屏蔽效果测试

屏蔽效能测试指南

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物联网

嵌入式数字处理芯片如今几乎无处不在:手机、厨房电器、制造设备、磁共振成像(MRI)系统——甚至贺卡。加上物联网,这个范围就会爆炸。随着数字技术的广泛使用,Wi-Fi、蓝牙、蜂窝网络和其他通信形式(包括高频传输)也得到了极大的扩展。


其结果是,无论是在小型无线传感器上,还是在豪华轿车上,越来越多的技术可能会产生不必要的干扰。它们都需要对组织的法规遵从性进行干扰测试,无论它们是工程集团、设计公司、设备制造商、电信公司、医疗成像供应商或其他组织。


干扰测试是指使用屏蔽外壳。这些隔离设备在数据安全和防止对关键测量和处理设备的干扰方面也发挥着重要作用。


正如干扰测试需要射频外壳一样,隔离系统反过来也需要自己的测试。本文档回顾了测试射频外壳时的一些问题和注意事项。特别重要的是需要评估屏蔽效果和制定外壳遵从性测试计划。


屏蔽框的作用

屏蔽外壳是法拉第笼,或连接到地面的金属结构。它们都防止射频能量进入外壳和泄漏出来。屏蔽外壳的类型包括MRI室,屏蔽效果测试用于测试实验室的外壳(HEMP或暴风雨应用),用于无线通信行业的屏蔽外壳或机柜,以及用于高压行业的大型屏蔽外壳。这些外壳的大小不一,从小盒子到大区域,可以容纳像飞机一样大的物体。


小型外壳可能采用全金属结构。越大的机箱要求越复杂。它们位于一层上面,在围墙顶部和建筑天花板之间有一个空间。由于外壳的尺寸,固体金属过于昂贵和笨重。相反,它们通常采用金属网结构。只要网格中的孔相对于频率波长是小的,它们就能有效地阻断信号。即使一些射频能量确实穿透了外壳,它应该被严重衰减,任何残留量都可以忽略不计。


屏蔽外壳在两个主要领域发挥作用。较大的是遵从性测试。美国、欧盟和其他地方的监管机构通过诸如IEEE-299或EN 50147-1等标准对射频信号实施限制。如果没有强制性的限制,所有类型的设备都可能发射任何数量的电磁辐射,并干扰医疗设备、通信系统等的正常运行。


法规遵从性要求测量设备发出的信号并与相关标准进行比较。然而,测试过程面临着挑战。大多数环境都充满了来自广播电台、电视、蜂窝网络、Wi-Fi、卫星传输、太阳活动和许多其他来源的射频能量。屏蔽外壳使测试过程不受外界信号干扰,使工程师能够更准确地测量设备信号水平和衰减,并与规范进行比较。


另一个需要屏蔽外壳的一般区域是与外界影响的电磁隔离。原因可能是出于安全和防止信息丢失,或者是为了隔离电子过程不受可能的意外干扰。


屏蔽效能

屏蔽外壳的隔离效果取决于其防止射频场向内或向外扩展的能力。工程师、设计师和科学家不能认为这是理所当然的。


没有完美的外壳。根据牛津大学2014年的一项研究,用于网格法拉第笼的传统数学模型是有缺陷的,它夸大了笼内射频场抵消的程度。


外壳结构不可避免的方面可能成为射频场缺口的来源。进入外壳的门有铰链和边缘周围的空间,可以打开和关闭,造成屏蔽的弱点。边缘和铰链的铜覆盖层提供额外的屏蔽。随着时间的推移,特别是在制造设施可能经历大量的振动,覆盖物可能会松动。


屏蔽外壳通常包含不规则的表面,如管道或导管通过或火灾报警。电缆互连,允许保持架内部的电缆连接到外部的电缆,可能需要修改额外的连接器,破坏屏蔽完整性。通风是另一个例子,它通常是关于屏蔽效果的问题。


合规标准也可能发生变化。


测试屏蔽框

即使合规标准没有改变,它们也需要定期测试外壳——通常是一年或两年,取决于标准——以证明它们提供必要程度的屏蔽效果。理想情况下,这足以产生100分贝的衰减通过外壳壁。对于某些制造商、行业或应用程序来说,60 - 80分贝可能是可以接受的。


