CN113552422A - 一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高频连接单元,高频连接线束,高频电缆测试领域,公开了一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统及其测试方法,包括测试部,所述测试部包括测试套管,所述测试套管内设有测试机构,所述测试机构包括被测连接单元,所述被测连接单元的两端分别连接有匹配负载和连接电缆,所述连接电缆上外接有可调阻抗,所述测试套管内可根据测试频段不同填充有介电常数不同的电介质。本发明通过调节耦合距离、外接阻抗及有效耦合空间介电常数的方法,对不同使用频段的同轴电缆屏蔽效能测试方法,倾向于高频与低频兼顾,扩大测试的适用性范围,普通三同轴法测试的极限范围在10k~500M,本发明更倾向于测试的极限范围在9k~6G,适用范围获得极大的提高。
Description
技术领域
本发明涉及高频连接单元,高频连接线束,高频电缆测试领域,具体涉及一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统及其测试方法。
背景技术
目前,新能源汽车大量采用高压大功率电器部件以及系统集成度和电磁敏感度高的电子控制单元;智能驾驶,无人驾驶,高清晰及高保真娱乐系统的信号处理和传输更是以MHz级、GHz级的速率运行,电磁敏感度也是成级数的增加;电磁干扰不仅影像整个系统的正常工作,同时对人体的健康,穿戴电子设备有影响;所以,EMC就是需要设计之初未雨绸缪的考量重点,而最终的电磁屏蔽效能检验测试,就需要既精准可靠,又经济高效的测试方法。
电磁干扰(Electromagnetic Interference),简称EMI,是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音。EMI通常由电磁特性强,屏蔽效能低的器件,传输路径产生。电磁干扰有传导干扰和辐射干扰,耦合干扰三种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号传输到另一个电网络;辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号发(辐)射到另一个电网络;耦合干扰是指干扰源通过相邻(空间)电路的寄生电容把其信号耦合(感应)到另一个电网络。为了防止一些电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子设备的正常工作,各国政府或一些国际组织都相继提出或制定了一些对电子产品产生电磁干扰有关规章或标准,符合这些规章或标准的产品就可称为具有电磁兼容性EMC(ElectromagneticCompatibility)。
目前测试线缆电磁兼容性EMC测试方法,一般有常用的测量屏蔽效率的试验方法有:三同轴法、吸收钳法、线注入法,其中,三同轴法是较为常用的测试线缆电磁兼容性EMC的测试方法,其原理为通过向电缆屏蔽层施加确定的电流和电压,测量感应电压以测定表面转移阻抗,得到电缆的屏蔽效率。具体的实验设计中,最常采用的测试方法为管中管法,但常规的管中管法,即普通三同轴法测试的极限范围在10k-500M,无法适应更大范围内的测试需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统及其测试方法。
为实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案是:一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统,包括测试部,所述测试部包括测试套管,所述测试套管内设有测试机构,所述测试机构包括被测连接单元,所述被测连接单元的两端分别连接有匹配负载和连接电缆,所述连接电缆上外接有可调阻抗,所述测试套管内填充有特定介电常数的电介质,所述电介质可变换。
优选地,所述匹配负载外串接有屏蔽帽。
优选地,所述屏蔽帽和信号接收器之间串联有衰减阻抗。
优选地,还包括信号发生器、信号接收器,所述信号发生器的输出端与连接电缆相连,所述信号接收器的输入端与衰减阻抗相连。
优选地,所述电介质的介电常数设定为1.0~5.0。
一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试方法,包括以下测试步骤:
a、区分对被测连接单元输入的不同频率的电磁干扰,确认需求的实验环境;
b、根据所需的实验环境,调节测试套管的耦合(感应)距离、通过外接可调阻抗来匹配外部回路和被测连接单元的特性阻抗以及选择合适介电常数的电介质进行填充,以获得灵敏度足以适配当前电磁干扰频率的测试环境;
