EMC实验室规划与设计(正式版)

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。1EMC实验室总体布局设计1.1EMC实验室的组成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。1.2设备尺寸表1为EMC实验室典型测试设备的外形尺寸。1.3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0.6m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，下层与四壁连成屏蔽壳体，上层为暗室的导电地平面，两层间隔0.3m，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0.8m,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10mΩ)。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0.3m宽2m深0.8m的台面上，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換窗与控制室相通。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。1.4电气连接1.4.1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1.7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減值減到最小，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RE测量的信号连接。在按军标测量时,天线高EUT1m远；按民标测量时，EUT横向尺寸1.2m时采用3m法，天线高EUT3m远，当EUT横向尺寸1.2m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1.7节。1.4.2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。1.5转台在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。1.5.1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。1.5.2转台结构图16是一种转台的结构示意图。1.6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1.2m以下的多为旋轴式，2m以上宽度的多为平移直插式，宽度在1.2m-2m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(极少情況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1.7.1.2传导测试室信号通道明细表1.7.1.3控制室信号通道明细表1.7.1.4功放室信号通道明细表1.7.2转接窗设计1.7.2.1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。1.7.2.2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：其外形如图25。1.7.2.3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:1.7.3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。1.7.4信号线贯通箱不少场合希望信号线缆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2.1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，要求在EUT所在处垂直面上场(75%采样点)的不均匀度小于0~6dB。频率范围上，军标对吸波材料的低端是80MHz，民标对RE的NSA要求低端是30MHz，RS的场均匀度要求低端是26MHz。国此，总的说来