機(jī)電產(chǎn)品的電磁兼容性問(wèn)題解決方案

國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心從德國(guó)引進(jìn)包括3/ 5 m法半電波暗室、傳導(dǎo)測(cè)試屏蔽室、屏蔽放大器室等在內(nèi)的電磁兼容實(shí)驗(yàn)室已于2005 年2 月份建成,并順利通過(guò)了中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)(CNAL)的驗(yàn)收。在中心3/ 5 m法半電波暗室的規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中,我們積累和總結(jié)了一部分經(jīng)驗(yàn),以供大家借鑒和參考。

1 半電波暗室總體方案的選擇及建造方式

電磁兼容半電波暗室主要用于替代無(wú)電磁波干擾的開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行電磁輻射騷擾測(cè)量和電磁輻射敏感度測(cè)量。由于半電波暗室的測(cè)試環(huán)境需要模擬開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)地的電磁波傳播條件(即電磁波傳播時(shí)只有直射波和地面反射波) ,故暗室尺寸應(yīng)以開(kāi)闊試驗(yàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)要求為依據(jù),一般分為標(biāo)準(zhǔn)的10 m 法,5 m法和3 m 法等。半電波暗室的種類很多,無(wú)論從功能上、結(jié)構(gòu)形式上、材料選擇上、 安裝形式上都有較大的差異。但是采用哪種方案 ,主要根據(jù)使用者需要的測(cè)試類型,被測(cè)物的空間尺寸、試驗(yàn)級(jí)別等。首先我們要明確測(cè)試頻率范圍,是作軍標(biāo)測(cè)試還是民標(biāo)測(cè)試,是進(jìn)行廠家內(nèi)部預(yù)兼容及診斷測(cè)試,還是要進(jìn)行第三方的認(rèn)證測(cè)試;其次要明確被測(cè)對(duì)象可能占據(jù)的最大空間、試驗(yàn)室主要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、自身的資金狀況以及將來(lái)可能的擴(kuò)展升級(jí)需求等因素 ,由此選擇一個(gè)合適可行的試驗(yàn)場(chǎng)地和儀器設(shè)備的配置方案。

建造半電波暗室可以采用兩種基本方式:拼裝式和焊接式。拼裝式殼體由成型鋼板(在四邊經(jīng)兩次彎板制成)和螺栓固定模塊構(gòu)成。任意相鄰兩塊屏蔽模塊間都有導(dǎo)電襯,以保證優(yōu)良的射頻屏蔽和電連續(xù)性。這種方式結(jié)構(gòu)輕 ,易于裝配 ,便于將來(lái)維修和拆卸 ,施工周期短。焊接屏蔽系統(tǒng)由大片的鋼板焊接在一起構(gòu)成,它們形成了一個(gè)緊密的射頻密封體。焊接封裝的好處在于經(jīng)久耐用 ,并因消除了接縫泄漏而具有更高的屏蔽性能 ,但不易拆卸,適合于固定場(chǎng)所。由于各暗室廠家建造暗室的屏蔽板類型不同,屏蔽板之間的連接方式和工藝也不一樣,為了保證良好的電接觸和密封性,應(yīng)對(duì)他們采用的屏蔽板及其連接方式進(jìn)行詳細(xì)了解和比較,并結(jié)合實(shí)際的施工周期等要求進(jìn)行選擇。

