CN106443208B - 屏蔽材料的屏蔽效能测量方法、测量系统及校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种屏蔽材料的屏蔽效能测量方法、测量系统及校准系统，涉及屏蔽效能测量方法技术领域。所述方法包括如下步骤：被测屏蔽材料将混响室分隔为电磁发射区域和电磁接收区域两部分；在所述混响室外设置信号源，信号源连接电磁发射区域的发射天线，将信号以电磁波的形式进行发射；在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料前的信号源的电磁参考功率；在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料后的信号源的电磁测量功率；根据参考功率和测量功率测得该屏蔽材料的屏蔽效能。所述测量方法可以测量屏蔽材料各入射方向的屏蔽效能，使得屏蔽效能的测试更准确。

Description

屏蔽材料的屏蔽效能测量方法、测量系统及校准系统

技术领域

本发明涉及屏蔽效能测量方法技术领域，尤其涉及一种屏蔽材料的屏蔽效能测量方法、测量系统及校准系统。

背景技术

屏蔽材料的性能用屏蔽效能表示，为在同一激励下无屏蔽材料与有屏蔽材料时所测量到的电场强度、磁场强度或功率之比。屏蔽效能定义是基于平面波的概念的。

我国屏蔽材料屏蔽效能测量标准主要有国家标准GB/T30140-2013、GB/T30142-2013和国家军用标准GJB6190-2008。标准规定的测试方法主要有法兰同轴装置法、屏蔽室法。这些方法各有优缺点。同轴法以同轴装置内横电磁波(TEM波)模拟远场平面波，测量所得到的屏蔽效能等效于无穷大平板状材料对垂直入射平面波的屏蔽效能。同轴法的优点是测试材料屏蔽效能的操作方便、测试效率高、而且同轴测试装置不需要搭建造价高昂的屏蔽室、测量费用低廉。同轴法的主要缺陷是待测电磁屏蔽材料与夹具之间的接触阻抗会对同轴法得到的屏蔽效能测试结果产生非常大的影响，而且由于还会受到金属夹具外导体内径的限制。屏蔽室法测试适用的频率范围非常宽，可以测量磁场、电场和平面波的屏蔽效能。屏蔽室法测量需要建造电波暗室，造价较高。

目前，屏蔽效能方法测量的为电磁波垂直入射到屏蔽材料的屏蔽效能，然而屏蔽材料在使用过程中电磁波通常从各方向照射到屏蔽材料表面，由此有必要测量各入射方向的综合屏蔽效能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种屏蔽材料的屏蔽效能测量方法，所述测量方法可以测量屏蔽材料各入射方向的屏蔽效能，使得屏蔽效能的测试更准确。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种屏蔽材料的屏蔽效能测量方法，其特征在于包括如下步骤：

被测屏蔽材料将混响室分隔为电磁发射区域和电磁接收区域两部分；

在所述混响室外设置信号源，信号源连接电磁发射区域的发射天线，将信号以电磁波的形式进行发射；

在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料前的信号源的电磁参考功率为P_ref；

在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料后的信号源的电磁测量功率为P_res；

测得该屏蔽材料的屏蔽效能SE_dB为：

进一步的技术方案在于，通过以下方法获得P_ref和P_res：

在电磁接收区域的中心位置布置接收天线，混响室外布置接收机，接收机与接收天线连接，通过接收机获得P_ref和P_res。

进一步的技术方案在于，通过以下方法获得P_ref和P_res：

在电磁发射区域的中心布置参考天线，混响室外布置第二接收机，第二接收机与参考天线连接后构成参考回路，通过第二接收机获得P_ref；

在电磁接收区域的中心位置布置接收天线，混响室外布置第一接收机，第一接收机与接收天线连接后构成测量回路，通过第一接收机获得P_res。

进一步的技术方案在于，所述电磁发射区域和电磁接收区域内各设有一个搅拌器。

进一步的技术方案在于，利用搅拌器旋转一周过程中测量的P_ref和P_res的平均功率的估计值之比计算屏蔽材料的屏蔽效能SE_dB：

式中，<P_ref>和<P_res>分别为参考功率和测量功率的平均估计值；

式中，N为搅拌器位置数，为在第i个搅拌位置测得的参考功率，为在第i个搅拌位置接收区域接收机测得的功率。

进一步的技术方案在于，当参考天线与测量天线不同时，对参考回路和测量回路进行校准，所述校准方法如下：

校准时不安装被测屏蔽材料，混响室外的信号源通过定向耦合器与发射天线连接，设定信号源的校准频率为f，搅拌器的位置数为N，测量定向耦合器的前向功率P_fwd和反向功率P_rev，得到入射到混响室的净功率P_tr，净功率的平均估计值<P_tr>为:

