CN103630777A

CN103630777A - 一种电子装备屏蔽效能测试系统及方法

Info

Publication number: CN103630777A
Application number: CN201310590824.4A
Authority: CN
Inventors: 郭恩全; 陈晨; 杜浩; 赵乾
Original assignee: Shaanxi Hitech Electronic Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Hitech Electronic Co Ltd
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本发明涉及一种电子装备屏蔽效能测试系统及方法，包括射频信号源、功率放大器、发射天线、接收天线、频谱分析仪或接收机以及控制计算机，射频信号源与功率放大器的一端连接，功率放大器的另一端与发射天线连接，发射天线安装在高度可调的发射天线支架上，校准时接收天线安装在接收天线支架上，测量时接收天线固定在被测对象的屏蔽舱室内，频谱分析仪或接收机用于接收由接收天线测得的射频信号，频谱分析仪或接收机的输出端与控制计算机连接。本发明解决了现有的屏蔽效能测试方法存在损坏敏感设备、不稳定的技术问题，本发明可用于电子装备在HIRF环境下的辐射敏感度测试。

Description

一种电子装备屏蔽效能测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电磁兼容性测试技术领域，指的是一种电子装备屏蔽效能测试系统。

背景技术

随着电子显示、控制系统和复合材料的广泛应用，飞机、舰船等电子系统的电磁敏感度越来越高。另一方面，人类活动造成的电磁环境问题越来越严重。由于雷达、无线电、电视、卫星上行数据等高功率发射机的辐射，高强辐射场(HighIntensity Radiation Fields,HIRF)已经成为影响飞机、舰船等电子系统安全的重要因素。为了保证电子系统在HIRF下安全运行，需要对电子系统进行HIRF下的辐射敏感度试验。

在100MHz～18GHz频率范围，外部电磁场对带有屏蔽界面（如飞机机身、屏蔽方舱、船舶舱室、火箭外壳等）电子装备的干扰主要是通过屏蔽体的屏蔽耦合以及屏蔽体内部的传输耦合，因此该频段HIRF辐射敏感度试验需要采用屏蔽效能测试的方法。首先对电子装备各屏蔽舱室的屏蔽效能进行测试，当已知装备外部辐射场电平后，减去该屏蔽衰减量后就是装备内部设备所在处的场强；然后可以在暗室或在混响室中产生该等级的场强，采用设备辐射敏感度测试的方法对受试系统的HIRF敏感度进行考评。

标准GJB5240-2004《军用电子装备通用机箱机柜屏蔽效能要求和测试方法》中规定了机箱机柜类设备屏蔽效能测试方法，标准GB12190-2006《电磁屏蔽室屏蔽效能测量方法》中规定了电磁兼容测试屏蔽室的屏蔽效能测试方法，均采用了在屏蔽体中心位置处配置发射天线，屏蔽体外配置接收天线，屏蔽体存在与不存在两种情况下同一位置处场强测量结果对比的方法来测量屏蔽效能。但上述测试方法无法适用于电子装备屏蔽舱室的屏蔽效能测试：首先，电子装备屏蔽舱室内有众多电磁敏感设备，在舱室内配置发射天线可能对敏感设备正常工作造成影响乃至损毁；其次，由于舱室狭小的空间内分布了大量电子设备，由于反射及驻波现象的存在造成舱室内部电场分布非常复杂，设备位置的细微改变都可能造成设备处电场的剧烈变化。因此，探索工程上切实可行的电子装备屏蔽效能测试系统具有重要的应用价值。

发明内容

为了解决现有的屏蔽效能测试方法存在损坏敏感设备、不稳定的技术问题，本发明提供一种电子装备屏蔽效能测试系统及方法，可用于电子装备在HIRF环境下的辐射敏感度测试。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种电子装备屏蔽效能测试系统，其特征在于：包括射频信号源1、功率放大器3、发射天线4、接收天线5、频谱分析仪或接收机7以及控制计算机9，分为校准和测量两种情形，所述射频信号源1与功率放大器3的一端连接，功率放大器3的另一端与发射天线连接，所述发射天线安装在高度可调的发射天线支架上，校准时接收天线安装在接收天线支架上，测量时接收天线固定在被测对象的屏蔽舱室内，所述频谱分析仪或接收机的输入端用于接收由接收天线测得的射频信号，所述频谱分析仪或接收机7的输出端与控制计算机9连接，所述控制计算机9控制射频信号源1、功率放大器3、频谱分析仪或接收机7的工作，所述发射天线与接收天线正对。

