一、 前言
電磁屏蔽室是電磁兼容性試驗的一項重要設施，它的作用是提供與外部世界隔離的符合要求的試驗環(huán)境。盡管有些電磁干擾試驗必須在開闊、平坦的場地進行，但是，由于地面反射、建筑物的影響、架空電力線、地下電纜以及樹木的吸收作用等不利因素的影響，常常使開闊場上進行的試驗很難滿足技術要求。基于這一考慮，在GB6838-86《電子測量儀器 電磁兼容性試驗規(guī)范》，GJB152-86《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量》以及其他電磁兼容性標準中規(guī)定，許多試驗項目應在屏蔽室內進行。
二、 屏蔽室的特性
1. 屏蔽效能
屏蔽效能是指對于給定的外部干擾源進行屏蔽時，在某一點上屏蔽室安放前后的電場強度或磁場強度之比。
以某單位建造的屏蔽室為對象，我們對其進行了屏蔽效能測試，表1提供了部分測試數(shù)據(jù)。
屏蔽室的實際屏蔽效能比理論計算值還低。影響屏蔽效能的因素有：屏蔽室壁材料、通風口、門、電源濾波器和施工質量等。仍以該屏蔽室為例，它采用3mm的薄鋼板做為壁材料，以滿足屏蔽效能高和工作頻帶寬的要求。為了防止通風口泄漏電磁能量，采用了截止波導式通風口。它根據(jù)高通濾波器的原理而制造，其特點是對于低于波導截止頻率的電磁能量具有衰減作用，從而提高屏蔽效能。一般情況下，電磁能量的泄漏主要來自于屏蔽室的門和電源引入線，因此門必須具有良好的電氣接觸。采用黃銅簧片彈性接觸式結構，使門縫泄漏減小到最低程度。關于整體建造需要多塊鋼板焊接而成，故屏蔽性能與施工質量關系密切，所以上述屏蔽室采用整 體鋼板三道焊接縫密焊的方法，保證了屏蔽室有良好的屏蔽效能。
2. 諧振
屏蔽室是一種封閉式的金屬空腔。當放入輻射源后，屏蔽室在某些特定的頻率點上因激勵可能出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。因此，一個六面體屏蔽室可被看成是一個矩形金屬諧振腔（如圖1所示）
圖1 矩形諧振腔
圖1中 a>l>b, a、b和l分別代表長寬高
（1） 諧振頻率
當電磁 波的矩形諧振腔中諧振時，腔體長度等于波長的整數(shù)倍，這個波長被稱為諧振波長（λ0）。λ0滿足條件：
其中：
m,n=0,1,2,…….
P=1,2,3,…..
這里，m,n,p均為電磁波在相應坐標方向上的振蕩周期數(shù)。
相應地，諧振頻率為
這里，C代表光速，其值為C=3*108 m/s。
上述屏蔽室的長寬高分別為：
a=12.02m
b=4,61m
l=8.45m
利用公式2計算，得出最低諧振頻率為21.7MHz.
表2列舉了通過公式2計算的屏蔽室內幾個低次模的諧振頻率。
為了獲得實際使用的屏屏蔽諧振頻率f0,可采用試驗手進行探索。具體方法是：將信號源及發(fā)射天線放在門外，接收天線放在屏蔽室內，選定天線高度及位置，將接收機輸入端與接收天線相連，信號源輸出端與發(fā)射天線相連，把屏蔽室門一小縫，以便于信號耦合到屏蔽室，在室內產生電磁場。
為了掌握實際使用情況，在20-200MHz頻率范圍內，我們利用高靈敏度接收機進行了精確測試。測試曲線如圖2所示，部分測試數(shù)據(jù)（第一諧振峰附近）在表3中給出。
從測試數(shù)據(jù)以及圖2中看出，第一諧振峰出現(xiàn)在頻率為33.8MHz上。這就是最低諧振模式TM001模的諧振頻率
。由于屏蔽室內放置了儀器設備及其它物品，相當于縮小了諧振腔體有效空間尺寸，所以實際諧振頻率高于理論計算值。除了第一諧振峰以外，還有第二諧振峰以及更多次模的諧振峰。由于屏蔽室內存在多種模式，因而相互作用的結果可能使諧振曲線呈上升趨勢。
（2） Q值估算
諧振腔的另一參要參量是Q值，它是衡量腔體內儲能與耗能指標，因此稱Q值為品質因素。
Q值用下式計算：
該值是屏蔽室的實際有載Q值。這對屏蔽室內的測量很有利，因為這樣可以減少反射，提高測量結果的精度。
（3） 駐波現(xiàn)象
電磁波在屏蔽室內產生多次反射，當發(fā)生諧振時，形成駐波現(xiàn)象，駐波現(xiàn)象對測量結果有直接影響。因此，在屏蔽室內進行EMC實驗時，應注意選擇測量位置。
