CN112763818B - 一种小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置及方法，涉及能效测量技术领域，以解决现有屏蔽效能相关测试的测试天线不适用与小屏蔽体屏蔽性能测量的问题。其中测量装置包括屏蔽暗室、信号发生器、信号接收设备、放置在屏蔽暗室内的屏蔽体以及相对放置的发送天线和接收天线；信号发生器，与发送天线电连接，用于通过发送天线向外输出目标幅度的正弦波信号；信号接收装置，与接收天线电连接，用于检测接收天线无屏蔽体罩设时接收到的第一信号强度；和有屏蔽体罩设时接收到的第二信号强度；根据第一信号强度和第二信号强度计算屏蔽体的屏蔽能效。上述测量装置及方法有效的实现了对小屏蔽体屏蔽能效的测试，具有很高的实用性。

Description

一种小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置及方法

技术领域

本发明涉及能效测量技术领域，尤其涉及种小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置及方法。

背景技术

随着电子技术的迅猛发展，各种各样的电子产品爆发式增长，电磁干扰问题越来越突出，而密闭的屏蔽体可以防止外部电磁干扰信号进入屏蔽体内部从而干扰屏蔽内的电子设备，同时密闭的屏蔽体可以防止内部的电磁干扰信号进入外部空间从而影响外部电子设备的正常工作，屏蔽体是解决电磁干扰有效手段，实际应用中，小屏蔽体应用越来越多。屏蔽体的性能用该屏蔽体的屏蔽效能来评价，屏蔽效能是指空间某点未加屏蔽时的电场强度E0与加屏蔽后该点的电场强度E1的比值。

现行屏蔽效能相关测试的国内标准适用范围是各边尺寸不小于两米的屏蔽室，采用的是尺寸较大接收天线，这些尺寸的天线难以部署进入小屏蔽体内，不适用于小屏蔽体。同时上述接收天线接收频带较窄，在2MHz～40GHz频段范围内需要多副不同接收天线，屏蔽效能测试时需要频繁打开和封闭屏蔽体实现更换不同频段接收天线，屏蔽效能的测量效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置及方法，用于解决现有屏蔽效能相关测试的国内标准适用范围是各边尺寸不小于两米的屏蔽室，采用的是尺寸较大接收天线，这些尺寸的天线难以部署进入小屏蔽体内，不适用于小屏蔽体的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

提供一种小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置，包括屏蔽暗室、信号发生器以及信号接收设备，还包括放置在所述屏蔽暗室内的屏蔽体以及相对放置的发送天线和接收天线；

所述信号发生器，与所述发送天线电连接，用于通过所述发送天线向外输出目标幅度的正弦波信号；

所述信号接收装置，与所述接收天线电连接，用于检测所述接收天线无所述屏蔽体罩设时接收到的第一信号强度；和有所述屏蔽体罩设时接收到的第二信号强度；

根据所述第一信号强度和所述第二信号强度计算所述屏蔽体的屏蔽能效。

本发明提供的小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置通过设置的发送天线和接收天线，能够有效的将屏蔽体放置在屏蔽暗室内，也能够将发送天线和接收天线放置在屏蔽体内，有效的实现了对小屏蔽体屏蔽能效的测试；而设计的接收天线和发送天线结构简单、频带宽、全向均匀性好，非常适用于对屏蔽体的屏蔽效能进行测量。上述小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置有效的实现了对小屏蔽体屏蔽能效的测试，具有很高的实用性。

较优的，在上述技术方案中，所述发送天线和所述接收天线均为盘锥天线。

较优的，在上述技术方案中，所述盘锥天线包括导体圆盘和导体圆锥；

所述导体圆盘与馈电同轴电缆的外导体连通，所述导体圆锥的底部与馈电同轴电缆的内导体连接。

较优的，在上述技术方案中，所述导体圆锥底部距离所述导体圆盘的距离可调节。

较优的，在上述技术方案中，所述导体圆锥的顶部最大直径为48mm，底部的最大直径为4mm，斜边长为44mm，所述导体圆锥的半张角为30度。

较优的，在上述技术方案中，所述导体圆盘的直径为48mm，所述导体圆盘的中心位置填充有介质圆盘。

较优的，在上述技术方案中，所述导体圆盘的底部由外圈至内圈采用阶梯阻抗变换过渡设计。

较优的，在上述技术方案中，所述信号发生器包括信号源和功率放大器；

所述信号源，用于生成正弦波信号；

所述功率放大器，用于对所述信号源生成的正弦波信号进行放大。

本发明还提供了一种基于小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤S10：调节信号发生器的输出的信号频率，记录无屏蔽体屏蔽接收天线时，信号接收装置接收到的第一信号强度；