式中，为第i个搅拌位置的前向功率值，为第i个搅拌位置的反向功率值；

搅拌器旋转N位置数过程中，每个搅拌位置参考天线测量到的参考校准功率其平均估计值为：

式中，η_ref为得到参考天线与参考回路的效率，根据上式可得η_ref为：

式中，为第i个搅拌位置参考天线测得的校准功率值；

同理可得，测量天线与测量回路的效率为η_res：

式中，为第i个搅拌位置测量天线测得的校准功率值。

进一步的技术方案在于，在校准完毕后，屏蔽效能测量过程中根据校准得到的参考天线及参考回路的效率＜η_ref＞和测量天线及测量回路的效率＜η_res＞重新确定参考功率P_ref和测量功率P_res，

其中，P_ref＝＜P_ref＞/η_ref P_res＝＜P_res＞/η_res (8)

将修正过的P_ref和P_res代入式计算得到屏蔽材料的屏蔽效能。

本发明还公开了一种屏蔽材料的屏蔽效能测量系统，其特征在于：包括混响室，被测试的屏蔽材料将混响室分隔为电磁发射区域和电磁接收区域两部分；每个区域内各设有一个搅拌器，发射天线位于电磁发射区域内，发射天线与混响室外的信号源连接后构成信号发射回路；测量天线位于电磁接收区域内，测量天线与混响室外的第一接收机连接后构成测量回路。

进一步的技术方案在于，所述系统还包括参考天线，所述参考天线位于所述电磁发射区域内，参考天线与混响室外的第二接收机连接后构成参考回路。

本发明还公开了一种屏蔽材料屏蔽效能测量系统的校准系统，其特征在于：包括前述测量系统，还包括定向耦合器，所述信号源通过所述定向耦合器与发射天线连接。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所述方法通过在混响室内安装搅拌器，然后通过被测屏蔽材料将混响室分隔为电磁发射区域和电磁接收区域，在电磁发射区域内安装发射天线，信号源和发射天线构成发射回路；在测量区域内安装测量天线，测量天线和接收机构成接收回路。被测屏蔽材料固定在混响室的中间部分，平面的屏蔽材料和混响室的金属墙壁均匀良好接触。在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料前的信号源的电磁参考功率为P_ref，在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料后的信号源的电磁测量功率为P_res，并通过相关的公式可以得出被测材料各入射方向的屏蔽效能，使得屏蔽效能的测试更准确。

附图说明

图1是本发明实施例所述方法的流程图；

图2是本发明实施例所述系统的第一种原理框图；

图3是本发明实施例所述系统的第二种原理框图；

图4是本发明实施例所述校准系统的原理框图；

其中：1、混响室；2、被测试的屏蔽材料；3、搅拌器；4、发射天线；5、信号源；6、测量天线；7、第一接收机；8、参考天线；9、第二接收机；10、定向耦合器。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

总体的，本发明公开了一种屏蔽材料的屏蔽效能测量方法，包括如下步骤：

S101：被测屏蔽材料将混响室分隔为电磁发射区域和电磁接收区域两部分；

S102：在所述混响室外设置信号源，信号源连接电磁发射区域的发射天线，将信号以电磁波的形式进行发射；

S103：在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料前的信号源的电磁参考功率为P_ref；

S104：在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料后的信号源的电磁测量功率为P_res；

S105：测得该屏蔽材料的屏蔽效能SE_dB为：

具体的，本发明在耦合腔体内测量屏蔽材料的屏蔽效能，耦合腔体为安装搅拌器的矩形混响室，被测屏蔽材料将混响室分隔为电磁发射区域和电磁接收区域。在电磁发射区域内安装发射天线，混响室外的信号源与发射天线构成发射回路；在电磁测量区域内安装测量天线，混响室外的测量天线与接收机构成接收回路。被测屏蔽材料固定在混响室的中间部分，平面材料与金属墙壁均匀良好接触。用测量天线放置在发射区域测量功率的估计值作为参考功率P_ref，然后把测量天线放置在接收区域测量值的平均值作为测量功率P_res。测得的屏蔽材料的屏蔽效能为：

被测屏蔽材料试样占据混响室的整个截面。因此根据电镜像原理，腔室内的电磁场为与被测量材料平面平行的两个墙壁上无限个镜像的合成结果。被测材料可以等效成无限大尺寸的虚拟平面。在大于混响室最低可用频率并确保被测材料与波长相比为电大尺寸条件下，在发射区域内发射电磁场。在发射区域混响室内搅拌器打乱了混响室内的场分布，使得大量的各种极化方向和入射角的入射波照射到屏蔽材料表面。入射电磁波透过屏蔽材料在接收区域内产生衰减驻波，用与接收机相连的测量天线测量驻波功率大小。如果材料的衰减足够高，即大于20dB，被测试样成为电磁波的坚固屏障。这就是说，在接收区域的电磁场分布几乎和左侧区域的随机场分布不相关。在接收区域再安装一个搅拌器，这样测量天线可以测得完全随机的数据。