上述射频信号源1与功率放大器3之间以及功率放大器3与发射天线4之间通过低损耗同轴电缆2连接。

上述接收天线5与频谱分析仪或接收机7之间通过光纤或低损耗同轴电缆6连接；

所述频谱分析仪或接收机7、射频信号源1以及功率放大器3均通过GPIB或LAN控制线8与控制计算机9连接。

上述发射天线和接收天线之间的地面铺设有吸波材料层。

上述发射天线与接收天线相距10m。

电子装备屏蔽效能测试系统的测试方法，其特殊至之处在于，包括以下步骤：

1】校准：

1.1】选定布局，将接收天线固定在与被测对象的中心同样高度的位置，同时固定发射天线，使得发射天线正对接收天线；

1.2】根据测试要求，控制计算机生成测试频率列表；

1.3】测量通道衰减量：

测试接收天线到频谱分析仪或接收机7之间的通道衰减量；

1.4】电场测量；

根据测试频率列表，在发射天线的水平极化状态下，控制射频信号源经功率放大器和发射天线，发射对应测试频率的低电平校准电场；通过接收天线和频谱分析仪或接收机接收该校准场强，同时记录对应的前向功率；

根据测试频率列表，在发射天线垂直极化状态下，控制射频信号源经功率放大器和发射天线，发射对应测试频率的低电平校准电场；通过接收天线和频谱分析仪或接收机接收该校准场强，同时记录对应的前向功率；

利用步骤1.3】测量的通道衰减量修正校准场强，得到实际校准场强；

2】测试：

2.1】选定布局，将接收天线固定在被测屏蔽舱室的中心，同时固定发射天线，使得发射天线正对被测对象的中心，并在被测对象内安装搅拌器；

2.2】提取测试频率列表；

2.3】测量通道衰减量：

测量接收天线到频谱仪或接收机的通道衰减量；

2.4】屏蔽舱室内部电场测试：

根据测试频率列表和校准时记录的前向功率，控制射频信号源经过功率放大器以及发射天线，发射对应测试频率的低电平电场；

在发射天线的水平极化状态下，通过频谱分析仪或接收机测试每个频率下，接收天线接收到的测试场强；

在发射天线的垂直极化状态下，通过频谱分析仪或接收机测试每个频率下，接收天线接收到的测试场强；

利用步骤2.3】测量的通道衰减量修正测试场强，得到实际测试场强；

3】根据下面公式计算每个频率下的屏蔽效能：

屏蔽效能=20×log₁₀（实际校准场强/实际测试场强）。

上述发射天线和接收天线之间的地面铺设有吸波材料层。

上述发射天线与接收天线相距10m。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的测试系统能够实现国内已有标准不能覆盖的飞机、舰船、导弹等电子装备各屏蔽舱室100MHz～18GHz屏蔽效能测试；

2、本发明采用在电子装备外部配置发射天线，在屏蔽舱室内配置接收天线的测试方式，避免了屏蔽舱室内部场过高，对内部敏感设备正常工作造成影响的问题；

3、本发明利用模式搅拌技术，在屏蔽舱室内部放置搅拌器，利用搅拌器搅拌一周的搅拌作用，确保最大场强能够出现在接收天线的位置，通过一次测试就能完成舱室内部最大场强监测，相比在一个舱段内设置多个接收天线以及一个舱段内用一副接收天线在多个位置进行多次测试的方式能有效节约测试时间和测试成本。