步骤S20：在相同信号频率下，记录有屏蔽体屏蔽接收天线时，所述信号接收装置接收到的第二信号强度；

步骤S30：根据所述第一信号强度和所述第二信号强度计算所述屏蔽体的屏蔽能效。

较优的，在上述技术方案中，测量方法还包括以下步骤：

步骤S40：对所述信号发生器输出的信号频率进行调节，分别完成对应信号频率下，所述屏蔽体的屏蔽能效测试。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置无屏蔽体时的示意图；

图2为本发明实施例中小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置有屏蔽体时的示意图；

图3为本发明实施例中盘锥天线的纵截面示意图；

图4为本发明实施例中盘锥天线的示意图；

图5为本发明实施例中盘锥天线S11曲线(2MHz～40GHz)的结构示意图；

图6为本发明实施例中盘锥天线在2MHz，-89.7dBi时的增益仿真结果；

图7为本发明实施例小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量方法的示意性流程图。

附图标记：

110-导体圆锥、120-导体圆盘。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

无屏蔽体时，开场时信号的测量见图1，有屏蔽体时信号的测量见图2。

可以用电场强度或功率的形式来表示屏蔽效能，见公式(1)、(2)。

E₁——无屏蔽体时的电场强度，单位为V/m；

E₂——屏蔽体内的电场强度，单位为V/m。

或者表示为：

P₁——无屏蔽体时的功率，单位为mW；

P₂——屏蔽体内的功率，单位为mW。

如果测量结果以非线性单位表示，则可利用(3)或(4)直接计算屏蔽效能。

SE＝E₁-E₂………………………………………………(3)

SE＝P₁-P₁………………………………………………(4)

E₁和P₁分别是无屏蔽体存在时测得的电场强度和功率，单位分别用dBμV/m、和dBm表示。E₂和P₂分别是在屏蔽体内测得的电场强度和功率，单位分别用dBμV/m和dBm表示。

对体积较小的屏蔽体，传统的接收天线难以部署到小屏蔽体内，同时其内部放置的天线距壳体内壁较近时会有较大的耦合，为减小天线的耦合效应引起的测量误差，要求在屏蔽体内部使用的天线结构尺寸应尽量小，天线离被测屏蔽体内壁距离应尽可能大，一般应大于3cm。基于小屏蔽体屏蔽效能测量对接收天线小型化的要求，设计了屏蔽效能用小型化测量天线。针对小屏蔽体屏蔽效能接收天线宽频带小型化的要求，采用盘锥天线的方案进行了设计和研制。

盘锥天线因其结构简单、频带宽、全向均匀性好等优点，非常适用于上述屏蔽效能测量用的接收天线。

详见图1至图7，本发明提供的小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置，包括屏蔽暗室、信号发生器、信号接收设备、放置在屏蔽暗室内的屏蔽体以及相对放置的发送天线和接收天线；信号发生器，与发送天线电连接，用于通过发送天线向外输出目标幅度的正弦波信号；信号接收装置，与接收天线电连接，用于检测接收天线无屏蔽体罩设时接收到的第一信号强度；和有屏蔽体罩设时接收到的第二信号强度；根据第一信号强度和第二信号强度计算屏蔽体的屏蔽能效。

具体实施时：

a)先进行无屏蔽体时开场测量，发射设备输出适当幅度P₁正弦波信号(例如0dBm，如果屏蔽效能大于60dB可增加输出幅度)，记录接收设备上接收信号；

b)在屏蔽体内外分别放置测量天线并对准屏蔽体，屏蔽体外部放置发射天线并连接发射设备，屏蔽体内部放置接收天线并连接接收设备；

c)观察接收设备上接收信号，必要时天线上下、左右在四分之一波长范围内移动寻找最大信号，再次记录接收信号P₂，根据公式4，即与(a)中信号分贝值P₁相减作为测量频率点的屏蔽效能；

d)根据屏蔽体的使用频率，换信号源至下一个频率点，重复步骤(a)、(b)、(c)至完成所有频率点测量；

e)需要评价不同天线极化下的屏蔽效能时，改变天线极化，重复上述步骤，直到完成所有频率点的测量。

本发明提供的小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置通过设置的发送天线和接收天线，能够有效的将屏蔽体放置在屏蔽暗室内，也能够将发送天线和接收天线放置在屏蔽体内，有效的实现了对小屏蔽体屏蔽能效的测试；而设计的接收天线和发送天线结构简单、频带宽、全向均匀性好，非常适用于对屏蔽体的屏蔽效能进行测量。上述小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置有效的实现了对小屏蔽体屏蔽能效的测试，解决了小屏蔽体屏蔽效能测量的问题，减少了屏蔽体内接收天线的更换频次，提高测量效率，具有很高的实用性。