2 母體建筑及基礎(chǔ)設(shè)施

建設(shè)一個(gè)EMC 實(shí)驗(yàn)室是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,它遵循科學(xué)的設(shè)計(jì)接口關(guān)系:測(cè)試設(shè)備→半電波暗室→母體建筑設(shè)計(jì)。對(duì)具體工程的實(shí)施來(lái)說(shuō),該順序正好相反,經(jīng)歷母體建筑施工→半電波暗室安裝→測(cè)試設(shè)備安裝調(diào)試的過(guò)程。因此 ,在建造半電波暗室之前必須先建好母體建筑,包括占地面積、結(jié)構(gòu)承載、空間尺寸、供電、供氣、空調(diào)及防水等。母體建筑的設(shè)計(jì)首先要考慮足夠的天花板高度以容納所建的半電波暗室、傳導(dǎo)測(cè)試屏蔽室、屏蔽放大器室,以及其它附屬設(shè)施的要求。母體建筑與暗室之間必須預(yù)留足夠的空間 ,以便于暗室的安裝、維修和通風(fēng)。母體建筑的地板主要承擔(dān)所有屏蔽體和安裝部分的重量及負(fù)荷 ,也需要特別注意。土建地面需要精心鋪設(shè),要求地面的波紋度在數(shù)米的范圍內(nèi)不超過(guò)幾毫米,還有很高的防潮要求。此外,暗室內(nèi)的轉(zhuǎn)臺(tái)需要裝設(shè)在一定深度的混凝土凹坑中,地勢(shì)較低 ,必須作好防水處理。在開(kāi)始安裝暗室前,對(duì)承載地面一般還有比較高的殘留濕度要求,對(duì)每一個(gè)試驗(yàn)室還要提供接地電阻很低的接地點(diǎn)等。由于暗室與母體建筑之間所涉及的接口問(wèn)題比較多,并且國(guó)內(nèi)建筑公司對(duì)其中的一些要求基本上沒(méi)有可借鑒的經(jīng)驗(yàn),所以盡量讓土建設(shè)計(jì)單位、施工單位和暗室廠商進(jìn)行交流和溝通是非常必要的。

3 暗室本身的問(wèn)題

3. 1 進(jìn)出口

通常暗室需要兩扇用于人員和被測(cè)物進(jìn)出的屏蔽門。屏蔽門的設(shè)計(jì)方案多種多樣,常常選擇易于維護(hù)的類型。由于屏蔽門是導(dǎo)致試驗(yàn)室性能下降的主要因素,通常要求屏蔽門的壽命和可靠性與試驗(yàn)室的工作年限相匹配。通常門扇與門框之間的屏蔽采用內(nèi)凹三刀狀接觸結(jié)構(gòu),通過(guò)把門上的釬刀插入固定到門框上的指狀彈簧片來(lái)保證良好的電連續(xù)性。人員進(jìn)出門通常采用活頁(yè)結(jié)構(gòu),通過(guò)兩個(gè)活頁(yè)與門框相連;通過(guò)杠桿輔助裝置,使門扇和門框關(guān)閉平穩(wěn)、接觸緊密。對(duì)于諸如汽車、摩托車等尺寸較大的被測(cè)對(duì)象而言,因其外形體積比較大,活頁(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)門已不適用 ,通常還要采用滑動(dòng)門?；瑒?dòng)門上常裝有吸波材料,其實(shí)際的寬度和高度尺寸主要根據(jù)被測(cè)物的最大尺寸來(lái)確定?；瑒?dòng)門不但可以提供很大的進(jìn)出空間,而且在門的通道處還裝設(shè)有跨接平臺(tái)或斜面,門關(guān)閉時(shí)斜面自動(dòng)下降,門開(kāi)啟時(shí)斜面自動(dòng)升起,以保證暗室內(nèi)外地面水平,便于大件物品的進(jìn)出搬運(yùn)。

3. 2 吸波材料

半電波暗室在結(jié)構(gòu)上就是由屏蔽室和吸波材料兩部分組成,屏蔽室的外殼尺寸還與吸波材料的選擇相關(guān)。屏蔽室既可以隔斷外界的電磁騷擾信號(hào),又能抑制室內(nèi)測(cè)試信號(hào)的外泄,即起到雙向屏蔽作用。而吸波材料不但能有效降低屏蔽室內(nèi)的駐波,還可以減小屏蔽室表面的電磁反射,這樣才能準(zhǔn)確地測(cè)量電磁輻射的大小。

吸波材料通常作成尖劈狀,以保證阻抗的連續(xù)漸變,即使其傳輸阻抗與周圍空氣介質(zhì)的阻抗相接近,從而保證對(duì)室內(nèi)發(fā)射源的功率吸收和最大限度的減小反射。吸波材料要能在寬頻帶內(nèi)吸收較大的功率而且要有較好的阻燃性。吸波材料的長(zhǎng)度與欲吸收的電磁波頻率有關(guān),欲吸收的電磁波頻率越低,則吸波材料的長(zhǎng)度越長(zhǎng)。

吸波材料主要分為薄膜型、泡沫塑料型(含碳泡沫) 、鐵氧體型以及復(fù)合型等四種。其中薄膜型吸波材料是近年來(lái)新出現(xiàn)的 ,它具有優(yōu)異的吸波特性,不存在老化或下垂問(wèn)題,并且具備防火不可然,批量生產(chǎn)容易控制質(zhì)量 ,便于安裝、替換等優(yōu)點(diǎn)。吸波材料的選擇主要根據(jù)其品質(zhì)保證(低頻性能和高頻性能) 、材料類型、吸波性能指標(biāo)、尺寸大小、阻燃特性、價(jià)格等諸多因素來(lái)決定。吸波材料性能的優(yōu)劣,將會(huì)極大地影響到暗室的整體性能和將來(lái)的運(yùn)行維護(hù)成本,必須謹(jǐn)慎考察和選擇。

