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EMI/EMC屏蔽效能的测量

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用以测量任何屏蔽系统效能的技术差异极大,而且有时无法再制或毫无可比性。 更复杂的因素之一,如规章中所述,这是如商业机械或计算机般的已完成项目,您必须测试其整体效能,而不是测试带有涂料或屏蔽系统的个别部份。

EMI 的测量是一个极为复杂的主题,而且本文件的目的不是要完全涵盖环绕此技术的所有不同问题。 这里将讨论基本的测量原理与几个不同的测量技术,但并不涉及细节部分。

有数种不同的技术可用来测量电磁能量,但是目的通常是测量其「衰减」。 衰减是指电磁信号强度因屏蔽介质的传导而减少的数量。 在实际的术语上,衰减是以分贝 (dB) 为测量单位,以及无屏闭之场强度与有屏闭之场强度的比率。 若以数学方式来表达,其公式可写成:

电场强度效能 (dB) = 20 log Ei/Et 此处:

Ei = 入射的电场强度,单位为 V/m(或接受的信号)

以及

Et =传送的电场强度,单位为 V/m(或传送的信号)

磁场强度效能 (dB) = 20 log Hi/Ht 此处:

Hi = 入射的磁场强度,单位为 amps/m,以及

Ht = 传送的磁场强度,单位为 amps/m

电磁总屏蔽效能 (dB) = 10 log Pi/Pt 此处:

Pi = 入射的功率,单位为 watts/m2 以及

Pt = 传送的功率,单位为 watts/ m2

以分贝为测量单位的屏蔽效能是一种对数标度,意即是 50 dB 的衰减测量,其效能为 40 dB 测量单位的 10 倍。 17 所示为以衰减角度所描述的各种效能层级。 14 所展示为典型的屏蔽值,该值可指出产生有效防护所需的层级。 

 

屏蔽效能和衰减之间的关系 (图17)

屏蔽衰减层级 表14

dB 层级
0到10 极小屏蔽
10 30 有意义屏蔽的最小范围
30 60 平均屏蔽
60 90 良好屏蔽
90 120 极佳的屏蔽
超过 120 当前「技术状态」的限制


开放式磁场测试技术

开放式磁场测试技术最接近实际使用的情形。 FCCCSAEN55022 以及 VCCI 辐射限制都是以此技术为基础。 只有在完成产品上进行的测试,才能用来预测与代理标准的一致性。 金属薄片的测试结果,将与完整商业数字装置的测试结果不同。

18 中所述为开放式磁场技术的设定。此测试是实际在开放式磁场中进行的,测试中允许对辐射和传导放射进行开放空间的测量。 若要执行辐射放射测试,装置必须以上述方式安装。 接收天线需根据所属为 FCC A 等级或 B 等级,而架设在 10 公尺 3 公尺外。如果该测试需与欧洲标准一致,则 A 等级的接收天线需架设在 30 公尺外,B 等级的则需安装在 10 公尺外。然后噪声等级测量器会记录辐射放射层级,并且此放射层级必须落在特定代理所指定的限制值下,以便与之一致。 

 

 屏蔽效能测量FCC 开放式磁场技术(图18)

传导放射测试可测量电源线本身所传送的信号,但此时的开关必须是开启的,且线路有连结至噪声测量器上。

其它测试技术

其它测量屏蔽效能的测试技术包括「屏蔽盒技术」、「同轴传导线技术」和「屏蔽空间技术」。 这些测试所使用的方法及设备需求量非常多样而且复杂。 虽然这些测试提供了特殊基底及图层组合之屏蔽效能的初步指示,但这些测试无法视为与经营商一致的指针。 这些测试与在组合装置上执行开放式磁场测试不同,通常仅在测试试样上执行(举例来说,已涂上涂料的薄片、环圈状的样本、或大片的板子)。 他们主要的目的是在快速比较两种或多种潜在的屏蔽机制。

屏蔽盒技术

屏蔽盒技术是第一个开发出来的测试方法,此方法需用到一个剪去一边的封闭盒子,如图 19 所示。所有必要的记录和传送设备,都安装在外部的法拉第笼里,以确保合理的精确度。 这是一个近场的测试。

屏蔽效能测量屏蔽盒技术(图19)

此技术只是记录从盒子外部传送之 EMI 信号,然后将此信号与盒子内部所记录的信号作比较。 屏蔽效能就是这两种信号的比率。

已涂上涂料的薄片被夹紧在缝隙中,并同时记录传送和接收的放射能。 如有必要的话,可以使用纯铜或铝板为参考测量。

非常重要的一点是,「盒子」要密封成像一个法拉第笼,任何泄漏都会严重影响测量结果。 当薄片被夹紧在缝隙中后,必须使用密封剂来确保能维持最大的系统动态范围。

此技术的限制之一是频率测量需低于 500 MHz,但相对的,此方式比较简易、且只需要小的薄片。

此测试技术的范例之一为美国测试与材料协会 (ASTM) ES7-83 所定义的双重室测试。双重室是一个具屏蔽的矩形盒子,背部装有绞链,其传送和接收天线由舷窗 (port window) 隔开。 测试样本为一个 3 英吋 x 6 英吋 x 0.125 英吋的薄片,将放置在舷窗上方的盒子中。