c、高频电磁干扰的环境下,测试该被测连接单元的高频屏蔽衰减as,测试公式为:
as=10log(p1/p2)=20log10(U1/U2);
式中,U1为内部电路输入电压,U2外电路电压,p1、p2分别为U1、U2对应的功率;
d、低频电磁干扰的环境下,测试该被测连接单元的低频转移阻抗ZT,测试公式为:
式中I2为电缆屏蔽层的电流。
本发明的有益效果集中体现在:对现有三同轴管中管法和小室法的结合和改进,通过调节耦合(感应)距离、可调阻抗及测试环境介电常数的方法,对不同使用频段的同轴电缆屏蔽效能测试方法,倾向于高频与低频兼顾,扩大测试的适用性范围,普通三同轴法测试的极限范围在10k~500M,本发明更倾向于测试的极限范围在9k~6G,适用范围获得极大的提高。
附图说明
图1是本发明测试系统框图;
图2是本发明测试流程图;
图3是本发明T—型电路原理图;
图4是本发明转移阻抗定义原理图;
图5是本发明容性耦合导纳定义原理图;
图6是本发明三同轴测试电缆转移阻抗原理等效图;
图例说明:1、信号发生器;2、信号接收器;3、测试套管;4、电介质;5、被测连接单元;6、匹配负载;7、连接电缆;8、可调阻抗;9、屏蔽帽;10、衰减阻抗。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示,一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统,包括信号发生器1、信号接收器2,以及包括测试部,测试部连接在信号发生器1、信号接收器2之间,所述测试部包括测试套管3,所述测试套管3内设有测试机构,所述测试机构包括被测连接单元5,所述被测连接单元5的两端分别连接有匹配负载6和连接电缆7,所述连接电缆7上外接有可调阻抗8,所述测试套管3内填充有特定介电常数的电介质4,所述电介质(4)可变换,也就是说所述测试套管3内可根据测试频段不同填充有不同介电常数的电介质4,,在本实施例中所述电介质4的介电常数设定为1.0~5.0。
进一步地,为了形成完整内部回路,因此在所述匹配负载6外套与连接单元屏蔽帽9与连接单元/线束/线缆屏蔽密闭串接。
进一步地,为了达成完整外部回路阻抗匹配,所述屏蔽帽9和信号接收器2之间串联有衰减阻抗10,在本实施例中衰减阻抗10和可调阻抗8上均连接有短路、开路电路,用于对电缆进行短路测试以及开路测试;本发明的测试系统对现有三同轴管中管法和小室法的结合和改进,通过调节耦合(感应)距离、可调阻抗8及测试环境介电常数的方法,对不同使用频段的同轴电缆屏蔽效能测试方法,倾向于高频与低频兼顾,扩大测试的适用性范围,普通三同轴法测试的极限范围在10k~500M,本发明更倾向于测试的极限范围在9k~6G,适用范围获得极大的提高。
如图2所示,一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试方法,包括以下测试步骤:
a、区分对被测连接单元输入的不同频率的电磁干扰,确认需求的实验环境;
b、根据所需的实验环境,调节测试套管的耦合(感应)距离、通过外接可调阻抗来调节连接电缆的阻抗以及选择合适介电常数的电介质进行填充,以获得灵敏度足以适配当前电磁干扰频率的测试环境;
c、高频电磁干扰的环境下,测试该被测连接单元的高频屏蔽衰减as,测试公式为:
as=10log(p1/p2)=20log10(U1/U2)[dB]=S21;
式中,U1为内部电路输入电压,U2外电路电压,p1、p2分别为U1、U2对应的功率;
d、低频电磁干扰的环境下,测试该被测连接单元的低频转移阻抗ZT,测试公式为:
式中I2为电缆屏蔽层的电流。
在本实施例中屏蔽衰减直接反映电缆的屏蔽性能,而转移阻抗间接反映电缆的屏蔽性能,故根据c、d获得的数据可得该被测连接件的电磁屏蔽性能。
对于转移阻抗、屏蔽衰减的具体计算方式如下:
其一,在不考虑寄生电容该测试电路能够近似等效为T—型电路,如图3所示,其中:
R1:内回路的终端阻抗;
R2:外回路的终端阻抗;
ZT:屏蔽层的表面转移阻抗;
ZG:信号源的输出阻抗;
ZR:接收端的输入阻抗;
LC:耦合长度;
基于T-型等效电路以及考虑到ZT<<ZG(ZR),可以得到矢量网络分析仪的S21参数,如下:
因此可得到转移阻抗ZT:
其二:考虑寄生电容,该测试电路能够近似等效电路,如图4、5所示,电缆的容性耦合导纳比定义为由于容性耦合在次级回路上产生的电流I2与初级回路上的电压U1的比值,再除以耦合长度名,单位是S/m。
为了能够与转移阻抗进行比较,引入容性耦合阻抗ZF这个参考量,容性耦合阻抗定义如下:
ZF=Z1·Z2·Yc;