腔体内的场分布为各阶本征模的合成随机场，测量起始频率f_s应大于发射区域腔体第一阶本征频率f₀的5～6倍。

在每一个测试频点需要N个搅拌器位置，可以参考IEC61000-4-21和DO-160F标准确定各测试频点所需的搅拌位置数N。在每一个搅拌器位置，搅拌器需要驻留足够时间，以保证测到稳定的功率值。

为了减少测试时间，可以在搅拌器的一个搅拌位置完成整个频段的扫描过程。这样可以避免大量旋转搅拌器，从而简化了测量过程。

有两种方法可以测量参考功率P_ref和测量功率P_res。一种如图2所示，在电磁接收区域的中心位置布置接收天线，用接收天线分别测量安装被测屏蔽材料前后的功率，安装被测屏蔽材料前第一接收机测得的功率为P_ref，安装被测材料后第一接收机测得的功率为P_res；另一种如图3所示，在电磁接收区域的中心位置布置接收天线，用接收天线和第一接收机测量功率P_res，在发射区域中心位置布置参考天线，用参考天线和第二接收机测量功率P_ref。

为了减小测量的不确定度，搅拌器步数应够多，可以参考IEC61000-4-21和DO-160F标准确定各测试频点所需的搅拌步数。利用搅拌器旋转一周过程中的P_ref和P_res平均功率的估计值之比计算屏蔽效能：

式中，<P_ref>和<P_res>分别为参考功率和测量功率的平均估计值。

式中，N为搅拌器位置数，为在第i个搅拌位置测得的参考功率，为在第i个搅拌位置接收区域测量天线测得的功率。

要求参考天线和测量天线相同，测量回路应完全相同。

采用图3系统测量P_ref和P_res时，如果参考天线、测量天线以及测量回路不同，需要对测量回路进行校准。校准过程如图3所示，校准时不安装被测材料。设定校准频率为f，搅拌步数为N，测量定向耦合器的前向功率P_fwd和反向功率P_rev，可得到入射到混响室的净功率P_tr，净功率的平均估计值<P_tr>为:

式中，为第i个搅拌位置的前向功率值，为第i个搅拌位置的反向功率值。

搅拌器旋转N位置数过程中，每个搅拌位置参考天线测量到的参考校准功率其平均估计值为：

式中，η_ref为得到参考天线与参考回路的效率，根据(5)可得η_ref为：

式中，为第i个搅拌位置参考天线测得的校准功率值。

同理可得，测量天线与测量回路的效率为η_res：

式中，为第i个搅拌位置测量天线测得的校准功率值。

在校准完毕后，在屏蔽效能测量过程中需要根据校准得到的参考天线及参考回路的效率＜η_ref＞和测量天线及测量回路的效率＜η_res＞重新确定P_ref和P_res。

P_ref＝＜P_ref＞/η_ref P_res＝＜P_res＞/η_res (8)

将修正过的P_ref和P_res代入式(1)，可以计算得到屏蔽材料的屏蔽效能。

在进行上述方法的过程中，使用到了一种屏蔽材料的屏蔽效能测量系统，如图2所示，所述测量系统包括混响室1，被测试的屏蔽材料2将混响室1分隔为电磁发射区域和电磁接收区域两部分；每个区域内各设有一个搅拌器3，发射天线4位于电磁发射区域内，发射天线4与混响室1外的信号源5连接后构成信号发射回路；测量天线6位于电磁接收区域内，测量天线6与混响室外的第一接收机7连接后构成测量回路。

在进行上述方法的过程中，还使用到了一种屏蔽材料的屏蔽效能测量系统，相对于图2所示系统，如图3所示，本系统还包括参考天线8。所述参考天线8位于所述电磁发射区域内，参考天线8与混响室1外的第二接收机9连接后构成参考回路。

此外，在进行本发明所述方法的过程中，还使用到了一种屏蔽材料屏蔽效能测量系统的校准系统，包括如图3所示的测量系统，还包括定向耦合器10，所述信号源5通过所述定向耦合器10与发射天线4连接。

