武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 1微波暗室简介质检张凯 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 21.微波暗室的产生及用途2.微波暗室的构成3.衡量微波暗室的关键特性及指标4.构建微波暗室需满足的标准主要内容 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 31.微波暗室的产生及用途关于EMCEMC是电磁兼容性的缩写(ElectromagneticCompatibility)EMC就是指某电子设备正常工作时既不干扰其它设备，同时也不受其它电子设备的影响。电磁兼容性和我们所熟悉的安全性一样，是产品质量最重要的指标之一。安全性涉及人身和财产，而电磁兼容性则涉及人身和环境保护。在我们的日常生活中经常会遇到这样一些情况，在我们正常收听广播或收看电视节目的时候如果户外有汽车驶过，很容易造成收听或收看质量下降，还有当我们在家玩电子游戏机时，常常造成邻居家电视机的某些频道无法正常收看；同样邻居家在玩游戏机时也会影响自家电视机的接收效果。这样的例子足以说明，在我们日常生活的空间确实存在着另外一种环境污染电磁污染。可以这样说，凡有电、有开关的设备均会产生电磁干扰。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 4从基础电磁场理论我们可以知道，电子设备在工作时，会通过自身的电子电路和外接线缆，向外部空间辐射电磁波，同时该电子设备也会受到外部空间的电磁波的干扰（EMI），进而影响电子设备的信号传输，造成响应失真，严重者将影响正常工作。因此，研究EMC问题是很有意义的。为了保证研究结果的准确性，选择一个良好的环境场所是必须的，在这种情况下，就产生了屏蔽外界电磁干扰的屏蔽室。见下图。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 5干扰信号无法穿透钢板屏蔽室干扰信号无法穿透钢板屏蔽室屏蔽室屏蔽室 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 6对于一个空间内部六面均采用全金属材料制作的封闭立方区域，外界电磁波无法穿过，同时内部电磁波也无法辐射出去，在不计边缘泄露的情况下，就是一个典型的屏蔽室。在这种环境下，研究电子设备的辐射电磁情况，不会受到外界干扰，那么就可以得到一个相对准确的结果。因此，结果是可信的。在EMC测试中，屏蔽室能提供环境电平低而恒定的电磁环境，它为测量精度的提高，测量的可靠性和重复性的改善带来了较大的益处。但是由于被测设备在屏蔽室中产生的干扰信号通过屏蔽室的六个面产生无规则的漫反射，特别是在辐射发射测量和辐射敏感度测量中表现更严重，导致在屏蔽室内形成驻波而产生较大的测量误差。目前国内生产的屏蔽室的屏蔽效能在10kz10GHz频率范围内一般能大于100dB。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 7由于屏蔽室的这种特点，在研究专门用于产生和接收电磁波的天线时，带来了很多电磁干扰，不利于分析天线性能指标：研究天线的发射信号或者接收信号时，我们所希望的是，空间只存在天线本身辐射的电磁波。因此，我们希望存在这样一种环境：辐射来的电磁波，“来了别想走”；辐射出去的电磁波，“走了别回来”。基于这种想法，就产生了微波暗室，或者叫微波暗室。专门用于天线的研究和设计。1-1什么是微波暗室在屏蔽室内的各金属面上，增加一层专门用于吸收电磁波的特殊物质，就变成了微波暗室。微波暗室是电磁兼容（EMC）试验、测试的关键装备和理想场地，微波暗室又称微波暗室、无反射屏蔽室等。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 81-2微波暗室的结构特点微波暗室的结构从外到内分为3层，最外层是金属屏蔽层，起到隔离空间电磁波的作用；中间一层是铁氧体吸波材料，主要吸收低频段的电磁波；最里层为聚合物泡沫吸波材料，吸收低频至高频所有频率。其中几百毫米长的尖劈可吸收2-3GHz以下的电磁波，一百多毫米长的尖劈可吸收高大40GHz的电磁波。微波暗室的屏蔽性能在18GHz时仍可衰减几十分贝。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 93.衡量微波暗室的关键特性及指标微波暗室一般用以下几个指标来衡量：A.静区B.传输损耗C.归一化场地衰减D.场均匀性 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 10A.静区概念：微波暗室中，由于各面都存在吸波材料,因而减少了电磁波的墙壁反射,在暗室内部某一区域形成一个接近“自由空间”的无回波区,我们将其称之为“静区”作用：静区是微波暗室内受反射干扰最弱的区域，也是放置被测设备和接收天线(发射天线)的最佳位置。暗室静区范围的大小与暗室的形状、大小、结构、工作频率、所用吸波材料的电性能、静区所要求的静区静度、静区的形状等有关。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 11 暗室静区静度是暗室性能的重要指标之一，它定义为在静区各壁反射能量总和与直达波能量之比。