4、本发明通过采用自动化测试软件的方式实现信号产生及接收、功率放大、开关切换等设备的自动控制，减少了测试过程中的人工干预，大大提高了测试效率和测试重复性；

5、本发明采用多个可移动机柜安装测试设备，搭建测试平台。各机柜统一配置安全供电防护系统和通风散热系统。保证测试系统的通用性、便携性和环境适应性。

附图说明

图1为电子装备屏蔽效能测试系统的场强校准配置图；

图2为电子装备屏蔽效能测试系统的测量配置图；

其中附图标记为：1-射频信号源，2-低损耗同轴电缆，3-功率放大器，4-发射天线，5-接收天线，6-光纤或低损耗同轴电缆，7-频谱分析仪或接收机，8-GPIB或LAN控制线，9-控制计算机，10-搅拌器，11-屏蔽舱室。

具体实施方式

电子装备屏蔽效能测试系统包含场强校准和内部场测量两个主要部分。结合图1及图2，详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的实施方式不限于此。

1、场强校准配置、原理

场强校准的测试配置如图1所示。场强校准的主要目的是测量由发射天线在10m远处产生的低电平校准电场，以此作为屏蔽舱室内电场比较的依据。

校准时，发射天线与接收天线之间间隔10m，发射天线高度可调，用接收天线接收信号对测量系统进行校准。校准时，需要对每个发射天线的水平极化位置和垂直极化位置两种情况分别进行校准，频谱分析仪或接收机工作在峰值保持模式。

为了减小因收发天线间的地面反射引起的测量误差，可以在收发天线间的地面上铺设吸波材料。吸波材料从发射天线正下方一直铺设到接收天线正下方，呈直线状。

测试系统接收到的信号电平要高于环境场约10dB，以消除环境场对测量数据的影响。在校准的过程中，对于发射天线的每种位置、极化和类型都需要记录其相应的电场场强校准数据以及发射天线对应的前向功率。

2、内部场测量配置、测试原理

内部场测量配置如图2所示。被测对象（即电子装备的屏蔽舱室）和接收天线的位置要与校准时的接收天线位置对应。测试时，首先在待测舱室内部放置搅拌器，然后对于每个发射天线的极化和类型都分别用校准时记录的前向功率进行激励，并记录舱室内的接收天线接收到的场强数值。通过比较校准时记录的电场场强和测试时记录的电场场强可以得到舱室的屏蔽衰减系数。

内部场测量的配置基本与校准时相同，只是接收天线放置在待测舱室的内部。射频电缆穿透屏蔽舱室的地方要加装滤波器，以防止屏蔽效能的降低。

3、小型模搅拌器

普通的屏蔽舱室是金属封闭体，电磁波在各金属壁上反射形成驻波，由于驻波的存在会造成内部场强测量困难。加之内部金属外壳的电子设备众多，电子设备任何移动或改变都会影响受试设备处的电场。因此直接测量受试设备处的场是不可靠的，测试结果也不具有可重复性。根据保守原则，唯一现实和可重复的测量方法是测量舱段内部的最大场强，用该最大场强对受试设备进行辐射敏感度测试和考评。

利用模式搅拌技术，在一个舱段内放置连续转动的模搅拌器，利用搅拌器旋转一周的搅拌作用，确保最大场强出现在接收天线的位置，通过一次测试完成最大场强监测。

4、自动测试软件

为测试的方便性以及测试结果的重复性，测试系统配置自动测试软件。提供以下功能：

校准测试：完成低电平扫频电场的自动校准及测试，并可对测试结果进行处理及存储。

内部场测量：完成屏蔽室内部电场的自动测试，并可对测试结果进行处理及存储。

参数配置：可以对系统测试参数进行配置，该部分具有密码保护，只有有修改权限的用户才可以使用该部分功能。

数据管理：可对测试的历史数据记录进行查询、浏览以及报表打印等操作；

帮助：通过此功能用户可方便地使用该系统，帮助操作员解除疑难问题。

5、利用可移动机柜搭建测试平台

根据外场测试特点，配置多台系统级减震机柜安装除天线外的测试设备。机柜具有良好的通风散热、减震等功能；配置滚轮方便移动，机柜具有屏蔽、接地等EMC设计。

一种电子装备屏蔽效能测试方法，包括以下步骤：

1】校准：

1.2】根据测试要求，控制计算机生成测试频率列表；

1.3】测量通道衰减量测试：

测试接收天线到频谱分析仪或接收机7之间的通道衰减量；

1.4】电场测量；

根据测试频率列表，在发射天线的水平极化状态下，控制射频信号源经功率放大器和发射天线，发射对应测试频率的低电平校准电场；通过接收天线和频谱分析仪或接收机接收该电场，同时记录对应的前向功率；即为功率放大器的对应的放大功率。

