一种电磁兼容半电波暗室设计和实现

电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。电磁兼容(EMC) 分为电磁干扰(EMI)与电磁耐受(EMS)，所有电子产品均须符合电磁兼容的一般规定。电磁兼容问题在电子、电机、信息、通信等各类产品不断运用高新科技推陈出新之下，除了使用者要求通信质量外，同时也在各国政府积极制定相关规范进行管制之下，更突显出电磁兼容相关问题的重要性与紧迫性。例如，欧洲已加强对进口产品执行后市场检测，造成了许多卡关现象发生。

国家客车质量监督检验中心从德国引进包括3/ 5 m法半电波暗室、传导测试屏蔽室、 屏蔽放大器室等在内的电磁兼容实验室已于 2005 年 2 月份建成 ,并顺利通过了中国实验室国家认可委员会(CNAL)的验收。在中心 3/ 5 m法半电波暗室的规划建设过程中 ,我们积累和总结了一部分经验 ,以供大家借鉴和参考。

1 半电波暗室总体方案的选择及建造方式

电磁兼容半电波暗室主要用于替代无电磁波干扰的开阔试验场进行电磁辐射骚扰测量和电磁辐射敏感度测量。由于半电波暗室的测试环境需要模拟开阔试验场地的电磁波传播条件(即电磁波传播时只有直射波和地面反射波) ,故暗室尺寸应以开阔试验场的结构要求为依据 ,一般分为标准的 10 m 法 ,5 m法和 3 m 法等。半电波暗室的种类很多 ,无论从功能上、结构形式上、 材料选择上、 安装形式上都有较大的差异。但是采用哪种方案 ,主要根据使用者需要的测试类型 ,被测物的空间尺寸、 试验级别等。首先我们要明确测试频率范围 ,是作军标测试还是民标测试 ,是进行厂家内部预兼容及诊断测试 ,还是要进行第三方的认证测试;其次要明确被测对象可能占据的最大空间、 试验室主要应用标准、自身的资金状况以及将来可能的扩展升级需求等因素 ,由此选择一个合适可行的试验场地和仪器设备的配置方案。

建造半电波暗室可以采用两种基本方式：拼装式和焊接式。拼装式壳体由成型钢板(在四边经两次弯板制成)和螺栓固定模块构成。任意相邻两块屏蔽模块间都有导电衬垫 ,以保证优良的射频屏蔽和电连续性。这种方式结构轻 ,易于装配 ,便于将来维修和拆卸 ,施工周期短。焊接屏蔽系统由大片的钢板焊接在一起构成 ,它们形成了一个紧密的射频密封体。焊接封装的好处在于经久耐用 ,并因消除了接缝泄漏而具有更高的屏蔽性能 ,但不易拆卸 ,适合于固定场所。由于各暗室厂家建造暗室的屏蔽板类型不同 ,屏蔽板之间的连接方式和工艺也不一样 ,为了保证良好的电接触和密封性 ,应对他们采用的屏蔽板及其连接方式进行详细了解和比较 ,并结合实际的施工周期等要求进行选择。

2 母体建筑及基础设施

建设一个 EMC 实验室是一项系统工程 ,它遵循科学的设计接口关系：测试设备 →半电波暗室 →母体建筑设计。对具体工程的实施来说 ,该顺序正好相反，经历母体建筑施工 →半电波暗室安装 →测试设备安装调试的过程。因此 ,在建造半电波暗室之前必须先建好母体建筑 ,包括占地面积、 结构承载、 空间尺寸、供电、 供气、 空调及防水等。母体建筑的设计首先要考虑足够的天花板高度以容纳所建的半电波暗室、传导测试屏蔽室、 屏蔽放大器室 ,以及其它附属设施的要求。母体建筑与暗室之间必须预留足够的空间 ,以便于暗室的安装、维修和通风。母体建筑的地板主要承担所有屏蔽体和安装部分的重量及负荷 ,也需要特别注意。土建地面需要精心铺设 ,要求地面的波纹度在数米的范围内不超过几毫米 ,还有很高的防潮要求。此外 ,暗室内的转台需要装设在一定深度的混凝土凹坑中 ,地势较低 ,必须作好防水处理。在开始安装暗室前 ,对承载地面一般还有比较高的残留湿度要求 ,对每一个试验室还要提供接地电阻很低的接地点等。由于暗室与母体建筑之间所涉及的接口问题比较多 ,并且国内建筑公司对其中的一些要求基本上没有可借鉴的经验 ,所以尽量让土建设计单位、施工单位和暗室厂商进行交流和沟通是非常必要的。

3 半电波暗室建设涉及的几个方面

1.电波暗室的尺寸。你应该清楚你所要建造的暗室是标准10米法半电波暗室还是标准3米法半电波暗室或是根据你的场地要求定制尺寸的电波暗室;电波暗室是否要配套修建屏蔽的控制室及放大器室，它们各自的长、宽、高尺寸是多少，它们建造在暗室的哪个方向。