暗室静区静度决定了暗室性能的好坏，它与作为暗室主体的屏蔽室反射路径损耗、暗室内壁所敷设吸波材料的吸收性能等因素有关。 特定频率的静区范围与静区静度相对应，测试精度要求越高、静区静度需求越大，则静区范围越小，反之，也可放宽静区范围。国内外对半波暗室中静区大小的计算还没有成熟的方案，但可以依据电磁场的几何绕射理沦、反射理论推导出暗室内不同频率下静区静度与材料性质和材料形状的关系，并依此反推一定静区静度要求下的静区范围和测试频率范围。在规则矩形体半波暗室中，静区中心应是暗室的焦点，被测设备与接收天线应分别置于暗室的两个焦点上。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 12研究静区的意义：目前,国内外主要利用微波暗室测量被测试体的性能,技术指标,而没有考虑一定形状微波暗室中静区空间的大小,若将一定形状微波暗室中静区大小计算出来,就可以根据被测体性能指标所需空间大小,反过来推算微波暗室的尺寸.这样,对于那些专门从事某一固定测试体实验工作者来说,所建的微波暗室的设计就可以最大限度被利用,从而可以大大地节省人力,物力和财力.因此,很有必要对静区大小进行理论上的探讨. 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 13理论研究：1计算模型设计设计思路:为求长方体微波暗室内静区的大小,总体思路是这样的:在内壁铺设尖劈形吸波材料的长方体微波暗室内的A点发射电磁波,这一球面电磁波分三部分到达B点:一部分是直接由A点传到B点,由于AB间距离很大,所以到达B点的电磁波在能量上有一部分衰减,在相位上有些改变.第二部分是由A点发射的电磁波经过各尖劈反射,其中一部分在反射过程中被吸波材料制成的尖劈吸收掉,另一部分反射到B点.此时的能量发生衰减,相位也有改变.第三部分是由A点发射的电磁波经各尖劈顶点发生绕射,最终绕射电磁波达到B,这样,B点总电磁波是由上述三种叠加而成的. 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 14通过对上述三种方式叠加的计算,求出满足的点的轨迹,即构成微波暗室内静区的大小.2一维场计算2.1电磁波在两尖劈间的反射假设电磁波由A点发出,经第M个尖劈反射到第M-1个尖劈上,经第M-1尖劈的反射传到接收点B上.如图1. 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 15图 1 由 A 点发射电磁波经两尖劈间反射到达接收点B 的示意图 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 16设尖劈高度为h,顶角为2,A、B两点相距L,AC距离为a.假设,A点发出电磁波在第M个尖劈DN面H点处发生反射.入射角为i,反射电磁波与第M-1个尖劈DN面的G点发生反射,入射角为,反射波能够达到B点,由于AHN=2i,BGN=2又HGN=90-,GHN=90-iDND=2HGN+GHN+DND=18090-+90-i+2=180i+=2 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 17由于D为第M尖劈顶点CD=m2htgtgADC=AC/CDAC=aAD=AC/sinADCADH=ADC+90-AHD=90-i 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 18又因D为第M-1个尖劈的顶点,故CD=(m-1)2htgtgADC=AC/CD,BAD=ADC 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 19在M尖劈的ND由折射定律，有 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 202=0(-j），1=0由ND面的反射电磁波与第M-1尖劈ND面发生反射，由折射定律 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 21从A点发射电磁波为,经DN面反射后,反射电磁波经GH后到ND面发生反射反射后达到B点,则B点的能量, 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 222.2电磁波在尖劈顶的绕射如图2所示.为微波暗室一部分,A为发射点,B为接收点,A与B相距为L.尖劈顶为2,尖劈高h,底座高为d,A与尖劈顶距离为a,图2由A点发射电磁波经一个尖劈顶点绕射到达接收点B的示意图 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 23假设A、B两点为微波暗室中线上的两点,此处仅考虑A发射电磁波在尖劈顶点发生绕射达到B点的电磁波设A发电磁波经D点绕射,D与C距离为第m个尖劈顶距A点的水平距离.CD=m2htg 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 24BAD=ADCA到B点电磁波的过程为A到D的直射D点绕射,D到B的直射(即绕射光线的传播) 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 25D点绕射 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 26静区总场式中,E为静区内总场的场强;Ez为直射时的场强;Er为反射时的场强;Ed为绕射时的场强. 