制造者可以選擇嘗試方法來設(shè)計(jì)，但這會(huì)消耗許多時(shí)間和成本。數(shù)字仿真，通過與已建造的暗室的性能測量數(shù)據(jù)的修正相結(jié)合，是今天的電波暗室的設(shè)計(jì)者的一種有效的設(shè)計(jì)工具。 在工作頻率范圍的中段和高段，入射到吸波材料的電磁波可以被認(rèn)為是平面波。在這種情況下，利用射線跟蹤的方法來模擬電波暗室的性能，會(huì)得到一個(gè)可信的有關(guān)電波暗室性能的推算。而對(duì)于低頻情況，平面波的假設(shè)不再有效。 對(duì)于低頻范圍，有關(guān)電波暗室的性能模型有兩種方法：一種是對(duì)高頻情況下的射線跟蹤技術(shù)的模擬，另一種是對(duì)裝有吸波材料的屏蔽室進(jìn)行三維情況下的麥克斯韋方程的解算。在射線跟蹤的情況下，由于吸波材料的低頻性能以及電波暗室的尺寸，必須考慮多重反射。由于低頻段的吸波材料的測試數(shù)據(jù)在任意角度入射要比垂直情況難以測量，所以數(shù)字仿真數(shù)據(jù)常被使用。要注意的是這種模擬的吸波材料性能數(shù)據(jù)與垂直入射的測量數(shù)據(jù)緊密相關(guān)，以避免在電波暗室仿真中的系統(tǒng)誤差。在多級(jí)射線跟蹤模型中，測量的10m電波暗室的性能模擬要比3m電波暗室的好，這是由于在10m電波暗室中電空間足夠大，采用的吸波材料體積大，低段性能好。 由于求解三維麥克斯韋方程是一項(xiàng)深入細(xì)致的計(jì)算任務(wù)，所以通常使用有限元法或有限差分法。這些方法是將需要運(yùn)算的空間分成離散的單元，以便使用麥克斯韋方程進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)于低頻段的情況，吸波材料近似為低頻薄層，可以減輕計(jì)算的難度。然而，這種算法的**性很大程度依靠吸波材料模型的使用，吸波材料性能的測試和大量的數(shù)據(jù)。在理論上，這種方法比射線跟蹤法**、可靠。然而，與多級(jí)射線技術(shù)相比，吸波材料的安裝和電波暗室測量的限制導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)過程中的不確定性，同時(shí)也使實(shí)際設(shè)計(jì)的精度有所限制。
5、試驗(yàn)室的建造 在以上的幾個(gè)部分，我們對(duì)幾個(gè)主要問題進(jìn)行了介紹，包括SAC的設(shè)計(jì)、屏蔽效能、吸波材料和電波暗室模型。這一部分集中討論這些方面的整體實(shí)施。 多級(jí)反射射線跟蹤方法具在方便計(jì)算的優(yōu)勢。應(yīng)用這種技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以從眾多的設(shè)計(jì)草案中選取優(yōu)化設(shè)計(jì)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師可以通過分析整理數(shù)據(jù)來保證電波暗室的性能，而不用考慮模型化技術(shù)的固有限制。
在建造EMC測試試驗(yàn)室時(shí)，需要相當(dāng)大的空間來容納電波暗室和相關(guān)的設(shè)備。典型的設(shè)計(jì)尺寸如表3。除了表3給出的數(shù)據(jù)，我們還要考慮防火設(shè)施、高架地板、加固屏蔽室的使其能夠負(fù)荷吸波材料的質(zhì)量、保證其完整性的鋼結(jié)構(gòu)。
表3 半波暗室參數(shù)
在SAC以及相關(guān)設(shè)備建造結(jié)束后，要驗(yàn)證其性能，以證實(shí)用SAC替代理想的OATS是可行的。在民有EMC設(shè)施中，SAC性能測試依照標(biāo)準(zhǔn)ANSIC63.4－1992、CISPR22或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所描述的替代場方法。這些測試程序是通過比較電波暗室與OATS的場地衰減來證實(shí)電波暗室的性能的。場地衰減是按照標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于替代場所描述的理論，測量位于轉(zhuǎn)臺(tái)上一個(gè)靜止的圍繞EUT的區(qū)域。這個(gè)測試程序的頻率范圍是根據(jù)輻射發(fā)射對(duì)EUT測試的要求確定的。在*初的驗(yàn)證確定后，SAC 的操作應(yīng)建立在每年的驗(yàn)證基礎(chǔ)上。 SAC的性能依靠許多因素，其一是吸波材料的安裝。鐵氧體貼片的氣縫效應(yīng)要格外注意，特別是在門和其他穿孔的地方，那里的吸波材料是不連續(xù)的。門、接口板和窗的安排也要小心。注意不要在吸波材料不連續(xù)的地方引起性能問題，不要出現(xiàn)未經(jīng)處理的反射物質(zhì)引起的寄生的反射和發(fā)射。