2.屏蔽门的类型、尺寸和数量。屏蔽门分单刀、双刀、三刀等不同类型，并有电动、气动和手动三种。你要根据你将来的被测设备和人员进出方便程度以及屏蔽门的屏蔽性能、耐用性、可靠性、易维护性等多方面综合考虑来选择它们。

3.屏蔽板的类型和连接方式。由于各暗室制造厂商用来建造暗室的屏蔽板类型不同，屏蔽板之间的连接方式和工艺也不相同。为了保证好的接触紧密性和电连续性，应该注意对他们选用的屏蔽板及屏蔽板之间的连接方式进行了解和比较。

4.屏蔽室屏蔽性能。应该让暗室制造厂商提供其电磁屏蔽室可以达到的具体的屏蔽性能指标(给出具体数值)，其中应该包括不同频率段(从低频段到高频段)对磁场、电场、平面波、微波的屏蔽性能指标。

5.吸波材料。注意暗室制造厂商所采用的吸波材料的生产厂家和型号(包括铁氧体吸波材料和尖劈吸波材料);注意吸波材料的组成结构及它的抗高温、高湿性能和阻燃性能;了解其长期使用是否易变形以及各种吸波材料在不同频带内的吸波性能，了解它们在暗室中的铺设方式和铺设位置及作用。

6.电源线和信号线滤波器。考虑好暗室将来要使用的电源类型和它们的最大功率，如测试设备、受试设备和辅助设备以及照明系统等是否要使用380V、220V、110V交流电压，是否有需要直流供电的测试和受试设备，它们的数量是多少，是否有特殊的测试设备和辅助设备需要特殊的滤波器等，这些都需要考虑周全，以便供应商提前准备好这些电源线和信号线滤波器。

7.信导板和波导通风窗。暗室内需要安装波导通风窗与排气扇或空调系统进行连接。注意波导通风窗的频段设计，其屏蔽性能要符合屏蔽室的屏蔽性能。信导板用来安装不能直接通过屏蔽墙体进行安装的端子或信号接口;信导板的安装数量、位置以及其上的端子的数量和类型要和测试设备供应厂商一起进行商讨来决定。

8.火情报警装置和照明设施。注意选择不会产生任何无线电干扰的照明设施;火情报警装置的安装应该不会影响暗室的性能。

9.暗室内的自动化装置。暗室内的自动化装置包括天线升降塔、转台和监测系统及可对它们进行控制的控制器。天线升降塔的选择要考虑生产厂家、型号及是否有安装天线的适配器，是否受到测试设备的支持(即与它相连接的测试设备的测试软件是否有支持它的驱动程序);转台同样应该受到测试设备的支持并根据受试设备的大小来确定转台的尺寸及承载能力，同时要考虑转台的旋转角度和定位精度;监控系统包括安装在暗室中的摄像机和安放在控制室内的监视器，可根据实际使用情况来选择摄像机和监视器的数量，摄象机要选择可在宽的频率范围和高的场强下正常工作且不会产生射频干扰信号的机种，并将其安装在无饭射区域。

10.暗室的性能测试和保修培训。由于暗室不仅适用于EMC中的EMI测试，还可用于EMS中的辐射抗扰度测试。因此，暗室的性能检测要包括暗室屏蔽体建成后的屏蔽性能测试和暗室全部建造完成后的场地衰减测试和场均匀测试。这些测试要根据合同要求和国际上暗室建造验收的有关标准来进行。要选择有知名度的和经过权威机构认可的测试机构。暗室的保修和配套设备、部件的保修以及培训要写进合同中去。

4 本电磁兼容实验室的特点及功能

国家客车质量监督检验中心电磁兼容实验室主要由半电波暗室、 传导测试屏蔽室、屏蔽放大器室和屏蔽控制室四部分组成。其中暗室的屏蔽体尺寸为长 17. 6 m、 宽 13. 5 m、 高 9. 5 m ,暗室内配有承重8 000 kg、 直径为 5 m的转台和0. 8~4 m的自动升降天线系统以及尾气排出系统。暗室的工作频率为9 kHz~40 GHz ,暗室内转台上方位置的测试区域静区为 <4 m、 高 2 m的圆柱。暗室内部还配有气动固定装置和冷却风机。可完成汽车整车及其电子零部件、摩托车整车及其电子零部件等的辐射和传导发射测试、辐射和传导抗扰度测试以及整车静电放电测试。

传导测试屏蔽室的尺寸为长 8. 0 m、宽 4. 0 m、高3. 0 m ,除了可完成汽车零部件传导瞬态发射、传导抗扰度、静电放电等项目的测试以外 ,还可以完成家用电器、 电动工具、 电气照明设备等的传导骚扰电压、 吸收功率、骚扰磁场等项目的测试。

实验室所有项目都通过了国外第三方测试 ,各项指标均大大优于相关国际标准的要求。实验室的配置和性能均达到了国际先进水平 ,为以汽车、摩托车整车及其零部件为主的多种机电产品的 EMC性能提供了理想的测试环境。