3. 3 轉(zhuǎn)臺(tái)和天線升降塔

轉(zhuǎn)臺(tái)和天線升降塔都是半電波暗室中使用最頻繁的設(shè)施 ,其運(yùn)行的可靠性和是否易于操作控制是首先需要考慮的;其次,轉(zhuǎn)臺(tái)的直徑大小、最大承重、最大轉(zhuǎn)角、可調(diào)轉(zhuǎn)速以及天線升降塔的可調(diào)高度范圍、可裝設(shè)的天線類型數(shù)量、定位精度、是否便于移動(dòng)等都要仔細(xì)斟酌;另外,還要限制它們的伺服電機(jī)的騷擾水平滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

主要根據(jù)被測(cè)設(shè)備所占據(jù)的面積和最大重量來(lái)確定轉(zhuǎn)臺(tái)的尺寸和承載能力 ,同時(shí)還要保證半電波暗室的轉(zhuǎn)臺(tái)上平面與接地平板在同一水平面上 ,并且要求轉(zhuǎn)臺(tái)與接地平板有良好的電接觸。對(duì)于汽車測(cè)試還需要確定在轉(zhuǎn)臺(tái)上是否安裝輪鼓測(cè)功機(jī)、冷卻風(fēng)扇、尾氣排放系統(tǒng)和車輛固定裝置等。天線塔的選取要考慮最大掃描的范圍、 是否安裝有天線的適配器 ,是否受到測(cè)試設(shè)備的支持(即與它相連接的測(cè)試設(shè)備的測(cè)試軟件是否能對(duì)它驅(qū)動(dòng)控制)等。

3. 4 電氣照明

日光燈會(huì)發(fā)射騷擾信號(hào),不允許在暗室內(nèi)使用。而鹵素射燈不產(chǎn)生無(wú)線電干擾,是非常適用于暗室的照明燈具。為把干擾反射降至最低水平 ,將照明用電纜鋪設(shè)于吸波材料背面的金屬薄板通道或鎧裝金屬管內(nèi),同時(shí)安裝在天花板上的照明燈數(shù)量也應(yīng)受到限制。為方便更換維修,半電波暗室內(nèi)照明燈應(yīng)允許能自動(dòng)降至反射地面附近。除此以外,還需要裝設(shè)一些由備用蓄電池供電的應(yīng)急照明燈。

3. 5 消防探測(cè)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

消防探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型,應(yīng)根據(jù)相關(guān)的消防規(guī)定來(lái)確定。在安裝完所有火警控制、警報(bào)裝置、空氣取樣管道等后,既能正常進(jìn)行火警探測(cè)報(bào)警工作,又不影響暗室的屏蔽效能。

因?yàn)榻^大多數(shù)EMC測(cè)試是無(wú)人在半電波暗室內(nèi)進(jìn)行的,但在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中既需要對(duì)被測(cè)物的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,還要隨時(shí)對(duì)附屬儀器設(shè)備的工作狀況進(jìn)行跟蹤觀察,因此暗室必須配置實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。通常在暗室內(nèi)部裝有兩套實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),一套用于監(jiān)視暗室本身,另一套用于監(jiān)視被測(cè)物。每套監(jiān)控系統(tǒng)包括暗室內(nèi)部的攝像機(jī)和測(cè)試區(qū)域外部(通常在控制室或監(jiān)視室)的監(jiān)視器和控制器。通常操作桿和控制器安裝在測(cè)試區(qū)域外部,而攝像機(jī)常安裝在暗室內(nèi)部無(wú)反射區(qū)域。對(duì)于暗室內(nèi)部的攝像機(jī)要求其正常工作時(shí)產(chǎn)生的射頻干擾很低,并能在寬頻帶范圍內(nèi)承受較高的輻射場(chǎng)強(qiáng)。

4 暗室的接口

為滿足半電波暗室內(nèi)部的供電、通風(fēng)以及測(cè)試和監(jiān)控等信號(hào)傳輸?shù)桨凳彝饷娴男?