另外，地板要非常平，轉(zhuǎn)臺(tái)周圍要保證電連續(xù)性。驗(yàn)證電波暗室時(shí)，天線系數(shù)起著嚴(yán)格的作用。另外，時(shí)間久了，吸波材料、尤其是尖劈泡沫會(huì)傾斜，在性能上影響較小，但有些負(fù)面的效應(yīng)。 一個(gè)重要的問題是選擇吸波材料或暗室的制造者時(shí)一定要有質(zhì)量控制。由于吸波材料性能是 SAC的電磁性能中*重要的因素，要注意制造商能否保證工廠里生產(chǎn)的每一批吸波材料的性能都是一致的。*好要有一個(gè)質(zhì)量控制程序，以保證每一批吸波材料的電磁性能都在低頻范圍內(nèi)進(jìn)行嚴(yán)格的檢測。而且，電波暗室的性能與吸波材料的安裝質(zhì)量相關(guān)，所以，在安裝中安排有經(jīng)驗(yàn)的人員控制質(zhì)量是必須遵循的。 一般來說，EMC測試設(shè)備不僅僅是SAC。按預(yù)算和實(shí)驗(yàn)的需要，可以增加屏蔽的控制室和實(shí)驗(yàn)室，同樣可增加測量抗擾度的全電波暗室和預(yù)測試電波暗室。*低限度，要有足夠的空間來容納測試設(shè)備和測試人員。
6、總結(jié) 本文談到建造SAC中的概況，但它不能完全涉及到建造SAC的所有問題。一些重要的問題，如防火**和結(jié)構(gòu)完整性都需要進(jìn)一步研究?？傊ㄔ霺AC不是一項(xiàng)簡單的任務(wù)，有大量的因素影響SAC的電磁性能能和功能。特別對(duì)于全適應(yīng)電波暗室，對(duì)于3m或10m的測試距離，質(zhì)量控制、設(shè)計(jì)能力和已有工作業(yè)績都在選擇電波暗室生產(chǎn)家方面起著重要的作用。而且，成功的操作EMC設(shè)備與測試附屬設(shè)備（轉(zhuǎn)臺(tái)、天線桿、天線、電纜）和測量儀器的使用有關(guān)，同時(shí)，試驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)也很重要。
4、電波暗室設(shè)計(jì)技術(shù) 為了建造符合場地衰減要求的SAC，測量到的歸一化場地衰減數(shù)值與理想開闊場（依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ANSIC63.4－1992）的理想值的差值應(yīng)小于4dB。這項(xiàng)指標(biāo)面臨著許多挑戰(zhàn)，特別在低頻段，吸波材料的電場尺寸很小，而且電磁性能很差。所以，在電波暗室建造之前，需要用數(shù)字仿真，以確認(rèn)和優(yōu)化電波暗室的設(shè)計(jì)。制造者可以選擇嘗試方法來設(shè)計(jì)，但這會(huì)消耗許多時(shí)間和成本。數(shù)字仿真，通過與已建造的暗室的性能測量數(shù)據(jù)的修正相結(jié)合，是今天的電波暗室的設(shè)計(jì)者的一種有效的設(shè)計(jì)工具。 在工作頻率范圍的中段和高段，入射到吸波材料的電磁波可以被認(rèn)為是平面波。在這種情況下，利用射線跟蹤的方法來模擬電波暗室的性能，會(huì)得到一個(gè)可信的有關(guān)電波暗室性能的推算。而對(duì)于低頻情況，平面波的假設(shè)不再有效。 對(duì)于低頻范圍，有關(guān)電波暗室的性能模型有兩種方法：一種是對(duì)高頻情況下的射線跟蹤技術(shù)的模擬，另一種是對(duì)裝有吸波材料的屏蔽室進(jìn)行三維情況下的麥克斯韋方程的解算。在射線跟蹤的情況下，由于吸波材料的低頻性能以及電波暗室的尺寸，必須考慮多重反射。由于低頻段的吸波材料的測試數(shù)據(jù)在任意角度入射要比垂直情況難以測量，所以數(shù)字仿真數(shù)據(jù)常被使用。要注意的是這種模擬的吸波材料性能數(shù)據(jù)與垂直入射的測量數(shù)據(jù)緊密相關(guān)，以避免在電波暗室仿真中的系統(tǒng)誤差。在多級(jí)射線跟蹤模型中，測量的10m電波暗室的性能模擬要比3m電波暗室的好，這是由于在10m電波暗室中電空間足夠大，采用的吸波材料體積大，低段性能好。 由于求解三維麥克斯韋方程是一項(xiàng)深入細(xì)致的計(jì)算任務(wù)，所以通常使用有限元法或有限差分法。這些方法是將需要運(yùn)算的空間分成離散的單元，以便使用麥克斯韋方程進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)于低頻段的情況，吸波材料近似為低頻薄層，可以減輕計(jì)算的難度。然而，這種算法的**性很大程度依靠吸波材料模型的使用，吸波材料性能的測試和大量的數(shù)據(jù)。在理論上，這種方法比射線跟蹤法**、可靠。然而，與多級(jí)射線技術(shù)相比，吸波材料的安裝和電波暗室測量的限制導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)過程中的不確定性，同時(shí)也使實(shí)際設(shè)計(jì)的精度有所限制。
