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屏蔽效能測試指南

發布時間:2020-01-20信息來源:國測

屏蔽效能測試指南
如今,嵌入式數字處理芯片幾乎已應用在所有方面:手機,廚房電器,制造設備,磁共振成像(MRI)系統-甚至賀卡。添加物聯網,范圍將爆炸。隨著數字技術的廣泛使用,Wi-Fi,藍牙,蜂窩和其他形式的通信(包括更高頻率的傳輸)得到了極大的擴展。


結果是,無論是在小型的,啟用無線功能的傳感器中還是在豪華轎車中,對技術的逐步使用都可能產生有害干擾。他們都需要進行干擾測試,以確保組織符合法規要求,無論它們是工程組,設計公司,設備制造商,電信公司,醫學成像供應商還是其他組織。


干擾測試意味著使用屏蔽外殼。這些隔離設備在數據安全以及防止對關鍵測量和處理設備的干擾方面也起著重要作用。


就像干擾測試需要射頻外殼一樣,隔離系統又需要自己的測試。本文檔回顧了測試射頻外殼時的一些問題和注意事項。特別重要的是需要評估屏蔽效果并制定外殼符合性測試計劃。


屏蔽外殼的作用
屏蔽罩是法拉第籠或接地的金屬結構。它們都可以防止RF能量進入外殼并泄漏出去。屏蔽外殼的類型包括MRI室,  用于測試實驗室(HEMP或Tempest應用)的外殼,用于無線通信行業的屏蔽外殼或機柜,以及用于高壓行業的大型屏蔽外殼。機箱的大小不一,從小盒子到可以容納飛機一樣大物體的大區域。


小型機箱可能具有全金屬結構。較大的機柜具有更復雜的要求。它們坐在地板上方,在機柜頂部和建筑物的天花板之間有空間。由于外殼的尺寸,固體金屬太昂貴且笨重。相反,他們通常采用金屬網結構。只要網格中的孔相對于頻率波長較小,它們就可以有效地阻止信號。即使某些RF能量確實穿透了外殼壁,也應將其嚴重衰減,以至于任何殘留量都可以忽略不計。

屏蔽外殼在兩個主要方面發揮作用。較大的是合規性測試。美國,歐盟和其他地方的監管機構通過IEEE-299或EN 50147-1等標準對RF信號實施了限制。沒有強制性的限制,各種形式的設備都可能發射任何數量的電磁輻射,并干擾醫療設備,通信系統等的正常運行。


法規遵從性要求對設備發射的信號進行測量并與相關標準進行比較。但是,測試過程面臨挑戰。大多數環境都充滿了廣播電臺,電視,蜂窩,Wi-Fi,衛星傳輸,太陽活動和許多其他來源的射頻能量。屏蔽外殼將測試過程與外界信號干擾隔離開來,使工程師能夠更準確地測量設備信號電平和衰減,以與法規進行比較。


需要屏蔽外殼的其他一般領域是與外界影響的電磁隔離。原因可能是安全性和防止信息丟失或將電子過程與可能的意外干擾隔離開來。


屏蔽效能
屏蔽外殼的隔離效果與阻止RF場向內或向外擴展超出其壁壘的能力一樣好。工程師,設計師和科學家不能將其視為理所當然。


沒有外殼是完美的。根據牛津大學2014年的研究,用于法拉第網狀籠子的傳統數學模型存在缺陷,并且夸大了籠子內部RF場抵消的程度。


外殼結構不可避免的方面會成為射頻場破壞的根源。進入機柜的門在其邊緣周圍具有鉸鏈和空間,可以打開和關閉,從而在屏蔽中產生薄弱點。邊緣和鉸鏈的銅蓋提供了額外的屏蔽。隨著時間的流逝,尤其是在可能遭受大量振動的制造工廠中,覆蓋物可能會松動。


屏蔽外殼經常會出現表面不規則現象,例如穿過的管道或導管或火災報警器。電纜互連允許將籠子內部的電纜連接到外部電纜,可能需要進行修改,以更換其他破壞屏蔽完整性的連接器。通風是另一示例,并且在屏蔽效果方面通常是有問題的。