圖3例舉了理想屏蔽室內三種諧振模式形成的駐波波形。
為了掌握現(xiàn)有屏蔽室的駐波分布情況，我們在該屏蔽室內進行了實地測試。測試方法是：選擇一對相同的振子天線，固定好發(fā)射開線位置及高度，選擇發(fā)射頻率為f=150MHz。將接收天線沿屏蔽室中心長軸移動，測得一組數(shù)據(jù)，繪出XY平面（見圖1） 的駐波波形如圖4所示。
3. 屏蔽室的反射
屏蔽室內因存在激勵源而引起的另物理現(xiàn)象是電磁波的反射。在對受試設備進行輻射發(fā)射測試時，接收天線除了接受來自受試設備的直接輻射外，還有來自屏蔽室腔體表面（包括地面、天花板以及墻壁）的反射波，如圖5所示。
圖5中矢徑1為直射波，矢徑2、3、4為經(jīng)過壁面的一次反射波，矢徑5為二次反射波。由于屏蔽室內接收天線處的電磁場是直射波與各種反射波的合成場，而開闊場地上的天線主要接收來自受試設備的直接輻射以及地面的反射。因此，與開闊場地相比，在屏蔽室測量會產生一定的誤差。
在屏蔽室內，天線處的合成場取決于直射波與反射波的相位差。假設反射波只經(jīng)過壁面一次反射、在金屬壁板界面上入射波與反射波相位差180的情況下，當直射波與反射波的波程差是半波長的奇數(shù)倍時，二者桑加后的合成場將增加；當直射波與反射波的波程差是半波長的偶數(shù)倍時，合成場將減弱。若反射場經(jīng)壁面二次反射到達接收天線，則結果與上述情況恰好相反。
直射波與反射波到達接收天線的波程差取決于受試設備與接收天線的距離、位置、屏蔽室的空間尺寸以及受試設備的輻射頻率，改變上述因素，將會使測量數(shù)據(jù)受到影響。
4. 天線校準系數(shù)
對于電磁兼容試驗中的輻射干擾測試，在不同的環(huán)境條件下，必須對使用天線的天線系數(shù)重新進行校準。下面介紹利用互易原理校準雙錐天線的方法。
（1） 測試配置及校準方法
將一對完全相同的雙錐天線置于測試現(xiàn)場，選定好天線間距，一般取1m、3m、10m。兩天線的架設高度和極化方向均一致。天線高度在1~4m內調整。收發(fā)天線經(jīng)電纜l1、l2分別接到信號源阻抗為和場強測量儀上。
如圖6所示，設天線輸入50Ω,測試系統(tǒng)接口匹配良好。使信號源輸出一種恒定電平Vt,這時干擾儀讀數(shù)為Vr。保持信號源輸出不變，將電纜l1、l2拆下，用同軸連接器直接相連，如果電纜損耗忽略不計，這時干擾儀的讀數(shù)就是信號源的輸出電平Vt，在20~200MHz范圍內改變頻率，即可得到雙錐天線的校準系數(shù)。
（2） 計算公式
在工程上，我們主要關心的是與實際工作相關的計算公式，這里，介紹兩個計算天線的增益和天線的校準系數(shù)的實用公式，同時免去較繁復的推導過程。
圖7說明，測試天線架高2m,距離1m。在開闊場地測量時，天線周圍3m距離范圍之內無障礙物，在屏蔽到內測量時，天線置于屏蔽室的幾何中心利用（4）(5)兩式即可給出天線校準系數(shù)的頻響關系曲線。圖7給出了雙錐天線在開闊場與屏蔽室內的校準曲線。從上圖中我們發(fā)現(xiàn)，在30~200MHz范圍內，雙錐天線在開闊場與屏蔽室內的校準曲線具有大致相同的趨勢。由于屏蔽室內存在反射現(xiàn)象，因而天線系數(shù)明顯高于自由空間開闊場的校準系數(shù)。
一、 屏蔽室的適用性與局限性
在屏蔽室內進行輻射干擾試驗，可以避免外界不利因素對測試環(huán)境的影響。但是，由于屏蔽室內存在的諧振效應，駐波現(xiàn)象以及反射作用，給EMC試驗造成了一定的困難。為了消除屏蔽室的嚴重反射，建議將現(xiàn)有的屏蔽室改建成電波暗室，吸收材料表面做成尖劈狀或錐狀，長度約為四分之一波長。這樣，電磁波到達天花板后，相當一部分能量被吸收，因此，它可以模仿無反射的自由空間條件。改建的同時還可以將屏蔽室的尺寸擴大，這樣能夠使諧振頻率降低。進行EMC試驗時，應盡量使受試設備周圍3米距離之內無任何其它物品。選擇測試位置，避免在駐波最大點處進行測試。另外，受試設備與測試設備應該隔離開來，以避免測試設備產生的系統(tǒng)噪聲干擾。