式中,Zl:初级回路特性阻抗(Ω);Z2:次级回路特性阻抗(Ω);YC:容性耦合导纳(S/m)。
对于双层编织网屏蔽层、多层编织网屏蔽层或金属管屏蔽层的同轴电缆,此时可认为屏蔽层上没有孔洞,CT和ZF为零。但是对于单层编织网屏蔽层的电缆需要同时考虑ZT和ZF。此时用等效转移阻抗Zte衡量其屏蔽性能。等效转移阻抗Zte定义为:
Zte=max|ZF±ZT|。
在本实施例中需说明,三同轴法测试电缆转移阻抗原理等效图如图6所示,
图中下标“1":内回路(初级回路);
下标“2”:外回路(次级回路);
下标“n”:近端;
下标“f”:远端;
Z1:内回路特性阻抗(Ω);
Z2:外回路特性阻抗(Ω);
εr1:内回路中绝缘介质的相对介电常数;
εr2:外回路中绝缘介质的相对介电常数;
β1:内回路的相移常数(rad/m);
β2:外回路的相移常数(rad/m)
lc:受试电缆耦合长度(m);
Rg:信号发生器输出阻抗(Ω);
R1f:内回路的远端负载阻抗(Ω);
R2f:外回路的远端负载阻抗(Ω);
U1n:内回路的信号源的输出电压(V);
U1f:内回路的远端电压(V):
U2f:外回路的远端电压(V);
ZT:转移阻抗(Ω/m);
Yc:容性耦合导纳(S/m)。
因此,外回路失配的情况下,近端短路情况下:
该方式为调整空间介电常数(通常为线皮+空气,近似1.0),也就是上式中的参数εr2。
而改变测试套管感应距离来改变寄生电容CT,也就是可进一步影响ZT,同时改变介电常数,可影响ZF,在实际应用中由于整个装置精度,材质,安装对测试结果影响较大,单独测CT和ZF也比较困难,而是在相关材料电子/电气参数准确的情况下,通过间接测电压,电流,S21反向计算CT和ZF。通过正向,反向的计算校核,测试结果分析,来评价测试的准确性和线缆/连接单元/线束的屏蔽效能。
在本实施例中可忽略掉容性耦合阻抗ZF的影响,可简化为:
需要说明的是,对于前述的各个方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本申请,某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。
Claims (6)
1.一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统,其特征在于:包括测试部,所述测试部包括测试套管(3),所述测试套管(3)内设有测试机构,所述测试机构包括被测连接单元(5),所述被测连接单元(5)的两端分别连接有匹配负载(6)和连接电缆(7),所述连接电缆(7)上外接有可调阻抗(8),所述测试套管(3)内填充有特定介电常数的电介质(4),所述电介质(4)可变换。
2.根据权利要求1所述的一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统,其特征在于:所述匹配负载(6)外串接有屏蔽帽(9)。
3.根据权利要求2所述的一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统,其特征在于:所述屏蔽帽(9)和信号接收器(2)之间串联有衰减阻抗(10)。
4.根据权利要求3所述的一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统,其特征在于:还包括信号发生器(1)、信号接收器(2),所述信号发生器(1)的输出端与连接电缆(7)相连,所述信号接收器(2)的输入端与衰减阻抗(10)相连。
5.根据权利要求1所述的一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试系统,其特征在于:所述电介质(4)的介电常数范围设定为1.0~5.0。
6.一种高频增强型三同轴法屏蔽效能测试方法,其特征在于:包括以下测试步骤:
a、区分对被测连接单元输入的不同频率的电磁干扰,确认需求的实验环境;
b、根据所需的实验环境,调节测试套管的耦合距离、通过外接可调阻抗来匹配外部回路和被测连接单元的特性阻抗以及选择适当介电常数的电介质进行填充,以获得灵敏度足以适配当前电磁干扰频率的测试环境;
c、高频电磁干扰的环境下,测试该被测连接单元的高频屏蔽衰减as,测试公式为:
as=10log(p1/p2)=20log10(U1/U2);
式中,U1为内部电路输入电压,U2外电路电压,p1、p2分别为U1、U2对应的功率;
d、低频电磁干扰的环境下,测试该被测连接单元的低频转移阻抗ZT,测试公式为:
式中,I2为电缆屏蔽层的电流。
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