电源：机电产品的电磁兼容性问题解决方案
随着国内外越来越多的电磁兼容指令、规范、标准的制定和强制性执行,电气和电子产品的电磁兼容性( EMC)问题日益受到各国政府和国内外厂商的重视。半电波暗室是开展EMC 研究、提高EMC技术的基础和必不可少的最重要的科学手段之一。近几年 ,国内各行各业先后引进了针对不同产品的电磁兼容实验室,如通信、电力、家电、汽车等。
国家客车质量监督检验中心从德国引进包括3/ 5 m法半电波暗室、传导测试屏蔽室、屏蔽放大器室等在内的电磁兼容实验室已于2005 年2 月份建成,并顺利通过了中国实验室国家认可委员会(CNAL)的验收。在中心3/ 5 m法半电波暗室的规划建设过程中,我们积累和总结了一部分经验,以供大家借鉴和参考。
1 半电波暗室总体方案的选择及建造方式
电磁兼容半电波暗室主要用于替代无电磁波干扰的开阔试验场进行电磁辐射骚扰测量和电磁辐射敏感度测量。由于半电波暗室的测试环境需要模拟开阔试验场地的电磁波传播条件(即电磁波传播时只有直射波和地面反射波) ,故暗室尺寸应以开阔试验场的结构要求为依据,一般分为标准的10 m 法,5 m法和3 m 法等。半电波暗室的种类很多,无论从功能上、结构形式上、材料选择上、 安装形式上都有较大的差异。但是采用哪种方案 ,主要根据使用者需要的测试类型,被测物的空间尺寸、试验级别等。首先我们要明确测试频率范围,是作军标测试还是民标测试,是进行厂家内部预兼容及诊断测试,还是要进行第三方的认证测试;其次要明确被测对象可能占据的最大空间、试验室主要应用标准、自身的资金状况以及将来可能的扩展升级需求等因素 ,由此选择一个合适可行的试验场地和仪器设备的配置方案。
建造半电波暗室可以采用两种基本方式:拼装式和焊接式。拼装式壳体由成型钢板(在四边经两次弯板制成)和螺栓固定模块构成。任意相邻两块屏蔽模块间都有导电衬,以保证优良的射频屏蔽和电连续性。这种方式结构轻 ,易于装配 ,便于将来维修和拆卸 ,施工周期短。焊接屏蔽系统由大片的钢板焊接在一起构成,它们形成了一个紧密的射频密封体。焊接封装的好处在于经久耐用 ,并因消除了接缝泄漏而具有更高的屏蔽性能 ,但不易拆卸,适合于固定场所。由于各暗室厂家建造暗室的屏蔽板类型不同,屏蔽板之间的连接方式和工艺也不一样,为了保证良好的电接触和密封性,应对他们采用的屏蔽板及其连接方式进行详细了解和比较,并结合实际的施工周期等要求进行选择。
2 母体建筑及基础设施
建设一个EMC 实验室是一项系统工程,它遵循科学的设计接口关系:测试设备→半电波暗室→母体建筑设计。对具体工程的实施来说,该顺序正好相反,经历母体建筑施工→半电波暗室安装→测试设备安装调试的过程。因此 ,在建造半电波暗室之前必须先建好母体建筑,包括占地面积、结构承载、空间尺寸、供电、供气、空调及防水等。母体建筑的设计首先要考虑足够的天花板高度以容纳所建的半电波暗室、传导测试屏蔽室、屏蔽放大器室,以及其它附属设施的要求。母体建筑与暗室之间必须预留足够的空间 ,以便于暗室的安装、维修和通风。母体建筑的地板主要承担所有屏蔽体和安装部分的重量及负荷 ,也需要特别注意。土建地面需要精心铺设,要求地面的波纹度在数米的范围内不超过几毫米,还有很高的防潮要求。此外,暗室内的转台需要装设在一定深度的混凝土凹坑中,地势较低 ,必须作好防水处理。在开始安装暗室前,对承载地面一般还有比较高的残留湿度要求,对每一个试验室还要提供接地电阻很低的接地点等。由于暗室与母体建筑之间所涉及的接口问题比较多,并且国内建筑公司对其中的一些要求基本上没有可借鉴的经验,所以尽量让土建设计单位、施工单位和暗室厂商进行交流和沟通是非常必要的。
3 暗室本身的问题
3. 1 进出口
通常暗室需要两扇用于人员和被测物进出的屏蔽门。屏蔽门的设计方案多种多样,常常选择易于维护的类型。由于屏蔽门是导致试验室性能下降的主要因素,通常要求屏蔽门的寿命和可靠性与试验室的工作年限相匹配。通常门扇与门框之间的屏蔽采用内凹三刀状接触结构,通过把门上的钎刀插入固定到门框上的指状弹簧片来保证良好的电连续性。人员进出门通常采用活页结构,通过两个活页与门框相连;通过杠杆辅助装置,使门扇和门框关闭平稳、接触紧密。对于诸如汽车、摩托车等尺寸较大的被测对象而言,因其外形体积比较大,活页结构的转门已不适用 ,通常还要采用滑动门。滑动门上常装有吸波材料,其实际的宽度和高度尺寸主要根据被测物的最大尺寸来确定。滑动门不但可以提供很大的进出空间,而且在门的通道处还装设有跨接平台或斜面,门关闭时斜面自动下降,门开启时斜面自动升起,以保证暗室内外地面水平,便于大件物品的进出搬运。
3. 2 吸波材料
半电波暗室在结构上就是由屏蔽室和吸波材料两部分组成,屏蔽室的外壳尺寸还与吸波材料的选择相关。屏蔽室既可以隔断外界的电磁骚扰信号,又能抑制室内测试信号的外泄,即起到双向屏蔽作用。而吸波材料不但能有效降低屏蔽室内的驻波,还可以减小屏蔽室表面的电磁反射,这样才能准确地测量电磁辐射的大小。
吸波材料通常作成尖劈状,以保证阻抗的连续渐变,即使其传输阻抗与周围空气介质的阻抗相接近,从而保证对室内发射源的功率吸收和最大限度的减小反射。吸波材料要能在宽频带内吸收较大的功率而且要有较好的阻燃性。吸波材料的长度与欲吸收的电磁波频率有关,欲吸收的电磁波频率越低,则吸波材料的长度越长。
吸波材料主要分为薄膜型、泡沫塑料型(含碳泡沫) 、铁氧体型以及复合型等四种。其中薄膜型吸波材料是近年来新出现的 ,它具有优异的吸波特性,不存在老化或下垂问题,并且具备防火不可然,批量生产容易控制质量 ,便于安装、替换等优点。吸波材料的选择主要根据其品质保证(低频性能和高频性能) 、材料类型、吸波性能指标、尺寸大小、阻燃特性、价格等诸多因素来决定。吸波材料性能的优劣,将会极大地影响到暗室的整体性能和将来的运行维护成本,必须谨慎考察和选择。
3. 3 转台和天线升降塔
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