测试屏蔽外壳的有效性可能还有其他原因。对外壳或其环境的修改可能表明需要进行测试。增加电缆互连或地震事件是重新测试屏蔽效果可能是谨慎的两个例子。在电气方面的产品重新设计,比如提高无线操作的频率,需要验证屏蔽对新设计继续有效。


外壳测试的核心是测试计划。具体情况因使用的排放标准而异。一般来说,它们涉及开发一个测试过程,该过程使用基本测试程序来验证测试外壳中各个点的屏蔽有效性。


基本程序是,进行测试的人设置两个天线,每个天线位于外壳表面的一侧。通常,每个天线位于距外壳表面边缘30厘米的位置,并以尖端对尖端、尖端对边缘或边缘对边缘排列,以便最大的传输或接收强度指向对面的天线。一根天线与发射机相连,另一根与接收器相连。连接到发射机的信号发生器产生已知信号。在接收器上测量信号强度可以让测试人员计算衰减。


屏蔽框测试配置

在测量信号衰减之前,首先要计算出动态范围,以保证测量的准确性。发射、接收天线和相关设备的距离为60厘米,中间没有任何东西。然后他们测量得到的最大信号。只有接收机工作的单独测量结果是最小信号,这是天线和接收机的地板级噪声,加上额外的安全裕度,通常为6分贝,以提供误差裕度。在使用功率放大器及其附加的信号噪声时,还需要增加另一个因子,通常是6分贝。


动态范围是最大和最小信号之间的差值。动态范围的量必须大于外壳屏蔽所需的信号衰减量。否则,看起来衰减不足的东西可能只不过是来自系统噪声的遮蔽效应。


该计划列出了需要测试的外壳的具体点——通常是墙壁、地板、天花板、角落、门、突起和电缆舱壁——以及人员将在每个点上测试的具体频率和相关动态范围。


测试计划注意事项

除了测试点、频率和动态范围的列表之外,一个好的测试计划还包括其他重要的考虑事项。


屏蔽效果试验方案

天线

天线的设计因其最佳响应频率而异。测试的频率范围越广,所需天线的选择范围就越广。监管标准一般规定了使用哪种天线。在某些情况下,可能会有选择。例如,在300mhz到1ghz范围内,一个标准可能建议偶极子。相反,对数周期天线可能是一个更有效的选择,因为额外的增益扩大了动态范围。任何替换都需要在测试计划中记录并重新计算动态范围。


设备

该计划应该表明除了天线、接收器和传输之外,哪些设备是必要的。当测试设置没有足够的动态范围时,这将包括放大器和前置放大器。电缆长度的规格是重要的。电缆过长会增加衰减,降低动态范围。但电缆必须足够长,以达到外壳的顶部和底部。


天线的三脚架必须是非反射的。其他设备可能包括在房间里移动的手推车、延长线和各种常规工具。


典型的错误和遗漏

任何附件测试都可能因为计划或实现中的错误而失败。有三个典型的。


动态范围不足

没有足够的动态范围进行测试的情况时有发生。结果是测量结果不可信。解决方法是确定动态范围,然后增加放大或不同的天线设计来增加增益。


天线物理对准

天线的不对中会导致较弱的信号强度,产生由外壳造成更大衰减的错觉。让人们远离天线和三脚架可以最大限度地减少有人意外接触其中一个单元并改变对齐的可能性。另一个很好的娱乐原则是老木匠格言的变化:测量两次,切割一次。在这种情况下,它是测量三次:在测量衰减之前再次检查距离测量。


频率调整

确保所有频率都适当匹配。


在关闭

射频插框的维护需要定期测试以确保其有效性。建立一个可靠的测试计划和对细节的关注将使设备的射频测试有效和准确。



有关射频测试的更多信息,请查看以下内容:

IEEE 299 - 2006IEEE电磁屏蔽外壳有效性测量标准方法
Mil-std-285,军事标准:电子测试用外壳、电磁屏蔽的衰减测量
Nsa 94-106测量电磁屏蔽外壳的有效性
Iec 50147-1测量电磁屏蔽外壳的有效性
Bs 50147- 1:20 97-无回声室。屏蔽衰减测量
动态范围计算
ak - 285 r-接收天线套件的屏蔽效果
ak - 285 t-发射天线套件的屏蔽效果


产品展示

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