5、試驗(yàn)室的建造 在以上的幾個(gè)部分，我們對(duì)幾個(gè)主要問題進(jìn)行了介紹，包括SAC的設(shè)計(jì)、屏蔽效能、吸波材料和電波暗室模型。這一部分集中討論這些方面的整體實(shí)施。 多級(jí)反射射線跟蹤方法具在方便計(jì)算的優(yōu)勢。應(yīng)用這種技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以從眾多的設(shè)計(jì)草案中選取優(yōu)化設(shè)計(jì)。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師可以通過分析整理數(shù)據(jù)來保證電波暗室的性能，而不用考慮模型化技術(shù)的固有限制。
在建造EMC測試試驗(yàn)室時(shí)，需要相當(dāng)大的空間來容納電波暗室和相關(guān)的設(shè)備。典型的設(shè)計(jì)尺寸如表3。除了表3給出的數(shù)據(jù)，我們還要考慮防火設(shè)施、高架地板、加固屏蔽室的使其能夠負(fù)荷吸波材料的質(zhì)量、保證其完整性的鋼結(jié)構(gòu)。
表3 半波暗室參數(shù)
在SAC以及相關(guān)設(shè)備建造結(jié)束后，要驗(yàn)證其性能，以證實(shí)用SAC替代理想的OATS是可行的。在民有EMC設(shè)施中，SAC性能測試依照標(biāo)準(zhǔn)ANSIC63.4－1992、CISPR22或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所描述的替代場方法。這些測試程序是通過比較電波暗室與OATS的場地衰減來證實(shí)電波暗室的性能的。場地衰減是按照標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于替代場所描述的理論，測量位于轉(zhuǎn)臺(tái)上一個(gè)靜止的圍繞EUT的區(qū)域。這個(gè)測試程序的頻率范圍是根據(jù)輻射發(fā)射對(duì)EUT測試的要求確定的。在*初的驗(yàn)證確定后，SAC 的操作應(yīng)建立在每年的驗(yàn)證基礎(chǔ)上。 SAC的性能依靠許多因素，其一是吸波材料的安裝。鐵氧體貼片的氣縫效應(yīng)要格外注意，特別是在門和其他穿孔的地方，那里的吸波材料是不連續(xù)的。門、接口板和窗的安排也要小心。注意不要在吸波材料不連續(xù)的地方引起性能問題，不要出現(xiàn)未經(jīng)處理的反射物質(zhì)引起的寄生的反射和發(fā)射。另外，地板要非常平，轉(zhuǎn)臺(tái)周圍要保證電連續(xù)性。驗(yàn)證電波暗室時(shí)，天線系數(shù)起著嚴(yán)格的作用。另外，時(shí)間久了，吸波材料、尤其是尖劈泡沫會(huì)傾斜，在性能上影響較小，但有些負(fù)面的效應(yīng)。 一個(gè)重要的問題是選擇吸波材料或暗室的制造者時(shí)一定要有質(zhì)量控制。由于吸波材料性能是 SAC的電磁性能中*重要的因素，要注意制造商能否保證工廠里生產(chǎn)的每一批吸波材料的性能都是一致的。*好要有一個(gè)質(zhì)量控制程序，以保證每一批吸波材料的電磁性能都在低頻范圍內(nèi)進(jìn)行嚴(yán)格的檢測。而且，電波暗室的性能與吸波材料的安裝質(zhì)量相關(guān)，所以，在安裝中安排有經(jīng)驗(yàn)的人員控制質(zhì)量是必須遵循的。 一般來說，EMC測試設(shè)備不僅僅是SAC。按預(yù)算和實(shí)驗(yàn)的需要，可以增加屏蔽的控制室和實(shí)驗(yàn)室，同樣可增加測量抗擾度的全電波暗室和預(yù)測試電波暗室。*低限度，要有足夠的空間來容納測試設(shè)備和測試人員。
6、總結(jié) 本文談到建造SAC中的概況，但它不能完全涉及到建造SAC的所有問題。一些重要的問題，如防火**和結(jié)構(gòu)完整性都需要進(jìn)一步研究?？傊ㄔ霺AC不是一項(xiàng)簡單的任務(wù)，有大量的因素影響SAC的電磁性能能和功能。特別對(duì)于全適應(yīng)電波暗室，對(duì)于3m或10m的測試距離，質(zhì)量控制、設(shè)計(jì)能力和已有工作業(yè)績都在選擇電波暗室生產(chǎn)家方面起著重要的作用。而且，成功的操作EMC設(shè)備與測試附屬設(shè)備（轉(zhuǎn)臺(tái)、天線桿、天線、電纜）和測量儀器的使用有關(guān)，同時(shí)，試驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)也很重要。
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