盘锥天线的演变过程可认为是由无限大双锥天线演变为有限大双锥天线，再演变成下半个锥体用有限大的金属圆盘代替的倒锥型天线。其几何结构如图3所示。

可见，盘锥天线是由一个导体圆盘120和一个导体圆锥110构成。导体圆盘120与馈电同轴电缆外导体相连，导体圆锥110下底与内导体相连接。因此，分析这种天线的原理和特性可以从无限大双锥天线推演而来。

盘锥天线优良的阻抗宽频带特性主要得益于它的特殊的几何结构。盘锥天线可以看成上锥体半张角为90°，下锥体半张角为θ的双锥天线，它具有很低的特性阻抗。

详见图3，盘锥天线的导体圆锥110半张角θ≈30°，Dmax＝48mm，Dmin＝4mm，L＝44mm。导体圆盘120直径d＝48mm，厚度3mm。在馈电设计上，对导体圆锥110馈电的内导体同时起到支撑作用，半径不宜过小，这里取Φ3的螺杆与导体圆锥110底部相连，这样加工的实物可以很方便的调整导体圆盘120和导体圆锥110的间距h，以便改善驻波性能。同时导体圆盘120的中心挖空后，填充直径为b＝10mm的介质圆盘，介质为聚四氟乙烯。这样在导体圆盘120底平面上可添加同轴激励，分别对导体圆盘120和导体圆锥110进行馈电。

用仿真软件建模如图4所示。

通过仿真发现，调整导体圆盘120和导体圆锥110的间距h对天线端口的S11参数(或驻波)的影响很大，因此设置其为优化参量来改善S11参数，仿真的S11参数曲线如图5所示。

盘锥天线由于其结构具有轴对称性，因而在水平面(H面)内，在水平面内其辐射是全向性的，因此H面方向图是一个圆。理论分析和仿真结果表明，其E面方向图在低频端与普通电偶极子天线相似，这是因为频率低时导体圆盘120电尺寸小，对方向图影响不大。仿真的盘锥天线在2MHz～5GHz时的辐射方向时：当频率升高时，其辐射特性近似于开口喇叭，最大辐射方向偏离水平方向而向上偏移，从而导致天线在水平方向的方向性系数下降。仿真的盘锥天线在6GHz～40GHz时辐射方向时：盘锥天线的几何尺寸对方向图有着明显的影响。导体圆盘120直径不能太大，如果过大，将使其E面方向图更加偏向上半空间，导致水平方向的方向性系数下降。导体圆盘120的直径减小，将使其E面方向图接近于普通的无反射板单极子天线的E面方向图，但导体圆盘120直径过小也会导致其阻抗特性恶化。盘锥天线的方向性系数和增益在低频端与偶极子天线相当。但在高频端，由于最大辐射方向偏离水平方向，致使在水平方向上的方向系数比普通偶极子天线低。

在设计制造中，导体圆盘120、导体圆锥110均采用铝制结构，导体圆盘120底部通过阶梯阻抗变换过渡到SMA接头。该天线在实际的弹筒屏蔽效能测量中，满足了小型化(最大尺寸48mm)、超宽带(30MHz～40GHz)、动态范围大(大于40dB)、全向性、节省时间等要求。小型化超宽带盘锥天线作为弹筒屏蔽效能测量具有优越的综合性能。

盘锥天线的低频辐射能力小，但高频增益比低频大，而电磁波自由空间损耗，低频损耗小，高频损耗大，正好高频频段互补。依据增益曲线和空间损耗上述数据，以及信号源的输出幅度、频谱仪的噪声电平、电缆损耗等信息可大致估算出采用盘锥天线测量屏蔽效能的动态范围，具体数据见下表，并依据计算得到的动态数据形成了曲线图，在2MHz到40GHz整个频段范围内，可以满足40dB的动态范围，即采用盘锥天线测量屏蔽效能可以满足小屏蔽体2MHz～40GHz频段50dB以上动态范围的屏蔽效能指标测量。

表1动态范围数据

作为一种可实施方式，发送天线和接收天线均为盘锥天线。

采用相同的盘锥天线，使得发送天线和接收天线在发送和接收信号时，更加的统一，信号的接收更加的稳定。

作为一种可实施方式，盘锥天线包括导体圆盘120和导体圆锥110；导体圆盘120与馈电同轴电缆的外导体连通，导体圆锥110的底部与馈电同轴电缆的内导体连接。进一步的，导体圆锥110底部距离导体圆盘120的距离可调节。

馈电同轴电缆的内导体能够更好的承载导体圆锥110，同时也能够更好的对导体圆锥110和导体圆盘120间的距离进行调节，以改善盘锥天线的驻波性能。

作为一种可实施方式，导体圆锥110的顶部最大直径为48mm，底部的最大直径为4mm，斜边长为44mm，导体圆锥110的半张角为30度。进一步的，导体圆盘120的直径为48mm，导体圆盘120的中心位置填充有介质圆盘。