根据测试频率列表，在发射天线垂直极化状态下，控制射频信号源经功率放大器和发射天线，发射对应测试频率的低电平校准电场；通过接收天线和频谱分析仪或接收机接收该电场，同时记录对应的前向功率；

2】测试：

2.2】提取测试频率列表；

2.3】测量通道衰减量测试：

测量接收天线到频谱仪或接收机的通道衰减量；

2.4】屏蔽舱室内部电场测试：

根据测试频率列表和校准时记录的前向功率，控制制射频信号源经过功率放大器以及发射天线，发射对应测试频率的低电平电场；

发射天线的水平极化状态下，通过频谱分析仪或接收机测试每个频率下，接收天线接收到的测试场强；

3】根据下面公式计算每个频率下的屏蔽效能：

屏蔽效能=20×log₁₀(实际校准场强/实际测试场强）。

Claims

1.一种电子装备屏蔽效能测试系统，其特征在于：包括射频信号源（1）、功率放大器（3）、发射天线（4）、接收天线（5）、频谱分析仪或接收机（7）以及控制计算机（9），分为校准和测量两种情形，所述射频信号源（1）与功率放大器（3）的一端连接，功率放大器（3）的另一端与发射天线连接，所述发射天线安装在高度可调的发射天线支架上，校准时接收天线安装在接收天线支架上，测量时接收天线固定在被测对象的屏蔽舱室内，所述频谱分析仪或接收机的输入端用于接收由接收天线测得的射频信号，所述频谱分析仪或接收机（7）的输出端与控制计算机（9）连接，所述控制计算机（9）控制射频信号源（1）、功率放大器（3）、频谱分析仪或接收机（7）的工作，所述发射天线与接收天线正对。

2.根据权利要求1所述的电子装备屏蔽效能测试系统，其特征在于：所述射频信号源（1）与功率放大器（3）之间以及功率放大器（3）与发射天线（4）之间通过低损耗同轴电缆（2）连接。

3.根据权利要求1所述的电子装备屏蔽效能测试系统，其特征在于：所述接收天线（5）与频谱分析仪或接收机（7）之间通过光纤或低损耗同轴电缆（6）连接；

所述频谱分析仪或接收机（7）、射频信号源（1）以及功率放大器（3）均通过GPIB或LAN控制线（8）与控制计算机（9）连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的电子装备屏蔽效能测试系统，其特征在于：所述发射天线和接收天线之间的地面铺设有吸波材料层。

5.根据权利要求4所述的电子装备屏蔽效能测试系统，其特征在于：所述发射天线与接收天线相距10m。

6.根据权利要求1-5所述任一电子装备屏蔽效能测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1】校准：

1.2】根据测试要求，控制计算机生成测试频率列表；

1.3】测量通道衰减量：

测试接收天线到频谱分析仪或接收机（7）之间的通道衰减量；

1.4】电场测量；

2】测试：

2.2】提取测试频率列表；

2.3】测量通道衰减量：

测量接收天线到频谱仪或接收机的通道衰减量；

2.4】屏蔽舱室内部电场测试：

3】根据下面公式计算每个频率下的屏蔽效能：

屏蔽效能=20×log₁₀（实际校准场强/实际测试场强）。

7.根据权利要求6所述的电子装备屏蔽效能测试方法，其特征在于：所述射频信号源（1）与功率放大器（3）之间以及功率放大器（3）与发射天线（4）之间通过低损耗同轴电缆（2）连接。

8.根据权利要求6所述的电子装备屏蔽效能测试方法，其特征在于：所述接收天线（5）与频谱分析仪或接收机（7）之间通过光纤或低损耗同轴电缆（6）连接；

9.根据权利要求6所述的电子装备屏蔽效能测试方法，其特征在于：所述发射天线和接收天线之间的地面铺设有吸波材料层。

10.根据权利要求6或7或8或9所述的电子装备屏蔽效能测试方法，其特征在于：所述发射天线与接收天线相距10m。