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 27B.传输损耗当不考虑被测设备电场辐射的方向性时，对静区静度的影响因素主要是直射波与反射波之问的程差和相位差引起的衰减，这就是通常所说的传输损耗(路径损耗)。传输损耗引起的衰减对暗室的静区静度指标的贡献较小，通常为26dB.因此需要采取其它抑制反射微波能量的措施。对于半微波暗室而言，为了减少通过金属地板一次反射到达暗室静区内的电磁波能量，一般采取两种方法改进测试条件:通过增加被测设备和接收天线问的距离增加空间损耗以减小地面的反射影响，10米法暗室测试的精度优于3米法就是依此原理，但是建设大型暗室成本很高，在现有暗室条件下一般采用第二种方法：在暗室地面加装吸波材料，变成全微波暗室。一般把铺设吸波材料的地面称为镜区，依靠吸波材料吸收反射波能量，通过增加镜区反射路径损耗达到，减小对测试结果的影响，吸波材料的性能越好，表面反射率越小(绝对值越大)，内部损耗越大，测试误差越小。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 28C.归一化场地衰减（NSA）场地衰减描述的是由发射天线(假想被测电子装置)传到接收天线的直射波和经各面反射后到达接收天线的反射波的能量衰减情况，其中包含天线和测试场地的传输损失。它决定着微波暗室是否满足自由空间的要求。此部分内容需要的先修课程：电磁场与电磁波后续再做讨论。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 29场地衰减的测量原理如下图所示。接收天线在指定高度范围内(10m法时l4m)上下移动，接收发射天线所发电磁波，求得接收电压的最大值。然后将收发电缆直接连接测出直通电压值，将直通值减去天线接收到的最大值，即可求得近似的场地衰减。如前所述，判断建成的微波暗室是否适合作辐射骚扰电磁波的测定，要测量其场地衰减并和理论值进行比较。在CISPR22及ANSIC634中规定用归一化衰减来评估微波暗室的性能，要满足与理论值的偏差小于4dB的必要条件。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 30 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 31D.场均匀性 它代表着在辐射抗扰度试验时，发射天线是否能在EUT周围产生充分均匀的场强。在暗室静区，沿轴移动待测试天线，要求起伏不超2dB；在静区的截面上，横向和上下移动待测天线，要求接收信号起伏不超过0.25 dB。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 32关于吸波材料 吸波材料，其作用把外来的电磁波能量转换为热能，降低反射波的强度，达到隐身或抗干扰的效果。按吸波材料损耗机理可分为：电阻型、电介质型和磁介质型。为了达到最佳的隐身效果，常常把多种吸波材料结合起来，构成复合型吸波材料，广泛用于雷达、航天、微波通讯及电子对抗、电子兼容的吸收屏蔽等领域。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 334.构建微波暗室需满足的标准微波暗室总体技术指标要求所有进行验收测试系统中设备需符合CISPR16 标准要求。在屏蔽室建设完成，安装吸波材料或其他装修前，完成屏蔽效能的测试。在整个微波暗室完成后，完归一化场地衰减NSA、场地均匀性和背景噪声测试。所有以上四项测试须由认可的第三方进行。微波暗室应满足以下指标：1)归一化场地衰减NSA 3M法暗室可确保在直径为2M的静区内从30MHz 至1GHz 测量的归一化位衰减(NSA、Normalized site Attenuation)与理论值偏差不超过（标准要求），符合， CISPR16， EN50147-2 的要求。2 ) 传输损耗TL3M法暗室可确保在直径为2M的静区内从1GHzHz 至18GHz 测量的传输损耗与理论值偏差不超过（标准要求），符合， CISPR16， EN50147-2 的要求。 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 343) 场地均匀度3M 法暗室必须符合从80MHz 至2GHz 频率范围内测试区的场地均匀性达到(0，+6dB)的要求，符合1EC6100043 和EN61000-4-3 的要求。4) 屏蔽效能3M 法暗室及屏蔽控制室必须按照EN50147-1 进行测试，屏蔽效能至少能满足如下要求： 频率 屏蔽效能10KHz150KHz 70dB150KHz 1MHz 100dB1MHz1000MHz 110dB1GHz18GHz 100dB 武汉虹信通信技术有限责任公司 质检培训教材 35 以上只是对微波暗室的简单介绍，具体针对指标特性的每一块，均有相关人员和专家进行过详细深入的理论分析和大量的实际研究，如有兴趣，可以专门查找相关资料。