上述规格的导体圆锥110和导体圆盘120有效的减小了盘锥天线的体积，能够更好的防止在小屏蔽体内，同时导体圆盘120的中心挖空后，填充直径为b＝10mm的介质圆盘，介质为聚四氟乙烯，这样在导体圆盘120底平面上可添加同轴激励，分别对导体圆盘120和导体圆锥110进行馈电。

作为一种可实施方式，导体圆盘120的底部由外圈至内圈采用阶梯阻抗变换过渡设计。

上述盘锥天线在实际的弹筒屏蔽效能测量中，满足了小型化(最大尺寸48mm)、超宽带(30MHz～40GHz)、动态范围大(大于40dB)、全向性、节省时间等要求。小型化超宽带盘锥天线作为弹筒屏蔽效能测量具有优越的综合性能。

作为一种可实施方式，信号发生器包括信号源和功率放大器；信号源，用于生成正弦波信号；功率放大器，用于对信号源生成的正弦波信号进行放大。

本发明还提供了一种基于小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤S10：调节信号发生器的输出的信号频率，记录无屏蔽体屏蔽接收天线时，信号接收装置接收到的第一信号强度；

步骤S20：在相同信号频率下，记录有屏蔽体屏蔽接收天线时，信号接收装置接收到的第二信号强度；

步骤S30：根据第一信号强度和第二信号强度计算屏蔽体的屏蔽能效。

作为一种可实施方式，测量方法还包括以下步骤：

步骤S40：对信号发生器输出的信号频率进行调节，分别完成对应信号频率下，屏蔽体的屏蔽能效测试。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置，包括屏蔽暗室、信号发生器以及信号接收设备，其特征在于，还包括放置在所述屏蔽暗室内的屏蔽体以及相对放置的发送天线和接收天线；

所述信号发生器，与所述发送天线电连接，用于通过所述发送天线向外输出目标幅度的正弦波信号；

所述信号接收设备，与所述接收天线电连接，用于检测所述接收天线无所述屏蔽体罩设时接收到的第一信号强度；和有所述屏蔽体罩设时接收到的第二信号强度；

根据所述第一信号强度和所述第二信号强度计算所述屏蔽体的屏蔽能效；

所述发送天线和所述接收天线均为盘锥天线；

所述盘锥天线包括导体圆盘和导体圆锥；

所述导体圆盘与馈电同轴电缆的外导体连通，所述导体圆锥的底部与馈电同轴电缆的内导体连接；

所述导体圆锥底部距离所述导体圆盘的距离可调节；

盘锥天线其结构具有轴对称性，在水平面(H面)内，在水平面内其辐射是全向性的；

具体实施时：

a)先进行无屏蔽体时开场测量，发射设备输出适当幅度P₁正弦波信号，记录接收设备上接收信号；

b)在屏蔽体内外分别放置测量天线并对准屏蔽体，屏蔽体外部放置发射天线并连接发射设备，屏蔽体内部放置接收天线并连接接收设备；

c)观察接收设备上接收信号，天线上下、左右在四分之一波长范围内移动寻找最大信号，再次记录接收信号P₂，将接收信号P₂与a)中信号分贝值P₁相减作为测量频率点的屏蔽效能；

d)根据屏蔽体的使用频率，换信号源至下一个频率点，重复步骤a)、b)、c)至完成所有频率点测量；

所述导体圆锥的顶部最大直径为48mm，底部的最大直径为4mm，斜边长为44mm，所述导体圆锥的半张角为30度；

所述导体圆盘的直径为48mm，所述导体圆盘的中心位置挖空后，填充直径为10mm的介质圆盘，介质圆盘为聚四氟乙烯；

所述导体圆盘的底部由外圈至内圈采用阶梯阻抗变换过渡设计；

所述导体圆盘、所述导体圆锥均采用铝制结构，所述导体圆盘底部通过阶梯阻抗变换过渡到SMA接头。

2.根据权利要求1所述的小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置，其特征在于，所述信号发生器包括信号源和功率放大器；

所述信号源，用于生成正弦波信号；

所述功率放大器，用于对所述信号源生成的正弦波信号进行放大。

3.一种基于权利要求1至2任一项所述小屏蔽体宽频带屏蔽效能测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10：调节信号发生器的输出的信号频率，记录无屏蔽体屏蔽接收天线时，信号接收装置接收到的第一信号强度；

步骤S20：在相同信号频率下，记录有屏蔽体屏蔽接收天线时，所述信号接收装置接收到的第二信号强度；

步骤S30：根据所述第一信号强度和所述第二信号强度计算所述屏蔽体的屏蔽能效。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤S40：对所述信号发生器输出的信号频率进行调节，分别完成对应信号频率下，所述屏蔽体的屏蔽能效测试。