測試屏蔽外殼
即使沒有更改合規性標準,它們也確實需要定期對外殼進行測試-根據標準,通常每兩年或兩年進行一次測試,以證明它們提供了必要程度的屏蔽效果。理想情況下,足以在整個機箱壁上產生100 dB的衰減。在某些制造商,行業或應用中,60 dB至80 dB之間是可以接受的。


還有其他原因可以測試屏蔽罩的有效性。對機箱或其環境的修改可能表明需要進行測試。除了電纜互連或地震事件外,還有兩個示例可能需要謹慎地重新測試屏蔽效果。電氣方面的產品重新設計,例如提高無線操作的頻率,需要驗證屏蔽對于新設計而言是否能繼續正常工作。


外殼測試的核心是測試計劃。具體細節因使用的排放標準而異。通常,它們涉及測試過程的開發,該過程使用基本測試過程來驗證測試外殼中各個點的屏蔽效果。


基本程序是進行測試的人員在外殼表面的一側設置兩個天線。通常,每個天線都位于距外殼表面邊緣30厘米處,并且尖端對尖端,尖端對邊緣或邊緣對邊緣對齊,因此最大的發射或接收強度指向相對的天線。一個天線連接到發射器,另一根天線連接到接收器。連接到發射機的信號發生器產生已知信號。對接收器信號強度的測量使測試人員可以計算衰減


在測量信號衰減之前,人員必須首先計算動態范圍以確保精確的測量。人員將發射和接收天線及相關設備設置在彼此相距60厘米處,但兩者之間沒有任何東西。然后,他們測量所得的最大信號。僅在接收機工作的情況下進行單獨測量會產生最小信號,這是天線和接收機的地板噪聲,并帶有額外的安全余量(通常為6 dB),以提供誤差余量。使用功率放大器及其額外的信號噪聲將有必要再加上另一個通常為6 dB的因數。


動態范圍是最大和最小信號之間的差。動態范圍的量必須大于外殼屏蔽所需的信號衰減量。否則,衰減不足似乎無非是系統噪聲的掩蓋效應。


該計劃列出了需要測試的機柜的特定點-通常是墻壁,地板,天花板,角落,門,突起和電纜隔板-以及人員將在每個點進行測試的特定頻率和相關的動態范圍。


測試注意事項
天線類
天線設計因其最能響應的頻率而異。測試頻率范圍越廣,所需天線的選擇范圍就越廣。監管標準通常指定要使用的天線。在某些情況下,可能會有選擇。例如,在300 MHz至1 GHz范圍內,標準可能會建議偶極子。相反,對數周期天線可能是更有效的選擇,因為附加增益擴展了動態范圍。任何替代都需要測試計劃中的文檔以及動態范圍的重新計算。


設備
該計劃應指出除了天線,接收器和傳輸設備以外,還需要哪些設備。當測試設置的動態范圍不足時,這將包括放大器和前置放大器。電纜長度的規格很重要。電纜太長會增加衰減并降低動態范圍。但是電纜必須足夠長才能到達機柜的頂部和底部。


天線的三腳架必須是不反射的。其他設備可能包括在房間內移動的滾動推車,延長線和各種常規工具。


典型的錯誤和遺漏
任何機箱測試都可能由于計劃或實施中的錯誤而失敗。有三種典型的。


動態范圍不足
在沒有足夠動態范圍的情況下進行測試經常會發生。結果是無法信任的測量。解決方案是確定動態范圍,然后添加放大或不同的天線設計以增加增益。


天線物理對準
天線未對準會導致信號強度變弱,從而使外殼產生更大衰減的錯覺。使人員遠離天線和三腳架,可最大程度減少有人不小心觸摸其中一個單元并移動對準的可能性。另一個很好的娛樂原則是對老木匠的格言進行改動,測量兩次并切一次。在這種情況下,應進行三次測量:在測量衰減之前,請仔細檢查距離測量值。


頻率對齊
確保所有頻率都正確匹配。
射頻外殼的維護需要定期測試以確保其有效性。制定可靠的測試計劃并注意細節,將能夠對設備進行有效且準確的RF測試

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