本发明所述方法通过在混响室内安装搅拌器，然后通过被测屏蔽材料将混响室分隔为电磁发射区域和电磁接收区域，在电磁发射区域内安装发射天线，信号源和发射天线构成发射回路；在测量区域内安装测量天线，测量天线和接收机构成接收回路。被测屏蔽材料固定在混响室的中间部分，平面的屏蔽材料和混响室的金属墙壁均匀良好接触。在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料前的信号源的电磁参考功率为P_ref，在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料后的信号源的电磁测量功率为P_res，并通过相关的公式可以得出被测材料各入射方向的屏蔽效能，使得屏蔽效能的测试更准确。

Claims (6)

1.一种屏蔽材料的屏蔽效能测量方法，其特征在于包括如下步骤：

被测屏蔽材料将混响室分隔为电磁发射区域和电磁接收区域两部分；

在所述混响室外设置信号源，信号源连接电磁发射区域的发射天线，将信号以电磁波的形式进行发射；

在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料前的信号源的电磁参考功率为P_ref；

在电磁接收区域测量安装被测屏蔽材料后的信号源的电磁测量功率为P_res；

所述电磁参考功率P_ref和所述电磁测量功率P_res经过校准系统修正后得到；

测得该屏蔽材料的屏蔽效能SE_dB为：

其中，通过以下方法获得P_ref和P_res：

在电磁发射区域的中心布置参考天线，混响室外布置第二接收机，第二接收机与参考天线连接后构成参考回路，通过第二接收机获得P_ref；

在电磁接收区域的中心位置布置接收天线，混响室外布置第一接收机，第一接收机与测量天线连接后构成测量回路，通过第一接收机获得P_res；

其中，所述电磁发射区域和电磁接收区域内各设有一个搅拌器；当参考天线与测量天线不同时，对参考回路和测量回路进行校准，校准方法如下：

校准时不安装被测屏蔽材料，混响室外的信号源通过定向耦合器与发射天线连接，设定信号源的校准频率为f，搅拌器的位置数为N，测量定向耦合器的前向功率P_fwd和反向功率P_rev，得到入射到混响室的净功率P_tr，净功率的平均估计值<P_tr>为:

式中，为第i个搅拌位置的前向功率值，为第i个搅拌位置的反向功率值；

搅拌器旋转N位置数过程中，每个搅拌位置参考天线测量到的参考校准功率其平均估计值为：

式中，η_ref为得到参考天线与参考回路的效率，根据上式可得η_ref为：

式中，为第i个搅拌位置参考天线测得的校准功率值；

同理可得，测量天线与测量回路的效率为η_res：

式中，为每个搅拌位置测量天线测量到的测量校准功率的平均估计值，为第i个搅拌位置测量天线测得的校准功率值。

2.如权利要求1所述的屏蔽材料的屏蔽效能测量方法，其特征在于：

利用搅拌器旋转一周过程中测量的P_ref和P_res的平均功率的估计值之比计算屏蔽材料的屏蔽效能SE_dB：

式中，<P_ref>和<P_res>分别为参考功率和测量功率的平均估计值；

式中，N为搅拌器位置数，为在第i个搅拌位置测得的参考功率，为在第i个搅拌位置接收区域接收机测得的功率。

3.如权利要求1所述的屏蔽材料的屏蔽效能测量方法，其特征在于：

在校准完毕后，屏蔽效能测量过程中根据校准得到的参考天线及参考回路的效率η_ref和测量天线及测量回路的效率η_res重新确定参考功率P_ref和测量功率P_res，

其中，P_{ref-修正后}＝P_ref/η_ref P_{res-修正后}＝P_res/η_res

其中，P_{ref-修正后}为参考功率P_ref修正后的值，P_{res-修正后}为测量功率P_res修正后的值，将P_{ref-修正后}和P_{res-修正后}代入式计算得到屏蔽材料的屏蔽效能。

4.一种屏蔽材料的屏蔽效能测量系统，其特征在于：包括混响室(1)，被测试的屏蔽材料(2)将混响室(1)分隔为电磁发射区域和电磁接收区域两部分；每个区域内各设有一个搅拌器(3)，发射天线(4)位于电磁发射区域内，发射天线(4)与混响室(1)外的信号源(5)连接后构成信号发射回路；测量天线(6)位于电磁接收区域内，测量天线(6)与混响室外的第一接收机(7)连接后构成测量回路，所述屏蔽效能测量系统实现权利要求1至3任一所述屏蔽材料的屏蔽效能测量方法。

5.如权利要求4所述的屏蔽材料的屏蔽效能测量系统，其特征在于：所述系统还包括参考天线(8)，所述参考天线(8)位于所述电磁发射区域内，参考天线(8)与混响室(1)外的第二接收机(9)连接后构成参考回路。

6.一种屏蔽材料屏蔽效能测量系统的校准系统，其特征在于：包括如权利要求5所述的测量系统，还包括定向耦合器(10)，所述信号源(5)通过所述定向耦合器(10)与发射天线(4)连接。