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EMI/EMC屏蔽效能的测量

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用以测量任何屏蔽系统效能的技术差异极大,而且有时无法再制或毫无可比性。 更复杂的因素之一,如规章中所述,这是如商业机械或计算机般的已完成项目,您必须测试其整体效能,而不是测试带有涂料或屏蔽系统的个别部份。

EMI 的测量是一个极为复杂的主题,而且本文件的目的不是要完全涵盖环绕此技术的所有不同问题。 这里将讨论基本的测量原理与几个不同的测量技术,但并不涉及细节部分。

有数种不同的技术可用来测量电磁能量,但是目的通常是测量其「衰减」。 衰减是指电磁信号强度因屏蔽介质的传导而减少的数量。 在实际的术语上,衰减是以分贝 (dB) 为测量单位,以及无屏闭之场强度与有屏闭之场强度的比率。 若以数学方式来表达,其公式可写成:

电场强度效能 (dB) = 20 log Ei/Et 此处:

Ei = 入射的电场强度,单位为 V/m(或接受的信号)

以及

Et =传送的电场强度,单位为 V/m(或传送的信号)

磁场强度效能 (dB) = 20 log Hi/Ht 此处:

Hi = 入射的磁场强度,单位为 amps/m,以及

Ht = 传送的磁场强度,单位为 amps/m

电磁总屏蔽效能 (dB) = 10 log Pi/Pt 此处:

Pi = 入射的功率,单位为 watts/m2 以及

Pt = 传送的功率,单位为 watts/ m2

以分贝为测量单位的屏蔽效能是一种对数标度,意即是 50 dB 的衰减测量,其效能为 40 dB 测量单位的 10 倍。 图 17 所示为以衰减角度所描述的各种效能层级。 表 14 所展示为典型的屏蔽值,该值可指出产生有效防护所需的层级。 

 

屏蔽效能和衰减之间的关系 (图17)

屏蔽衰减层级 表14

dB 层级
0到10 极小屏蔽
10 到 30 有意义屏蔽的最小范围
30 到 60 平均屏蔽
60 到 90 良好屏蔽
90 到 120 极佳的屏蔽
超过 120 当前「技术状态」的限制


开放式磁场测试技术

开放式磁场测试技术最接近实际使用的情形。 FCC、CSA、EN55022 以及 VCCI 辐射限制都是以此技术为基础。 只有在完成产品上进行的测试,才能用来预测与代理标准的一致性。 金属薄片的测试结果,将与完整商业数字装置的测试结果不同。

图 18 中所述为开放式磁场技术的设定。此测试是实际在开放式磁场中进行的,测试中允许对辐射和传导放射进行开放空间的测量。 若要执行辐射放射测试,装置必须以上述方式安装。 接收天线需根据所属为 FCC 中 A 等级或 B 等级,而架设在 10 公尺或 3 公尺外。如果该测试需与欧洲标准一致,则 A 等级的接收天线需架设在 30 公尺外,B 等级的则需安装在 10 公尺外。然后噪声等级测量器会记录辐射放射层级,并且此放射层级必须落在特定代理所指定的限制值下,以便与之一致。 

 

 屏蔽效能测量FCC 开放式磁场技术(图18)

传导放射测试可测量电源线本身所传送的信号,但此时的开关必须是开启的,且线路有连结至噪声测量器上。

其它测试技术

其它测量屏蔽效能的测试技术包括「屏蔽盒技术」、「同轴传导线技术」和「屏蔽空间技术」。 这些测试所使用的方法及设备需求量非常多样而且复杂。 虽然这些测试提供了特殊基底及图层组合之屏蔽效能的初步指示,但这些测试无法视为与经营商一致的指针。 这些测试与在组合装置上执行开放式磁场测试不同,通常仅在测试试样上执行(举例来说,已涂上涂料的薄片、环圈状的样本、或大片的板子)。 他们主要的目的是在快速比较两种或多种潜在的屏蔽机制。

屏蔽盒技术

屏蔽盒技术是第一个开发出来的测试方法,此方法需用到一个剪去一边的封闭盒子,如图 19 所示。所有必要的记录和传送设备,都安装在外部的法拉第笼里,以确保合理的精确度。 这是一个近场的测试。

屏蔽效能测量屏蔽盒技术(图19)

此技术只是记录从盒子外部传送之 EMI 信号,然后将此信号与盒子内部所记录的信号作比较。 屏蔽效能就是这两种信号的比率。

已涂上涂料的薄片被夹紧在缝隙中,并同时记录传送和接收的放射能。 如有必要的话,可以使用纯铜或铝板为参考测量。

非常重要的一点是,「盒子」要密封成像一个法拉第笼,任何泄漏都会严重影响测量结果。 当薄片被夹紧在缝隙中后,必须使用密封剂来确保能维持最大的系统动态范围。

此技术的限制之一是频率测量需低于 500 MHz,但相对的,此方式比较简易、且只需要小的薄片。

此测试技术的范例之一为美国测试与材料协会 (ASTM) ES7-83 所定义的双重室测试。双重室是一个具屏蔽的矩形盒子,背部装有绞链,其传送和接收天线由舷窗 (port window) 隔开。 测试样本为一个 3 英吋 x 6 英吋 x 0.125 英吋的薄片,将放置在舷窗上方的盒子中。